《高考物理总复习课时跟踪检测第十三单元第二节电磁感应中的综合问题（A、B卷）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理总复习课时跟踪检测第十三单元第二节电磁感应中的综合问题（A、B卷）（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十三单元 第二节 电磁感应中的综合问题（A、B卷）大题强化练(A)1.(2018宁波十校联考)如图所示，竖直放置的“”形光滑导轨宽为L，矩形匀强磁场、的高度均为d，两者间距也为d，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，质量为m的水平金属杆从距磁场上边界h处由静止释放，进入磁场时的速度大小和进入磁场时的速度大小相等。金属杆在导轨间的电阻为r，与导轨接触良好且始终保持水平，导轨上端连接一个定值电阻R，不计其余电阻和空气阻力，重力加速度为g。求：(1)金属杆离开每个磁场区域时的速度大小；(2)穿过每个磁场区域过程中金属杆上产生的焦耳热；(3)求穿过每个磁场区域所需的时间。解析：(1)金属杆在两个磁
2、场区域之间做加速度为g的匀加速运动，用v1表示进磁场的速度，v2表示出磁场的速度，则有v12v222gdv1202gh解得v2。(2)研究金属杆从进入磁场到进入磁场的过程，运用动能定理2mgdW克安0Q总W克安Q Q总解得：Q。(3)设金属杆穿过磁场区域所需的时间为t，由动量定理得mgtBLtm(v2v1)又qtt解得t。答案：(1)(2)(3)2磁悬浮列车动力原理如图所示，在水平地面上放有两根平行直导轨，导轨间存在着等距离的正方形匀强磁场B1和B2，方向相反，B1B21 T。导轨上放有金属框abcd，金属框电阻R2 ，导轨间距L0.4 m，当磁场B1、B2同时以v5 m/s的速度向右匀速运动
3、时，求：(1)如果导轨和金属框均光滑，金属框对地是否运动？若不运动，请说明理由；如运动，原因是什么？运动性质如何？(2)如果金属框运动中所受到的阻力恒为其对地速度的k倍，k0.18，求金属框所能达到的最大速度vm是多少？(3)如果要金属框维持(2)中最大速度运动，磁场每秒钟提供给金属框的能量为多少？解析：(1)金属框对地运动，因磁场运动时，框与磁场有相对运动，ad、bc边切割磁感线，框中产生感应电流(方向逆时针)，同时受安培力，方向水平向右，故使线框向右加速运动，且属于加速度越来越小的变加速运动。(2)阻力f与安培力F平衡时，金属框有最大速度fkvmF2IBL其中IE2BL(vvm)联立解得v
4、m代入数据，解得：vm3.2 m/s。(3)金属框消耗的磁场能一部分转化为框中电热，一部分克服阻力做功。据能量守恒：EI2Rtkvmvmt2.88 J。答案：(1)运动。因磁场运动时，金属框与磁场有相对运动，ad、bc边切割磁感线，金属框中产生感应电流(方向逆时针)，同时受安培力，方向水平向右，故使金属框向右加速运动，且属于加速度越来越小的变加速运动。(2)3.2 m/s(3)2.88 J3(2018金华十校联考)如图所示，水平面上有一个质量为m，边长为L，电阻为R的正方形金属框abcd。金属框ab边与磁场边缘平行，以初速度v0垂直磁场边缘进入矩形匀强磁场区域，磁场区域的水平面光滑，金属框进入
5、磁场区域过程中，金属框的速度v与金属框ab边进入磁场的位移x的关系是vv0kx(xL，k已知)。当金属框ab边刚进入磁场区域后，就受到恒定的摩擦力，动摩擦因数为，金属框cd边离开磁场区域时恰好静止。磁场区域的磁场方向垂直水平面向下，磁场区域的磁场方向垂直水平面向上，两磁场区域的磁感应强度大小相等，两磁场区域的宽度均为d(dL)。求：(1)磁场区域的磁感应强度B；(2)从金属框ab边刚进入磁场区域到金属框cd边离开磁场区域的时间t；(3)从金属框ab边刚进入磁场区域到金属框cd边离开磁场区域的过程中克服安培力所做的功。解析：(1)由动量定理得FAtmvmv0金属框进入磁场时产生的电动势EBLv，
