【物理】2020届一轮复习人教新课标电磁感应中的能量变化课时练（解析版)

【物理】2020届一轮复习人教新课标电磁感应中的能量变化课时练（解析版)

‎2020届一轮复习人教新课标 电磁感应中的能量变化 课时练（解析版)‎ ‎1．粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行。现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图所示，则在移出过程中线框的一边a、b两点间电势差绝对值最大的是（　　）‎ A． B．‎ C． D．‎ ‎2．如图所示，平行金属导轨竖直放置，仅在虚线MN下面的空间存在着匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，导轨上端跨接一定值电阻R，质量为m、电阻r的金属棒两端各套在导轨上并可在导轨上无摩擦滑动，导轨的电阻不计，将金属棒从图示位置由静止释放，则进入磁场后（   ）‎ A．a点的电势高于b点的电势 B．金属棒刚进入磁场过程中可能做匀减速运动 C．金属棒受到的最大安培力大小为mg D．金属棒中产生的焦耳热小于金属棒机械能的减少量 ‎3．如图所示，固定在水平桌面上的光滑金属导轨cd、eg处于方向竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab与导轨接触良好．在两根导轨的端点d、e之间连接一电阻，其它部分电阻忽略不计．现用一水平向右的外力F1作用在金属杆ab上，使金属杆由静止开始向右沿导轨滑动，滑动中杆ab始终垂直于导轨．金属杆受到的安培力用Ff表示，则关于图乙中F1与Ff随时间t变化的关系图象可能的是（　　）‎ A． B．‎ C． D．‎ ‎4．如图所示的区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.一个电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴匀速转动(O轴位于磁场边界)，周期为T，t＝0时刻线框置于如图所示位置，则线框内产生的感应电流的图像为(规定电流顺时针方向为正)(　　)‎ A． B．‎ C． D．‎ ‎5．如图所示，阻值为R的金属棒从图示位置ab分别以、的速度沿光滑导轨电阻不计匀速滑到位置，若：：2，则在这两次过程中　　‎ A．回路电流：：2‎ B．产生的热量：：4‎ C．通过任一截面的电荷量：：2‎ D．外力的功率：：2‎ ‎6．如图所示，闭合导线框abcd的质量可以忽略不计，将它从图中所示的位置匀速拉出匀强磁场．若第一次用0.3 s时间拉出，拉动过程中导线ab所受安培力为F1，通过导线横截面的电荷量为q1；第二次用0.9 s时间拉出，拉动过程中导线ab所受安培力为F2，通过导线横截面的电荷量为q2，则(　　)‎ A．F1＜F2，q1＜q2‎ B．F1＜F2，q1＝q2‎ C．F1＝F2，q1＜q2‎ D．F1＞F2，q1＝q2‎ ‎7．如图所示，相距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为θ，上端接有定值电阻R，匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B.将质量为m的导体棒由静止释放，当速度达到v时开始匀速运动，此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力，并保持拉力的功率恒为P，导体棒最终以2v的速度匀速运动．导体棒始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨和导体棒的电阻，重力加速度为g.下列选项正确的是(　　)‎ A．当导体棒速度达到时加速度大小为sin θ B．当导体棒速度达到时加速度大小为sin θ C．P＝2mgvsin θ D．P＝3mgvsin θ ‎8．