高考物理一轮复习配套单元检测第九章 第3单元 课下综合提升

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高考物理一轮复习配套单元检测第九章 第3单元 课下综合提升

‎1.如图1所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向竖直向下,在磁场中有一个边长为L的正方形刚性金属框,ab边的质量为m,电阻为R,其他三边的质量和电阻均不计。cd边上装有固定的水平轴,将金属框自水平位置由静止释放,第一次转到竖直位置时,ab边的速度为v,不计一切摩擦,重力加速度为g,则在这个过程中,下列说法正确的是(  ) 图1‎ A.通过ab边的电流方向为a→b B. ab边经过最低点时的速度v= C.a、b两点间的电压逐渐变大 D.金属框中产生的焦耳热为mgL-mv2‎ 解析:ab边向下摆动过程中,磁通量逐渐减小,根据楞次定律及右手定则可知感应电流方向为b→a,选项A错误;ab边由水平位置到达最低点过程中,机械能不守恒,所以选项B错误;金属框摆动过程中,ab边同时受安培力作用,故当重力与安培力沿其摆动方向分力的合力为零时,a、b两点间电压最大,选项C错误;根据能量转化和守恒定律可知,金属框中产生的焦耳热应等于此过程中机械能的损失,故选项D正确。‎ 答案:D ‎2.矩形线圈abcd,长ab=‎20 cm,宽bc=‎10 cm,匝数n=200,线圈回路总电阻R=5 Ω。整个线圈平面内均有垂直于线圈平面的匀强磁场穿过。若匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图2所示,则(  ) 图2‎ A.线圈回路中感应电动势随时间均匀变化 B.线圈回路中产生的感应电流为‎0.4 A C.当t=0.3 s时,线圈的ab边所受的安培力大小为0.016 N D.在1 min内线圈回路产生的焦耳热为24 J 解析:由E=n=nS可知,由于线圈中磁感应强度的变化率=T/s=0.5 T/s为常数,则回路中感应电动势为E=n=2 V,且恒定不变,故选项A错误;回路中感应电流的大小为I==‎0.4 A,选项B正确;当t=0.3 s时,磁感应强度B=0.2 T,则安培力为F=nBIl=200×0.2×0.4×0.2 N=3.2 N,故选项C错误;1 min内线圈回路产生的焦耳热为Q=I2Rt=0.42×5×60 J=48 J。选项D错误。‎ 答案:B ‎3.如图3所示,线框由A 位置开始下落,在磁场中受到的安培力如果总小于重力,则它在A、B、C、D四个位置(B、D位置恰好线框 图3‎ 有一半在磁场中)时,加速度关系为(  )‎ A.aA>aB>aC>aD B.aA=aC>aB>aD C.aA=aC>aD>aB D.aA=aC>aB=aD 解析:线框在A、C位置时只受重力作用,加速度aA=aC=g。线框在B、D位置时均受两个力的作用,其中安培力向上、重力向下。由于重力大于安培力,所以加速度向下,大小为a=g-F/mFB,所以aDaB>aD。‎ 答案:B ‎4.如图4所示,两根水平放置的相互平行的金属导轨ab、cd,表面光滑,处在竖直向上的匀强磁场中,金属棒PQ垂直于导轨放在上面,以速度v向右匀速运动,欲使棒PQ停下来,下面的措施可行的是(导轨足够长,棒PQ有电阻)(  ) 图4‎ ‎①在PQ右侧垂直于导轨再放上一根同样的金属棒 ‎②在PQ右侧垂直于导轨再放上一根质量和电阻均比棒PQ大的多属棒 ‎③将导轨的a、c两端用导线连接起来 ‎④将导轨的a、c两端和b、d两端分别用导线连接起来 A.①② B. ③④ C.①④ D. ②③‎ 解析:在PQ棒右侧放金属棒时,回路中会有感应电流,使金属棒加速,PQ棒减速,当获得共同速度时,回路中感应电流为零,两棒都将匀速运动,A、B项错误。当一端或两端用导线连接时,PQ的动能将转化为内能而最终静止,③、④正确。‎ 答案:B ‎5.