《11-19年高考物理真题分专题汇编之专题057.电磁感应中的力学问题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《11-19年高考物理真题分专题汇编之专题057.电磁感应中的力学问题（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第 57 节节 电磁感应中的力学问题电磁感应中的力学问题 1 2015 年上海卷年上海卷 24 如图 一无限长通电直导线固定在光滑水平面上 金属环质量为 0 02kg 在 该平面上以 v0 2m s 与导线成 60 角的初速度运动 其最终的运动状态是 环中最多能产生 J的电能 答案 匀速直线运动 0 03 解析 金属环最终会沿与通电直导线平行的直线 做匀速直线运动 最终速度 v v0cos60 由能 量守恒定律 得环中最多能产生电能 E Ek 0 03J 2 2012 年物理上海卷年物理上海卷 25 正方形导体框处于匀强磁场中 磁场方向垂直框平面 磁感应强度随时间均匀增加 变化率 为 k 导
2、体框质量为 m 边长为 L 总电阻为 R 在恒定外力 F 作用下由 静止开始运动 导体框在磁场中的加速度大小为 导体框 中感应电流做功的功率为 答案 F m k2L4 R 解析 线框在磁场中运动时 各个边所受安培力的合力为零 因此线框所受的合外力就是 F 根据 牛顿第二定律得加速度 a F m 线框产生的感应电动势 2 kL t BS E 回路的电流 R kL R E I 2 因此 感应电流做功的功率 R Lk RIP 42 2 3 2014 年理综大纲卷年理综大纲卷 20 很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放 形成一很长的竖直圆筒 一条形磁铁沿圆筒的中心 轴竖直放置 其下端与圆筒上端开口平齐
3、让条形磁铁从静止开始下落 条形磁铁在圆筒中的运 动速率 A 均匀增大B 先增大 后减小 C 逐渐增大 趋于不变D 先增大 再减小 最后不变 答案 C 解析 开始时 由于条形磁铁静止 速率为零 无感应电流 也无安培力作用 只受到重力作 用 向下加速运动 磁铁穿过闭合电路 竖直圆筒相当于闭合电路 产生感应电流 根据楞次定 律 磁铁受到向上的阻碍磁铁运动的安培力 开始时磁铁的速度小 产生的感应电流也小 安培 力也小 磁铁加速运动 随着速度的增大 产生的感应电流增大 安培力也增大 直到安培力等 于重力的时候 磁铁匀速运动 所以选项 C正确 4 2014 年理综广东卷年理综广东卷 15 如图 8 所示
4、上下开口 内壁光滑的铜管 P 和塑料管 Q 竖 塑料管铜管 小磁块 图 8 P Q F B I v0 M 370 N 小灯泡 直放置 小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放 并落至底部 则小磁块 A 在 P 和 Q 中都做自由落体运动 B 在两个下落过程中的机械能都守恒 C 在 P 中的下落时间比在 Q 中的长 D 落至底部时在 P 中的速度比在 Q 中的长 答案 C 解析 由于电磁感应 在铜管 P中还受到向上的磁场力 而在塑料管中只受到重力 即只在 Q 中做自由落体运动 故选项 A B 错误 在 P 中加速度较小 选项 C 正确 D 错误 5 2013 年天津卷年天津卷 3 如图所示 纸面
5、内有一矩形导体闭合线框动 abcd ab 边长大于 bc 边长 置于垂直纸面向里 边界为 MN 的匀强磁场外 线框两次匀速地完全进入磁场 两次速度大小相同 方向均垂直于 MN 第一次 ab 边平行 MN 进入磁场 线框上产生的热量为 Q1 通过线框导体横截面的电荷量为 q1 第二次 bc 边平行 MN 进入磁场 线框上产生的热量为 Q2 通过线框导体横截面的电荷量为 q2 则 A Q1 Q2q1 q2B Q1 Q2q1 q2 C Q1 Q2q1 q2D Q1 Q2q1 q2 答案 A 解析 本题考察电磁感应相关基础知识及推论 设 ab 和 bc 边长分别为 lab lbc 则 lab lbc
