专题10电磁感应-备战2019年高考物理优质试卷分项版版含解析.pdf

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1、备战2M9年高考优顺原创物理试题分项解析专题1。电磁感应一.选择题1.如图所示，在高度差 h 的平行虚线范围内，有磁感强度 B、方向垂直于竖直平面向里的匀强磁场，四边完全一样的正方形线框 abcd 的质量 m、边长 L=h、电阻 R,线框平面与竖直平面平行，静止在位置 I 时，cd 边跟磁场下边缘有一段距离。现用一竖直向上的恒力 F 向上提线框，该框由位置 I 无初速度开始向上运动，穿过磁场区，最后到达位置II（ab 边恰好出磁场），线框平面在运动中保持与磁场方向垂直，且 cd 边保持水平。设 cd 边刚进入磁场时，线框恰好开始做匀速运动。重力加速度为 g,由下列说法正确是：B.线框通过磁场内

2、产生的电功率PC.cd 边刚进入磁场后两端电压U(Fmg)2R-2,2Bh(Fmg)R4Bh(Fmg)mR2D.线框由位置 I 到位置 II 的过程中,恒力 F 做功WFA光一2h2B4h4【答案】ABD【解析】在恒力作用下，线圈开始向上做匀加速直线运动J J设线圈的加速度为a,a,据牛顿第二定律有:F-mgmaf从线圈进入磁场开始做匀速运动、速度为乜，则；4 4边产生的感应电动势为E=BLvlf线框中产生的感应电流为1 1一9 9区线框所受的安培力为七二M,M,因线框做勺速运动，WJWFWJWF三4+4+陆g g=暇立上述几式.解得R=R=(F二:廿,颉A A正确因线框做匀速运动线框通过2Z

3、JDA A、磁场内产生的电功率P5安丫1-雪一，故 B 正确；cd 边切割磁感线，是电源，cd 两端BhCC，L、C，L、T-i/33(Fmg)R0小*，XXXX“又乂又乂(1)线圈进入磁场过程中，通过线圈横截面的电荷量；(2)线圈穿过磁场过程中产生的焦耳热；(3)线圈进入磁场的时间 ti 和线圈离开磁场的时间 t2。2319【答案】(1)qC;(2)2.1J;(3)t1一s；t2一 s11110110【解析】)线圈进入磁场过程中通过线圈横截面的电荷量过程中由胡第电磁感应定律得：笈弋4由闭合电路欧妈定律得：了=1K线圈进入磁场过程中，通过线圈楞截面的电荷量4二了酎2代人数值解得9=5口(2)勖

4、边刚离开磁场时线圈也是匀速运动，此时安培力与重力两力平衡导体棒切割磁感线产生的电动势反反J7由闭合电路欧姆定律得R由能量定恒定律得：线圈弁过磁场过程中产生的焦导热Q=睢5+d)代人数值解得gLlm/*Q=MLJ初若4 4（但任手3 3分一耽崎z2z2对2）电流最大值4=等0分）JJC电流有效值丁（1 1分）外力F做的功次=。=?当 C 分）2vj/t3）因产生的是正弦交变电端,将此过程等价于矩形线桩在匀强磁场中匀邂与幼，求出电流平均值.由9=3,得通过导体棒加的电荷量畀(2)3JE无7.（20 分）如图所示，足够长的平行金属导轨弯折成图示的形状，分为I、II、出三个区域。In 区域导轨水平，长

5、度 x=0.8区域导轨与水平面的夹角 a=37,存在与导轨平面垂直的匀强磁场,m,无磁场；出区域导轨与水平面夹角 3=53,存在与导轨平面平行的匀强磁场。金属细杆 a 在区域 I 内沿导轨以速度 V0=1m/s 匀速向下滑动，当 a 杆滑至距水平导轨高度为 hi=0.6m 时，金属细杆 b 在区域出从距水平导轨高度为 h2=1.6m 处由静止释放，进入水平导轨与金属杆 a 发生碰撞，碰撞后两根金属细杆粘合在一起继续运动。已知 a、b 杆的质量均为 m=0.1kg,电阻均为 R=0.l，与导轨各部分的动摩擦因数均相同，导轨间距 l=0.2m,I、出区域磁场的磁感应强度均为 B=1To 不考虑导轨

