高考物理專題演練專題二十七電磁感應(yīng)中的動(dòng)力(含兩年高考一年模擬)

1、考點(diǎn)27電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問題兩年高考真題演練1(2015·福建理綜，18)如圖，由某種粗細(xì)均勻的總電阻為3R的金屬條制成的矩形線框abcd，固定在水平面內(nèi)且處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中。一接入電路電阻為R的導(dǎo)體棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v勻速滑動(dòng)，滑動(dòng)過程PQ始終與ab垂直，且與線框接觸良好，不計(jì)摩擦。在PQ從靠近ad處向bc滑動(dòng)的過程中()APQ中電流先增大后減小 BPQ兩端電壓先減小后增大CPQ上拉力的功率先減小后增大 D線框消耗的電功率先減小后增大2(2014·廣東理綜，15)如圖所示，上下開口、內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置，小磁塊先后

2、在兩管中從相同高度處由靜止釋放，并落至底部，則小磁塊()A在P和Q中都做自由落體運(yùn)動(dòng)B在兩個(gè)下落過程中的機(jī)械能都守恒C在P中的下落時(shí)間比在Q中的長(zhǎng)D落至底部時(shí)在P中的速度比在Q中的大3(2014·安徽理綜，20)英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為，磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)感生電場(chǎng)。如圖所示，一個(gè)半徑為r的絕緣細(xì)圓環(huán)水平放置，環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，環(huán)上套一帶電荷量為q的小球。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增加，其變化率為k，若小球在環(huán)上運(yùn)動(dòng)一周，則感生電場(chǎng)對(duì)小球的作用力所做功的大小是()A0 B.r2qk C2r2qk Dr2qk4(2015·江蘇單科，13)做磁共振(MRI)檢查時(shí)

3、，對(duì)人體施加的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)會(huì)在肌肉組織中產(chǎn)生感應(yīng)電流。某同學(xué)為了估算該感應(yīng)電流對(duì)肌肉組織的影響，將包裹在骨骼上的一圈肌肉組織等效成單匝線圈，線圈的半徑r5.0 cm，線圈導(dǎo)線的截面積A0.80 cm2，電阻率1.5 ·m。如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與線圈平面垂直，若磁感應(yīng)強(qiáng)度B在0.3 s內(nèi)從1.5 T均勻地減為零，求：(計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)(1)該圈肌肉組織的電阻R；(2)該圈肌肉組織中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E；(3)0.3 s內(nèi)該圈肌肉組織中產(chǎn)生的熱量Q。5(2015·四川理綜，11)如圖所示，金屬導(dǎo)軌MNC和PQD，MN與PQ平行且間距為L(zhǎng)，所在平面與水平面夾角為，N、Q連

4、線與MN垂直，M、P間接有阻值為R的電阻；光滑直導(dǎo)軌NC和QD在同一水平面內(nèi)，與NQ的夾角都為銳角。均勻金屬棒ab和ef質(zhì)量均為m，長(zhǎng)均為L(zhǎng)，ab棒初始位置在水平導(dǎo)軌上與NQ重合；ef棒垂直放在傾斜導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為(較小)，由導(dǎo)軌上的小立柱1和2阻擋而靜止?？臻g有方向豎直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫出)。兩金屬棒與導(dǎo)軌保持良好接觸。不計(jì)所有導(dǎo)軌和ab棒的電阻，ef棒的阻值為R，最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力大小相等，忽略感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，重力加速度為g。(1)若磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，給ab棒一個(gè)垂直于NQ、水平向右的速度v1，在水平導(dǎo)軌上沿運(yùn)動(dòng)方向滑行一段距離后停止，ef棒始終靜止，求此過程e

