新高考物理二輪復(fù)習(xí)專題4第2講電磁感應(yīng)規(guī)律及綜合應(yīng)用作業(yè)_第1頁(yè)
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第一部分專題四第2講A組基礎(chǔ)能力練1.(2019·新課標(biāo)全國(guó)Ⅲ卷)楞次定律是下列哪個(gè)定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)(D)A.電阻定律 B.庫(kù)侖定律C.歐姆定律 D.能量守恒定律【解析】楞次定律指感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙引起感應(yīng)電流的原磁場(chǎng)的磁通量的變化,這種阻礙作用做功將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)楦袘?yīng)電流的電能,所以楞次定律的阻礙過程實(shí)質(zhì)上就是能量轉(zhuǎn)化的過程.2.(2020·山東青島質(zhì)檢)物理課上,老師做了一個(gè)奇妙的“跳環(huán)實(shí)驗(yàn)”.如圖,她把一個(gè)帶鐵芯的線圈L、開關(guān)S和電源用導(dǎo)線連接起來后.將一金屬套環(huán)置于線圈L上,且使鐵芯穿過套環(huán).閉合開關(guān)S的瞬間,套環(huán)立刻跳起.某同學(xué)另找來器材再探究此實(shí)驗(yàn).他連接好電路,經(jīng)重復(fù)試驗(yàn),線圈上的套環(huán)均未動(dòng).對(duì)比老師演示的實(shí)驗(yàn),下列四個(gè)選項(xiàng)中,導(dǎo)致套環(huán)未動(dòng)的原因可能是(D)A.線圈接在了直流電源上B.電源電壓過高C.所選線圈的匝數(shù)過多D.所用套環(huán)的材料與老師的不同【解析】金屬套環(huán)跳起來的原因是開關(guān)S閉合時(shí),套環(huán)上產(chǎn)生的感應(yīng)電流與通電螺線管上的電流相互作用而引起的,線圈接在直流電源上時(shí),金屬套環(huán)也會(huì)跳起.電壓越高線圈匝數(shù)越多,S閉合時(shí),金屬套環(huán)跳起越劇烈.若套環(huán)是非導(dǎo)體材料,則套環(huán)不會(huì)跳起,故A、B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤,D選項(xiàng)正確.3.(2020·浙江嘉興5月測(cè)試)如圖所示是一個(gè)趣味實(shí)驗(yàn)中的“電磁小火車”,“小火車”本體是兩端都吸有強(qiáng)磁鐵的電池,“軌道”是用裸銅線繞成的螺線管.將干電池與強(qiáng)磁鐵組成的“小火車”放入螺線管內(nèi),就會(huì)沿螺線管運(yùn)動(dòng),則(B)A.“小火車”通過兩端磁鐵之間的排斥力而運(yùn)動(dòng)B.干電池正負(fù)極對(duì)調(diào)后“小火車”運(yùn)動(dòng)方向?qū)⒏淖僀.“小火車”放入絕緣銅線繞成的螺線管后會(huì)沿螺線管運(yùn)動(dòng)D.“小火車”放入表面無絕緣層的裸露銅管后會(huì)沿銅管運(yùn)動(dòng)【解析】“小火車”通過兩端磁鐵與螺線管之間的作用力而運(yùn)動(dòng),故A錯(cuò)誤;只將干電池的“+”“-”極左右對(duì)調(diào),則螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向反向,“小火車”運(yùn)動(dòng)方向?qū)⒏淖儯蔅正確;絕緣銅線不導(dǎo)電,螺線管中無電流,不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),故C錯(cuò)誤;“小火車”放入表面無絕緣層的裸露銅管后不會(huì)沿銅管運(yùn)動(dòng),因?yàn)殂~管可看成很多閉合小線圈,磁鐵運(yùn)動(dòng)則磁通量變化,根據(jù)楞次定律可知,感應(yīng)電流會(huì)阻礙磁鐵運(yùn)動(dòng),故D錯(cuò)誤.4.(2018·新課標(biāo)卷Ⅰ)如圖,導(dǎo)體軌道OPQS固定,其中PQS是半圓弧,Q為半圓弧的中心,O為圓心.軌道的電阻忽略不計(jì).OM是有一定電阻.可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬桿.M端位于PQS上,OM與軌道接觸良好.空間存在與半圓所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,現(xiàn)使OQ位于以恒定的角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)到OS位置并固定(過程Ⅰ);再使磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小以一定的變化率從B增加到B′(過程Ⅱ).在過程Ⅰ、Ⅱ中,流過OM的電荷量相等,則eq\f(B′,B)等于(B)A.eq\f(5,4) B.eq\f(3,2)C.eq\f(7,4) D.2【解析】過程Ⅰ回路中磁通量變化ΔΦ1=eq\f(1,4)BπR2,設(shè)OM的電阻為R,流過OM的電荷量Q1=ΔΦ1/R.