（課標(biāo)通用版）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第十章 04 微專(zhuān)題8 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題精練（含解析）

《（課標(biāo)通用版）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第十章 04 微專(zhuān)題8 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題精練（含解析）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（課標(biāo)通用版）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第十章 04 微專(zhuān)題8 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題精練（含解析）（9頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、微專(zhuān)題8　電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題 A組　基礎(chǔ)過(guò)關(guān) 1.(2017天津理綜,3,6分)如圖所示,兩根平行金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi),導(dǎo)軌之間接有電阻R。金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸,整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面向下?，F(xiàn)使磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻減小,ab始終保持靜止,下列說(shuō)法正確的是(　　) A.ab中的感應(yīng)電流方向由b到a B.ab中的感應(yīng)電流逐漸減小 C.ab所受的安培力保持不變 D.ab所受的靜摩擦力逐漸減小 答案　D　本題考查楞次定律、電磁感應(yīng)定律、閉合電路歐姆定律、安培力、平衡條件。由于通過(guò)回路的磁通量向下減小,則根據(jù)楞次定律可知ab中感應(yīng)電

2、流的方向由a到b,A錯(cuò)誤。因ab不動(dòng),回路面積不變;當(dāng)B均勻減小時(shí),由E=nΔΦΔt=nΔBΔtS知,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定,回路中感應(yīng)電流I=ER+r恒定,B錯(cuò)誤。由F=BIL知F隨B減小而減小,C錯(cuò)誤。對(duì)ab由平衡條件有f=F,故D正確。 2.(多選)(2019河北張家口期末)如圖所示,兩足夠長(zhǎng)平行金屬導(dǎo)軌固定在水平面上,勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向下,金屬棒ab、cd與導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路且都可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦滑動(dòng),兩金屬棒ab、cd的質(zhì)量之比為2∶1。用一沿導(dǎo)軌方向的恒力F水平向右拉金屬棒cd,經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間以后(　　) A.金屬棒ab、cd都做勻速運(yùn)動(dòng) B.金屬棒ab上的電流方向是由b

3、向a C.金屬棒cd所受安培力的大小等于2F3 D.兩金屬棒間距離保持不變 答案　BC　對(duì)兩金屬棒ab、cd進(jìn)行受力和運(yùn)動(dòng)分析可知,兩金屬棒最終將做加速度相同的勻加速直線運(yùn)動(dòng),且金屬棒ab的速度小于金屬棒cd的速度,所以?xún)山饘侔糸g距離是變大的,由右手定則可判斷金屬棒ab上的電流方向是由b到a,A、D錯(cuò)誤,B正確;設(shè)金屬棒cd的質(zhì)量為m,以?xún)山饘侔粽w為研究對(duì)象,有F=3ma,隔離金屬棒cd分析,有F-F安=ma,可求得金屬棒cd所受安培力的大小F安=23F,C正確。 3.(多選)如圖所示,邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、電阻不計(jì)的n匝正方形金屬線框位于豎直平面內(nèi),連接的小燈泡的額定功率、額定電壓分別為P

4、、U,線框及小燈泡的總質(zhì)量為m,在線框的下方有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,區(qū)域?qū)挾葹閘,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與線框平面垂直,其上、下邊界與線框底邊均水平。線框從圖示位置開(kāi)始由靜止下落,穿越磁場(chǎng)的過(guò)程中,小燈泡始終正常發(fā)光。則(　　) A.有界磁場(chǎng)寬度l

5、安培力相等,則mg=nBIL=nBPUL,得B=mgUnPL,B正確;線框勻速穿越磁場(chǎng),重力做功的功率等于電功率,即mgv=P,得v=Pmg,C正確;線框穿越磁場(chǎng)時(shí),通過(guò)的位移為2L,且重力做的功完全轉(zhuǎn)化為焦耳熱,故Q=2mgL,D錯(cuò)誤。 4.一半徑為r、質(zhì)量為m、電阻為R的金屬圓環(huán)用一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的絕緣輕細(xì)桿懸掛于O1點(diǎn),桿所在直線過(guò)圓環(huán)圓心,在O1點(diǎn)的正下方有一半徑為L(zhǎng)+2r的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,其圓心O2與O1點(diǎn)在同一豎直線上,O1點(diǎn)在圓形磁場(chǎng)區(qū)域邊界上,如圖所示。現(xiàn)將絕緣輕細(xì)桿從水平位置由靜止釋放,下擺過(guò)程中金屬圓環(huán)所在平面始終與磁場(chǎng)垂直,已知重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力及其他摩擦阻力,則