6、由于 两次 穿越 过程均为相同速率穿过 若假设穿过磁场区域的速度为 v 则有 R lvlB ll R vBl BlBIlWQ bc ab bcab ab bcab 22 11安 q1 It R Blab lbc R 同理可以求得 R lvlB ll R vBl BlBIlWQ ab bc abbc bc abbc 22 22安 q2 It R Blab lbc R 观察可知 Q1 Q2 q1 q2 A选项正确 6 2013 年安徽卷年安徽卷 16 如图所示 足够长平行金属导轨倾斜放置 倾角为 37 宽度为 0 5m 电阻忽略不计 其上端 接一小灯泡 电阻为 1 一导体棒 MN 垂直于导轨放置
7、质量为 0 2kg 接入电路的电阻为 1 a b d c M N B 两端与导轨接触良好 与导轨间的动摩擦因数为 0 5 在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场 磁感应强度为 0 8T 将导体棒 MN 由静止释放 运动一段时间后 小灯泡稳定发光 此后导体棒 MN 的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为 重力加速度 g 取 10m s2 sin37 0 6 A 2 5m s 1WB 5m s 1W C 7 5m s 9WD 15m s 9W 答案 B 解析 导体棒 MN 受重力 mg 安培力 F 和垂直斜面向上的支持力 Fn 小灯泡稳定发光 此后导体 棒 MN 做匀速运动 有 F mgsin 又
8、 F BIL rR BLv I 则 22 sin LB r Rmg v 5m s 灯泡消 耗的电功率W1 2 RIP 故 B 对 A C D 错 7 2011 年理综福建卷年理综福建卷 17 如图 足够长的 U 型光滑金属导轨平面与水平面成 角 0 90 其中 MN 与 PQ 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 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v 2 1 B 下滑
9、位移大小为 qR BL C 产生的焦耳热为 qBLv D 受到的最大安培力大小为 sin R vLB 22 答 B 解析 分析棒的受力有 ma R vLB sinmg 22 可见棒做加速度减小的加速运动 只有在匀变速 运动中平均速度才等于初末速度的平均值 A 错 设沿斜面下滑的位移为 s 则电荷量 R BsL R t Rt tIq 1 解得位移 BL qR s B 正 确 根据能量守恒 产生的焦耳热等于棒机械能的减少量 Q mgssin 2 2 1 mv 棒受到的最大 安培力为 R vLB 22 a b N Q M P B 8 2012年理综山东卷年理综山东卷 20 如图所示 相距为L的两条足
10、够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为 上端接有定值电 阻R 匀强磁场垂直于导轨平面 磁感应强度为B 将质量为m的导体棒由静止释放 当速度达到v 时开始匀速运动 此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力 并保持拉力的功率为P 导体棒最 终以2v的速度匀速运动 导体棒始终与导轨垂直且接触良好 不 计导轨和导体棒的电阻 重力加速度为g 下列选项正确的是 A P 2mgvsin B P 3mgvsin C 当导体棒速度达到 2 v 时加速度大小为 sin 2 g D 在速度达到2v 以后匀速运动的过程中 R上产生的焦耳热等于拉力所做的功 答 AC 解析 当速度达到v 时开始匀速运动 受力分析可得 R
11、vlB mg 22 sin 导体棒最终以2v的速度匀 速运动时 拉力为F mgsin 所以拉力的功率为P 2mgvsin 选项A正确B错误 当导体棒速度达到 2 v 时安培力 sin 2 1 mgF 加速度为 sin 2 g a 选项C正确 在速度达到2v 以后匀速运动的过程中 根据能量守恒定律 R上产生的焦耳热等于拉力所做的功加 上重力做的功 选项D错误 9 2013年江苏卷年江苏卷 13 15 分 如图所示 匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd 线圈平面 与磁场垂直 已知线圈的匝数N 100 边长ab 1 0 m bc 0 5 m 电阻r 2 磁感应强度B 在0 1 s 内从零均匀变化到0