5、f棒上產(chǎn)生的熱量；(2)在(1)問過程中，ab棒滑行距離為d，求通過ab棒某橫截面的電量；(3)若ab棒以垂直于NQ的速度v2在水平導(dǎo)軌上向右勻速運(yùn)動(dòng)，并在NQ位置時(shí)取走小立柱1和2，且運(yùn)動(dòng)過程中ef棒始終靜止。求此狀態(tài)下最強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度及此磁場(chǎng)下ab棒運(yùn)動(dòng)的最大距離。6(2014·浙江理綜，24)某同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)電測(cè)速裝置，工作原理如圖所示。一個(gè)半徑為R0.1 m的圓形金屬導(dǎo)軌固定在豎直平面上，一根長(zhǎng)為R的金屬棒OA, A端與導(dǎo)軌接觸良好，O端固定在圓心處的轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)軸的左端有一個(gè)半徑為rR/3的圓盤，圓盤和金屬棒能隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。圓盤上繞有不可伸長(zhǎng)的細(xì)線，下端掛著一個(gè)質(zhì)量為m

6、0.5 kg的鋁塊。在金屬導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T。a點(diǎn)與導(dǎo)軌相連，b點(diǎn)通過電刷與O端相連。測(cè)量a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差U可算得鋁塊速度。鋁塊由靜止釋放，下落h0.3 m時(shí)，測(cè)得U 0.15 V。(細(xì)線與圓盤間沒有滑動(dòng)，金屬棒、導(dǎo)軌、導(dǎo)線及電刷的電阻均不計(jì)，重力加速度g10 m/s2)(1)測(cè)U時(shí)，與a點(diǎn)相接的是電壓表的“正極”還是“負(fù)極”？(2)求此時(shí)鋁塊的速度大?。?3)求此下落過程中鋁塊機(jī)械能的損失。7(2014·天津理綜，11)如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角30°的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，間距L0.4 m。導(dǎo)軌所在空

7、間被分成區(qū)域和，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN，中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向下，中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向上，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B0.5 T。在區(qū)域中，將質(zhì)量m10.1 kg，電阻R10.1 的金屬條ab放在導(dǎo)軌上，ab剛好不下滑。然后，在區(qū)域中將質(zhì)量m20.4 kg，電阻R20.1 的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上，由靜止開始下滑。cd在滑動(dòng)過程中始終處于區(qū)域的磁場(chǎng)中，ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，取g10 m/s2。問(1)cd下滑的過程中，ab中的電流方向；(2)ab剛要向上滑動(dòng)時(shí)，cd的速度v多大；(3)從cd開始下滑到ab剛要向上滑動(dòng)的過程中，cd滑動(dòng)的距離x3.

8、8 m，此過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少。一年模擬試題精練1(2015·遼寧阜新市摸底)如圖所示，光滑的“U”形金屬導(dǎo)體框架豎直放置，質(zhì)量為m的金屬棒MN與框架接觸良好。磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1、B2的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向相反，但均垂直于框架平面，分別處在abcd和cdef區(qū)域。現(xiàn)從圖示位置由靜止釋放金屬棒MN，當(dāng)金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)B1區(qū)域，恰好做勻速運(yùn)動(dòng)。以下說法正確的有()A若B2B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后將加速下滑B若B2B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后將先減速下滑再勻速下滑C若B2B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后可能先加速后勻速下滑D若B2B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后可能先勻減速后勻速下滑2(2015

9、·邯鄲質(zhì)檢)兩根足夠長(zhǎng)的光滑導(dǎo)軌豎直放置，間距為L(zhǎng)，底端接阻值為R的電阻。將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在一根上端固定的輕彈簧下端，金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直，如圖所示。除電阻R外其余電阻不計(jì)。現(xiàn)將金屬棒從彈簧原長(zhǎng)位置由靜止釋放，則()A釋放瞬間金屬棒的加速度大于重力加速度gB金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，流過電阻R的電流方向?yàn)閍bC金屬棒的速度為v時(shí)，棒所受的安培力大小為FD最終電阻R上產(chǎn)生的總熱量等于金屬棒重力勢(shì)能的減少量3(2015·德州市期末)(多選)如圖所示，質(zhì)量為3m的重物與一質(zhì)量為m的導(dǎo)線框用一根絕緣細(xì)線連接起來，掛在兩個(gè)高度相同的定滑輪上，

