2025 選考專題高考 物理 （川陜青寧蒙新晉豫）第8講　恒定電流和交變電流作業(yè)含答案

2025選考專題高考物理（川陜青寧蒙新晉豫）第8講恒定電流和交變電流作業(yè)含答案第8講恒定電流和交變電流時間|40min1.(多選)某車裝配了120塊“刀片電池”,每塊“刀片電池”的容量是200A·h,平均工作電壓是3.2V.下列說法正確的是 ()A.單塊電池充滿電后儲存的電荷量是200CB.單塊電池充滿電后儲存的電能是640W·hC.若該車在某次行駛中平均能耗是13kW·h/100km,則其續(xù)航里程是640kmD.若某塊電池充電電流是200A,則經(jīng)過30min可將該電池從其容量的30%充到80%2.[2024·江蘇無錫模擬]太陽能電池被廣泛應(yīng)用在空間探測器上.某太陽能電池在特定光照強度下工作電流I隨路端電壓U變化的圖線如圖中曲線①所示,輸出功率P隨路端電壓U的變化圖線如圖中曲線②所示.圖中給出了該電池斷路電壓U0和短路電流I0.當(dāng)路端電壓為U1時,工作電流為I1,且恰達到最大輸出功率P1,則此時電池的內(nèi)阻為 ()A.UB.PC.UD.U3.[2024·河北卷]R1、R2為兩個完全相同的定值電阻,R1兩端的電壓隨時間周期性變化的規(guī)律如圖甲所示(三角形脈沖交流電壓的峰值是有效值的3倍),R2兩端的電壓隨時間按正弦規(guī)律變化如圖乙所示,則兩電阻在一個周期T內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比Q1∶Q2為 ()A.2∶3 B.4∶3 C.2∶3 D.5∶44.[2024·安徽合肥模擬]如圖所示,電源的電動勢E不變,內(nèi)阻r=1Ω,定值電阻R1=R2=1Ω,滑動變阻器R3的最大值為6Ω,下列說法正確的是 ()A.R1消耗的功率最大時,R3為0ΩB.R2消耗的功率最大時,R3為6ΩC.電源的輸出功率最大時,R3為6ΩD.R3消耗的功率最大時,R3為1Ω5.[2024·湖北卷]在如圖所示電路中接入正弦交流電,燈泡L1的電阻是燈泡L2的2倍.假設(shè)兩個二極管正向電阻為0、反向電阻無窮大.閉合開關(guān)S,燈泡L1、L2的電功率之比P1∶P2為 ()A.2∶1 B.1∶1C.1∶2 D.1∶46.[2024·湖北武漢模擬]如圖所示是某同學(xué)設(shè)計的溫控報警系統(tǒng):交流電源輸入有效值恒定的電壓,變壓器可視為理想變壓器,R0和R1分別為定值電阻和滑動變阻器;RT為熱敏電阻,其阻值隨溫度的升高而減小;S為報警裝置(可視為阻值恒定的電阻),其兩端電壓超過設(shè)定值時報警器發(fā)出警報.現(xiàn)欲使S在溫度更低時報警,下列做法一定可行的是 ()A.僅將滑片P1左移B.僅將滑片P1右移C.將滑片P1左移,同時將滑片P2下移D.將滑片P1右移,同時將滑片P2上移7.[2024·湖南長沙模擬]如圖所示,理想變壓器原線圈與阻值R1=5Ω的定值電阻串聯(lián)后接在輸出電壓恒定的正弦交流電源a、b兩端,副線圈電路中定值電阻R2=10Ω,R為電阻箱,電流表A1、A2和電壓表V1、V2均為理想電表,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為k=5.改變電阻箱的阻值,電流表A1、A2和電壓表V1、V2的示數(shù)變化量的絕對值分別為ΔI1、ΔI2、ΔU1、ΔU2,下列關(guān)系式正確的是 ()A.ΔU1ΔI1=25Ω BC.ΔU2ΔI2=15Ω D8.[2024·江蘇南京模擬]小明同學(xué)設(shè)計了一個手動發(fā)電式電筒,裝置簡化如圖所示.裝置左側(cè)是一個半徑為R=0.5m的水平圓盤,當(dāng)圓盤繞軸心勻速轉(zhuǎn)動時,固定在圓盤邊緣處的小圓柱帶動T形絕緣支架在水平方向往復(fù)運動,T形支架進而驅(qū)動導(dǎo)體棒在光滑的水平導(dǎo)軌上運動,導(dǎo)體棒運動的速度隨時間變化的關(guān)系為v=22sin(2t)m/s.導(dǎo)軌間距d=1m,導(dǎo)軌間存在垂直平面向外的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B=2T,導(dǎo)軌右端連接一理想變壓器,其輸出端給兩個額定電壓為2V的燈泡供電,兩燈泡剛好正常發(fā)光,線圈、導(dǎo)線及導(dǎo)軌電阻不計,電壓表為理想電壓表.下列說法正確的是 (A.當(dāng)T形支架運動到圓盤最左端時,電壓表的示數(shù)為0B.理想變壓器的匝數(shù)比為1∶2C.變壓器輸出電流的頻率為2HzD.圓盤轉(zhuǎn)動的角速度為2rad/s9.如圖所示為某小組設(shè)計的電子秤原理圖.