6、下列說(shuō)法正確的是(　　) A.金屬圓環(huán)最終會(huì)靜止在O1點(diǎn)的正下方 B.金屬圓環(huán)在整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱為mgL C.金屬圓環(huán)在整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱為12mg(L+2r) D.金屬圓環(huán)在整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱為12mg(L+r) 答案　C　由于不計(jì)空氣阻力及其他摩擦阻力,圓環(huán)最終會(huì)在圖中A、C位置間擺動(dòng),因?yàn)榇藭r(shí)通過(guò)圓環(huán)的磁通量不再發(fā)生改變,所以圓環(huán)中不再有感應(yīng)電流產(chǎn)生,只有動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化,故A錯(cuò)誤。由幾何關(guān)系可知,圓環(huán)在A、C位置時(shí),其圓心與O1、O2間的距離均為L(zhǎng)+r,則圓環(huán)在A、C位置時(shí),圓環(huán)圓心到O1的豎直高度為L(zhǎng)+2r2,由能量守恒可得金屬圓環(huán)在整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生

7、的焦耳熱為12mg(L+2r),故C正確,B、D錯(cuò)誤。 5.(2018佛山一中模擬)CD、EF是兩條水平放置的阻值可忽略的平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),在水平導(dǎo)軌的左側(cè)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,磁場(chǎng)區(qū)域的長(zhǎng)度為d,如圖所示。導(dǎo)軌的右端接有一電阻R,左端與一彎曲的光滑軌道平滑連接。將一阻值也為R的導(dǎo)體棒從彎曲軌道上h高處由靜止釋放,導(dǎo)體棒最終恰好停在磁場(chǎng)的右邊界處。已知導(dǎo)體棒與水平導(dǎo)軌接觸良好,且動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,則下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.電阻R的最大電流為Bd2ghR B.流過(guò)電阻R的電荷量為BdL2R C.整個(gè)電路中產(chǎn)生的焦耳熱為m

8、gh D.電阻R中產(chǎn)生的焦耳熱為12mgh 答案　B　導(dǎo)體棒下滑過(guò)程中,由機(jī)械能守恒得mgh=12mv2,導(dǎo)體棒到達(dá)水平面時(shí)的速度v=2gh,導(dǎo)體棒到達(dá)水平面后進(jìn)入磁場(chǎng)受到向左的安培力和摩擦力,做減速運(yùn)動(dòng),則剛到達(dá)水平面時(shí)的速度最大,所以最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv,最大的感應(yīng)電流I=BL2gh2R,故A錯(cuò);通過(guò)導(dǎo)體棒的電荷量q=ΔΦ2R=BLd2R,故B對(duì);導(dǎo)體棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,由動(dòng)能定理得mgh-W安-μmgd=0,則克服安培力做功W安=mgh-μmgd,C錯(cuò);克服安培力做功將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能,電能又轉(zhuǎn)化為焦耳熱,電阻與導(dǎo)體棒電阻相等,通過(guò)它們的電流相等,則電阻產(chǎn)生的焦耳熱QR=12Q=1

9、2W安=12(mgh-μmgd),故D錯(cuò)。 6.(多選)(2018江西贛州模擬)如圖所示,abcd為一矩形金屬線框,其中ab=cd=L,ab邊接有定值電阻R,cd邊的質(zhì)量為m,其他部分的電阻和質(zhì)量均不計(jì),整個(gè)裝置用兩根絕緣輕彈簧懸掛起來(lái)。線框下方處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里。初始時(shí)刻,使兩彈簧處于自然長(zhǎng)度,且給線框一豎直向下的初速度v0,在cd邊第一次運(yùn)動(dòng)至最下端的過(guò)程中,R中產(chǎn)生的焦耳熱為Q,此過(guò)程及以后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中ab邊未進(jìn)入磁場(chǎng)、cd邊始終未離開(kāi)磁場(chǎng),已知重力加速度大小為g。下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.初始時(shí)刻cd邊所受安培力的大小為B2L2v0

