高考物理大一轮复习 题组层级快练47 第十单元 电磁感应 4 电磁感应中的动力学与能量专题-人教版高三全册物理试题.doc

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1、题组层级快练(四十七)电磁感应中的动力学与能量专题一、选择题1.如图所示，水平放置的光滑平行金属导轨上有一质量为m的金属棒ab.导轨的一端连接电阻R，其他电阻均不计，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向下，金属棒ab在一水平恒力F作用下由静止开始向右运动则()A随着ab运动速度的增大，其加速度也增大B外力F对ab做的功等于电路中产生的电能C当ab做匀速运动时，外力F做功的功率等于电路中的电功率D无论ab做何种运动，它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能答案CD解析金属棒ab在一水平恒力F作用下由静止开始向右运动，随着ab运动速度的增大，产生的感应电流增大，所受与F方向相反的安培力增大，

2、其加速度减小，A项错误；外力F对ab做的功等于电路中产生的电能和导体棒增加的动能之和，B项错误；由能量守恒定律可知，当ab做匀速运动时，外力F做功的功率等于电路中的电功率，C项正确；无论ab做何种运动，它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能，D项正确2.如图所示，两根电阻不计的光滑金属导轨竖直放置，导轨上端接电阻R，宽度相同的水平条形区域和内有方向垂直导轨平面向里的匀强磁场B，和之间无磁场一导体棒两端套在导轨上，并与两导轨始终保持良好接触，导体棒从距区域上边界H处由静止释放，在穿过两段磁场区域的过程中，流过电阻R上的电流及其变化情况相同下面四个图像能定性描述导体棒速度大小与时间关系的是()

3、答案C解析MN棒先做自由落体运动，当到区磁场时由四个选项知棒开始减速说明F安mg，由牛顿第二定律得，F安mgma，当减速时F安减小，合力减小，a也减小，速度图像中图线上各点切线斜率减小，离开区后棒做加速度为g的匀加速直线运动，随后进入区磁场，因棒在穿过两段磁场区域的过程中，流过电阻R上的电流变化情况相同，则在区磁场中运动情况与区磁场中完全相同，所以只有C项正确3两磁感应强度均为B的匀强磁场区、，方向如图所示，两区域中间为宽为s的无磁场区，有一边长为L(Ls)、电阻为R的均匀正方形金属线框abcd置于区域，ab边与磁场边界平行，现拉着金属线框以速度v向右匀速运动，则()A当ab边刚进入中间无磁场

4、区域时，ab两点间的电压为B当ab边刚进入磁场区域时，通过ab边的电流大小为，方向由abC把金属线框从ab边刚进入区域到完全拉入区域过程中，拉力所做功为(2Ls)D从cd边刚进入区域到刚进入区域的过程中，回路中产生的焦耳热为(Ls)答案BC解析当ab边刚进入区域时，cd边切割磁感线产生的感应电动势为EBLv，所以ab两点间的电压为，选项A错误；当ab边进入区域时，ab、cd边均切割磁感线，由右手定则可知方向由ab，大小为，选项B正确；当把金属线框从区域完全拉入区域过程中，拉力所做功为WW1W2W3，而W1W3，W2(Ls)，所以W(2Ls)，选项C正确；从cd边刚进入区域到刚进入区域的过程中，

5、回路中产生的焦耳热为QI2Rt，选项D错误4.如图所示，在倾角为的光滑斜面上，有三条水平虚线l1、l2、l3，它们之间的区域、宽度均为d，两区域分别存在垂直斜面向下和垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，一个质量为m、边长为d、总电阻为R的正方形导线框，从l1上方一定高度处由静止开始沿斜面下滑，当ab边刚越过l1进入磁场时，恰好以速度v1做匀速直线运动；当ab边在越过l2运动到l3之前的某个时刻，线框又开始以速度v2做匀速直线运动，重力加速度为g.在线框从释放到穿出磁场的过程中，下列说法正确的是()A线框中感应电流的方向不变B线框ab边从l1运动到l2所用时间大于从l2运动到l3所用时