在如图甲所示的电路中，螺线管匝数匝，横截面积螺线管导线电阻，，，‎ 在一段时间内，穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按如图乙所示的规律变化则下列说法中正确的是　　‎ A．螺线管中产生的感应电动势为 B．闭合S，电路中的电流稳定后电容器上极板带正电 C．电路中的电流稳定后，电阻的电流为 D．S断开后，流经的电量为 ‎9．如图所示，竖直放置的形光滑导轨宽为L，矩形匀强磁场Ⅰ、Ⅱ的高和间距均为d，磁感应强度为B．质量为m的水平金属杆由静止释放，进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等．金属杆在导轨间的电阻为R，与导轨接触良好，其余电阻不计，重力加速度为g．金属杆（ ）‎ A．刚进入磁场Ⅰ时加速度方向竖直向下 B．穿过磁场Ⅰ的时间大于在两磁场之间的运动时间 C．穿过两磁场产生的总热量为4mgd D．释放时距磁场Ⅰ上边界的高度h可能小于 ‎10．如图所示，光滑水平桌面上存在有界的匀强磁场，磁场方向垂直于桌面向下，磁场边界呈正方形正方形线圈abcd从图中的甲位置以某一初速度进入磁场，经过一段时间线圈离开磁场到达乙位置，此过程中线框ab边始终与磁场左右边界平行、b两点电势差随时间t变化的图象，及随位移x变化的图象可能是　　‎ A．‎ B．‎ C．‎ D．‎ ‎11．如图所示，在水平地面上固定一光滑金属导轨，导轨间距离为L，导轨电阻不计，右端接有阻值为R的电阻，质量为m，电阻r=R的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上，整个装置处在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中．初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有一水平向右的初速度v0 ， 已知当导体棒第一次回到初始位置时，速度大小变为v0， 整个运动过程中导体棒始终与导体垂直并保持良好接触，弹簧的重心轴线与导轨平行，且弹簧始终处于弹性限度范围内．求：‎ ‎（1）初始时刻通过电阻R的电流I的大小；‎ ‎（2）导体棒第一次回到初始位置时，导体棒的加速度大小为a；‎ ‎（3）导体棒从开始运动直到停止的过程中，电阻R上产生的焦耳Q．‎ ‎12．匀强磁场的磁感应强度B＝0.2 T，磁场宽度l＝4 m，一正方形金属框边长为l′＝1 m，每边的电阻r＝0.2 Ω，金属框以v＝10 m/s的速度匀速穿过磁场区，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如图所示．求：‎ ‎(1)画出金属框穿过磁场区的过程中，各阶段的等效电路图；‎ ‎(2)画出金属框穿过磁场区的过程中，金属框内感应电流的it图线；(要求写出作图依据)‎ ‎(3)画出ab两端电压的Ut图线．(要求写出作图依据)‎ ‎13．在如图甲所示的电路中，螺线管匝数n = 1500匝，横截面积S = 20cm2。螺线管导线电阻r = 1.0Ω，R1 = 4.0Ω，R2 = 5.0Ω，C=30μF。在一段时间内，穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按如图乙所示的规律变化。‎ ‎(1)求螺线管中产生的感应电动势；‎ ‎(2)闭合S，电路中的电流稳定后，求电阻R1的电功率；‎ ‎(3)S断开后，求流经R2的电量。‎ 参考答案 ‎1．B ‎【解析】‎ 本题中，四个选项切割磁场的导体棒相当于电源，电动势E=BLv，A选项中ab电势差为E/4，B选项ab电势差为3E/4，B对；‎ ‎2．D ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 根据右手定则判断电势的高低；根据安培力公式F=分析棒进入磁场后的运动情况；金属棒进入磁场后可能做匀速运动，可能做减速运动，也可能做加速运动，根据不同的运动情况，分析能量是如何转化的．