6、I，受到的安培力FABIL，所以tmvmv0又xt，有mv0mv，又vv0kx，所以B 。(2)根据动量定理得mgt0mv0t。(3)克服安培力所做的功等于产生的焦耳热，由能量守恒得WQmv02mg(Ld)。答案：(1) (2)(3)mv02mg(Ld)4如图所示，一对平行的粗糙金属导轨固定于同一水平面上，导轨间距L0.2 m，左端接有阻值R0.3 的电阻，右侧平滑连接一对弯曲的光滑轨道。水平导轨的整个区域内存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小B2.0 T。一根质量m0.4 kg，电阻r0.1 的金属棒ab垂直放置于导轨上，在水平向右的恒力F作用下从静止开始运动，当金属棒通过位移x9 m时离
7、开磁场，在离开磁场前已达到最大速度。当金属棒离开磁场时撤去外力F，接着金属棒沿弯曲轨道上升到最大高度h0.8 m处。已知金属棒与导轨间的动摩擦因数0.1，导轨电阻不计，棒在运动过程中始终与轨道垂直且与轨道保持良好接触，取g10 m/s2。求：(1)金属棒运动的最大速率v；(2)金属棒在磁场中速度为时的加速度大小；(3)金属棒在磁场区域运动过程中，电阻R上产生的焦耳热。解析：(1)金属棒从出磁场到达弯曲轨道最高点，根据机械能守恒定律，mv2mgh解得：v4 m/s。(2)金属棒在磁场中做匀速运动时，设回路中的电流为I，则：I4 A由平衡条件可得：FBILmg2 N金属棒速度为时，设回路中的电流为
8、I，则I2 A由牛顿第二定律得FBILmgma解得a2 m/s2。(3)设金属棒在磁场运动过程中，回路中产生的焦耳热为Q，根据功能关系：Fxmgxmv2Q则电阻R上的焦耳热：QRQ解得：QR8.4 J。答案：(1)4 m/s(2)2 m/s2(3)QR8.4 J5(2019“超级全能生”联考)如图所示，一个半径为r0.4 m的圆形金属导轨固定在水平面上，一根长为r的金属棒ab的a端位于圆心，b端与圆形导轨接触良好。从a端和圆形金属导轨分别引出两条导线与倾角为37、间距为l0.5 m的平行金属导轨相连。质量m0.1 kg、电阻R1 的金属棒cd垂直导轨放置在平行导轨上，并与导轨接触良好，且棒cd
9、与两导轨间的动摩擦因数为0.5。导轨间另一支路上有一规格为“2.5 V0.3 A”的小灯泡L和一阻值范围为010 的滑动变阻器R0。整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B1 T。金属棒ab、圆形金属导轨、平行导轨及导线的电阻不计，从上往下看金属棒ab做逆时针转动，角速度大小为。假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，已知sin 370.6，cos 370.8，g取10 m/s2。(1)当40 rad/s时，求金属棒ab中产生的感应电动势E1，并指出哪端电势较高；(2)在小灯泡正常发光的情况下，求与滑动变阻器接入电路的阻值R0间的关系；(已知通过小灯泡的电流与金属棒cd是否滑动无关)(3)
10、在金属棒cd不发生滑动的情况下，要使小灯泡能正常发光，求的取值范围。解析：(1)由法拉第电磁感应定律得E1Br23.2 Vb端电势较高。(2)由并联电路的特点可知， 当小灯泡正常发光时，有Br2ULILR0代入数据后得R0(rad/s)。(3)由于tan 37，所以当棒cd中无电流时，其无法静止。()当较小，棒cd恰要向下滑动时，对其进行受力分析，受力示意图如图甲所示。x轴有mgsin Fcos fy轴有mgcos Fsin FN且fFN棒cd所受安培力FBIl通过棒cd的电流I联立可得 rad/s。()当较大，棒cd恰要向上滑动时，对其进行受力分析，受力示意图如图乙所示。同理可得50 rad
