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

2022年高考物理總復(fù)習(xí) 專題10 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題課時(shí)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(chǎng)中有一U形導(dǎo)線框abcd，線框處于水平面內(nèi)，磁場(chǎng)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(wú)摩擦地滑動(dòng)桿ef及線框中導(dǎo)線的電阻都可不計(jì)開始時(shí)，給ef一個(gè)向右的初速度，則()圖1Aef將減速向右運(yùn)動(dòng)，但不是勻減速Bef將勻減速向右運(yùn)動(dòng)，最后停止Cef將勻速向右運(yùn)動(dòng)Def將往返運(yùn)動(dòng)【答案】A【解析】桿ef向右運(yùn)動(dòng)，所受安培力FBILBL，方向向左，故桿ef做減速運(yùn)動(dòng)；v減小，F(xiàn)減小，桿做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)，A正確2如圖2所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向豎直向下，在磁場(chǎng)中有一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)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(shí)，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(gè)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()圖2A通過(guò)ab邊的電流方向?yàn)閍bBab邊經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的速度vCa、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mgLmv2【答案】D【解析】ab邊向下擺動(dòng)過(guò)程中，磁通量逐漸減小，根據(jù)楞次定律及右手定則可知感應(yīng)電流方向?yàn)閎a，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；ab邊由水平位置到達(dá)最低點(diǎn)過(guò)程中，機(jī)械能不守恒，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；金屬框擺動(dòng)過(guò)程中，ab邊同時(shí)受安培力作用，故當(dāng)重力與安培力沿其擺動(dòng)方向分力的合力為零時(shí)，a、b兩點(diǎn)間電壓最大，選項(xiàng)C錯(cuò)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(guò)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(chǎng)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(dòng)，欲使棒PQ停下來(lái)，下面的措施可行的是(導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，棒PQ有電阻)()圖3A在PQ右側(cè)垂直于導(dǎo)軌再放上一根同樣的金屬棒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(lái)D在導(dǎo)軌的a、c兩端用導(dǎo)線連接一個(gè)電容器【答案】C【解析】在PQ棒右側(cè)放金屬棒時(shí)，回路中會(huì)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(shí)，回路中感應(yīng)電流為零，兩棒都將勻速運(yùn)動(dòng)，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)一端或兩端用導(dǎo)線連接時(shí)，PQ的動(dòng)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(cuò)誤4一個(gè)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(chǎng)區(qū)域，然后穿出磁場(chǎng)區(qū)域繼續(xù)下落，如圖4所示，則()圖4A若線圈進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程是勻速運(yùn)動(dòng)，則離開磁場(chǎng)過(guò)程也是勻速運(yùn)動(dòng)B若線圈進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程是加速運(yùn)動(dòng)，則離開磁場(chǎng)過(guò)程也是加速運(yùn)動(dòng)C若線圈進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程是減速運(yùn)動(dòng)，則離開磁場(chǎng)過(guò)程也是減速運(yùn)動(dòng)D若線圈進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程是減速運(yùn)動(dòng)，則離開磁場(chǎng)過(guò)程是加速運(yùn)動(dòng)【答案】C5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 ，橫放在導(dǎo)軌上，電阻R的阻值是0.8 (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(chǎng)用水平向右的恒力F0.1 N拉動(dòng)ab，使其從靜止開始運(yùn)動(dòng)，則()圖5A導(dǎo)體棒ab開始運(yùn)動(dòng)后，電阻R中的電流方向是從P流向MB導(dǎo)體棒ab運(yùn)動(dòng)的最大速度為10 