‎ ‎【详解】‎ 根据右手定则判断可知：ab中产生的感应电流方向从a到b，a点相当于电源的负极，b点相当于电源的正极，则a点的电势低于b点的电势．故A错误．金属棒刚进入磁场的过程中，若安培力大于重力，棒做减速运动，随着速度的减小，根据安培力公式F=可知，安培力不断减小，合力减小，加速度减小，所以棒做加速度减小的变减速运动，不可能做匀减速运动，故B错误．若棒做减速运动，最终做匀速运动，此时安培力最小，为mg；若棒做加速运动，最终做匀速运动，此时安培力最大为mg；若匀速运动，安培力不变，大小为mg，故C错误．金属棒进入磁场时回路中产生电能，转化为电阻R和金属棒的内能，根据能量转化和守恒定律得知：金属棒中产生的焦耳热小于金属棒机械能的减少量，故D正确．故选D．‎ ‎【点睛】‎ 本题关键要掌握安培力的表达式F=，知道安培力与速度成正比，这个过程与汽车起动类似，根据牛顿第二定律进行过程分析．‎ ‎3．B ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ 根据安培力大小表达式Ff=‎ ‎，可知安培力与速率成正比．图中安培力随时间均匀增大，则速度随时间均匀增大，说明导体棒应做匀加速运动，加速度a一定，根据牛顿第二定律得：F1﹣Ff=ma，得F1=+ma，可见外力F1与速度是线性关系，速度随时间均匀增大，则外力F1也随时间均匀增大，故B正确．故选B.‎ ‎【点睛】‎ 本题关键要掌握安培力大小表达式Ff=，并根据牛顿第二定律推导出外力F1的表达式，即可作出判断．‎ ‎4．A ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ 在本题中由于扇形导线框匀速转动，因此导线框进入磁场的过程中产生的感应电动势是恒定的．注意线框在进入磁场和离开磁场时，有感应电流产生，当完全进入时，由于磁通量不变，故无感应电流产生．由右手定则可判断导线框进入磁场时，电流方向为逆时针，故A正确．‎ ‎5．A ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ 回路中感应电流为：，，则得，A正确；产生的热量为，，则得，B错误；通过任一截面的电荷量为，q与v无关，则得，C错误；由于棒匀速运动，外力的功率等于回路中的功率，即得，P∝v2，则得，D错误．‎ ‎6．D ‎【解析】‎ 设线框的长为L1，宽为L2，速度为v1，线框所受的安培力大小为：F1=BIL2，电流为，第一次拉出时安培力为：，同理第二次拉出时安培力为：，因为由于两次拉出所用时间Δt1＜Δt2，所以，故；由于线框在两次拉出过程中，磁通量的变化量相等，即ΔΦ1＝ΔΦ2，而通过导线横截面的电荷量，得q1＝q2，故D正确，ABC错误。 ‎ ‎7．AC ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 导体棒最终匀速运动受力平衡可求拉力F，由P=Fv可求功率，由牛顿第二定律求加速度．‎ ‎【详解】‎ 当导体棒的速度达到v时，对导体棒进行受力分析如图甲所示．‎ ‎ ‎ ‎，，所以①，当导体棒的速度达到2v时，对导体棒进行受力分析如图乙所示：②，由①②可得，功率，C正确D错误；当导体棒速度达到时，对导体棒受力分析如图丙所示：③，由①③可得，A正确B错误．‎ ‎【点睛】‎ 解决本题的关键能够通过导体棒的受力，判断其运动规律，知道合力为零时，做匀速直线运动，综合牛顿第二定律、闭合电路欧姆定律求解．‎ ‎8．ACD ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ 由法拉第电磁感应定律可得，螺线管内产生的电动势为：，A正确；据楞次定律，当穿过螺线管的磁通量增加时，螺线管下部可以看成电源的正极，则电容器下极板带正电，B错误；电流稳定后，电流为：，C正确；电键断开后流经电阻R2的电荷量为，D正确．‎ ‎9．BC ‎【解析】‎ 本题考查电磁感应的应用，意在考查考生综合分析问题的能力。