2022年高考物理總復(fù)習(xí) 專題10 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題課時作業(yè)（含解析）

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1、2022年高考物理總復(fù)習(xí) 專題10 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題課時作業(yè)（含解析） 一、單項(xiàng)選擇題 1.如圖1所示，在一勻強(qiáng)磁場中有一U形導(dǎo)線框abcd，線框處于水平面內(nèi)，磁場與線框平面垂直，R為一電阻，ef為垂直于ab的一根導(dǎo)體桿，它可以在ab、cd上無摩擦地滑動．桿ef及線框中導(dǎo)線的電阻都可不計(jì)．開始時，給ef一個向右的初速度，則(　　) 圖1 A．ef將減速向右運(yùn)動，但不是勻減速 B．ef將勻減速向右運(yùn)動，最后停止 C．ef將勻速向右運(yùn)動 D．ef將往返運(yùn)動 【答案】A 【解析】桿ef向右運(yùn)動，所受安培力F＝BIL＝BL＝，方向向左，故桿ef做減速運(yùn)動；v減小，F(xiàn)減

2、小，桿做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動，A正確． 2．如圖2所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向豎直向下，在磁場中有一個邊長為L的正方形剛性金屬框，ab邊的質(zhì)量為m，電阻為R，其他三邊的質(zhì)量和電阻均不計(jì)．cd邊上裝有固定的水平軸，將金屬框自水平位置由靜止釋放，第一次轉(zhuǎn)到豎直位置時，ab邊的速度為v，不計(jì)一切摩擦，重力加速度為g，則在這個過程中，下列說法正確的是(　　) 圖2 A．通過ab邊的電流方向?yàn)閍→b B．a(chǎn)b邊經(jīng)過最低點(diǎn)時的速度v＝ C．a(chǎn)、b兩點(diǎn)間的電壓逐漸變大 D．金屬框中產(chǎn)生的焦耳熱為mgL－mv2 【答案】D 【解析】ab邊向下擺動過程中，磁通量逐漸減小，根據(jù)楞次

3、定律及右手定則可知感應(yīng)電流方向?yàn)閎→a，選項(xiàng)A錯誤；ab邊由水平位置到達(dá)最低點(diǎn)過程中，機(jī)械能不守恒，所以選項(xiàng)B錯誤；金屬框擺動過程中，ab邊同時受安培力作用，故當(dāng)重力與安培力沿其擺動方向分力的合力為零時，a、b兩點(diǎn)間電壓最大，選項(xiàng)C錯誤；根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律可知，金屬框中產(chǎn)生的焦耳熱應(yīng)等于此過程中機(jī)械能的損失，故選項(xiàng)D正確． 3．如圖3所示，兩根水平放置的相互平行的金屬導(dǎo)軌ab、cd表面光滑，處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，金屬棒PQ垂直于導(dǎo)軌放在上面，以速度v向右勻速運(yùn)動，欲使棒PQ停下來，下面的措施可行的是(導(dǎo)軌足夠長，棒PQ有電阻)(　　) 圖3 A．在PQ右側(cè)垂直于導(dǎo)軌再放上一根

4、同樣的金屬棒 B．在PQ右側(cè)垂直于導(dǎo)軌再放上一根質(zhì)量和電阻均比棒PQ大的金屬棒 C．將導(dǎo)軌的a、c兩端用導(dǎo)線連接起來 D．在導(dǎo)軌的a、c兩端用導(dǎo)線連接一個電容器 【答案】C 【解析】在PQ棒右側(cè)放金屬棒時，回路中會有感應(yīng)電流，使金屬棒加速，PQ棒減速，當(dāng)獲得共同速度時，回路中感應(yīng)電流為零，兩棒都將勻速運(yùn)動，A、B項(xiàng)錯誤；當(dāng)一端或兩端用導(dǎo)線連接時，PQ的動能將轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而最終靜止，C選項(xiàng)正確．D項(xiàng)中棒最終勻速，D錯誤． 4．一個剛性矩形銅制線圈從高處自由下落，進(jìn)入一水平的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，然后穿出磁場區(qū)域繼續(xù)下落，如圖4所示，則(　　) 圖4 A．若線圈進(jìn)入磁場過程是勻速運(yùn)動，則