過程Ⅱ回路中磁通量變化ΔΦ2=eq\f(1,2)(B′-B)πR2,流過OM的電荷量Q2=ΔΦ2/R.Q2=Q1,聯(lián)立解得:B′/B=3/2,選項(xiàng)B正確.5.(2020·江門調(diào)研)如圖所示為游樂場(chǎng)中過山車的“磁力剎車裝置”.在過山車兩側(cè)安裝銅片,停車區(qū)的軌道兩側(cè)安裝強(qiáng)力磁鐵,當(dāng)過山車進(jìn)入停車區(qū)時(shí),銅片與強(qiáng)力磁鐵的相互作用使過山車能很快地停下,下列說法中錯(cuò)誤的是(C)A.過山車進(jìn)入停車區(qū)時(shí)其動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能B.過山車進(jìn)入停車區(qū)的過程中兩側(cè)的銅片中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流C.把銅片換成有機(jī)玻璃片,也能達(dá)到相同的剎車效果D.過山車進(jìn)入停車區(qū)的過程中銅片受到的安培力使過山車減速【解析】磁力剎車制動(dòng)器是由一個(gè)或兩個(gè)磁力很強(qiáng)的磁鐵長(zhǎng)條組成,當(dāng)金屬片(通常是銅或銅鋁合金)切割磁感線時(shí),會(huì)在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流,這將生成一個(gè)安培力來反抗運(yùn)動(dòng).由此產(chǎn)生的制動(dòng)力是與速度成正比的.金屬片在磁鐵內(nèi)移動(dòng),動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.選項(xiàng)C中玻璃片不是金屬,達(dá)不到同樣的剎車效果,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤.6.(多選)(2020·新疆克拉瑪依三模)如圖所示,在水平面上固定兩條足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間連接電阻為R(其余電阻不計(jì)),導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌所在的平面向下,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B;已知金屬桿MN質(zhì)量為m,與導(dǎo)軌接觸良好.當(dāng)金屬桿以初速度v0向右滑動(dòng),在運(yùn)動(dòng)過程中(BC)A.金屬桿MN將做勻減速運(yùn)動(dòng)B.金屬桿MN的最大加速度為eq\f(B2L2v0,Rm)C.電阻R總共產(chǎn)生的電熱為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)D.感應(yīng)電流通過金屬桿的方向由M流向N【解析】金屬桿MN向右運(yùn)動(dòng)時(shí)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流,受到向左安培力而做減速運(yùn)動(dòng),由a=eq\f(F,m)=eq\f(B2L2v,mR)可知,隨速度的減小,加速度減小,則金屬桿將做加速度減小的變減速運(yùn)動(dòng),且開始運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度最大,最大值為am=eq\f(B2L2v0,mR),選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;整個(gè)過程中金屬棒的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電熱,即電阻R總共產(chǎn)生的電熱為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0),選項(xiàng)C正確;根據(jù)右手定則可知,感應(yīng)電流通過金屬桿的方向由N流向M,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;故選B、C.7.(多選)(2020·陜西渭南質(zhì)檢)勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面,規(guī)定垂直紙面向里的方向?yàn)檎鸥袘?yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化規(guī)律如圖甲所示.在磁場(chǎng)中有一細(xì)金屬矩形回路,回路平面位于紙面內(nèi),如圖乙所示.令I(lǐng)1、I2、I3分別表示Oa、ab、bc段的感應(yīng)電流,F(xiàn)1、F2、F3分別表示Oa、ab、bc段回路右側(cè)PQ邊受到的安培力.