6、的电阻，倾斜导轨与水平导轨平滑连接，整个过程中杆与导轨接触良好且垂直，sin37=0.6,cos37=0.8,g 取 10m/s2。求：III川（1）金属细杆与导轨间的动摩擦因数心（2）金属细杆 a、b 碰撞后速度的大小 v 共；（3）试判断碰撞后，在金属细杆沿倾斜导轨上升的过程中是否有电流通过金属细杆a,如果有,请计算出通过金属细杆 a 的电荷量大小 Q;如果没有，请计算出金属细杆 a 沿倾斜导轨能上升的最大位移。【答案】（20 分）（1）0.5（4 分）（2）1.5m/s（12 分）（3）没有电流通过金属细杆 s=0.0625m（4 分）1 1解析】EDED金属细杆才沿导轨勺速下滑，对金属

7、名腑支进行受力分析n 如图所示根据法拉第电磁感应定律得（1 1分）根据闭合电路的欧姆定律得上项的分）根据平衡条件得犯+刖37*=-37*=-胸sin37sin37f f分）联立解得*R5*R5（1 1分）（2 2）金属细杆厘沿导轨匀速下滑的位移为h1sin37金属细杆 a 匀速下滑到底端的时间为ta皂=1S（1 分）%金属细杆 b 沿导轨做初速度为 0 的匀加速运动，对金属细杆 b 进行受力分析如图所示根据平衡条件得/=a8切即（1分）根据牛顿第二定律得吨瓶53-叫、=啊（1分）驻立解得bHm/R金属细杆b沿导轨下滑的位移大小为与=2m（1分）&sin530设金属细杆b沿导轨匀加速下涓到底端的

8、时间为通速度为密则有12Sb一 abtb（1 分）2Vbabtb（1 分）联立解得 tb=1s,Vb=4m/s（1 分）因 ta=tb=1s,故 a、b 同时进入 II 区域，做匀减速直线运动，加速度大小均为a=（1g=m/s2设杆 a 速度减为 0 时的位移大小为 Xa,所用的时间为 ta,由动能定理得12mgxa0-mvo（1 分）2解得 Xa=0.1mta=四1s=0.2s（1 分）a5此段时间内杆b运动时位移是%2sa3又因为轲出iT.8皿】故祟6碰撞时，杆a刚好静1L杆b的速度不为。（1分）世杆3砧前瞬间的速度大小为：贝ljW=q_反=3m/s以白杆碰撞过程中由动量守恒定律得=2mv

9、（1分）解得a a13m/s13m/s（1 1分）3）碰撞后&。杆合为 T 本j向左减速运动j冲上I区域，冲上斜面之后金属细杆切割磁感线/在金属细杆的柄端可以产生感应电初势,由于没有朝成回路，故没有电端通过金属出杆。分）设在导轨上运动的位移大小为L由动胃淀理得2mxjt-fiz-2mgays370-s 2mgssin37a-Q-2mi（1分）2带入麴据解得E.06251n（1分8.（15 分）如图 1 所示，两条相距 d=1m 的平行光滑金属导轨位于同一水平面内，其左端接一阻值为 R=9Q 的电阻，右端放置一阻值 r=1、质量 m=1kg 的金属杆，开始时，与 MP 相距 L=4m.导轨置于竖

10、直向下的磁场中，其磁感应强度 B 随时间 t 的变化规律如图 2 所示.给金属杆施加一方向不定的力 F（F 未知），使 02s 内杆静止在 NQ 处.在 t=2s 时杆开始向右做匀加速直线运动，加速度大小 a=1m/s2,6s 末力 F 做的功为 30J（g 取 10m/s2）.求：图 1 图 2（1）杆静止时，杆中感应电流的大小 I 和方向;（2）杆在 t=6s 末受到的力 F 的大小；（3）0-6s 内杆上产生的热量.【答案】(1)0.8A,方向 N-Q(2)7.4N(3)3.48J【解析】在内由电磁感应定律得弱=氐=上4不（1 分）解得m=SV11分）由闭台电路欧姆定律得4=/C分）JC

11、+K联立解得为旬一*A,方向种*。分）（2）杆做句加速直线运动的时间为Hs65末杆的速度，=a/=4niC 分）由电祺感应定律得星号加16V（1分）由闭合电路欧姆定律得4=广jft+r联立解得尸L6A（1分）在运动过程中杆受到的安培力胤产团M=04N（1 分）对杆运用牛顿第二定律有：F-F后nta解得F=maFg4N1】分）（3）以2s内系统产生的焦耳热0T汽RINgJ（1分）2Y5内,根据靛量守恒定律有；科&混（1分）系统产生的热量乌二炉一;W=221（1分）Jb/F则鹏s内系统产生的总热量。=0T43J门分）r1故 XB内杆上产生的热量4=方一O=-x38J=3MX1。分）/t+rLV9.