12、2 T 在1 5 s 内从0 2 T 均匀变化到 0 2 T 取垂直纸面向里为磁场的正方向 求 1 0 5 s 时线圈内感应电动势的大小E 和感应电流的方向 2 在1 5s内通过线圈的电荷量q 3 在0 5s 内线圈产生的焦耳热Q 答案 1 10V a d c b a 2 10C 3 100J R m B L d B a c b a b c d 解析 1 感应电动势 1 1 1 t NE 磁通量的变化 1 B1S 解得 1 1 1 t SB NE 代入数据得E1 10V 感应电动势的方向为a d c b a 同理可得 2 2 2 t SB NE 感应电流 2 2 r E I 电量 22 tIq
13、 解得 2 2 t SB Nq 代入数据得q 10C 3 0 1s 内的焦耳热 1 2 11 trIQ 且 1 1 r E I 0 5s内的焦耳热 2 2 22 trIQ 由Q Q1 Q2代入数据得Q 100J 10 2017 年江苏卷年江苏卷 13 15 分 如图所示 两条相距 d 的平行金属导轨位于同一水平面内 其右端 接一阻值为 R 的电阻 质量为 m 的金属杆静置在导轨上 其左侧的矩形匀强磁场区域 MNPQ 的磁感 应强度大小为 B 方向竖直向下 当该磁场区域以速度 v0匀速地向右扫过金属杆后 金属杆的速度 变为 v 导轨和金属杆的电阻不计 导轨光滑且足够 长 杆在运动过程中始终与导轨
14、垂直且两端与导轨保 持良好接触 求 1 MN 刚扫过金属杆时 杆中感应电流的大小 l 2 MN 刚扫过金属杆时 杆的加速度大小 a 3 PQ 刚要离开金属杆时 感应电流的功率 P 解 1 感应电动势 0 BdvE 感应电流 R Bdv R E I 0 2 安培力BIdF 牛顿第二定律maF 解得 mR vdB a 0 22 3 金属杆切割磁感线的速度vvv 0 则 感应电动势 0 vvBdE 电功率 2 E P R 解得 222 0 B dvv P R 11 2017 年海南卷年海南卷 10 如图 空间中存在一匀强磁场区域 磁场方向与竖直面 纸面 垂直 磁场 的上 下边界 虚线 均为水平面 纸
15、面内磁场上方有一个正方形导线框 abcd 其上 下两边均为磁场边界平行 边长小于磁场上 下边界的间距 若线框自由下落 从 ab 边进入磁场时开始 直至 ab 边到达磁场下边界为 止 线框下落的速度大小可能 C D A 始终减小B 始终不变 C 始终增加D 先减小后增加 解析 当 ab 边进入磁场时产生感应电动势 感应电流又受到向上的安培力 F 作用 d v0 PN MQ R 若安培力mg R vLB BILF 0 22 则线框做匀速运动 当线框全部进入磁场后 不产生感应电 流 在重力作用下加速运动 B 错误 若安培力mg R vLB BILF 0 22 则线框做加速运动 当线框全部进入磁场时
16、安培力仍小于 重力 则线框继续做加速运动 选项 C正确 若安培力mg R vLB BILF 0 22 则线框做减速运动 当mgF 时匀速运动 当线框全部进 入磁场后 不产生感应电流 在重力作用下加速运动 即速度先减小后增加 A错误 D 正确 12 2017 年海南卷年海南卷 13 10 分 如图 两光滑平行金属导轨置于水平面 纸面 内 轨间距为 l 左 端连有阻值为 R的电阻 一金属杆置于导轨上 金属杆右侧存在 一磁感应强度大小为 B 方向竖直向下的匀强磁场区域 已知金 属杆以速度 v0向右进入磁场区域 做匀变速直线运动 到达磁场 区域右边界 图中虚线位置 时速度恰好为零 金属杆与导轨始 终保持垂直且接触良好 除左端所连电阻外 其他电阻忽略不 计 求金属杆运动到磁场区域正中间时所受安培力的大小及此时电流的功率 解 由题意得 开始时导体棒产生的电动势为 0 BlvE 电路中的电流为 R Blv I 0 安培力 R vlB BIlF 0 22 设导体棒的质量为 m 则导体棒在整个匀减速运动过程中的加速度的大小为 mR vlB m F a 0 22 设导体棒由开始到停止的位移为 x 由axv