11、/s所以要使棒cd静止， rad/s50 rad/s由(2)中结果可知R0 因为0R010 ，即010 解得小灯泡正常发光时， rad/s rad/s综上所述， rad/s50 rad/s。答案：(1)3.2 Vb端电势较高(2)R0(rad/s)(3) rad/s50 rad/s大题强化练(B)1(2018桐乡模拟)“电磁炮”如图甲所示，其原理结构可简化为如图乙所示的模型：两根无限长、光滑的平行金属导轨MN、PQ固定在水平面内，相距为l。“电磁炮”弹体为质量为m的导体棒ab，垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，弹体在轨道间的电阻为R。整个装置处于竖直向下匀强磁场中，磁感应强度大小为B
12、。“电磁炮”电源的电压能自行调节，用以保证“电磁炮”匀加速发射，其中可控电源的内阻为r。不计空气阻力，导轨的电阻不计。(1)要使炮弹向右发射，判断通过弹体电流的方向；(2)若弹体从静止加速到v过程中，通过弹体的电流为I，求该系统消耗的总能量；(3)把此装置左端电源换成电容为C的电容器，导轨与水平面成放置(如图丙所示)，弹体由静止释放，某时刻速度为v1，求此过程安培力的冲量；(4)弹体的速度从v1变化到v2的过程中，电容器吸收的能量E。解析：(1)由左手定则，通过弹体的电流的方向为由a到b。(2)弹体所受安培力FBIl根据Fma，vat知发射弹体用时t发射弹体过程产生的焦耳热QI2(Rr)t弹体
13、的动能Ekmv2系统消耗的总能量EEkQmv2。(3)电容器上电荷量增量qqqCBl(vv)CBlv所以充电电流为iCBla；a是杆在时刻t的加速度，mgsin CB2l2ama因此a，a与时间无关，可见弹体做匀加速直线运动。根据动量定理：mgtsin Imv1且v1at解得ICB2l2v1。(4)根据动能定理：mgxsin Em(v22v12) ，其中x为沿斜面方向前进的位移弹体做匀变速直线运动，所以从v1到v2满足：2axv22v12因此E(v22v12)CB2l2。答案：(1)由a到b(2)mv2(3)CB2l2v1(4)(v22v12)CB2l22(2019浙江省名校新高考研究联盟联考
14、)如图所示，MN、PQ是固定在水平桌面上，相距l1.0 m 的光滑平行金属导轨，MP两点间接有R0.6 的定值电阻，导轨电阻不计。质量均为m0.1 kg，阻值均为r0.3 的两导体棒a、b垂直于导轨放置，并与导轨良好接触。开始时两棒被约束在导轨上处于静止，相距x02 m，a棒用细丝线通过光滑滑轮与质量为m00.2 kg 的重物c相连，重物c距地面高度也为x02 m。整个桌面处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度B1.0 T。a棒解除约束后，在重物c的拉动下开始运动(运动过程中丝线始终与b棒没有作用)，当a棒即将到达b棒位置前一瞬间，b棒的约束被解除，此时a棒已经匀速运动，试求：(g取10 m/s2)(1)a棒匀速运动时棒中的电流大小；(2)已知a、b两棒相碰后即粘合成一根“更粗的棒”，假设导轨足够长，试求该“粗棒”能运动的距离；(3)a棒解除约束后整个过程中装置产生的总焦耳热。解析：(1)由题意可知m0gBlIa，可得Ia2 A。(2)设碰前a棒的速度为v，则IaR总 0.3 0.5 解得v1 m/sa、b棒碰撞过程：mv2mv，解得v0.5 m/sa、b碰撞后的整体运动过程，R总 0.6