輕質(zhì)托盤與豎直放置的輕彈簧相連.R0為定值電阻,滑動變阻器R的滑片與彈簧上端連接.當(dāng)盤中沒有放物體時,滑片剛好位于滑動變阻器的最上端.該小組用理想電壓表的示數(shù)U反映待測物體的質(zhì)量m;用單位質(zhì)量變化下電壓表示數(shù)變化量的絕對值ΔUΔm描述電子秤的靈敏度.不計一切摩擦,彈簧始終處于彈性限度內(nèi),下列說法正確的是 A.僅更換阻值更大的定值電阻R0,電子秤的靈敏度會下降B.電子秤的靈敏度會隨待測物體質(zhì)量的增大而增大C.彈簧的勁度系數(shù)越小,則電子秤的量程越大D.電壓表的示數(shù)與待測物體的質(zhì)量成非線性關(guān)系10.[2024·湖南卷]根據(jù)國家能源局統(tǒng)計,截止到2023年9月,我國風(fēng)電裝機4億千瓦,連續(xù)13年居世界第一位,湖南在國內(nèi)風(fēng)電設(shè)備制造領(lǐng)域居于領(lǐng)先地位.某實驗小組模擬風(fēng)力發(fā)電廠輸電網(wǎng)絡(luò)供電的裝置如圖所示.已知發(fā)電機轉(zhuǎn)子以角速度ω勻速運動,升、降壓變壓器均為理想變壓器,輸電線路上的總電阻可簡化為一個定值電阻R0.當(dāng)用戶端接一個定阻電阻R時,R0上消耗的功率為P.不計其余電阻,下列說法正確的是()A.風(fēng)速增加,若轉(zhuǎn)子角速度增加一倍,則R0上消耗的功率為4PB.輸電線路距離增加,若R0阻值增加一倍,則R0上消耗的功率為4PC.若升壓變壓器的副線圈匝數(shù)增加一倍,則R0上消耗的功率為8PD.若在用戶端再并聯(lián)一個完全相同的電阻R,則R0上消耗的功率為6P11.(多選)[2024·湖北襄陽模擬]直徑為d的半圓形金屬線框放置在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,磁場方向垂直紙面向外,P、Q兩點連線與磁場垂直,線框繞P、Q軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,將線框接入如圖所示的電路中,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1n,已知線框電阻為r,原線圈兩端并聯(lián)電阻阻值為R0,副線圈兩端的滑動變阻器接入阻值為R1,其他電阻不計,則 (A.通過滑動變阻器的電流方向不變B.滑動變阻器的滑片下滑,通過R0的電流增大C.無論滑動變阻器的滑片上滑還是下滑,R1兩端電壓不變D.R0兩端電壓小于2第8講恒定電流和交變電流1.BD[解析]單塊電池充滿電后儲存的電荷量是q=200A·h=200A·3600s=7.2×105C,故A錯誤;單塊電池充滿電后儲存的電能是E1=Uq=3.2V×200A·h=640W·h,故B正確;該車充滿電后儲存的電能為E=120E1=120×0.64kW·h=76.8kW·h,則其續(xù)航里程是s=76.813×100km≈591km,故C錯誤;若某塊電池充電電流是200A,則經(jīng)過30min可給該電池充的電荷量Q=200A×30min=100A·h=12q,即為總?cè)萘康?0%,可將該電池從其容量的30%充到80%,2.C[解析]根據(jù)題意可知,太陽能電池的電動勢為U0,路端電壓為U1時,太陽能電池的總功率為P總=U0I1,太陽能電池內(nèi)阻的功率為P內(nèi)=P總-P1,根據(jù)P內(nèi)=I12r可得r=U0I13.B[解析]設(shè)R1、R2的阻值均為R,根據(jù)題中所給信息,由電流的熱效應(yīng)可得Q1=U032R·T2+U02R·T2=2U023RT,Q2=U024.C[解析]由串、并聯(lián)電路的基本規(guī)律可知,R1與R3是并聯(lián)關(guān)系,R1消耗的功率PR1=UR12R1,由閉合電路歐姆定律可得UR1=E-Ir,PR1最大時,干路中電流最小,電路中總電阻最大,R3為6Ω,A錯誤;當(dāng)R3減小時,R2消耗的功率增大,可知R2消耗的功率最大時,R3為0Ω,B錯誤;電源的輸出功率P出=I2R外=E2R外+r2R外+2r,當(dāng)R外=r=1Ω時電源輸出功率最大,電源內(nèi)阻為1Ω,而外電阻小于1Ω,所以R3越大,電源的輸出功率越大,輸出功率最大時,R3為6Ω,C正確;當(dāng)?shù)刃щ娫磧?nèi)阻r'=rR1r+R1+R2=5.C[解析]兩個二極管正向電阻為0,反向電阻無窮大,則二極管導(dǎo)通時短路并聯(lián)的燈泡,此時另一個燈泡與電源串聯(lián),根據(jù)電路圖可知,在一個完整的周期內(nèi),兩個燈泡有電流通過的時間相等,都為半個周期,電壓有效值也相等,根