12、（18 分）如图所示为固定在水平面上倾角为 3030 的足够长的绝缘斜面体，足够长的 U 形导轨甲用销钉固定在斜面体上，长度为 L L 的金属棒乙垂直导轨甲放置，金属棒乙用质量不计的绝缘丝线跨过固定在斜面体顶端的光滑定滑轮拴接物体丙，整个装置处在垂直斜面体向下的磁感应强度为 B B 的匀强磁场中。已知甲、乙、丙的质量分别为 4m4m、m、3m,3m,金属棒乙的阻值为 R,R,其余部分的电阻均可忽略不计，一切摩擦均可忽略不计，重力加速度为 g,假设下列过程中导轨甲与物体丙始终没有落地，金属棒乙始终未与 U 形导轨分离，金属棒乙与导轨甲接触良好且没有发生（1）如果将金属棒乙无初速度地释放，则金属棒

13、乙具有的最大速度应为多大？（2）如果拔掉销钉，将 U 形导轨甲和金属棒乙同时无初速度地释放，当导轨甲的速度达到最大值 v（已知）时，金属棒乙的速度 v 和加速度 a 分别为多大？（3）调节斜面体的倾角，先将金属棒乙无初速度地释放，经过一段时间拔掉销钉，欲使 U 形导轨甲沿斜面体向下运动，则斜面体的倾角应满足什么条件？【答案】（1）Vm5mgRR（6 分）（2）v2mgRva1g（8 分）（3）90372B2L2B2L28（4 分）【解析】1）释放金属棒乙后由于物体丙的重力大于金属棒乙沿导轨甲向下的分力,则金属棒乙沿导轨甲向上做加速凰血小的加速运动，加速度为零时，速度最大，没为匕则根据法拉第电磁

14、感应定律得：町=门分）根据闭合电踣欧姆定律有；卡口分）金属棒乙所受的安培力为：产=万工（1分）由力的平衡条件口；3晔=尸十吨。口口（2分）解得：=搦3分）如果拔掉销钉，将U形导轨甲和金属棒乙同时无初速度地释放,当导轨甲向下的速度达到最大值时,根据法拉第电磁感应定律得：EBL（vv）（1 分）根据闭合电路欧姆定律有：I 巨（1 分）R22此时导轨甲与金属棒乙所受的安培力大小为：FABILBL.（1 分）对物体丙由牛顿第二定律得：3mgT3ma（1 分）对金属棒乙由牛顿第二定律得：TFAmgsinma（1 分）对导轨甲由力的平衡条件得：FA4mgsin（1 分）R解得：v 鬻 V、1a-g(2 分

15、)8（3）金属棒乙在运动一段时间后，将销钉拔掉，导轨甲受到沿斜面体向上的安培力，要保证导轨甲沿斜面体向下运动，由题意可知，当金属棒乙的速度最大时拔掉销钉，导轨甲能沿斜面体向3mgFAmgsin(2 分)对金属棒乙和物体丙组成的整体由平衡条件得下运动即为本题的临界条件，假设此时斜面体的倾角为对导轨甲应满足 4mgsinFA（1 分）3解得 sin3,3,即 90379037（1 分）10.（18 分）如图所示，两根金属导体棒 a 和 b 的长度均为 L,电阻均为 R,质量分布均匀且大小分别为 3m 和 m。现用两根等长的、质量和电阻均忽略不计且不可伸长的柔软导线将它们组成闭合回路，并悬跨在光滑绝

16、缘的水平圆棒两侧。其中导体棒 b 处在宽度为 H 的垂直纸面向里、磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中，导体棒 a 位于磁场的正上方。现将导体棒 b 从磁场的下边界由静止释放，若磁场宽度 H 足够大，导体棒 b 穿过磁场的过程中，导体棒 a 未能进入磁场，整个运(1)导体棒 b 在磁场中运动时获得的最大速度 v；(2)若导体棒 b 获得最大速度 v 时，恰好到达磁场的上边界，则时间t；(3)在（2）问过程中产生的热量动过程中导体棒 a、b 始终处于水平状态，重力加速度为 g。求:b 棒从释放到穿出磁场所需要的2,24mgR8mRBLH2mgHB4132m3g2R2【答案】(1)v=-?V(2)t

17、=-T+-(3)Q【解析】（1）设导线的位力大小为H导体棒石受到的安培力为尸,对导体棒公3ntg-2=3mo（1分）对导体棒b:22fg-Fm口（1分）联立以上两式解得207（2分）导体棒b切割磁感线产生感应电动势叫感应电流I=f丝2RBLBL4mgRB*V八尸步=里尸（2分）2R当导体棒力速度最大时，AO整理后解得（2分）（2）由CD可知，导体棒匕上升过程卬的加速度41月一也分）2由微元法可得，产工&A/=且工&Xv4=#H（Z分）2imR28MK一曰B痴,解得上市+福鼠C 分）工尸1R1产（3）对导体棒底匕组成的系钻由能量守恒定律有。如渊出J3=分）Jur解得。二6眄-也其rC分）11.（