10、已知導(dǎo)線框電阻為R，橫邊邊長(zhǎng)為L(zhǎng)。有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場(chǎng)上下邊界的距離、導(dǎo)線框豎直邊長(zhǎng)均為h。初始時(shí)刻，磁場(chǎng)的下邊緣和導(dǎo)線框上邊緣的高度差為2h，將重物從靜止開始釋放，導(dǎo)線框加速進(jìn)入磁場(chǎng)，穿出磁場(chǎng)前已經(jīng)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，滑輪質(zhì)量、摩擦阻力均不計(jì)，重力加速度為g。則下列說法中正確的是()A導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為B導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)后，若某一時(shí)刻的速度為v，則加速度為agC導(dǎo)線框穿出磁場(chǎng)時(shí)的速度為D導(dǎo)線框通過磁場(chǎng)的過程中產(chǎn)生的熱量Q8mgh4(2015·山西四校聯(lián)考)如圖所示，兩足夠長(zhǎng)的平行光滑的金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角30°，導(dǎo)

11、軌電阻不計(jì)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面向上。長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上，且始終與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒的質(zhì)量為m、電阻為R。兩金屬導(dǎo)軌的上端連接一個(gè)燈泡，燈泡的電阻也為R。現(xiàn)閉合開關(guān)K，給金屬棒施加一個(gè)方向垂直于桿且平行于導(dǎo)軌平面向上的、大小為F2mg的恒力，使金屬棒由靜止開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)金屬棒達(dá)到最大速度時(shí)，燈泡恰能達(dá)到它的額定功率。重力加速度為g。(1)求金屬棒能達(dá)到的最大速度vm；(2)求燈泡的額定功率PL；(3)若金屬棒上滑距離為s時(shí)速度恰達(dá)到最大，求金屬棒由靜止開始上滑2s的過程中，金屬棒上產(chǎn)生的電熱Q1。參考答案考點(diǎn)27電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問題兩年高考

12、真題演練1C設(shè)PQ左側(cè)電路的電阻為Rx，則右側(cè)電路的電阻為3RRx，所以外電路的總電阻為R外，外電路電阻先增大后減小，所以路端電壓先增大后減小，所以B錯(cuò)誤；電路的總電阻先增大后減小，再根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得PQ中的電流，I先減小后增大，故A錯(cuò)誤；由于導(dǎo)體棒做勻速運(yùn)動(dòng)，拉力等于安培力，即FBIL，拉力的功率PBILv，故先減小后增大，所以C正確；外電路的總電阻R外，最大值為R，小于導(dǎo)體棒的電阻R，又外電阻先增大后減小，由電源的輸出功率與外電阻的關(guān)系圖象可知，線框消耗的電功率先增大后減小，故D錯(cuò)誤2C小磁塊在銅管中下落時(shí)，由于電磁阻尼作用，不做自由落體運(yùn)動(dòng)，而在塑料管中不受阻力作用而做自由落體

13、運(yùn)動(dòng)，因此在P中下落得慢，用時(shí)長(zhǎng)，到達(dá)底端速度小，C項(xiàng)正確，A、B、D錯(cuò)誤。3D變化的磁場(chǎng)使回路中產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)E·Skr2，則感生電場(chǎng)對(duì)小球的作用力所做的功WqUqEqkr2，選項(xiàng)D正確。4解析(1)由電阻定律R，代入數(shù)據(jù)解得R6×103 (2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Er2，代入數(shù)據(jù)解得E4×102 V(3)由焦耳定律得Qt，代入數(shù)據(jù)解得Q8×108 J答案(1)6×103 (2)4×102 V(3)8×108 J5解析(1)設(shè)ab棒的初動(dòng)能為E1，ef棒和電阻R在此過程產(chǎn)生的熱量分別為Q和Q1，有QQ1Ek且QQ1由題有Ekmv得