由于金属棒进入两个磁场的速度相等，而穿出磁场后金属杆做加速度为g的加速运动，所以金属感进入磁场时应做减速运动，选项A错误；对金属杆受力分析，根据可知，金属杆做加速度减小的减速运动，其进出磁场的v-t图象如图所示，由于0~t1和t1~t2图线与t轴包围的面积相等（都为d），所以t1>（t2-t1），选项B正确；从进入Ⅰ磁场到进入Ⅱ磁场之前过程中，根据能量守恒，金属棒减小的机械能全部转化为焦耳热，所以Q1=mg．2d，所以穿过两个磁场过程中产生的热量为4mgd，选项C正确；若金属杆进入磁场做匀速运动，则，得，有前面分析可知金属杆进入磁场的速度大于，根据得金属杆进入磁场的高度应大于，选项D错误。‎ 点睛：本题以金属杆在两个间隔磁场中运动时间相等为背景，考查电磁感应的应用，解题的突破点是金属棒进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等，而金属棒在两磁场间运动时只受重力是匀加速运动，所以金属棒进入磁场时必做减速运动。‎ ‎10．ABC ‎【解析】‎ 设线框的边长为L，总电阻为R，进入磁场瞬间速度为，离开磁场瞬间的速度为v，则穿过磁场过程中某时刻t产生的感应电动势；如果磁场宽度等于线框的边长，进入过程中t时刻a、b两点电势差，离开磁场的过程中a、b两点电势差，由于速度减小、安培力减小、则加速度逐渐减小，所以图象的斜率减小，A正确；如果磁场宽度大于线框的边长，进入过程中t时刻a、b两点电势差 ‎；完全进入磁场时，安培力为零，感应电动势不变，所以ab两端电压等于感应电动势大小；离开磁场的过程中a、b两点电势差，由于速度减小、安培力减小、则加速度逐渐减小，所以图象的斜率减小，B正确；如果磁场宽度小于线框的边长，进入过程中t时刻a、b两点电势差；根据动量定理可得：，即，也就是，解得，则进入过程中t时刻a、b两点电势差；磁场完全在线圈内部时，各边都不切割磁感应线，所以ab两端电压等于0；离开磁场的过程中a、b两点电势差，C正确D错误．‎ ‎【点睛】对于图象问题，关键是能够根据已知的公式、定律等推导出横坐标和纵坐标的关系式，分析斜率的变化，然后作出正确的判断．‎ ‎11．（1） （2）（3）‎ ‎【解析】‎ 试题分析：（1）初始时刻导体棒的速度为，做切割磁感线运动，产生的电动势为，‎ 电路中的总电阻为，根据欧姆定律可得 ‎（2）导体棒第一次回到初始位置时，速度为，产生的电流为 此时弹簧处于原长状态，所以只受安培力作用，安培力为，‎ 根据 牛顿第二定律可得，联立解得 ‎（3）由于没有摩擦力，则导体棒从开始运动直到停止的过程中，导体棒的动能完全转化为电路的焦耳热，故，根据电路规律可得电阻R上产生的焦耳，‎ 考点：考查了导体切割磁感线运动 ‎【名师点睛】弄清运动过程中能量如何转化，并应用能量转化和守恒定律分析解决问题是此题关键，注意电阻R产生热量与整个电路热量的区别 ‎12．(1) 等效电路图如图；‎ ‎ ‎ ‎(2)金属框内感应电流的it图线；‎ ‎ ‎ ‎(3) ab两端电压的Ut图线；‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎(1) 金属框穿过磁场区的过程中的三个阶段如图；‎ ‎ ‎ 等效电路如图；‎ ‎ ‎ ‎(2)、(3)第Ⅰ阶段，有I1＝＝2.5 A，感应电流方向沿逆时针方向，持续时间为t1＝＝0.1 s，ab两端的电压为U1＝I1·r＝2.5×0.2 V＝0.5 V.‎ 在第Ⅱ阶段，有I2＝0，ab两端的电压U2＝E＝Bl′v＝2 V，t2＝＝0.3 s 在第Ⅲ阶段，有I3＝＝2.5 A感应电流方向为顺时针方向，ab两端的电压U3＝I3·3r＝1.5 V，t3＝0.1 s.‎ 规定逆时针方向为电流正方向，故it图像和ab两端Ut图像分别如图甲、乙所示．‎ ‎　‎ 甲 乙 ‎【点睛】‎ 本题考查了i-t、U-t图象，应用E=BLv求出电动势，根据欧姆定律求出电流，分析清楚线框运动过程，求出I、U随时间变化的关系即可正确解题．‎ ‎13．（1）1.2V（2） （3） ‎ ‎【解析】‎ ‎（1）根据法拉第电磁感应定律： ； （2）根据全电路欧姆定律，有： ