《2019版物理新学考一轮增分（浙江专版）：专题检测3含答案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019版物理新学考一轮增分（浙江专版）：专题检测3含答案（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题检测三专题检测三 电磁感应的综合应用电磁感应的综合应用(加试加试)1.如图所示,M、N 为纸面内两平行光滑导轨,间距为 L。轻质金属杆 ab 可在导轨上左右无摩擦滑 动,杆与导轨接触良好,导轨右端与定值电阻连接。P、Q 为平行板器件,两板间距为 d,上、下两板 分别与定值电阻两端相接。两板正中左端边缘有一粒子源中始终都有速度为 v0的带正电粒子沿 平行于极板的方向进入两板之间。整个装置处于垂直于纸面向外的匀强磁场中。已知轻杆和定 值电阻的阻值分别为 r 和 R,其余电阻不计,带电粒子的重力不计,为使粒子沿原入射方向从板间右 端射出,则轻杆应沿什么方向运动?速度多大?2.如图所示,水平面(纸
2、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。t=0 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。3.如图甲所示,平行长直光滑金属导轨水平放置,间距 L=0.4 m,导轨右端接有阻值 R=1 的电阻, 导体棒垂直导轨放置在导轨上,且接触良好,导体棒及
3、导轨的电阻均不计。导轨间有一方向竖直向下的匀强磁场,磁场区域的边界满足曲线方程 y=0.4sin(x)(0x0.4 m,y 的单位:m),磁感应强度5 2 B 的大小随时间 t 变化的规律如图乙所示。零时刻开始,棒从导轨左端开始向右匀速运动,1 s 后刚 好进入磁场,若使棒在外力 F 作用下始终以速度 v=2 m/s 做匀速直线运动,求:(1)棒进入磁场前,回路中电流的方向; (2)棒在运动过程中外力 F 的最大功率; (3)棒通过磁场区域的过程中电阻 R 上产生的焦耳热。4.如图所示,某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道,管道的长为 L、宽为 d、高为 h,上、下两面是绝缘板。前
4、、后两侧面 M、N 是电阻可忽略的导体板,两导体板与开关 S 和定值 电阻 R 相连。整个管道置于磁感应强度大小为 B、方向沿 z 轴正方向的匀强磁场中。管道内始 终充满电阻率为 的导电液体(有大量的正、负离子),且开关闭合前后,液体在管道进、出口两端 压强差的作用下,均以恒定速率 v0沿 x 轴正向流动。 (1)求开关闭合前,M、N 两板间的电势差大小 U0; (2)调整矩形管道的宽和高,但保持其他量和矩形管道的横截面积为 S 不变,求电阻 R 可获得的最大功率 Pm及相应的宽高比 的值。 5.如图甲所示,两相距 L=1 m 的光滑平行导轨,由水平和曲轨两部分平滑对接而成,导轨左端与电 流传
5、感器、定值电阻 R=3 相连,两导轨间长 x=1.6 m 的区域内存放一竖直方向的磁场。现使金 属棒 ab 从距水平面高 h=0.8 m 处的曲轨上释放,在进入水平轨道前的 0.5 s 内磁感应强度 B 从-1 T 随时间均匀变化到+1 T,后保持 1 T 不变。棒 ab 进入水平轨道立刻施加一与棒垂直的水平外力。 已知金属棒的质量 m=0.2 kg,电阻 r=2 ,不计导轨电阻及电流传感器对电路的影响。求:(1)ab 棒进入水平导轨时的速度; (2)ab 棒在进入水平轨道前产生的焦耳热; (3)若 ab 棒在棒进入水平导轨后,电流传感器显示的电流 i 随时间 t 变化的关系如图乙所示,求在