6、间C线框以速度v2做匀速直线运动时，发热功率为D线框第一次匀速运动的过程比第二次匀速运动的过程产生的热量多答案CD解析线框从释放到穿出磁场的过程中，由楞次定律可知感应电流方向先沿abcda后沿adcba再沿abcda方向，选项A错误；线框第一次匀速运动时，由平衡条件有BIdmgsin，I，解得v1.第二次匀速运动时，由平衡条件有2BIdmgsin，I，解得v2.线框ab边匀速通过区域，先减速再匀速通过区域，而两区域宽度相同，故通过区域的时间小于通过区域的时间，选项B错误；由功能关系知线框第二次匀速运动时发热功率等于重力做功的功率，即Pmgv2sin，选项C正确；线框在匀速运动中产生的热量等于减

7、少的重力势能，线框第一次匀速运动的过程比第二次匀速运动的过程下滑的距离大，减少的重力势能多，选项D正确5.如图，足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成角(090)，其中MN平行且间距为L，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab棒接入电路的电阻为R，当流过ab棒某一横截面的电量为q时，金属棒的速度大小为v，则金属棒ab在这一过程中()A运动的平均速度大小为vB下滑位移大小为C产生的焦耳热为qBLvD受到的最大安培力大小为sin答案B解析流过ab棒某一截面的电量qItt，ab棒下滑的位移x，其平均速度，而棒下滑过程

8、中做加速度减小的加速运动，故平均速度不等于v，选项A错误，选项B正确；由能量守恒mgxsinQmv2，产生的焦耳热Qmgxsinmv2mgsinmv2，选项C错误；当mgsin时v最大，安培力最大，即F安mmgsin，选项D错误6(2016四川第二次大联考)如图所示，固定的竖直光滑U型金属导轨，间距为L，上端接有阻值为R的电阻，处在方向水平且垂直于导轨平面、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m、电阻为r的导体棒与劲度系数为k的固定轻弹簧相连放在导轨上，导轨的电阻忽略不计初始时刻，弹簧处于伸长状态，其伸长量为x1，此时导体棒具有竖直向上的初速度v0.在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直

9、并保持良好接触则下列说法正确的是()A初始时刻导体棒受到的安培力大小FB初始时刻导体棒加速度的大小a2gC导体棒往复运动，最终静止时弹簧处于压缩状态D导体棒开始运动直到最终静止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Qmv02答案BC解析由法拉第电磁感应定律得：EBLv0，由闭合电路的欧姆定律得：I，由安培力公式，得F，故选项A错误；初始时刻，Fmgkx1ma，得a2g，故选项B正确；因为导体棒静止时没有安培力，只有重力和弹簧的弹力，故弹簧处于压缩状态，故选项C正确；根据能量守恒，减小的动能和重力势能全都转化为焦耳热，但R上的只是一部分，故选项D错误7如图甲所示，电阻不计且间距L1 m的光滑平行金属导轨

10、竖直放置，上端接一阻值R2 的电阻，虚线OO下方有垂直于导轨平面向里的匀强磁场，现将质量m0.1 kg、电阻不计的金属杆ab从OO上方某处由静止释放，金属杆在下落的过程中与导轨保持良好接触且始终水平，已知杆ab进入磁场时的速度v01 m/s，下落0.3 m的过程中加速度a与下落距离h的关系图像如图乙所示，g取10 m/s2，则()A匀强磁场的磁感应强度为1 TB杆ab下落0.3 m时金属杆的速度为1 m/sC杆ab下落0.3 m的过程中R上产生的热量为0.2 JD杆ab下落0.3 m的过程中通过R的电荷量为0.25 C答案D解析在杆ab刚进入磁场时，有mgma，由题图乙知，a的大小为10 m/

11、s2，解得B2 T，选项A错误杆ab下落0.3 m时杆做匀速运动，则有mg，解得v0.5 m/s，选项B错误在杆ab下落0.3 m的过程中，根据能量守恒，R上产生的热量为Qmghmv20.287 5 J，选项C错误通过R的电荷量q0.25 C，选项D正确8如图，在水平桌面上放置两条相距l的平行光滑导轨ab与cd，阻值为R的电阻与导轨的a、c端相连质量为m、电阻不计的导体棒垂直于导轨放置并可沿导轨自由滑动整个装置放于匀强磁场中，磁场的方向竖直向上(图中未画出)，磁感应强度的大小为B.导体棒的中点系一个不可伸长的轻绳，绳绕过固定在桌边的光滑轻滑轮后，与一个质量也为m的物块相连，绳处于拉直状态现若从

12、静止开始释放物块，用h表示物块下落的高度(物块不会触地)，g表示重力加速度，其他电阻不计，则()A电阻R中的感应电流方向由a到cB物块下落的最大加速度为gC若h足够大，物块下落的最大速度为D通过电阻R的电荷量为答案CD解析题中导体棒向右运动切割磁感线，由右手定则可得回路中产生顺时针方向的感应电流，则电阻R中的电流方向由c到a，选项A错误；对导体棒应用牛顿第二定律，有TF安ma，又F安Bl，再对物块应用牛顿第二定律，有mgTma，则联立可得a，则物块下落的最大加速度am，选项B错误；当a0时，速度最大为vm，选项C正确；下落h的过程，回路中的面积变化量Slh，则通过电阻R的电荷量q，选项D正确9

13、如图(a)所示为磁悬浮列车模型，质量M1 kg的绝缘板底座静止在动摩擦因数10.1的粗糙水平地面上位于磁场中的正方形金属框ABCD为动力源，其质量m1 kg，边长为1 m，电阻为 ，与绝缘板间的动摩擦因数20.4.OO为AD、BC的中线在金属框内有可随金属框同步移动的磁场，OOCD区域内磁场如图(b)所示，CD恰在磁场边缘以外；OOBA区域内磁场如图(c)所示，AB恰在磁场边缘以内，g10 m/s2.若绝缘板足够长且认为绝缘板与地面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则金属框从静止释放后()A若金属框固定在绝缘板上，金属框的加速度为3 m/s2B若金属框固定在绝缘板上，金属框的加速度为7 m/s2C

14、若金属框不固定，金属框的加速度为4 m/s2，绝缘板仍静止D若金属框不固定，金属框的加速度为4 m/s2，绝缘板的加速度为2 m/s2答案AD解析若金属框固定在绝缘板上，由题意得ESABCD111 V0.5 V，I8 A，FABB2IL8 N，取绝缘板和金属框整体进行受力分析，由牛顿第二定律：FAB1(Mm)g(Mm)a，解得a3 m/s2，A项正确，B项错；若金属框不固定，对金属框进行受力分析，假设其相对绝缘板滑动，对金属框应用牛顿第二定律得FABFf1ma1，a14 m/s2；对绝缘板应用牛顿第二定律，得Ff1Ff2Ma2，Ff21(Mm)g2 N，解得a22 m/s2，假设合理C项错误，

15、D项正确10有一半径为R，电阻率为，密度为d的均匀圆环落入磁感应强度为B的径向磁场中，圆环的截面半径为r(rR)如图所示，当圆环在加速下落时某一时刻的速度为v，则()A此时整个圆环的电动势E2BvrB忽略电感的影响，此时圆环中的电流IC此时圆环的加速度aD如果径向磁场足够长，则圆环的最大速度vm答案BD解析此时整个圆环垂直切割径向磁感线，电动势E2BvR，选项A错误；此时圆环中的电流I，选项B正确；对圆环根据牛顿第二定律得mgF安ma，F安BI2R，mdr22R，则ag，选项C错误；如果径向磁场足够长，当a0时圆环的速度最大，即g0，则vm，选项D正确二、非选择题11.(2016课标全国)如图