如图5所示,用粗细相同的铜丝做成边长分别为L和‎2L的两只闭合线框a和b,以相同的速度从磁感应强度为B的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外,不考虑线框的动能,若外力对环做的功分别为Wa、Wb,则Wa∶Wb为(  ) 图5‎ A.1∶4        B.1∶2‎ C.1∶1 D.不能确定 解析:根据能量守恒可知,外力做的功等于产生的电能,而产生的电能又全部转化为焦耳热 Wa=Qa=· Wb=Qb=· 由电阻定律知Rb=2Ra,故Wa∶Wb=1∶4。A项正确。‎ 答案:A ‎6.如图6所示,图中两条平行虚线之间存在匀强磁场,虚线间的距离为l,磁场方向垂直纸面向里。abcd是位于纸面内的梯形线圈,ad与bc间的距离也为l。t=0时刻,bc边与磁场区域边界重合(如图)。现令线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域。取沿a→b→c→d→a的感应电流为正,则在线圈穿越磁场区域的过程中,感应电流I随时间t变化的图线可能是图7中的(  ) 图6‎ 图7‎ 解析:当线圈进入磁场的过程中,由楞次定律可判断感应电流的方向为a—d—c—b—a,与规定的电流正方向相反,所以电流值为负值,当线圈出磁场的过程中,由楞次定律可判断感应电流的方向为a—b—c—d—a,与规定的电流方向相同,所以电流值为正值,又两种情况下有效切割磁感线的长度均不断增加,则感应电动势逐渐增大,感应电流逐渐增大,所以B选项正确。‎ 答案:B ‎7.如图8所示,竖直平面内有一金属环,半径为a,总电阻为R(指拉直时两端的电阻),磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面,与环的最高点A铰链连接的长度为‎2a、电阻为的导体棒AB由水平位置紧贴环面摆下,当摆到竖直位置时,B点的线速度为v,则这时AB两端的电压大小为(  )‎ 图8‎ A. B. C. D.Bav 解析:摆到竖直位置时,AB切割磁感线的瞬时感应电动势E=B·‎2a·(v)=Bav。由闭合电路欧姆定律,UAB=·=Bav,A对。‎ 答案:A ‎8.如图9所示,有一个等腰直角三角形的匀强磁场区域,直角边长为L,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外,一边长为L、总电阻为R的正方形闭合导线框abcd,从图示位置开始沿x轴正方向以速度v垂直磁场匀速穿过磁场区域。取电流沿a→b→ 图9‎ c→d→a的方向为正,则图10中表示线框中感应电流i随bc边位置坐标x变化的图像正确的是(  )‎ 图10‎ 解析:在进入磁场的过程中,线框切割磁感线的有效长度越来越大,产生的感应电动势、感应电流越来越大,穿过线圈的磁通量越来越大,由楞次定律可判断出感应电流沿顺时针方向,即为正值;在出磁场的过程中,线框切割磁感线的有效长度越来越大,则感应电流越来越大,穿过线圈的磁通量越来越小,由楞次定律可判断,感应电流为逆时针方向,即为负值,综上所述,C正确。‎ 答案:C ‎9.如图11所示,在水平桌面上放置两条相距l、电阻不计的平行光滑金属导轨ab、cd,阻值为R的电阻与导轨的a、c端相连。质量为m、电阻不计的滑杆MN垂直于导轨并可在导轨上滑动。整个装置放置于竖直方向的匀强磁场中,磁感应强度的大小为B。滑杆的中点系一不可伸 图11‎ 长的轻绳,绳绕过固定在桌边的光滑轻滑轮后,与另一质量也为m 的物块相连,绳处于拉直状态。现从静止开始释放物块,若当物块下落高度h=时恰好达到最大速度,用g表示重力加速度,则下列判断错误的是(  )‎ A.物块最大速度为 B.物块最大速度为 C.在此过程中电阻R放出的热量为 D.物块达到最大速度时刻,电阻R消耗的功率为 解析:当绳上的拉力与物块的重力相等时,物块的速度最大,此时MN杆受到的安培力等于物块的重力,即=mg,所以vm=,此时R消耗的功率P=F安vm=mgvm=,选项B、D正确;根据能的转化与守恒定律得mgh=Q+·‎2m·vm2,则Q=,选项C也正确。