18、12 分）匝数为 N=100、边长为 L=0.5m、阻值为 r=1.5 觥正方形导线中g与间距为 d=0.5m 的竖直导轨相连，正方形线框的上半部分处在水平向外的磁场 B1中，导轨的下部存在着水平向里的磁感应强度为 B2=1T 的匀强磁场。质量为 m=0.2kg、电阻为 R=0.5 甄导体棒 ab 可以沿竖直导轨无摩擦地滑动。当磁场 B1发生变化时，导体棒 ab 刚好能处于静止状态。重力加速度 g 取 10m/s2,试求：（1）此时通过 ab 棒的电流 I 的大小和方向;（2）此过程中磁场 Bi 的变化率；（3）开始的 5s 内回路中产生的焦耳热 Q。【答案】（1）4A（3 分），方向由 a

19、向 b（1 分）（2）0.64T/s（4 分）（3）160J（4 分）解得ImgB2L0.210AA10.54A（1 分）【解析】（1）导体棒 ab 静止，所以有 mg=B2lL（2 分）由左手定则可知，电流方向由 a 到 b（1 分）（2）根据法拉第电磁感应定律得:_BeENS（1 分）tS=L2/2（1 分）而 E=I（R+r）（1 分）代入数据解得=0.64T/s（1 分）Bt（3）Q=I2（R+r）t=42x（0.5+1.5）X5J=Q40J）12.（20 分）如图所示，两平行光滑不计电阻的金属导轨竖直放置，导轨上端接一阻值为 R 时定值电阻，两导轨之间的距离为 do 矩形区域 abd

20、c 内存在磁感应强度大小为 B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，ab、cd 之间的距离为 L。在 cd 下方有一导体棒 MN,导体棒 MN 与导轨垂直，与 cd 之间的距离为 H,导体棒的质量为 m,电阻为 r。给导体棒一竖直向上的恒力，导体棒在恒力 F作用下由静止开始竖直向上运动，进入磁场区域后做减速运动。若导体棒到达重力加速度大小为 g。求：ab 处的速度为 V0,(1)导体棒到达cd处时速度的大小；(2)导体棒刚进入磁场时加速度的大小；(3)导体棒通过磁场区域的过程中，通过电阻【答案】(20分)R 的电荷量和电阻 R 产生的热量。(1)v尸声(2)ag；mR12QR(Fmg)(HL)-mv2

21、Rr2-BJ/2(Fmg)HF(3)q旦dm(Rr)mmRr【解析】根据动能定理：(尸一而魔汨=(2分)解得导体棒到达讨处时速度的大小：产门分)根据牛顿第二定律：a 片+5一尸。加口m(1分)(2)安培力；（1分）人含。分）匹诞上分）导体棒刚迸入磁场时加速度的大小：a=g+E=Bdv（1分）3）导体棒通过磁场区域的迹呈中，通过电阻R R的电荷量：q二（1分）N（1分）门分）JI+F人丝&士卜通过电阻R的电荷量3=07由根据动能定理：（F F-出身XH+XH+工）一町=加$（1 1分）Q=WQ=WA A（I I分）电阻兄中的热量二GB=-CJ2（+rI I分）解得：G:寻尸一切切（田+工）一!而

22、说1Q分）Tt-Fr213.（16 分）如图甲所示，水平面上正方形闭合线圈 abcdabcd 边长为 L,L,电阻为 R,R,匝数为 n n 匝。矩形区域内有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度 B B 随时间 t t 变化规律如图乙所示（图中 B B0、t t0已知），线框始终保持静止。求:XdjXMXXX甲Z Z（1）在 02t0时间内线圈中感应电动势的大小和通过线框导线截面的电荷量;（2 2）在 t to时线圈的 adad 边所受安培力的大小和方向；电胳中的总熟量：方向向右；(3)线圈中感应电流的有效值.【答22.32nB0L22Rton&L.8Rto)【解析】设在内线圈中感应电动势的大小为-噌=警通过的电荷量为：l l妨联立解得：4 4=吗上产生的感应电流宜为:B2 2TITI1 1T T3 3(2)在部时，由国可知，用二山，则MM安培力产二施石工二巴上士24R电根据愣次定律，流过毗边的电流方向由息&网由左手定则可知，乳边所受安培力的方向垂直河边向右。在A3mA3m线圈申感应电动势的大小为外&=嗤=华一吟二鳖设线圈中感应电流的有效值为L L同#期+F拉%=产的,解得1 1=