據(jù)P=U2R,可知P1∶P2=RL2∶RL1=1∶2,故C6.A[解析]RT為熱敏電阻,其阻值隨溫度的升高而減小,欲使S在溫度更低時報警,則需要溫度更低時,報警裝置兩端電壓超過設(shè)定值而發(fā)出警報,若僅將滑片P1左移,則滑動變阻器的阻值變小,由于副線圈電壓不變,因此副線圈電流增大,故可以在溫度更低時,報警裝置兩端電壓超過設(shè)定值而發(fā)出警報,故A正確;若僅將滑片P1右移,則滑動變阻器的阻值變大,由于副線圈電壓不變,因此副線圈電流減小,故在溫度更高時,報警裝置兩端電壓才能達到設(shè)定值,故B錯誤;若將滑片P1左移,同時將滑片P2下移,則滑動變阻器的阻值調(diào)小,而副線圈電壓變小,因此副線圈電流不一定變化,故C錯誤;若將滑片P1右移,同時將滑片P2上移,則滑動變阻器的阻值調(diào)大,而副線圈電壓變大,因此副線圈電流不一定變化,故D錯誤.7.C[解析]在原線圈回路中,根據(jù)歐姆定律有U1=Uab-I1R1,則ΔU1ΔI1=R1=5Ω,故A、B錯誤;由理想變壓器電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系,可得U1U2=k,I2I1=k,聯(lián)立解得U2=Uabk-I2R1k8.B[解析]導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值e=Bdv=2×1×22sin(2t)V=2sin(2t)V,則感應(yīng)電動勢的峰值為2V,電壓表示數(shù)為感應(yīng)電動勢的有效值,有UV=Um2=1V,電壓表示數(shù)一直為1V不變,A錯誤;變壓器原線圈電壓U1=UV=1V,變壓器副線圈電壓U2=2V,理想變壓器的匝數(shù)比為n1n2=U1U2=12,B正確;由速度隨時間變化的關(guān)系式可知,圓盤轉(zhuǎn)動的角速度ω=2rad/s,D錯誤;變壓器輸出電流的周期T=2πω=2π2s=2πs,變壓器輸出電流的頻率為9.A[解析]由圖可知,滑動變阻器R與定值電阻R0串聯(lián),滑動變阻器的電阻全部連入電路,電壓表測量滑片上半部分電阻兩端的電壓,當(dāng)滑動變阻器的滑片P向下移動時,電路中的電阻不變,由歐姆定律可知,電路中的電流I不變,電壓表的示數(shù)U=IR',又R'=ρlS,mg=kl,解得U=IρgkSm,即電壓表的示數(shù)與待測物體的質(zhì)量成正比關(guān)系,故D錯誤;由U=IρgkSm可知,彈簧的勁度系數(shù)k越小,則質(zhì)量m的最大值越小,即電子秤的量程越小,故C錯誤;由U=IρgkSm可知,電子秤的靈敏度ΔUΔm=IρgkS,僅更換阻值更大的定值電阻R0,則電路中的電流I會減小,電子秤的靈敏度會下降,10.A[解析]設(shè)降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為k,則原、副線圈中的電流之比I3I4=1k,將降壓變壓器及其所連負載等效成升壓變壓器副線圈所連電路中的一個電阻R等效,研究R等效與輸電線路總電阻R0串聯(lián)接在升壓變壓器副線圈兩端形成的閉合回路,如圖所示,根據(jù)理想變壓器的輸出功率等于輸入功率,即I32R等效=I42R,解得R等效=k2R,則流過R0的電流I2=U2R等效+R0=U2k2R+R0.轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e=NBSωsinωt,若風(fēng)速增加,轉(zhuǎn)子角速度增加一倍,則發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢有效值變?yōu)樵瓉淼?倍,由于整個電路結(jié)構(gòu)不變,故各部分的電壓都變?yōu)樵瓉淼?倍,即R0上的電壓U0也變?yōu)樵瓉淼?倍,根據(jù)P=U02R0可知,R0上消耗的功率變?yōu)樵瓉淼?倍,即變?yōu)?P,故A正確;若升壓變壓器的副線圈匝數(shù)增加一倍,則升壓變壓器副線圈兩端電壓U2變?yōu)樵瓉淼?倍,由于升壓變壓器副線圈所連的電路結(jié)構(gòu)不變,故升壓變壓器副線圈所連的電路中各部分電壓都變?yōu)樵瓉淼?倍,即R0上的電壓U0也變?yōu)樵瓉淼?倍,根據(jù)P=U02R0可知,R0上消耗的功率變?yōu)樵瓉淼?