m/sC導(dǎo)體棒ab開始運(yùn)動(dòng)后，a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)差逐漸增加到1 V 后保持不變D導(dǎo)體棒ab開始運(yùn)動(dòng)后任一時(shí)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(cuò)；當(dāng)金屬導(dǎo)體棒受力平衡時(shí)，其速度將達(dá)到最大值，由FBIL，I，代入數(shù)據(jù)解得vm10 m/s，B對(duì)；電動(dòng)勢(shì)最大值Em1 V，a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)差為路端電壓，最大值小于1 V，C錯(cuò)；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(dòng)能，D錯(cuò)二、雙項(xiàng)選擇題6如圖6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(chǎng)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(chǎng)B1區(qū)域后，恰好做勻速運(yùn)動(dòng)以下說(shuō)法中正確的是()圖6A若B2B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后將加速下滑B若B2B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后仍將保持勻速下滑C若B2<B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后將先加速后勻速下滑D若B2>B1，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(chǎng)B1區(qū)域時(shí)，金屬棒MN切割磁感線而使回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，當(dāng)金屬棒MN恰好做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(shí)，速度仍為v，若B2B1，則仍滿足mg，金屬棒MN仍保持勻速下滑，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；若B2<B1，則金屬棒MN剛進(jìn)入B2區(qū)域時(shí)<mg，金屬棒MN先加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度增大到使安培力等于mg時(shí)，金屬棒MN在B2區(qū)域內(nèi)勻速下滑，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤7(xx·茂名調(diào)研)如圖7所示，電阻不計(jì)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN和OP足夠長(zhǎng)，水平放置MO間接有阻值為R的電阻，兩導(dǎo)軌相距為L(zhǎng)，其間有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.有一質(zhì)量為m、長(zhǎng)度為L(zhǎng)、電阻為R0的導(dǎo)體棒CD垂直于導(dǎo)軌放置，并接觸良好用平行于MN向右的水平力拉動(dòng)CD，使之由靜止開始運(yùn)動(dòng)拉力的功率恒為P，當(dāng)導(dǎo)體棒CD達(dá)到最大速度v0時(shí)，下列判斷中正確的是()圖7A最大速度數(shù)值為v0B導(dǎo)體棒上C點(diǎn)電勢(shì)低于D點(diǎn)電勢(shì)C克服安培力的功率等于拉力的功率PD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(shì)低于C點(diǎn)電勢(shì)，B錯(cuò)誤；導(dǎo)體棒CD達(dá)到最大速度時(shí)拉力F與安培力合力為零，PFv0，F(xiàn)BIL，所以PBILv0，C正確；I，解得v0，A正確，整個(gè)回路中導(dǎo)體棒和電阻R上都要產(chǎn)生電熱，D錯(cuò)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(zhǎng)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(chǎng)并開始計(jì)時(shí)，若磁場(chǎng)的寬度為b(b>3a)，在3t0時(shí)刻線框到達(dá)2位置速度又為v0，并開始離開勻強(qiáng)磁場(chǎng)此過(guò)程中v­t圖象如圖8乙所示，則()甲乙圖8At0時(shí)，線框右側(cè)邊MN間的電壓為Bav0B在t0時(shí)刻線框的速度為v0C線框完全離開磁場(chǎng)的瞬間位置3速度一定比t0時(shí)刻線框的速度大D線框完全離開磁場(chǎng)的瞬間位置3速度一定比t0時(shí)刻線框的速度小【答案】AB【解析】t0時(shí)，MN開始切割磁感線，電動(dòng)勢(shì)EBav0.四邊電阻相等，MN間電壓為Bav0，A正確在t03t0時(shí)段，設(shè)t0時(shí)刻速度為v.據(jù)動(dòng)量定理F·2t0mv0mv，則vv0，B正確據(jù)題意分析知，3t0后的離開過(guò)程與0t0的進(jìn)入過(guò)程完全相同，因此線框離開磁場(chǎng)的瞬間位置3速度與t0時(shí)刻相同，C、D均錯(cuò)9如圖9所示，水平放置的兩根平行長(zhǎng)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(gè)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(chǎng)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(dòng)摩擦因數(shù)為.