則(AC)A.I1沿逆時(shí)針方向,I2沿順時(shí)針方向B.I2沿逆時(shí)針方向,I3沿順時(shí)針方向C.F1方向向左,F(xiàn)2方向向右D.F2方向向右,F(xiàn)3方向向右【解析】由楞次定律可知,Oa段感應(yīng)電流為逆時(shí)針方向,ab、bc段感應(yīng)電流為順時(shí)針方向,故A正確B錯(cuò)誤;Oa段感應(yīng)電流為逆時(shí)針方向,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里,由左手定則可知,PQ邊受到的安培力方向向左;ab段感應(yīng)電流為順時(shí)針方向,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里,由左手定則可知,PQ邊受到的安培力方向向右;bc段感應(yīng)電流為順時(shí)針方向,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外,由左手定則可知,PQ邊受到的安培力方向向左;故C正確D錯(cuò)誤.8.(多選)(2020·蘇錫常鎮(zhèn)四市二模)如圖甲所示,水平放置平行金屬導(dǎo)軌左端連接一個(gè)平行板電容器C和一個(gè)定值電阻R,導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上且接觸良好.裝置放于垂直導(dǎo)軌平面的磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化情況如圖乙所示(垂直紙面向上為正),MN始終保持靜止.不計(jì)電容器充電時(shí)間,則在0~t2時(shí)間內(nèi),下列說法正確的是(AD)A.電阻R兩端的電壓大小始終不變B.電容C的a板先帶正電后帶負(fù)電C.MN棒所受安培力的大小始終不變D.MN棒所受安培力的方向先向右后向左【解析】由乙圖知,磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻變化,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可以知道,回路中產(chǎn)生恒定電動(dòng)勢(shì),電路中電流恒定,電阻R兩端的電壓恒定,故A正確;根據(jù)楞次定律判斷可以知道,通過R的電流一直向下,電容器a板電勢(shì)較高,一直帶正電,故B錯(cuò)誤;由右手定則判斷得知,MN中感應(yīng)電流方向一直向上,由左手定則判斷可以知道,MN所受安培力的方向先向右后向左,故C正確;根據(jù)安培力公式F=BIL,I、L不變,因?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度變化,MN所受安培力的大小變化,故D錯(cuò)誤;故選AD.B組素養(yǎng)提升練9.(2018·全國(guó)卷Ⅱ)如圖,在同一平面內(nèi)有兩根平行長(zhǎng)導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間存在依次相鄰的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,區(qū)域?qū)挾染鶠閘,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向交替向上向下.一邊長(zhǎng)為eq\f(3,2)l的正方形金屬線框在導(dǎo)軌上向左勻速運(yùn)動(dòng),線框中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖線可能是(D)【解析】找到線框在移動(dòng)過程中誰切割磁感線,并根據(jù)右手定則判斷電流的方向,從而判斷整個(gè)回路中總電流的方向.要分過程處理本題.第一過程從①移動(dòng)②的過程中左邊導(dǎo)體棒切割產(chǎn)生的電流方向是順時(shí)針,右邊切割磁感線產(chǎn)生的電流方向也是順時(shí)針,兩根棒切割產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)方向相同所以E=2Blv,則電流為i=eq\f(E,R)=eq\f(2Blv,R),電流恒定且方向?yàn)轫槙r(shí)針,再?gòu)蘑谝苿?dòng)到③的過程中左右兩根棒切割磁感線產(chǎn)生的電流大小相等,方向相反,所以回路中電流表現(xiàn)為零,然后從③到④的過程中,左邊切割產(chǎn)生的電流方向逆時(shí)針,而右邊切割產(chǎn)生的電流方向也是逆時(shí)針,所以電流的大小為i=eq\f(E,R)=eq\f(2Blv,R),方向是逆時(shí)針當(dāng)線框再向左運(yùn)動(dòng)時(shí),左邊切割產(chǎn)生的電流方向順時(shí)針,右邊切割產(chǎn)生的電流方向是逆時(shí)針,此時(shí)回路中電流表現(xiàn)為零,故線圈在運(yùn)動(dòng)過程中電流是周期性變化,故D正確.10.(2020·陜西省西安中學(xué)高三下學(xué)期第四次模擬)如圖所示,在傾角為θ的光滑斜面上,有三條水平虛線l1、l2、l3,它們之間的區(qū)域Ⅰ、Ⅱ?qū)挾染鶠閐,兩區(qū)域分別存在垂直斜面向下和垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,一個(gè)質(zhì)量為m、邊長(zhǎng)為d、總電阻為R的正方形導(dǎo)線框,從l1上方一定高度處由靜止開始沿斜面下滑,當(dāng)ab邊剛越過l1進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ時(shí),恰好以速度v1做勻速直線運(yùn)動(dòng);當(dāng)ab邊在越過l2運(yùn)動(dòng)到l3之前的某個(gè)時(shí)刻,線框又開始以速度v2做勻速直線運(yùn)動(dòng),重力加速度為g.在線框從釋放到穿出磁場(chǎng)的過程中,下列說法正確的是(CD)A.線框中感應(yīng)電流的方向不變B.線框ab邊從l1運(yùn)動(dòng)到l2所用時(shí)間大于從l2運(yùn)動(dòng)到l3所用時(shí)間C.線框以速度v2做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),發(fā)熱功率為eq\f(m2g2R,4B2d2)sin2θD.線框從ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)到速度變?yōu)関2的過程中,減少的機(jī)械能ΔE機(jī)與重力做功WG的關(guān)系式是ΔE機(jī)=WG+eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)-eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)【解析】線圈的ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ過程,由右手定則判斷可知,電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針;線框從磁場(chǎng)Ⅰ出來并進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅱ過程中,電流方向?yàn)轫槙r(shí)針;線框從磁場(chǎng)Ⅱ出來過程中,電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針,則線框中感應(yīng)電流的方向會(huì)改變,A錯(cuò)誤;當(dāng)線框ab邊恰好達(dá)到l2時(shí),ab邊與cd邊共同切割磁感線,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為之前的2倍,瞬時(shí)電流也為之前時(shí)刻的2倍,所以ab與cd邊受到的沿斜面向上的安培力合力為重力沿斜面向下的分量的4倍,線圈將做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng),直到以速度v2勻速直線運(yùn)動(dòng),則有v1>v2,ab邊從l1運(yùn)動(dòng)到l2的平均速度大于從l2運(yùn)動(dòng)到l3的平均速度,則線框ab邊從l1運(yùn)動(dòng)到l2所用時(shí)間小于從l2運(yùn)動(dòng)到l3的時(shí)間,B錯(cuò)誤;線圈以速度v2勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)mgsinθ=2BId=2Bd·eq\f(2Bdv,R)=eq\f(4B2d2v,R)得v=eq\f(mgRsinθ,4B2d2),電功率P=Fv=eq\f(m2g2R,4B2d2)sin2θ,C正確;機(jī)械能的減小等于線框產(chǎn)生的電能,則由能量守恒得知:線框從ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)到速度變?yōu)関2的過程中,減少的機(jī)械能ΔE機(jī)與線框產(chǎn)生的焦耳熱Q電的關(guān)系式是ΔE機(jī)=Q電,即ΔE機(jī)=WG+eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)-eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2),D正確.11.(2020·江蘇省揚(yáng)州中學(xué)高三下學(xué)期5月月考)如圖所示,在光滑水平面上,有一個(gè)粗細(xì)均勻的單匝正方形閉合線框abcd.t=0時(shí)刻,線框在水平外力的作用下,從靜止開始向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng),bc邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)的時(shí)刻為t1,ad邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)的時(shí)刻為t2,設(shè)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小為i,ad邊兩端電壓大小為U,水平拉力大小為F,則下列i、U、F隨運(yùn)動(dòng)時(shí)間t變化關(guān)系圖像正確的是(C)【解析】根據(jù)物理規(guī)律得到物理量表達(dá)式,再選擇圖像是研究圖像問題常用的思路,采用數(shù)學(xué)上數(shù)形結(jié)合的思維方法.金屬桿的速度與時(shí)間的關(guān)系式為v=at,a是加速度.