倍,即變?yōu)?P,故C錯誤;若輸電線路距離增加,R0阻值增加一倍,則流過R0的電流I2變小,根據(jù)P=I22R0可知,R0上消耗的功率小于原來的2倍,即小于2P,故B錯誤;若在用戶端再串聯(lián)一個完全相同的電阻R,則流過R011.BD[解析]線框繞P、Q連線以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生正弦式交變電流,故A錯誤;原、副線圈匝數(shù)的比值為1n,根據(jù)原、副線圈電壓之比等于原、副線圈匝數(shù)之比,所以U1=U2n,設(shè)流過電阻R0的電流為I0,則有I0=U1R0,設(shè)流過原線圈的電流為I1,理想變壓器的輸入功率為P1,則有I1=P1U1,設(shè)線框產(chǎn)生的電動勢為E,則有E-U1r=I0+I1=U1R0+P1U1,理想變壓器輸出功率P2=U22R1,理想變壓器的輸出功率等于輸入功率,即P1=P2,聯(lián)立可得U1=R1R0R1R0+R1r+n2R0rE=R0R0+r+n2R0rR1E,其中R0、r、E、n為定值,當(dāng)電阻R1增大時,原線圈兩端電壓增大,通過電阻R0的電流I0增大,線圈匝數(shù)比不變,滑動變阻器兩端的電壓與原線圈兩端電壓成正比,故B正確,C第9講電磁感應(yīng)【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】【關(guān)鍵能力】掌握電磁感應(yīng)圖像問題,重視以導(dǎo)體棒切割磁感線為素材的導(dǎo)軌模型,熟練掌握電磁感應(yīng)中的能量問題,培養(yǎng)學(xué)生的推理能力、分析綜合能力.強化與電路、牛頓運動定律、動量、能量相結(jié)合的綜合性題型的訓(xùn)練.題型1楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律及應(yīng)用1.用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方法2.感應(yīng)電動勢大小的三種計算方法(1)E=nΔΦ(2)E=Blv,主要用來計算導(dǎo)體平動切割磁感線產(chǎn)生電動勢的瞬時值;(3)E=12Bl2ω,主要用來計算導(dǎo)體轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生電動勢的瞬時值例1[2024·湖南卷]如圖所示,有一硬質(zhì)導(dǎo)線Oabc,其中abc是半徑為R的半圓弧,b為圓弧的中點,直線段Oa長為R且垂直于直徑ac.該導(dǎo)線在紙面內(nèi)繞O點逆時針轉(zhuǎn)動,導(dǎo)線始終在垂直紙面向里的勻強磁場中,則O、a、b、c各點電勢關(guān)系為 ()A.φO>φa>φb>φcB.φO<φa<φb<φcC.φO>φa>φb=φcD.φO<φa<φb=φc例2(多選)[2023·全國甲卷]一有機玻璃管豎直放在水平地面上,管上有漆包線繞成的線圈,線圈的兩端與電流傳感器相連,線圈在玻璃管上部的5匝均勻分布,下部的3匝也均勻分布,下部相鄰兩匝間的距離大于上部相鄰兩匝間的距離,如圖甲所示.現(xiàn)讓一個很小的強磁體在玻璃管內(nèi)沿軸線從上端口由靜止下落,電流傳感器測得線圈中電流I隨時間t的變化如圖乙所示,則 ()A.小磁體在玻璃管內(nèi)下降速度越來越快B.下落過程中,小磁體的N極、S極上下顛倒了8次C.下落過程中,小磁體受到的電磁阻力始終保持不變D.與上部相比,小磁體通過線圈下部的過程中,磁通量變化率的最大值更大【技法點撥】本題根據(jù)經(jīng)典的電磁阻尼現(xiàn)象演示實驗圖像,從多個設(shè)問角度考查學(xué)生對電磁感應(yīng)原理的深入理解和掌握.其中,B選項迷惑性較強.可以假設(shè)小磁體是N極向下穿過線圈,則在穿入靠近每匝線圈的過程中磁通量向下增加而產(chǎn)生逆時針方向的電流,在穿出遠離每匝線圈的過程中磁通量向下減少而產(chǎn)生順時針方向的電流,即電流方向相反,與題干描述的穿過線圈的過程中電流方向變化相符,與小磁體是否翻轉(zhuǎn)磁極沒有關(guān)系.【遷移拓展】1.[2024·廣東卷]電磁俘能器可在汽車發(fā)動機振動時利用電磁感應(yīng)發(fā)電實現(xiàn)能量回收,結(jié)構(gòu)如圖甲所示.兩對永磁鐵可隨發(fā)動機一起上下振動,每對永磁鐵間有水平方向的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小均為B.磁場中,邊長為L的正方形線圈豎直固定在減震裝置上.某時刻磁場分布與線圈位置如圖乙所示,永磁鐵振動時磁場分界線不會離開線圈.關(guān)于圖乙中的線圈,下列說法正確的是 ()A.穿過線圈的磁通量為BL2B.永磁鐵相對線圈上升越高,線圈中感應(yīng)電動勢越大C.永磁鐵相對線圈上升越快,線圈中感應(yīng)電動勢越小D.永磁鐵相對線圈下降時,線圈中感應(yīng)電流的方向為順時針方向2.