【物理】2020二轮复习电磁感应规律及其应用非选择题特训练习（解析版）

【物理】2020二轮复习电磁感应规律及其应用非选择题特训练习（解析版）

‎2020届高考物理二轮复习非选择题特训练习（8）‎ 电磁感应规律及其应用 ‎1、如图所示,在竖直向下的磁感应强度为B=0.5T的匀强磁场中,两根足够长的平行光滑金属轨道MN、PQ固定在水平面内,相距为L=1m.—质量为m=0.5kg 的导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上,与轨道接触良好.轨道和导体棒的电阻均不计.若轨道左端接一电动势为E=3V、内阻为r=1Ω的电源和一阻值未知的定值电阻R.闭合开关S,导体棒从静止开始运动,一段时间后导体棒稳定时的速度为v=4m/s.‎ ‎1.求电阻R的阻值.‎ ‎2.导体棒稳定之后,断开开关S,求从断开开关S到导体棒静止的过程中通过电阻R的电荷量q和导体棒ab的位移x.‎ ‎2、如图所示,半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内,一长为r的直导体棒置于圆导轨上,的延长线过圆导轨中心O。在内、外圆导轨间对称地接有三个阻值均为R的电阻,的电阻值也为R,整个装置位于一磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中。现对棒中点施加一垂直于棒的水平外力F,使其以角速度ω绕O点顺时针匀速转动,在转动过程中棒始终与导轨保持良好接触,不计导轨电阻。求:‎ ‎(1)两端的电压; (2)外力F的大小及导体棒旋转一周的过程中外力F做的功; (3)导体棒旋转一周的过程中通过每个电阻的电荷量。‎ ‎3、如图甲,间距L=1.0m的平行长直导轨MN、PQ水平放置,两导轨左端MP之间接有一阻值为R=0.1Ω的定值电阻,导轨电阻忽略不计.一导体棒ab垂直于导轨放在距离导轨左端d=1.0m,其质量m=0.1kg,接入电路的电阻为r=0.1Ω,导体棒与导轨间的动摩擦因数µ=0.1,整个装置处在范围足够大的竖直方向的匀强磁场中.选竖直向下为正方向,从t=0时刻开始,磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示,导体棒ab一直处于静止状态.不计感应电流磁场的影响,当t=3s时,突然使ab棒获得向右的速度,同时在棒上施加一方向水平、大小可变化的外力F,保持ab棒具有大小恒为方向向左的加速度,取.‎ ‎(1)求前3s内电路中感应电流的大小和方向。‎ ‎(2)求ab棒向右运动且位移时的外力F。‎ ‎(3)从t=0时刻开始,当通过电阻R的电量q=5.7C时,ab棒正在向右运动,此时撤去外力F,且磁场的磁感应强度不变(图乙中未画出),ab棒又运动了后停止.求撤去外力F后电阻R上产生的热量Q。‎ ‎4、如图,POQ是折成 角的固定于竖直平面内的光滑金属导轨,导轨关于竖直轴线对称, ,整个装置处在垂直导轨平面向里的足够大的匀强磁场中,磁感应强度随时间变化规律为.一质量为 1kg、长为L、电阻为1Ω、粗细均匀的导体棒锁定于OP、OQ的中点a、b位置.当磁感应强度变为 后保持不变,同时将导体棒解除锁定,导体棒向下运动,离开导轨时的速度为.导体棒与导轨始终保持良好接触,导轨电阻不计,重力加速度为.