由E=BLv和I=eq\f(E,R)得,感應(yīng)電流與時(shí)間的關(guān)系式為I=eq\f(BLa,R)t,B、L、a均不變,當(dāng)0-t1時(shí)間內(nèi),感應(yīng)電流為零,t1-t2時(shí)間內(nèi),電流I與t成正比,t2時(shí)間后無感應(yīng)電流,故A、B錯(cuò)誤;由E=BLv和I=eq\f(E,R)得,感應(yīng)電流與時(shí)間的關(guān)系式為I=eq\f(BLa,R)t,當(dāng)0-t1時(shí)間內(nèi),感應(yīng)電流為零,ad的電壓為零,t1-t2時(shí)間內(nèi),電流I與t成正比,Uad=IRad=eq\f(BLat,R)×eq\f(1,4)R=eq\f(BLat,4),電壓隨時(shí)間均勻增加,t2時(shí)間后無感應(yīng)電流,但有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),Uad=E=BLat,電壓隨時(shí)間均勻增加,故C正確;根據(jù)推論得知:金屬桿所受的安培力為FA=eq\f(B2L2v,R),由牛頓第二定律得F-FA=ma,得F=eq\f(B2L2a,R)t+ma,當(dāng)0-t1時(shí)間內(nèi),感應(yīng)電流為零,F(xiàn)=ma為定值,t1-t2時(shí)間內(nèi),F(xiàn)與t成正比,F(xiàn)與t是線性關(guān)系,但不過原點(diǎn),t2時(shí)間后無感應(yīng)電流,F(xiàn)=ma為定值,故D錯(cuò)誤.12.(2020·福建福州5月模擬)如圖(甲)所示,MN、PQ為水平放置的足夠長(zhǎng)平行光滑導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)=0.5m,導(dǎo)軌左端連接的定值電阻R=1.5Ω,整個(gè)裝置處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=2T.將電阻為r=0.5Ω的金屬棒ab垂直放置在導(dǎo)軌上,且與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌電阻不計(jì).規(guī)定水平向右為x軸正方向,在x=0處給棒一個(gè)向右的初速度,同時(shí)對(duì)棒施加水平向右的拉力F作用,棒在運(yùn)動(dòng)過程中受的安培力FA隨位移x的關(guān)系圖像如圖(乙)所示.求:(1)金屬棒速度v1=1m/s時(shí),金屬棒受到安培力大小FA1;(2)金屬棒運(yùn)動(dòng)到x=2m時(shí),速度大小v2;(3)估算金屬棒運(yùn)動(dòng)到x=2m過程克服安培力做功值WA.【答案】(1)0.5N(2)1.6m/s(3)1.2J【解析】(1)由法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1=BLv1①由閉合電路歐姆定律得回路中感應(yīng)電流I1=eq\f(E1,R+r)②由安培力公式有FA1=BLI1③由①②③式得FA1=eq\f(B2L2v1,R+r)=0.5N④(2)由圖乙可得,金屬棒運(yùn)動(dòng)到x=2m處,受到的安培力FA2=0.8N⑤由①②③式得v2=eq\f(FA2×R+r,B2L2)=1.6m/s⑥(3)由FA-x圖像中圖線與x軸圍成面積值就等于此過程安培力做的功,由圖可得在0~2m區(qū)域內(nèi)大約有60個(gè)小方格,每個(gè)小方格面積值0.1×0.2J=0.02J⑦所以此過程克服安培力做功WA≈0.02×60J=1.2J⑧13.(2020·遼寧部分重點(diǎn)中學(xué)協(xié)作體模擬)如圖所示,空間存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi),有一對(duì)光滑平行金屬導(dǎo)軌,處于同一水平面內(nèi),導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),導(dǎo)軌間距L=1m,電阻可忽略不計(jì).質(zhì)量均為m=1kg,電阻均為R=2.5Ω的金屬導(dǎo)體棒MN和PQ垂直放置于導(dǎo)軌上,且與導(dǎo)軌接觸良好.先將PQ暫時(shí)鎖定,金屬棒MN在垂直于棒的拉力F作用下,由靜止開始以加速度a=0.4m/s2向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng),5s后保持拉力F的功率不變,直到棒以最大速度vm做勻速直線運(yùn)動(dòng).(1)求棒MN的最大速度vm;(2)當(dāng)棒MN達(dá)到最大速度vm時(shí),解除PQ鎖定,同時(shí)撤去拉力F,兩棒最終均勻速運(yùn)動(dòng).求解除PQ棒鎖定后,到兩棒最終勻速運(yùn)動(dòng)的過程中,電路中產(chǎn)生的總焦耳熱.(3)若PQ始終不解除鎖定,當(dāng)棒MN達(dá)到最大速度vm時(shí),撤去拉力F,棒MN繼續(xù)運(yùn)動(dòng)多遠(yuǎn)后停下來?(運(yùn)算結(jié)果可用根式表示)【答案】(1)2e

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