(多選)[2024·湖南長沙模擬]如圖所示,足夠長的圓柱形永磁體豎直放置,其周圍存在輻向磁場.一個圓形金屬線圈與磁體中心同軸,線圈由靜止釋放后經(jīng)過時間t速度達到最大值v,此過程中線圈平面始終保持水平.已知金屬線圈的直徑為d、匝數(shù)為N、質(zhì)量為m、總電阻為R,金屬線圈下落過程中所經(jīng)過之處的磁感應(yīng)強度大小均為B,重力加速度大小為g,不計空氣阻力,則 ()A.從上往下看,線圈中感應(yīng)電流沿順時針方向B.線圈達到最大速度之前做勻加速直線運動C.線圈下落速度為v時的熱功率為NmgvD.t時間內(nèi)通過線圈的某一橫截面的電荷量為mgt題型2電磁感應(yīng)中的電路與圖像問題1.電磁感應(yīng)中電路問題的解題流程2.電磁感應(yīng)中圖像問題的解題思路電磁感應(yīng)相關(guān)的圖像類型豐富,除了Φ-t圖像、B-t圖像、v-t圖像等,還涉及e-x圖像、i-x圖像等;從電動勢的產(chǎn)生途徑來看,可以是因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的,更多的是由于切割磁感線而產(chǎn)生的;從因果關(guān)系來看,可以拓展出許多圖像:例3(多選)[2024·全國甲卷]如圖所示,一絕緣細繩跨過兩個在同一豎直面(紙面)內(nèi)的光滑定滑輪,繩的一端連接一矩形金屬線框,另一端連接一物塊.線框與左側(cè)滑輪之間的虛線區(qū)域內(nèi)有方向垂直紙面的勻強磁場,磁場上下邊界水平.在t=0時刻線框的上邊框以不同的初速度從磁場下方進入磁場.運動過程中,線框始終在紙面內(nèi)且上下邊框保持水平.以向上為速度的正方向,下列線框的速度v隨時間t變化的圖像中可能正確的是 ()ABCD例4[2024·河北保定模擬]在水平面上建立如圖所示的平面坐標(biāo)系xOy,磁感應(yīng)強度為2T的勻強磁場垂直于水平面向下.光滑閉合金屬導(dǎo)軌OAB的OA部分與x軸重合,曲線部分OBA滿足方程y=-2x2+4x.足夠長的導(dǎo)體棒CD與導(dǎo)軌OA由同種材料制成,每米的電阻均為2Ω,導(dǎo)軌其余部分電阻不計.起初CD與y軸重合,D與O重合,在垂直于CD的水平外力的作用下,CD沿x軸正方向以5m/s的速度勻速運動,CD與導(dǎo)軌接觸良好,且始終與x軸垂直.(1)求CD運動到曲線頂點B時流過CD的電流I的大小和方向;(2)設(shè)CD與曲線部分的交點為G,求CD在導(dǎo)軌上運動過程中D、G兩點間電壓U與其橫坐標(biāo)x的函數(shù)關(guān)系;(3)求水平外力的最大功率.【遷移拓展】1.[2022·全國甲卷]三個用同樣的細導(dǎo)線做成的剛性閉合線框,正方形線框的邊長與圓線框的直徑相等,圓線框的半徑與正六邊形線框的邊長相等,如圖所示.把它們放入磁感應(yīng)強度隨時間線性變化的同一勻強磁場中,線框所在平面均與磁場方向垂直,正方形、圓形和正六邊形線框中感應(yīng)電流的大小分別為I1、I2和I3,則 ()A.I1<I3<I2B.I1>I3>I2C.I1=I2>I3D.I1=I2=I32.[2024·河北滄州模擬]如圖所示為有理想邊界的兩個勻強磁場,磁感應(yīng)強度均為B=0.5T,兩平行邊界間距x=0.1m.一邊長L=0.2m的正方形線框abcd由粗細均勻的電阻絲圍成,總電阻為R=0.4Ω.現(xiàn)使線框以v=2m/s的速度從位置Ⅰ勻速運動到位置Ⅱ,則下列能正確反映整個過程中線框上a、b兩點間的電勢差Uab隨時間t變化的圖線是 ()3.(多選)[2024·湖南岳陽模擬]在如圖所示的電路中,半徑為r的半圓形金屬滑軌一端與阻值為R的定值電阻連接,另一端靠近金屬棒轉(zhuǎn)軸(但不連接),金屬棒的長度略大于2r,可繞O點在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動,在轉(zhuǎn)軸處與定值電阻R相連,轉(zhuǎn)動過程中始終保持與滑軌良好接觸.t=0時刻,金屬棒在外界控制下從豎直位置以角速度ω繞O點順時針勻速轉(zhuǎn)動,直至水平,整個裝置處在磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直于滑軌所在平面向里的勻強磁場(圖中未畫出)中.金屬棒和滑軌的電阻均不計.下列說法正確的是 ()A.通過定值電阻的電流方向發(fā)生改變B.在t=π4ωC.通過定值電阻的電流的最大值為2D.在金屬棒從豎直位置轉(zhuǎn)到水平位置的過程中,通過定值電阻的電荷量為π題型3電磁感應(yīng)中的力學(xué)綜合問題電磁感應(yīng)可以融合電磁學(xué)和力學(xué)的知識綜合起來應(yīng)用,常以壓軸題形式出現(xiàn).