5、離開磁場過程也是勻速運(yùn)動 B．若線圈進(jìn)入磁場過程是加速運(yùn)動，則離開磁場過程也是加速運(yùn)動 C．若線圈進(jìn)入磁場過程是減速運(yùn)動，則離開磁場過程也是減速運(yùn)動 D．若線圈進(jìn)入磁場過程是減速運(yùn)動，則離開磁場過程是加速運(yùn)動 【答案】C 5．如圖5所示，在水平面內(nèi)固定著U形光滑金屬導(dǎo)軌，軌道間距為50 cm，金屬導(dǎo)體棒ab質(zhì)量為0.1 kg，電阻為0.2 Ω，橫放在導(dǎo)軌上，電阻R的阻值是0.8 Ω(導(dǎo)軌其余部分電阻不計(jì))．現(xiàn)加上豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2 T的勻強(qiáng)磁場．用水平向右的恒力F＝0.1 N拉動ab，使其從靜止開始運(yùn)動，則(　　) 圖5 A．導(dǎo)體棒ab開始運(yùn)動后，電阻R中的電流方向

6、是從P流向M B．導(dǎo)體棒ab運(yùn)動的最大速度為10 m/s C．導(dǎo)體棒ab開始運(yùn)動后，a、b兩點(diǎn)的電勢差逐漸增加到1 V 后保持不變 D．導(dǎo)體棒ab開始運(yùn)動后任一時刻，F(xiàn)的功率總等于導(dǎo)體棒ab和電阻R的發(fā)熱功率之和 【答案】B 【解析】由右手定則可判斷電阻R中的感應(yīng)電流方向是從M流向P，A錯；當(dāng)金屬導(dǎo)體棒受力平衡時，其速度將達(dá)到最大值，由F＝BIL，I＝＝，代入數(shù)據(jù)解得vm＝10 m/s，B對；電動勢最大值Em＝1 V，a、b兩點(diǎn)的電勢差為路端電壓，最大值小于1 V，C錯；在達(dá)到最大速度以前，F(xiàn)所做的功一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，另一部分轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體棒的動能，D錯． 二、雙項(xiàng)選擇題 6．如圖6

7、所示，光滑的“”形金屬導(dǎo)體框豎直放置，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B1區(qū)域后，恰好做勻速運(yùn)動．以下說法中正確的是(　　) 圖6 A．若B2＝B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后將加速下滑 B．若B2＝B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后仍將保持勻速下滑 C．若B2B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后將先加速后勻速下滑 【答案】BC 【解析】當(dāng)金屬棒MN進(jìn)入磁場B1區(qū)域時，金屬棒MN切割磁感

8、線而使回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，當(dāng)金屬棒MN恰好做勻速運(yùn)動時，其重力和安培力平衡，即有＝mg.金屬棒MN剛進(jìn)入B2區(qū)域時，速度仍為v，若B2＝B1，則仍滿足＝mg，金屬棒MN仍保持勻速下滑，選項(xiàng)A錯誤，B正確；若B2

9、并接觸良好．用平行于MN向右的水平力拉動CD，使之由靜止開始運(yùn)動．拉力的功率恒為P，當(dāng)導(dǎo)體棒CD達(dá)到最大速度v0時，下列判斷中正確的是(　　) 圖7 A．最大速度數(shù)值為v0＝ B．導(dǎo)體棒上C點(diǎn)電勢低于D點(diǎn)電勢 C．克服安培力的功率等于拉力的功率P D．導(dǎo)體棒CD上產(chǎn)生的電熱功率為P 【答案】AC 【解析】本題考查法拉第電磁感應(yīng)定律，意在考查考生綜合應(yīng)用能力． 根據(jù)右手定則可以判斷D點(diǎn)電勢低于C點(diǎn)電勢，B錯誤；導(dǎo)體棒CD達(dá)到最大速度時拉力F與安培力合力為零，P＝Fv0，F(xiàn)＝BIL，所以P＝BILv0，C正確；I＝，解得v0＝，A正確，整個回路中導(dǎo)體棒和電阻R上都要產(chǎn)生電熱，D