10、R-mg B.線框中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電流可能為BLv0R C.在cd邊第一次到達(dá)最下端的時(shí)刻,兩根彈簧具有的彈性勢(shì)能總量大于12mv02-Q D.在cd邊反復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,R中產(chǎn)生的焦耳熱最多為12mv02 答案　BC　初始時(shí)刻,cd邊切割磁感線的速度為v0,若此時(shí)所受重力不大于安培力,則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,為E=BLv0,感應(yīng)電流最大,為I=ER=BLv0R,cd邊所受安培力的大小F=BIL=B2L2v0R,A錯(cuò)誤,B正確。在cd邊第一次運(yùn)動(dòng)至最下端的過(guò)程中,由能量守恒定律有12mv02+mgh=Q+Ep,在cd邊第一次到達(dá)最下端的時(shí)刻,兩根彈簧具有的彈性勢(shì)能的總量為Ep=12mv02

11、-Q+mgh,大于12mv02-Q,C正確。由題意可知,cd邊最后靜止在初始位置下方,重力做的功大于克服彈簧彈力做的功;由能量守恒定律可知,導(dǎo)體棒的動(dòng)能和減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為焦耳熱及彈簧的彈性勢(shì)能,因減少的重力勢(shì)能大于增加的彈性勢(shì)能,所以R中產(chǎn)生的焦耳熱應(yīng)大于12mv02,故D錯(cuò)誤。 7.(多選)如圖所示,在傾角為θ的光滑斜面上,有三條水平虛線l1、l2、l3,它們之間的區(qū)域Ⅰ、Ⅱ?qū)挾染鶠閐,兩區(qū)域分別存在垂直斜面向下和垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,一個(gè)質(zhì)量為m、邊長(zhǎng)為d、總電阻為R的正方形導(dǎo)線框,從l1上方一定高度處由靜止開(kāi)始沿斜面下滑,當(dāng)ab邊剛越過(guò)l1進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ時(shí),恰好

12、以速度v1做勻速直線運(yùn)動(dòng);當(dāng)ab邊在越過(guò)l2運(yùn)動(dòng)到l3之前的某個(gè)時(shí)刻,線框又開(kāi)始以速度v2做勻速直線運(yùn)動(dòng),重力加速度為g。在線框從釋放到穿出磁場(chǎng)的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是(　　) A.線框中感應(yīng)電流的方向不變 B.線框ab邊從l1運(yùn)動(dòng)到l2所用時(shí)間大于從l2運(yùn)動(dòng)到l3所用時(shí)間 C.線框以速度v2做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),發(fā)熱功率為m2g2R4B2d2sin2θ D.線框從ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)到速度變?yōu)関2的過(guò)程中,減少的機(jī)械能ΔE機(jī)與重力做功WG的關(guān)系式是ΔE機(jī)=WG+12mv12-12mv22 答案　CD　線框從釋放到穿出磁場(chǎng)的過(guò)程中,由楞次定律和安培定則可知感應(yīng)電流方向先沿abcda后沿a

13、dcba再沿abcda方向,A項(xiàng)錯(cuò)誤。線框第一次勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),由平衡條件有BId=mgsinθ,I=Bdv1R,解得v1=mgRsinθB2d2;第二次勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),由平衡條件有2BI'd=mgsinθ,I'=2Bdv2R,解得v2=mgRsinθ4B2d2,則知線框ab邊勻速通過(guò)區(qū)域Ⅰ,進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ后先減速再勻速,而兩區(qū)域?qū)挾认嗤?故通過(guò)區(qū)域Ⅰ的時(shí)間小于通過(guò)區(qū)域Ⅱ的時(shí)間,B錯(cuò)誤。由功能關(guān)系知線框第二次勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)熱功率等于重力做功的功率,即P=mgv2sinθ=m2g2Rsin2θ4B2d2,C正確。線框從進(jìn)入磁場(chǎng)到第二次勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,損失的重力勢(shì)能等于該過(guò)程中重力做的功,動(dòng)能損失量為12mv1

14、2-12mv22,所以線框機(jī)械能損失量為ΔE機(jī)=WG+12mv12-12mv22,D正確。 8.如圖所示,MN、PQ為足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌,間距L=0.50m,導(dǎo)軌平面與水平面間夾角θ=37°,N、Q間連接一個(gè)電阻R=5.0Ω,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T。將一根質(zhì)量為m=0.050kg的金屬棒放在導(dǎo)軌的ab位置,金屬棒及導(dǎo)軌的電阻不計(jì)。現(xiàn)由靜止釋放金屬棒,金屬棒沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直,且與導(dǎo)軌接觸良好。已知金屬棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.50,當(dāng)金屬棒滑行至cd處時(shí),其速度大小開(kāi)始保持不變,位置cd與ab之間的距離s=2.0m。已知g=10m/s2,si