例5(多選)[2024·湖南卷]某電磁緩沖裝置如圖所示,兩足夠長的平行金屬導(dǎo)軌置于同一水平面內(nèi),導(dǎo)軌左端與一阻值為R的定值電阻相連,導(dǎo)軌BC段與B1C1段粗糙,其余部分光滑,AA1右側(cè)處于豎直向下的勻強磁場中,一質(zhì)量為m的金屬桿垂直導(dǎo)軌放置.現(xiàn)讓金屬桿以初速度v0沿導(dǎo)軌向右經(jīng)過AA1進入磁場,最終恰好停在CC1處.已知金屬桿接入導(dǎo)軌之間的阻值為R,與粗糙導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ,AB=BC=d.導(dǎo)軌電阻不計,重力加速度為g,下列說法正確的是 ()A.金屬桿經(jīng)過BB1的速度為vB.在整個過程中,定值電阻R產(chǎn)生的熱量為12mv02C.金屬桿經(jīng)過AA1B1B與BB1C1C區(qū)域,金屬桿所受安培力的沖量相同D.若將金屬桿的初速度加倍,則金屬桿在磁場中運動的距離大于原來的2倍

例6[2023·全國甲卷]如圖所示,水平桌面上固定一光滑U形金屬導(dǎo)軌,其平行部分的間距為l,導(dǎo)軌的最右端與桌面右邊緣對齊.導(dǎo)軌的電阻忽略不計.導(dǎo)軌所在區(qū)域有方向豎直向上的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B.一質(zhì)量為m、電阻為R、長度也為l的金屬棒P靜止在導(dǎo)軌上.導(dǎo)軌上質(zhì)量為3m的絕緣棒Q位于P的左側(cè),以大小為v0的速度向P運動并與P發(fā)生彈性碰撞,碰撞時間很短.碰撞一次后,P和Q先后從導(dǎo)軌的最右端滑出導(dǎo)軌,并落在地面上同一地點.P在導(dǎo)軌上運動時,兩端與導(dǎo)軌接觸良好,P與Q始終平行.不計空氣阻力.求:(1)金屬棒P滑出導(dǎo)軌時的速度大小;(2)金屬棒P在導(dǎo)軌上運動過程中產(chǎn)生的熱量;(3)與P碰撞后,絕緣棒Q在導(dǎo)軌上運動的時間.【技法點撥】本題將彈性碰撞與電磁感應(yīng)、微元法巧妙結(jié)合,能力要求高.兩物體發(fā)生彈性碰撞,利用動量守恒和動能之和不變列方程解答;導(dǎo)體棒在磁場中切割磁感線運動為變速直線運動,可以采用微元法,把位移分割為微元,利用動量定理列方程解答.例7[2024·湖北卷]如圖所示,兩足夠長平行金屬直導(dǎo)軌MN、PQ的間距為L,固定在同一水平面內(nèi),直導(dǎo)軌在左端M、P點分別與兩條豎直固定、半徑為L的14圓弧導(dǎo)軌相切.MP連線與直導(dǎo)軌垂直,其左側(cè)無磁場,右側(cè)存在磁感應(yīng)強度大小為B、方向豎直向下的勻強磁場.長為L、質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒ab跨放在兩圓弧導(dǎo)軌的最高點.質(zhì)量為2m、電阻為6R的均勻金屬絲制成一個半徑為L的圓環(huán),水平放置在兩直導(dǎo)軌上,其圓心到兩直導(dǎo)軌的距離相等.忽略導(dǎo)軌的電阻、所有摩擦以及金屬環(huán)的可能形變,金屬棒、金屬環(huán)均與導(dǎo)軌始終接觸良好,重力加速度大小為g.現(xiàn)將金屬棒ab(1)ab剛越過MP時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小;(2)金屬環(huán)剛開始運動時的加速度大小;(3)為使ab在整個運動過程中不與金屬環(huán)接觸,金屬環(huán)圓心初始位置到MP的最小距離.【遷移拓展】1.(多選)[2024·山東青島模擬]如圖所示,兩足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌與水平面成θ角放置,導(dǎo)軌電阻不計,其頂端接有一電阻,底端靜置一金屬棒,整個裝置處于方向垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強磁場中.為了使金屬棒沿導(dǎo)軌上滑,磁感應(yīng)強度開始隨時間均勻變化,當(dāng)金屬棒運動到a處時磁感應(yīng)強度開始保持不變.金屬棒剛運動到a處時速度大小為v1,繼續(xù)滑行一段距離到達最高點b后,再返回到a處時速度大小為v2.重力加速度為g,則()A.金屬棒從導(dǎo)軌底端上滑到a處的過程中,磁感應(yīng)強度隨時間在均勻增大B.金屬棒上滑經(jīng)過ab段的加速度小于下滑經(jīng)過ab段的加速度C.金屬棒上滑經(jīng)過ab段和下滑經(jīng)過ab段過程中,通過R的電荷量之比為1∶1D.