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)軌運(yùn)動(dòng)距離L時(shí)，速度恰好達(dá)到最大(運(yùn)動(dòng)過(guò)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(guò)程()圖9A桿運(yùn)動(dòng)速度的最大值為B流過(guò)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(dòng)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(dòng)能的變化量【答案】BD【解析】當(dāng)桿達(dá)到最大速度vm時(shí)，F(xiàn)mg0，解得vm，A錯(cuò)；由公式q，B對(duì)；在桿從開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)到最大速度的過(guò)程中由動(dòng)能定理有：WFWfW安Ek，其中WfmgL，W安Q，恒力F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動(dòng)能的變化量與回路產(chǎn)生的焦耳熱之和，C錯(cuò)；恒力F做的功與安培力做的功之和等于桿動(dòng)能的變化量與克服摩擦力做的功之和，D對(duì)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(zhǎng)s1.15 m，兩導(dǎo)軌間距L0.75 m，導(dǎo)軌傾角為30°，導(dǎo)軌上端ab接一阻值 R1.5 的電阻，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.8 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直軌道平面向上阻值r0.5 ，質(zhì)量m0.2 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(guò)程中金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱 Q10.1 J(取g10 m/s2)求：圖10(1)金屬棒在此過(guò)程中克服安培力的功W安；(2)金屬棒下滑速度v2 m/s時(shí)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(dòng)能定理WGW安mv，由此所得結(jié)果是否正確？若正確，說(shuō)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(guò)程中安培力做的功即為電阻上產(chǎn)生的焦耳熱，由于R3r，因此QR3Qr0.3 J所以W安QQRQr0.4 J.(2)金屬棒下滑時(shí)受重力和安培力F安BILv由牛頓第二定律mgsin 30°vma所以agsin 30°v10× m/s23.2 m/s2.(3)此解法正確金屬棒下滑時(shí)受重力和安培力作用，其運(yùn)動(dòng)滿足mgsin 30°vma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(dòng)無(wú)論最終是否達(dá)到勻速，當(dāng)棒到達(dá)斜面底端時(shí)速度一定為最大由動(dòng)能定理可以得到棒的末速度，因此上述解法正確mgssin 30°Qmv所以vm m/s2.74 m/s.11(xx·廣東)如圖11甲所示，在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的平面內(nèi)，半徑為r的金屬圓盤繞過(guò)圓心O的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，圓心O和邊緣K通過(guò)電刷與一個(gè)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(guò)電流表的電流I與圓盤角速度的關(guān)系如圖11乙所示，其中ab段和bc段均為直線，且ab段過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)>0代表圓盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)已知：R3.0 ，B1.0 T，r0.2 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(duì)應(yīng)I與的關(guān)系式；(2)求出圖乙中b、c兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的P兩端的電壓Ub和Uc；(3)分別求出ab、bc段流過(guò)P的電流IP與其兩端電壓UP的關(guān)系式圖11【答案】(1)Iab(A)Ibc0.010.05(A)(2)0.3 V0.9 V(3)見解析【解析】(1)設(shè)ab段對(duì)應(yīng)的I與的關(guān)系式為Ik1，bc段對(duì)應(yīng)的I與的關(guān)系式為Ik2b由乙圖可知Iab(A)；Ibc0.010.05(A)(2)b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流Ib0.1 A，b15 rad/s圓盤產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)EbBr2b0.3 V，即P兩端對(duì)應(yīng)的電壓Ub0.3 Vc點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流Ic0.4 A，c45 rad/s圓盤產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)EcBr2c0.9 V，即P兩端對(duì)應(yīng)的電壓Uc0.9 V.(3)對(duì)應(yīng)于bc段P導(dǎo)通，流過(guò)電流表的電流IabIRIPIP，EBr2則對(duì)應(yīng)于bc段流過(guò)P的電流IPUP對(duì)應(yīng)于a點(diǎn)元件P不導(dǎo)通，則對(duì)應(yīng)于ab段流過(guò)P的電流IP0.