10、錯誤． 8．如圖8甲所示，在光滑水平面上用恒力F拉質(zhì)量為m的單匝均勻正方形銅線框，邊長為a，在1位置以速度v0進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場并開始計(jì)時，若磁場的寬度為b(b>3a)，在3t0時刻線框到達(dá)2位置速度又為v0，并開始離開勻強(qiáng)磁場．此過程中v-t圖象如圖8乙所示，則(　　) 　　　　甲　　　　　　　　乙 圖8 A．t＝0時，線框右側(cè)邊MN間的電壓為Bav0 B．在t0時刻線框的速度為v0－ C．線框完全離開磁場的瞬間位置3速度一定比t0時刻線框的速度大 D．線框完全離開磁場的瞬間位置3速度一定比t0時刻線框的速度小 【答案】AB 【解析】t＝0時，MN開始切割磁感

11、線，電動勢E＝Bav0.四邊電阻相等，MN間電壓為Bav0，A正確．在t0～3t0時段，設(shè)t0時刻速度為v′.據(jù)動量定理F·2t0＝mv0－mv′，則v′＝v0－，B正確．據(jù)題意分析知，3t0后的離開過程與0～t0的進(jìn)入過程完全相同，因此線框離開磁場的瞬間位置3速度與t0時刻相同，C、D均錯． 9．如圖9所示，水平放置的兩根平行長直金屬導(dǎo)軌的間距為d，其右端接有阻值為R的電阻，整個裝置處在方向豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中．一質(zhì)量為m(質(zhì)量分布均勻)的導(dǎo)體桿ab垂直于導(dǎo)軌放置，且與兩導(dǎo)軌保持良好接觸，桿與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ.現(xiàn)桿在水平向左、垂直于桿的恒力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌

12、運(yùn)動距離L時，速度恰好達(dá)到最大(運(yùn)動過程中桿始終與導(dǎo)軌保持垂直)．設(shè)桿接入電路的電阻為r，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，重力加速度大小為g.則此過程(　　) 圖9 A．桿運(yùn)動速度的最大值為 B．流過電阻R的電荷量為 C．恒力F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動能的變化量 D．恒力F做的功與安培力做的功之和大于桿動能的變化量 【答案】BD 【解析】當(dāng)桿達(dá)到最大速度vm時， F－μmg－＝0，解得 vm＝，A錯；由公式 q＝＝＝，B對；在桿從開始運(yùn)動到達(dá)到最大速度的過程中由動能定理有：WF＋Wf＋W安＝ΔEk，其中Wf＝－μmgL，W安＝－Q，恒力F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動能的變化量

13、與回路產(chǎn)生的焦耳熱之和，C錯；恒力F做的功與安培力做的功之和等于桿動能的變化量與克服摩擦力做的功之和，D對． 三、非選擇題 10．如圖10所示，電阻可忽略的光滑平行金屬導(dǎo)軌長s＝1.15 m，兩導(dǎo)軌間距L＝0.75 m，導(dǎo)軌傾角為30°，導(dǎo)軌上端ab接一阻值 R＝1.5 Ω的電阻，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.8 T的勻強(qiáng)磁場垂直軌道平面向上．阻值r＝0.5 Ω，質(zhì)量m＝0.2 kg的金屬棒與軌道垂直且接觸良好，從軌道上端ab處由靜止開始下滑至底端，在此過程中金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱 Q1＝0.1 J．(取g＝10 m/s2)求： 圖10 (1)金屬棒在此過程中克服安培力的功W安； (2)金屬棒下

14、滑速度v＝2 m/s時的加速度a； (3)為求金屬棒下滑的最大速度vm，有同學(xué)解答如下：由動能定理WG－W安＝mv，由此所得結(jié)果是否正確？若正確，說明理由并完成本小題；若不正確，給出正確的解答． 【答案】(1)0.4 J　(2)3.2 m/s2　(3)見解析 【解析】(1)下滑過程中安培力做的功即為電阻上產(chǎn)生的焦耳熱，由于R＝3r，因此 QR＝3Qr＝0.3 J 所以W安＝Q＝QR＋Qr＝0.4 J. (2)金屬棒下滑時受重力和安培力 F安＝BIL＝v 由牛頓第二定律mgsin 30°－v＝ma 所以a＝gsin 30°－v ＝[10×－] m/s2＝3.2 m/s2.

15、(3)此解法正確． 金屬棒下滑時受重力和安培力作用，其運(yùn)動滿足 mgsin 30°－v＝ma 上式表明，加速度隨速度增大而減小，棒做加速度減小的加速運(yùn)動．無論最終是否達(dá)到勻速，當(dāng)棒到達(dá)斜面底端時速度一定為最大．由動能定理可以得到棒的末速度，因此上述解法正確． mgssin 30°－Q＝mv 所以vm＝ ＝ m/s ≈2.74 m/s. 11．(xx·廣東)如圖11甲所示，在垂直于勻強(qiáng)磁場B的平面內(nèi)，半徑為r的金屬圓盤繞過圓心O的軸轉(zhuǎn)動，圓心O和邊緣K通過電刷與一個電路連接．電路中的P是加上一定正向電壓才能導(dǎo)通的電子元件．流過電流表的電流I與圓盤角速度ω的關(guān)系如圖11乙所示，其中

16、ab段和bc段均為直線，且ab段過坐標(biāo)原點(diǎn)．ω>0代表圓盤逆時針轉(zhuǎn)動．已知：R＝3.0 Ω，B＝1.0 T，r＝0.2 m．忽略圓盤、電流表和導(dǎo)線的電阻． (1)根據(jù)圖乙寫出ab、bc段對應(yīng)I與ω的關(guān)系式； (2)求出圖乙中b、c兩點(diǎn)對應(yīng)的P兩端的電壓Ub和Uc； (3)分別求出ab、bc段流過P的電流IP與其兩端電壓UP的關(guān)系式． 圖11 【答案】(1)Iab＝ω(A) Ibc＝0.01ω－0.05(A) (2)0.3 V　0.9 V (3)見解析 【解析】(1)設(shè)ab段對應(yīng)的I與ω的關(guān)系式為I＝k1ω，bc段對應(yīng)的I與ω的關(guān)系式為I＝k2ω＋b 由乙圖可知Iab＝ω(A)； Ibc＝0.01ω－0.05(A)． (2)b點(diǎn)對應(yīng)的電流Ib＝0.1 A，ωb＝15 rad/s 圓盤產(chǎn)生的電動勢Eb＝Br2ωb＝0.3 V，即P兩端對應(yīng)的電壓Ub＝0.3 V c點(diǎn)對應(yīng)的電流Ic＝0.4 A，ωc＝45 rad/s 圓盤產(chǎn)生的電動勢Ec＝Br2ωc＝0.9 V，即P兩端對應(yīng)的電壓Uc＝0.9 V. (3)對應(yīng)于bc段P導(dǎo)通，流過電流表的電流 Iab＝IR＋I(xiàn)P IP＝，E＝Br2ω 則對應(yīng)于bc段流過P的電流 IP＝UP－ 對應(yīng)于a點(diǎn)元件P不導(dǎo)通，則對應(yīng)于ab段流過P的電流IP＝0.