14、Qmv(2)設(shè)在題設(shè)過程中，ab棒滑行時(shí)間為t，掃過的導(dǎo)軌間的面積為S，通過S的磁通量為，ab棒產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E，ab棒中的電流為I，通過ab棒某橫截面的電量為q，則E且BSI又有I由圖所示Sd(Ldcot )聯(lián)立，解得q(3)ab棒滑行距離為x時(shí)，ab棒在導(dǎo)軌間的棒長(zhǎng)為L(zhǎng)x為L(zhǎng)xL2xcot 此時(shí)，ab棒產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)Ex為ExBv2Lx流過ef棒的電流Ix為Ixef棒所受安培力Fx為FxBIxL聯(lián)立，解得Fx(L2xcot )由式可得，F(xiàn)x在x0和B為最大值Bm時(shí)有最大值F1。由題知，ab棒所受安培力方向必水平向左，ef棒所受安培力方向必水平向右，使F1為最大值的受力分析如圖所示，圖中Ffm為

15、最大靜摩擦力，有F1cos mgsin (mgcos F1sin )聯(lián)立，得Bm式就是題目所求最強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，該磁場(chǎng)方向可豎直向上，也可豎直向下。由式可知，B為Bm時(shí)，F(xiàn)x隨x增大而減小，x為最大xm時(shí)，F(xiàn)x為最小值F2，如圖可知F2cos (mgcos F2sin )mgsin 聯(lián)立得xm答案(1)mv(2)(3)6解析(1)由右手定則知，金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由OA，故A端電勢(shì)高于O端電勢(shì)，與a點(diǎn)相接的是電壓表的“正極”。(2)由電磁感應(yīng)定律得UEBR2又t由得：UBR2又vrR所以v2 m/s(3)Emghmv2E0.5 J答案(1)正極(2)2 m/s(3)0.5 J7

16、解析(1)由右手定則可知此時(shí)ab中電流方向由a流向b。(2)開始放置ab剛好不下滑時(shí)，ab所受摩擦力為最大靜摩擦力，設(shè)其為Fmax，有Fmaxm1gsin 設(shè)ab剛好要上滑時(shí)，cd棒的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，由法拉第電磁感應(yīng)定律有EBLv設(shè)電路中的感應(yīng)電流為I，由閉合電路歐姆定律有I設(shè)ab所受安培力為F安，有F安ILB此時(shí)ab受到的最大靜摩擦力方向沿斜面向下，由平衡條件有F安m1gsin Fmax綜合式，代入數(shù)據(jù)解得v5 m/s(3)設(shè)cd棒的運(yùn)動(dòng)過程中電路中產(chǎn)生的總熱量為Q總，由能量守恒有m2gxsin Q總m2v2又QQ總解得Q1.3 J答案(1)由a流向b(2)5 m/s(3)1.3 J 一年模

17、擬試題精練1C當(dāng)棒在B1區(qū)域勻速下滑時(shí)棒的重力等于安培力，則mg，若B1B2，則進(jìn)入B2區(qū)域時(shí)仍有mg，故勻速下滑，A、B錯(cuò)誤；若B2B1，則mg，即先加速到mg時(shí)再勻速，若B2B1，則mg，即先減速(并非勻減速)再勻速，故C正確，D錯(cuò)誤。2C金屬棒釋放瞬間，速度為零，感應(yīng)電流為零，由于彈簧處于原長(zhǎng)狀態(tài)，因此金屬棒只受重力作用，故其加速度的大小為g，故A錯(cuò)誤；根據(jù)右手定則可知，金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，流過電阻R電流方向?yàn)閎a，故B錯(cuò)誤；當(dāng)金屬棒的速度為v時(shí)，EBLv，安培力大小為： FBILBL，故C正確；最終金屬棒會(huì)停下，停下時(shí)彈簧處于被拉伸狀態(tài)，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能和焦耳熱，所以最終電阻R上產(chǎn)生的總熱量小于金屬棒重力勢(shì)能的減少量，故D錯(cuò)誤。3ABD對(duì)重物和線框整體應(yīng)用能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律可得：3mg·2hmg·2h×4 mv2，v，A正確；線框進(jìn)入磁場(chǎng)中某一時(shí)刻對(duì)重物有3mgFT3ma，對(duì)線框有FTmgma，解得ag，B正確；線框出磁場(chǎng)時(shí)，對(duì)重物3m