金屬棒從a處上滑到b后再返回到a處的總時間等于v2.(多選)[2024·湖北黃岡模擬]列車進站時,其剎車原理可簡化為如圖所示,在車身下方固定一單匝矩形線框,利用線框進入磁場時所受的安培力輔助列車剎車.已知列車的質(zhì)量為m,車身長為s,線框的ab邊和cd邊長度均為L(L小于勻強磁場的寬度),線框的總電阻為R.軌道上勻強磁場區(qū)域足夠長,磁感應(yīng)強度的大小為B.車頭進入磁場瞬間的速度為v0,列車停止前所受鐵軌及空氣阻力的合力恒為Ff.車尾進入磁場瞬間,列車剛好停止.下列說法正確的是 ()A.列車進站過程中,線框中的電流方向為abcdaB.列車的ab邊進入磁場瞬間,線框中的電流大小I=2C.列車從進站到停下來的過程中,減少的動能大于線框產(chǎn)生的焦耳熱D.列車的ab邊進入磁場瞬間,加速度大小a=B第9講電磁感應(yīng)題型1例1C[解析]a、b、c點繞O點逆時針轉(zhuǎn)動時,相當(dāng)于長為Oa、Ob、Oc的導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動切割磁感線,由右手定則可知,O點電勢最高.由法拉第電磁感應(yīng)定律有E=Blv=12Bωl2,又lOa=R,lOb=lOc=R2+(2R)2=5R,則UOa<UOb=UOc,即φO-φa<φO-φb=φO-φc,所以φO>φa>φ例2AD[解析]在小磁體下落的過程中,它經(jīng)過的每匝線圈的磁通量都是先增大后減小,由上到下每匝線圈都依次充當(dāng)電源,電流的峰值越來越大,即小磁體在依次穿過每匝線圈的過程中,線圈中的磁通量變化率的最大值越來越大,可以判斷小磁體下落的速度越來越大,故A、D正確;電流方向變化的原因是穿過線圈的磁通量先增大后減小,而不是小磁體的N、S極上下顛倒,故B錯誤;線圈可等效為條形磁鐵,線圈中的電流變化則磁鐵磁性變化,因此小磁體受到的電磁阻力是變化的,C錯誤.【遷移拓展】1.D[解析]題圖乙中穿過正方形線圈上下方的磁通量正負抵消,故此時穿過線圈的磁通量為零,A錯誤;正方形線圈與永磁鐵相對運動時,上下兩條邊切割磁感線,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=2BLv,永磁鐵相對線圈上升越快,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大,C錯誤;永磁鐵相對線圈上升的高低,對線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢沒有影響,B錯誤;永磁鐵相對線圈下降時,穿過線圈的磁通量向紙外增大,根據(jù)楞次定律可知,線圈中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流,D正確.2.AD[解析]線圈的每一部分都在切割磁感線,根據(jù)右手定則可知,從上往下看,線圈中感應(yīng)電流沿順時針方向,A正確;線圈達到最大速度之前,隨著速度增大,電流增大,所受向上的安培力增大,根據(jù)牛頓第二定律可知,加速度逐漸減小,即線圈做加速度減小的加速運動,B錯誤;線圈下落速度為v時,安培力與重力平衡,則克服安培力做功的功率等于重力做功的功率,又知熱功率等于克服安培力做功功率,故P熱=Fv=mgv,C錯誤;t時間內(nèi),根據(jù)動量定理有mgt-Ft=mv,其中F=NπdBI,It=q,聯(lián)立得mgt-NπdBq=mv,解得q=mgt-mv題型2例3AC[解析]設(shè)線框的上邊框進入磁場時的速度為v,線框的質(zhì)量為M,物塊的質(zhì)量為m,由選項圖可知,線框進入磁場時的加速度向下,對線框由牛頓第二定律可知Mg+F安-FT=Ma,對物塊有FT-mg=ma,其中F安=B2L2vR,聯(lián)立可得B2L2vR+(M-m)g=(M+m)a,線框向上做減速運動,隨著速度的減小,向下的加速度減小;若M<例4(1)4A方向由D到C(2)U=-4x2+8x(V)(3)80W[解析](1)曲線方程可變形為y=-2(x-1)2+2,當(dāng)CD運動到曲線頂點B時,x=1m,y=2m,故此時CD的有效長度為L1=2m感應(yīng)電動勢為E1=BL1v=20V電路中的總電阻為R總=RCD+ROD根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,流過CD的電流為I=E1根據(jù)右手定則可知,導(dǎo)體棒CD中電流方向由D到C(2)當(dāng)CD棒的橫坐標(biāo)為x時,導(dǎo)體棒接入電路部分產(chǎn)生的電動勢為E=Byv=-20x2+40x(V)電路中