16、，水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻，质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上，t0时，金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动，t0时刻，金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，且在磁场中恰好能保持匀速运动杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为.重力加速度大小为g.求(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小；(2)电阻的阻值答案(1)Blt0(g)(2)解析(1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为a，由牛顿第二定律得maFmg设金属杆到达磁场左边界时的速度为v，由运动学公式有vat0当金属杆以速度v在磁

17、场中运动时，由法拉第电磁感应定律，杆中的电动势为EBlv联立式可得EBlt0(g)(2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时，金属杆的电流为I，根据欧姆定律I式中R为电阻的阻值金属杆所受的安培力为fBIl因金属杆做匀速运动，由牛顿运动定律得Fmgf0联立式得R12如图甲所示，倾斜放置的光滑平行导轨，长度足够长，宽度L0.4 m，自身电阻不计，上端接有R0.2 的定值电阻，在导轨间MN虚线以下的区域存在方向垂直导轨平面向上、磁感应强度大小B0.5 T的有界匀强磁场，MN虚线到磁场的下边界的距离为28 m在MN虚线上方垂直导轨放有一根电阻r0.1 的金属棒现将金属棒无初速度释放，其运动时的vt图像如图乙

18、所示重力加速度取g10 m/s2.(1)求斜面的倾角和金属棒的质量m(保留三位有效数字)(2)在磁场中运动的整个过程中定值电阻R上产生的热量Q是多少？答案(1)370.133 kg(2)19.7 J解析(1)在02 s时间内，金属棒未进入磁场，根据牛顿第二定律有mgsinma，即agsin由图像知a m/s26 m/s2解得37在t5 s之后金属棒做匀速运动，且v6 m/s，金属棒受力平衡感应电动势EBLv感应电流I则mgsinBIL解得m kg0.133 kg.(2)末速度v26 m/s，金属棒进磁场前的位移是12 m，整个过程金属棒位移x40 m由能量关系有mgxsinQ总mv22得Q总2

19、9.5 J故电阻R上的热量QQ总，代入数据得Q19.7 J.13如图所示，两根正对的平行金属直轨道MN、MN位于同一水平面上，两轨道之间的距离l0.50 m轨道的MM端接一阻值为R0.50 的定值电阻直轨道的右端处于竖直向下、磁感应强度为B0.60 T的匀强磁场中，磁场区域的右边界为NN，宽度为d0.80 mNN端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP、NP平滑连接，两半圆形轨道的半径均为R00.50 m现有一导体杆ab静止在距磁场的左边界s2.0 m处，其质量m0.20 kg、电阻r0.10 .ab杆在与杆垂直的水平恒力F2.0 N的作用下开始运动，当运动至磁场的左边界时撤去F，杆穿过磁

20、场区域后，沿半圆形轨道运动，结果恰好能通过半圆形轨道的最高位置PP.已知杆始终与轨道垂直，杆与直轨道之间的动摩擦因数0.10，轨道电阻忽略不计，取g10 m/s2，求：(1)导体杆通过PP后落到直轨道上的位置离NN的距离；(2)导体杆穿过磁场的过程中通过电阻R的电荷量；(3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路产生的焦耳热答案(1)1 m(2)0.4 C(3)0.94 J解析(1)设导体杆运动到半圆形轨道最高位置的速度为v，因导体杆恰好能通过轨道最高位置，由牛顿第二定律，得mg导体杆通过PP后做平抛运动，则xvt，2R0解得x1 m.(2)根据qIt，I，E，Bld联立解得q0.4 C.(3)设导体杆在F的作用下运动至磁场的左边界时速度为v1，由动能定理有(Fmg)smv12解得v16.0 m/s在导体杆从刚进磁场到滑至最高位置的过程中，由能量守恒定律有Qmg2R0mgd解得Q0.94 J