求导体棒: ‎ ‎ (1)解除锁定前回路中电流的大小及方向;  (2)滑到导轨末端时的加速度大小;  (3)运动过程中产生的焦耳热 ‎5、为研究电磁制动的效果,某同学在小车的水平底面安装宽为L、长为2L的矩形线圈abcd,线圈匝数为N,总电阻为R,水平直轨道上虚线PQ和MN之间存在竖直向下的匀强磁场,其间距为2L,磁感应强度为B,如图所示,沿轨道运动的总质量为m的小车,受到地面的阻力恒为f,当车头(ab边)进入磁场时速度为v0,车尾(cd边)离开磁场时速度恰好减为零,求:‎ ‎1.车头进入磁场时,小车加速度的大小;‎ ‎2.从ab进入磁场到ab离开磁场的过程中,通过导线截面的电荷量;‎ ‎3.电磁制动过程中线圈产生的焦耳热.‎ ‎6、如图所示，两光滑平行金属导轨，之间接一阻值为R的定值电阻，之间处于断开状态，部分为处于水平面内，且，部分为处于倾角为θ的斜面内，。区域存在一竖直向下的磁场，其大小随时间的变化规律为（k为大于零的常数）；区域存在一垂直于斜面向上的大小恒为的磁场。一阻值为r、质量为m的导体棒MN垂直于导轨从处由静止释放。不计导轨的电阻，重力加速度为g。求：‎ ‎1.导体棒MN到达前瞬间，电阻R上消耗的电功率；‎ ‎2.导体棒MN从到达的过程中，通过电阻R的电荷量；‎ ‎3.若导体棒MN到达立即减速，到达时合力恰好为零，求导体棒MN从到运动的时间。‎ ‎7、如图甲所示,电阻不计、间距为的平行长金属导轨置于水平面内,阻值为R的导体棒ab固定连接在导轨左端,另一阻值也为R的导体棒ef垂直放置到导轨上,一根轻杆一端固定在ef中点,另一端固定于墙上,轻杆与导轨保持平行,ef、ab两棒间距为d。若整个装置处于方向竖直向下的磁场中,且从某一时刻开始,磁感应强度B随时间t按图乙所示的规律变化.‎ ‎1.求在0~t0时间内流过导体棒ef的电流的大小与方向;‎ ‎2.求在t0~2t0时间内导体棒ef产生的热量;‎ ‎3.求1.5t0时刻杆对导体棒ef的作用力的大小和方向.‎ ‎8、间距为l=0.5m两平行金属导轨由倾斜部分和水平部分平滑连接而成,如图所示,倾斜部分导轨的倾角θ=30°,上端连有阻值R=0.5Ω的定值电阻且倾斜导轨处于大小为B1=0.5T、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。水平部分导轨足够长,图示矩形虚线框区域存在大小为B2=1T、方向竖直向上的匀强磁场,磁场区域的宽度d=3m。现将质量m=0.1kg、内阻r=0.5Ω、长l=0.5m的导体棒ab从倾斜导轨上端释放,达到稳定速度v0后进入水平导轨,当恰好穿过B2磁场时速度v=2m/s,已知导体棒穿过B2磁场的过程中速度变化量与在磁场中通过的距离满足 (比例系数k未知),运动过程中导体棒始终与导轨垂直并接触良好,不计摩擦阻力和导轨电阻。求:‎ ‎（1）导体棒ab的速度v0‎ ‎（2）导体棒ab穿过B2磁场过程中通过R的电荷量及导体棒ab产生的焦耳热;‎ ‎（3）若磁场B1大小可以调节,其他条件不变,为了使导体棒ab停留在B2磁场区域,B1需满足什么条件。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 答案以及解析 ‎1答案及解析：‎ 答案：1.2Ω; 2.4C     16m 解析：1.由题意可知,导体棒稳定时产生的电动势和定值电阻R两端电压大小相等,导体棒中没有电流通过,此时导体棒做匀速运动.根据Uab=BLv,得Uab=2V.‎ 又因为,解得R=2Ω。 2.根据动量定理得,可得q=4C, ,得x=16m。‎ ‎ ‎ ‎2答案及解析：‎ 答案：(1) (2); (3)‎ 解析：(1)匀速转动过程中产生的感应电动势,三个电阻并联,,所以,两端的电压。 (2)因匀速转动,故外力等于其所受安培力,有,旋转一周所用时间,根据功能关系有。 (3)旋转一周的过程中,.流过的电荷量,所以通过每个电阻的电荷量。‎ ‎ ‎ ‎3答案及解析：‎ 答案：（1）前3s内,根据图象可以知道:; ‎ ‎ , ,S=Ld 联立计算得出:I=0.5A 根据楞次定律可以知道,电路中的电流方向为; ‎ ‎(2)设ab棒向右运动且位移时,速度为,外力F方向水平向左,则 ‎;‎ ‎;‎ ‎;‎ 而 ‎ 联立计算得出:F=0.1N,方向水平向左, ‎ ‎(3)前3s内通过电阻R的电量为: ‎ 撤去外力前,棒发生位移x过程中通过电阻R的电量为,棒的速度为,则; ; ‎ ‎; ‎ 由能量守恒可得: ‎ 联立各式并带入数据得: ‎ 解析：‎ ‎ ‎ ‎4答案及解析：‎ 答案：(1)解除锁定前,感应电动势为:  ;  感应电流为: ; 由楞次定律知,感应电流的方向为顺时针方向;  (2)滑到导轨末端时的,感应电动势为: ,  感应电流为: ,  安培力为: ;  根据牛顿第二定律,有: ,  计算得出: ;  (3)由能量守恒得: ， 计算得出: ; ‎ 解析：‎ ‎ ‎ ‎5答案及解析：‎ 答案：1. 2. 3. ‎ 解析：1.设车头进入磁场时,加速度的大小为a,回路中的感应电动势为E,电流为,小车所受安培的大小为F,‎ ‎,,,‎ 由牛顿第二定律得F+f=ma,联立解得; 2.从ab刚港入磁场到ab刚离开磁场过程中,设线圈中的平均感应电动势为,平均电流为,所用时间为t,通过导线截面的电荷里为q, ‎ 得,,,联立解得; 3.设电磁制动过程中线圈产生的焦耳热为Q,由能量守恒定律得。‎ ‎ ‎ ‎6答案及解析：‎ 答案： 1.因磁场随时间的变化规律为，所以，‎ 所组成回路产生的感应电动势 流过电阻R的电流 电阻R消耗的功率 联立以上各式求得 ‎2.电阻R的电荷量 根据牛顿第二定律 导体棒从MN从到达中，通过的位移 联立解得 ‎3.根据第2问，求得导体棒到达时的速度 到达时合力为0，则 解得： ‎ 导体棒MN到达过程中，运用动量定理 从到达过程中，流过导体棒的电荷量 联立以上式子，求得 ‎（式中，）‎ 解析：‎ ‎ ‎ ‎7答案及解析：‎ 答案：1. ,方向为e→f 2. 3. ,方向水平向左 解析：1.在0~t0时间内,磁感应强度的变化率,‎ 回路产生的感应电动势的大小,‎ 流过导体棒ef的电流大小,‎ 由楞次定律可判断电流方向为e→f; 2.在t0~2t0时间内,磁感应强度的变化率,‎ 回路产生的感应电动势的大小,‎ 流过导体棒ef的电流大小,‎ t0~2t0时间内导体棒ef产生的热量; 3.在t=1.5t0时,磁感应强度B=B0,‎ ef棒所受安培力,方向水平向左;‎ 根据导体棒受力平衡,杆对导体棒的作用力为,方向水平向右。‎ ‎ ‎ ‎8答案及解析：‎ 答案：1.8m/s; 2.1.5C;1.5 J; 3. ‎ 解析：1.当导体棒ab运动稳定后,做匀速运动,由平衡条件知, ‎ 感应电流 联立得 2.穿过B2磁场过程中的平均电流: ‎ ‎ 联立得=1.5C 设穿过B2磁场过程中产生的总焦耳热为Q,则由能量守恒定律知 导体棒ab产生的焦耳热 联立得Q=1.5J 3.根据题意有, ,则若导体棒ab以速度v′通过B2磁场时与在磁场中通过的距离x′满足 ‎ 导体棒ab在B1磁场中达到稳定速度时,由平衡条件知 ‎ 又 ‎ 联立得 ‎ 根据题意, ‎ 联立以上二式并代入数据得T。‎ ‎ ‎