6、这段时间内外力大小 F 随时间 t 变化的关系式。6.如图甲所示,光滑斜面的倾角 =30,在斜面上放置一矩形线框 abcd,ab 边的边长 L1=1 m,bc 边 的边长 L2=0.4 m,线框的质量 m=1 kg,电阻 R=0.2 。斜面上 ef 线(efgh)的右方有垂直斜面向上 的匀强磁场,磁感应强度 B 随时间 t 的变化情况如图乙所示,ef 线和 gh 线的距离 s=6.9 m,t=0 时线 框在平行于斜面向上的恒力 F=10 N 的作用下从静止开始运动,线框进入磁场的过程中始终做匀 速直线运动,重力加速度 g 取 10 m/s2。(1)求线框进入磁场前的加速度大小和线框进入磁场时做
7、匀速直线运动的速度 v 的大小; (2)求线框进入磁场的过程中产生的焦耳热; (3)求线框从静止开始 ab 边运动到 gh 线处所用的时间。7.如图所示,足够长的光滑导轨 ab、cd 固定在竖直平面内,导轨间距为 l,b、c 两点间接一阻值为 R 的电阻。ef 是一水平放置的导体杆,其质量为 m、有效电阻值为 R,杆与 ab、cd 保持良好接触。 整个装置放在磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直。现用一竖直向上的力拉导体杆,使导体杆从静止开始做加速度为 的匀加速运动,上升了 h 高度,这一过程中 b、c 间 2 电阻 R 产生的焦耳热为 Q,g 为重力加速度,不计导轨电阻
8、及感应电流间的相互作用。求: (1)导体杆上升 h 高度过程中通过杆的电荷量; (2)导体杆上升 h 高度时所受拉力 F 的大小; (3)导体杆上升 h 高度过程中拉力做的功。8.如图所示,两条平行的金属导轨相距 L=1 m,金属导轨的倾斜部分与水平方向的夹角为 37,整个 装置处在竖直向下的匀强磁场中。金属棒 MN 和 PQ 的质量均为 m=0.2 kg,电阻分别为 RMN=1 和 RPQ=2 。MN 置于水平导轨上,与水平导轨间的动摩擦因数 =0.5,PQ 置于光滑的倾斜导 轨上,两根金属棒均与导轨垂直且接触良好。从 t=0 时刻起,MN 棒在水平外力 F1的作用下由静止 开始以 a=1
9、m/s2的加速度向右做匀加速直线运动,PQ 则在平行于斜面方向的力 F2作用下保持静 止状态。t=3 s 时,PQ 棒消耗的电功率为 8 W,不计导轨的电阻,水平导轨足够长,MN 始终在水平导 轨上运动。求: (1)磁感应强度 B 的大小; (2)t=03 s 时间内通过 MN 棒的电荷量; (3)t=6 s 时 F2的大小和方向。9.如图所示,“凸”字形硬质金属线框质量为 m,相邻各边互相垂直,且处于同一竖直平面内,ab 边长为 l,cd 边长为 2l,ab 与 cd 平行,间距为 2l。匀强磁场区域的上下边界均水平,磁场方向垂直于线框所 在平面。开始时,cd 边到磁场上边界的距离为 2l,
10、线框由静止释放,从 cd 边进入磁场直到 ef、pq 边 进入磁场前,线框做匀速运动,在 ef、pq 边离开磁场后,ab 边离开磁场之前,线框又做匀速运动。线 框完全穿过磁场过程中产生的热量为 Q。线框在下落过程中始终处于原竖直平面内,且 ab、cd 边 保持水平,重力加速度为 g。求: (1)线框 ab 边将要离开磁场时做匀速运动的速度大小是 cd 边刚进入磁场时的几倍; (2)磁场上、下边界间的距离 H。专题检测三 电磁感应的综合应用(加试) 1.答案 见解析解析 粒子在电场中运动,受电场力 F= 粒子在磁场中运动,受洛伦兹力 F=qv0B 要使粒子沿原入射方向从板间右端射出,则粒子所受的