15、n37°=0.60,cos37°=0.80。求: (1)金屬棒沿導(dǎo)軌開(kāi)始下滑時(shí)的加速度大小; (2)金屬棒到達(dá)cd處的速度大小; (3)金屬棒由位置ab運(yùn)動(dòng)到cd的過(guò)程中,電阻R產(chǎn)生的熱量。 答案　(1)2.0m/s2　(2)2.0m/s　(3)0.10J 解析　(1)設(shè)金屬棒開(kāi)始下滑時(shí)的加速度大小為a,則 mgsinθ-μmgcosθ=ma 解得a=2.0m/s2 (2)設(shè)金屬棒到達(dá)cd處時(shí)速度大小為v、電流為I,金屬棒受力平衡,有 mgsinθ=BIL+μmgcosθ 又I=BLvR 解得v=2.0m/s (3)設(shè)金屬棒從ab運(yùn)動(dòng)到cd的過(guò)程中,電阻R上產(chǎn)生的熱

16、量為Q,由能量守恒定律有 mgssinθ=12mv2+μmgscosθ+Q 解得Q=0.10J B組　能力提升 9.如圖所示,足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置,寬度L=0.4m,一端連接R=1Ω的電阻。導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T。導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上,其長(zhǎng)度恰好等于導(dǎo)軌間距,與導(dǎo)軌接觸良好。導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計(jì)。在平行于導(dǎo)軌的拉力F作用下,導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右勻速運(yùn)動(dòng),速度v=5m/s。求: (1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I; (2)在0.1s時(shí)間內(nèi),拉力的沖量IF的大小; (3)若將MN換為電阻r=1Ω的導(dǎo)體棒,其他條件不變,求導(dǎo)體棒

17、兩端的電壓U。 答案　(1)2V　2A (2)0.08N·s (3)1V 解析　(1)由法拉第電磁感應(yīng)定律可得,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E=BLv=1×0.4×5V=2V 感應(yīng)電流I=ER=21A=2A (2)拉力大小等于安培力大小F=BIL=1×2×0.4N=0.8N 沖量大小IF=FΔt=0.8×0.1N·s=0.08N·s (3)由閉合電路歐姆定律可得,電路中電流 I'=ER+r=22A=1A 由歐姆定律可得,導(dǎo)體棒兩端電壓U=I'R=1V 10.如圖所示,間距為L(zhǎng)、電阻可以忽略不計(jì)的U形金屬豎直軌道固定放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。豎直軌道上部套有

18、一金屬條bc,bc的電阻為R,質(zhì)量為2m,可以在軌道上無(wú)摩擦滑動(dòng),開(kāi)始時(shí)金屬條被卡環(huán)卡在豎直軌道上處于靜止?fàn)顟B(tài)。在金屬條正上方高H處自由落下一質(zhì)量為m的絕緣物體,在物體撞到金屬條前的瞬間卡環(huán)立即釋放金屬條,物體與金屬條相撞后兩者一起以相撞前物體速度大小的13的速度繼續(xù)下落,豎直軌道足夠長(zhǎng),當(dāng)金屬條下落高度h后開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng)。求金屬條下落高度h過(guò)程中感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量。 答案　mg(H+9h)3-27m3g2R22B4L4 解析　求解物理綜合試題的基本策略是“化大為小、各個(gè)擊破”。通過(guò)分析可以看出,題中的物理情境可分為四個(gè)部分: (1)絕緣物體先做自由落體運(yùn)動(dòng),與金屬條相撞前的速度為 v1=2gH (2)絕緣物體與金屬條相撞后瞬間的共同速度為 v2=13v1 (3)金屬條下落h后做勻速運(yùn)動(dòng),設(shè)金屬條與物體一起勻速下落時(shí)的速度為v3,由力的平衡條件得 3mg=BLI=B2L2v3R 解得v3=3mgRB2L2 (4)金屬條下落高度h過(guò)程中,由能量守恒定律可得 Q=12·3m·v22+3mgh-12·3m·v32 解得熱量Q=mg(H+9h)3-27m3g2R22B4L4。 9