全国版2021高考物理一轮复习专题十一电磁感应考点3电磁感应的综合应用精练含解析

全国版2021高考物理一轮复习专题十一电磁感应考点3电磁感应的综合应用精练含解析

电磁感应的综合应用 ‎1.[2020广东六校联考]如图,空间中存在一匀强磁场区域,磁场方向与竖直面(纸面)垂直,磁场的上、下边界(虚线)均水平;纸面内磁场上方有一个正方形导线框abcd,其上、下两边均与磁场边界平行,边长小于磁场上、下边界的间距.若线框自由下落,从ab边进入磁场时开始,直至ab边到达磁场下边界为止,线框下落的速度大小可能(　　)‎ A.始终减小 B.始终不变 C.始终增加 D.先增加后减小 ‎2.[2020陕西百校第一次联考,多选]如图甲所示,闭合矩形导线框abcd固定在匀强磁场中,磁场的方向与导线框所在平面垂直,磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示.规定垂直纸面向外为磁场的正方向,顺时针为线框中感应电流的正方向,水平向右为安培力的正方向.关于线框中的感应电流i、ad边所受的安培力F随时间t变化的图象,下列选项正确的是(　　)‎ ‎　图甲　　　　　　　　　　　图乙　　　　‎ ‎　 　A　　　　　　B　　　　　　　C　　　　　　D ‎3.[2020江西七校第一次联考,多选]在水平放置的两条平行光滑长直导轨上有一垂直其放置的金属棒ab,匀强磁场与轨道平面垂直,磁场方向如图所示,导轨接有两定值电阻及电阻箱R0,R1=5 Ω,R2=6 Ω,其余电阻不计.电路中的电压表量程为0~10 V,电流表的量程为0~3 A,现将R0调至30 Ω,用F=40 N的水平向右的力使ab垂直导轨向右平移,当棒ab达到稳定状态时,两电表中有一表正好达到满偏,而另一表未达到满偏.两电表均为理想电表,则下列说法正确的是(　　)‎ A.当棒ab达到稳定状态时,电流表满偏 B.当棒ab达到稳定状态时,电压表满偏 C.当棒ab达到稳定状态时,棒ab的速度是1 m/s - 5 -‎ D.当棒ab达到稳定状态时,棒ab的速度是2 m/s ‎4.[2020安徽黄山模拟]如图甲所示,两平行光滑金属导轨放置在水平面上且间距为L,左端接电阻R,导轨电阻不计.整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中.将质量为m、电阻为r的金属棒ab置于导轨上.当ab受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动时,F与金属棒速度v的关系如图乙所示.已知ab与导轨始终垂直且接触良好,设ab中的感应电流为I,ab受到的安培力大小为F安,R两端的电压为UR,R的电功率为P,则下图中正确的是(　　)‎ ‎5.[2020河北衡水检测,多选]如图所示,光滑平行导轨放在斜面上,匀强磁场垂直斜面向上,恒力F拉动金属杆ab从静止开始沿导轨向上滑动,ab杆始终与导轨垂直且接触良好.ab杆从静止开始到达到最大速度的过程中,恒力F做功为W,ab杆克服重力做功为W1,ab杆克服安培力做功为W2,ab杆动能的增加量为ΔEk,电路中产生的焦耳热为Q,ab杆重力势能增加量为ΔEp,则(　　)‎ A.W=Q+W1+W2+ΔEk+ΔEp B.W=Q+W1+W2+ΔEk C.W=Q+ΔEk+ΔEp D.W2=Q,W1=ΔEp ‎6.[2019山西太原二模]图甲、乙、丙中除导体棒ab可动外,其余部分均固定不动.甲图中的电容器C原来不带电.所有导体棒、导轨电阻均可忽略,导体棒和导轨间的摩擦也不计.导体棒ab的质量为m.图中装置均在水平面内,且都处于方向垂直水平面(即纸面)向下的匀强磁场中,磁感应强度为B,导轨足够长,间距为L.现给导体棒ab一个向右的初速度v0,则(　　)‎ A.三种情况下,导体棒ab最终均静止 B.三种情形下,导体棒ab最终都做匀速运动 - 5 -‎ C.图甲、丙中ab棒最终都向右做匀速运动 D.图乙中,流过电阻R的总电荷量为mv‎0‎BL ‎7.[2019全国Ⅲ,多选]如图,方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨,两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上.t=0时,棒ab以初速度v0向右滑动.运动过程中,ab、cd始终与导轨垂直并接触良好,两者速度分别用v1、v2表示,回路中的电流用I表示.下列图象中可能正确的(　　)‎ A B C D ‎8.[2020山西太原定时训练,12分]如图甲所示,将一间距为L=1 m的足够长U形导轨倾斜固定,倾角为θ=37°,导轨上端连接一阻值为R=2.0 Ω的电阻,整个空间存在垂直于轨道平面向上的匀强磁场,质量为m=0.01 kg、长也为L=1 m、电阻为r=1.0 Ω的金属棒ab垂直放在导轨上且不会滑出导轨,导轨与金属棒之间的动摩擦因数μ=0.5,金属棒ab从静止开始下滑,下滑的x-t图象如图乙所示,图象中的OA段为曲线,AB段为直线,导轨电阻不计且金属棒下滑过程中始终与导轨垂直且紧密接触,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.求:‎ ‎(1)匀强磁场的磁感应强度B0的大小;‎ ‎(2)从开始到t=2.5 s过程中电阻R上产生的热能.