11、电场力和洛伦兹力相互平衡,则=qv0B 轻质金属杆 ab 切割磁感线产生的感应电动势 E=BLvR 中电流 I= + PQ 间电压 U=IR联立解得 v=(R+r)v0 因粒子带正电,所以下极板电势高于上极板。由右手定则得杆应向右运动。2.答案 (1)Blt0 (2)( - )220 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 ma=F-mg 设金属杆到达磁场左边界时的速度为 v,由运动学公式有 v=at0 当金属杆以速度 v 在磁场中运动时,由法拉第电磁感应定律,杆中的电动势为 E=Blv联立解得 E=Blt0。( - )(2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时,金属杆中
12、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 f=BIl 因金属杆做匀速运动,由牛顿运动定律得 F-mg-f=0联立解得 R=。220 3.答案 (1)逆时针 (2)0.16 W (3)1.610-2 J 解析 (1)进入磁场前,闭合回路中感应电流的方向为逆时针。 (2)棒进入磁场后,当棒在磁场中运动 0.2 m 时,棒切割磁感线的有效长度最长,为 L,此时回路 中有最大电动势 E=BLv=0.4 V最大电流 I=0.4 A = 最大安培力 F安=BIL=0.08 N 最大外力 F外=F安=0.08 N 最大功率 P=F安v=0.16 W。(3)棒通过磁场区域
13、过程中电动势的有效值 E有= V2=0.42棒通过磁场区域过程中的时间 t= =0.2 s 棒通过磁场区域过程中电阻 R 上产生的焦耳热 Q=t=1.610-2 J。有24.答案 (1)Bdv0 (2)0224解析 (1)以导电液体中带正电离子为研究对象,受力平衡时,qv0B=qE=q,0 解得 U0=Bdv0。(2)两导体板间液体的电阻 r=,I=, 0 + 电阻 R 获得的功率为 P=I2R,即 P=2R,当时,(0 + ) = 电阻 R 获得最大功率,为 Pmax=。0224 5.答案 (1)4 m/s (2)1.6 J (3)F=0.2+t(N)解析 (1)根据动能定理有 mgh= m
14、v2,解得 v=4 m/s。1 2(2)根据法拉第电磁感应定律有 E=Lx=6.4 V = 感应电流 I=1.28 A + ab 棒进入水平轨道前产生的焦耳热 Q=I2rt=1.6 J。 (3)由图可知 i=0.8-t(A) 感应电动势 E=BLv感应电流 i= + 联立以上几式,代入数据整理得 v=4-5t(m/s) 加速度 a=5 m/s2 由牛顿第二定律有 F+F安=ma,F安=ILB=0.8-t(N) 联立解得外力在 00.8 s 内随时间变化关系为 F=0.2+t(N)。 6.答案 (1)5 m/s2 4 m/s (2)2 J (3)1.9 s 解析 (1)线框 abcd 进入磁场前
15、,做匀加速直线运动,由牛顿第二定律得 F-mgsin =ma 线框进入磁场前的加速度a= m/s2=5 m/s2 - =10 - 1 10 30 1 线框进入磁场的过程中做匀速直线运动,所以线框 abcd 受力平衡 F=mgsin +F安 ab 边进入磁场切割磁感线,产生的电动势 E=BL1v形成的感应电流 I= 受到的安培力 F安=BIL1,代入数据解得 v=4 m/s。 (2)线框进入磁场的过程中做匀速直线运动,根据功能关系有 Q=(F-mgsin )L2 代入数据解得 Q=(10-110sin 30)0.4 J=2 J。 (3)线框 abcd 进入磁场前,做匀加速直线运动;进入磁场的过程中,做匀速直线运动;线框完全进 入磁场后至运动到 gh 线,仍做匀加速直线运动。进入磁场前线框的运动时间为 t1= =0.8 s 进入磁场过程中匀速直线运动时间为 t2=0.1 s2 线框完全进入磁场后线框受力情况与进入磁场前相同,所以该阶段的加速度大小仍为 a=5 m/s2,该过程有s-L2=vt3+1 232解得 t3=1 s 因此 ab 边由静止开始运动到 gh 线处所用的时间为 t=t1+t2+t3=1.9 s。7.答案 (1) (2)