‎ 答案:A ‎10.(2011·山东高考)如图12所示,两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计。两质量、长度均相同的导体棒c、d,置于边界水平的匀强磁场上方同一高度h处。磁场宽为3h,方向与导轨平面垂直。先由静止释放c,c刚进入磁场即匀速运动,此时再由静止释放d,两导体棒与导轨始终保持良好接触。用ac表示c的加速度,Ekd表示d的动能,xc、xd分别表示c、d相对释放点的位移。图13中正确的是(  )‎ 图12‎ 图13‎ A.①③ B.②④ ‎ C.①④ D.②③‎ 解析:c棒在未进入磁场前做自由落体运动,加速度为重力加速度;进入磁场后,d棒开始做自由落体运动,在d棒进入磁场前的这段时间内,c棒运动了2h,此过程c棒做匀速运动,加速度为零;d棒进入磁场后,c、d棒均以相同速度切割磁感线,回路中没有感应电流,它们均只受重力直至c棒出磁场;而且c棒出磁场后不再受安培力,也只受重力。。d棒自开始下落到2h的过程中,只受重力,机械能守恒,动能与位移的关系是线性的;在c棒出磁场后,d棒切割磁感线且受到比重力大的安培力,完成在磁场余下的2h的位移,动能减小,安培力也减小,合力也减小,在Ekd—xd图像中Ekd的变化趋势越来越慢;在d棒出磁场后,只受重力,机械能守恒,Ekd—xd图像中的关系又是线性的,且斜率与最初相同,均等于重力。‎ 答案:B ‎11.如图14所示,足够长的光滑平行导轨MN、PQ倾斜放置,两导轨间距离为L=‎1.0 m,导轨平面与水平面间的夹角为30°,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上,导轨的M、P两端连接阻值为R=3.0 Ω的电阻,金属棒ab垂直于导轨放置并用细线通过光滑定滑轮与重物相连,金属棒ab的质量m=‎0.20 kg,电阻r=0.50 Ω,重 图14‎ 物的质量M=‎0.60 kg,如果将金属棒和重物由静止释放,金属棒沿斜面上滑的距离与时间的关系如表所示,不计导轨电阻,g取‎10 m/s2。求:‎ 时间t(s)‎ ‎0‎ ‎0.1‎ ‎0.2‎ ‎0.3‎ ‎0.4‎ ‎0.5‎ ‎0.6‎ 上滑距离(m)‎ ‎0‎ ‎0.05‎ ‎0.15‎ ‎0.35‎ ‎0.70‎ ‎1.05‎ ‎1.40‎ ‎(1)ab棒的最终速度是多少?‎ ‎(2)磁感应强度B的大小是多少?‎ ‎(3)当金属棒ab的速度v=‎2 m/s时,金属棒ab上滑的加速度大小是多少?‎ 解析:(1)由表中数据可以看出最终ab棒将匀速运动 vm==‎3.5 m/s ‎(2)棒受力如图,‎ 由平衡条件可得 FT=F+mgsin30°‎ FT=Mg F=BL 联立解得:B= T。‎ ‎(3)当速度为‎2 m/s时,安培力 F= 对金属棒ab有:‎ FT-F-mgsin30°=ma 对重物有Mg-FT=Ma 联立上述各式,代入数据得 a=‎2.68 m/s2‎ 答案:(1)‎3.5 m/s (2) T ‎(3)‎2.68 m/s2‎ ‎12.如图15所示,两平行长直金属导轨置于竖直平面内,间距为L,导轨上端有阻值为R的电阻,质量为m的导体棒垂直跨放在导轨上,并搁在支架上,导轨和导体棒电阻不计,接触良好,且无摩擦。在导轨平面内有一矩形区域的匀强磁场,方向垂直于纸面向里,磁感应强度为B。开始时导体棒静止,当磁场以速度v匀速向上运动时,导体棒也随之开始运动,并很快达到恒定的速度,此时导体棒仍处在磁场区域内,试求: 图15‎ ‎(1)导体棒的恒定速度;‎ ‎(2)导体棒以恒定速度运动时,电路中消耗的电功率。‎ 解析:(1)设棒速为v′,有 E=BL(v-v′)①‎ F安=BIL==②‎ 棒受力平衡有:mg=F安③‎ 联立得:v′=v- ④‎ 方向向上 ‎(2)P=⑤‎ 联立①④⑤得:P=。‎ 答案:(1)v- 方向向上 (2)
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