的總電阻為R總'=RGD+RODRDAROD+根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,流過CD的電流為I'=ERD、G兩點間電壓U=I'×RODRDAROD+(3)當(dāng)CD運動到曲線頂點B時,CD接入電路的有效長度最長,由于CD中的電流恒定,所以此時CD所受安培力最大,而CD勻速運動,則此時水平外力最大,水平外力的功率最大,為Pm=FAmv=BIL1v=80W【遷移拓展】1.C[解析]設(shè)圓線框的半徑為r,則由題意可知正方形線框的邊長為2r,正六邊形線框的邊長為r,所以圓線框的周長為C2=2πr,面積為S2=πr2,正方形線框的周長和面積分別為C1=8r,S1=4r2,正六邊形線框的周長和面積分別為C3=6r,S3=12×6×r×32r=33r22,三個線框的材料、橫截面積完全相同,根據(jù)電阻定律R=ρLS橫截面,可知三個線框的電阻之比為R1∶R2∶R3=C1∶C2∶C3=8∶2π∶6,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有I=ER=ΔBΔt·SR,可得電流之比為I1∶I2∶I32.A[解析]ab邊切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=BLv=0.2V,線框中的感應(yīng)電流為I=ER=0.5A,cd邊在兩平行邊界之間運動的時間t1=xv=5×10-2s,ab邊運動的位置Ⅱ所用的時間t2=Lv=10×10-2s,所以在0~5×10-2s時間內(nèi),ab段為電源,a端電勢高于b端電勢,a、b兩點間的電勢差為U1=I·34R=0.15V;在5×10-2~10×10-2s時間內(nèi),ab段和cd段都為電源,a端電勢高于b端電勢,感應(yīng)電流為0,a、b兩點間的電勢差U2=E=0.2V;在10×10-2~15×10-2s時間內(nèi),cd段為電源,a端電勢高于b端電勢,a、b兩點間的電勢差為U3=I·143.BC[解析]由右手定則可知,金屬棒轉(zhuǎn)動過程中,回路中的感應(yīng)電流方向一直為順時針方向,即通過定值電阻的電流方向一直不變,故A錯誤;在t=π4ω時刻,金屬棒轉(zhuǎn)過的角度為π4,接入電路的有效長度為2r,則感應(yīng)電動勢為E1=B·2r·12ω·2r=ωBr2,通過定值電阻的電流為I1=E1R=ωBr2R,故B正確;當(dāng)金屬棒轉(zhuǎn)到水平位置時,感應(yīng)電動勢最大,為Em=B·2r·12ω·2r=2ωBr2,則通過定值電阻的電流的最大值為Im=EmR=2ωBr2R,故C正確;由E=ΔΦΔt,I=E題型3例5CD[解析]金屬桿經(jīng)過AA1B1B區(qū)域,切割磁感線,產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢為E1=ΔΦΔt1=BLdΔt1,電路中的平均感應(yīng)電流I1=E1R+R=BLd2RΔt1,金屬桿受到的平均安培力FA1=I1LB=B2L2d2RΔt1,安培力的沖量IA1=FA1·Δt1=B2L2d2R,同理,金屬桿經(jīng)過BB1C1C區(qū)域,金屬桿所受安培力的沖量IA2=B2L2d2R,所以金屬桿經(jīng)過這兩個區(qū)域所受安培力的沖量相同,故C正確;金屬桿經(jīng)過AA1B1B區(qū)域過程,根據(jù)動量定理得-IA1=mvBB1-mv0,金屬桿經(jīng)過BB1C1C區(qū)域過程,設(shè)所用時間為Δt2,根據(jù)動量定理得-IA2-μmg·Δt2=0-mvBB1,聯(lián)立解得vBB1=v02+μgΔt22,故A錯誤;根據(jù)能量守恒定律可知,在整個過程中,金屬桿減少的動能等于克服摩擦力做的功和克服安培力做的功之和,則克服安培力做的功WA=12mv02-μmgd,而克服安培力做的功轉(zhuǎn)化為金屬桿和定值電阻產(chǎn)生的焦耳熱,所以總焦耳熱Q=WA=12mv02-μmgd,由于金屬桿的電阻和定值電阻的阻值相同,故定值電阻上產(chǎn)生的熱量QR=12Q=14mv02例6(1)12v0(2)mv02[解析](1)以向右為正,設(shè)Q與P發(fā)生碰撞后,Q的速度為v1,P的速度為v2.由于P和Q間為彈性碰撞,由動量守恒定律和機械能守恒定律有3mv0=3mv1+mv212(3m)v02=12(3m)v設(shè)P滑出導(dǎo)軌時的速度為v3,由題意可知v3=v1聯(lián)立解得v3=12v(2)設(shè)P在導(dǎo)軌上運動過程中產(chǎn)生的熱量為W,由能量守恒定律有W=12mv22-聯(lián)立解得W