‎ ‎9.[2019浙江绍兴适应性考试,10分]如图所示,两平行光滑轨道MN和PQ竖直放置,间距l=0.5 m,其中EG和FH为两段绝缘轨道,其余均为金属轨道,轨道末端NQ间连接一个自感系数L=0.01 H的线圈,其电阻可以忽略.在ABDC、CDFE、GHJI区域内存在垂直轨道平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B1=B2=B3=0.2 T,方向如图,图中d=0.4 m.两长均为0.5 m的导体棒a、b通过轻质绝缘杆连接,总质量m=0.02 kg,b棒电阻R=0.2 Ω,a棒电阻不计;现将a、b系统从距离AB边高h处由静止释放,a棒匀速通过ABCD区域,最终a棒以1.6 m/s的速度穿出EF边.导体棒与金属轨道始终垂直且接触良好.重力加速度大小g=10 m/s2.‎ - 5 -‎ ‎(1)求h的值.‎ ‎(2)求a棒从进入AB边到穿出EF边的总时间.‎ ‎(3)若a棒通过GH边时轻质杆突然断裂,以该位置为原点,竖直向下为x轴,求a棒在向下运动的过程中电流i与位移x的大小关系.(已知线圈上的自感电动势为E=LΔiΔt,此过程中导体棒b仍在EFGH区域运动) ‎ 考点3　电磁感应的综合应用 ‎1.C　设正方形线框边长为L,刚进入磁场时的速度为v,磁场的磁感应强度为B,线框电阻为R,则线框刚进入磁场时所受安培力F安=B‎2‎L‎2‎vR ,安培力与重力的大小关系取决于线框在磁场上方做自由落体运动的高度,故刚进入磁场时,线框加速、匀速、减速都有可能,但因线框边长小于磁场上、下边界的间距,故无论线框刚进入时加速、匀速还是减速,当线框全部进入磁场后一定只受重力做加速运动,故C项正确,A、B、D项错误.‎ ‎2.BC　由题图乙可知,0~1 s时间内,B增大,Φ增大,由楞次定律可知,感应电流的方向是顺时针方向,为正值;1~2 s时间内,磁通量不变,无感应电流;2~3 s时间内,B的方向垂直纸面向外,B减小,Φ减小,由楞次定律可知,感应电流的方向是逆时针方向,是负值;3~4 s时间内,B - 5 -‎ 的方向垂直纸面向里,B增大,Φ增大,由楞次定律可知,感应电流的方向是逆时针方向,是负值,选项B正确,A错误.由左手定则可知,在0~1 s内,ad边受到的安培力方向水平向右,是正的;1~2 s时间内,无感应电流,没有安培力;2~3 s时间内,安培力水平向左,是负的;3~4 s时间内,安培力水平向右,是正的.由法拉第电磁感应定律可知,感应电动势E=ΔΦΔt=ΔBΔtS,感应电流I=ER=S·ΔBR·Δt,由B-t图象可知,在0~1 s、2~4 s时间段内,ΔBΔt的大小不变,在各时间段内I是定值,ad边受到的安培力F=BIL,I、L不变,B均匀变化,则安培力F均匀变化,不是定值,选项C正确,D错误.‎ ‎【光速解法】　由法拉第电磁感应定律E=ΔBΔtS和闭合电路欧姆定律I=ER可知,感应电流的方向与B-t图象的斜率正负有关,由题图乙知斜率先为正后为零最后为负,可快速得出选项B正确;再由安培力F=BIL,可知F与I和B有关,由题图乙中第1 s内B随时间t均匀变化,可快速判断出选项C正确.‎ ‎3.BC　 电阻R2与R0的并联阻值为5 Ω,若电流表满偏,则电阻R2两端电压U=15 V,超过电压表量程,故满偏的电表为电压表,A错,B正确.由欧姆定律可知,通过R2的电流I2=‎5‎‎3‎ A,通过R0的电流I0=‎1‎‎3‎ A,电阻R1两端的电压U1=(I0+I2)R1=10 V,所以金属棒切割磁感线产生的感应电动势为E=BLv=20 V;R总=R1+R‎2‎‎·‎R‎0‎R‎2‎‎+‎R‎0‎=10 Ω,金属棒ab达到稳定状态时,F安=B‎2‎L‎2‎vR总=F=40 N,解得v=1 m/s,C项正确,D项错.‎ ‎4.A　由题图乙可得F=F0-kv,金属棒切割磁感线产生电动势E=BLv,金属棒中电流I=BLvR+r,金属棒受安培力F安=BIL,对金属棒根据牛顿第二定律有F-F安=ma,代入得F0-(k+B‎2‎L‎2‎R+r)v=ma,所以金属棒做加速度减小的加速运动,当加速度减为零时,速度达到最大,之后做匀速运动,所以A正确;F安=B‎2‎L‎2‎vR+r,UR=BLvR+rR,R消耗的功率P=UR‎2‎R,所以B、C、D错误.‎ ‎5.CD　以ab杆为研究对象,根据动能定理可得W-W1-W2=ΔEk,解得W=W1+W2+ΔEk,A、B两项错误;根据功能关系可知ab杆克服安培力做功为W2=Q,ab杆克服重力做功为W1=ΔEp,所以有W=Q+ΔEk+ΔEp,C、D两项正确.‎ ‎6.D　图甲中,导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流而使电容器充电,当电容器C极板间电压与导体棒产生的感应电动势相等时,电路中没有电流,导体棒不受安培力,向右做匀速运动;图乙中,导体棒做加速度减小的减速运动,直到棒静止;图丙中,导体棒先受到向左的安培力作用向右做减速运动,速度减为零后再在安培力作用下向左做加速运动,当导体棒产生的感应电动势与电源的电动势相等时,电路中没有电流,导体棒向左做匀速运动,故A、B、C三项错误.设图乙中导体棒切割磁感线产生的平均电流为 - 5 -‎ - 5 -‎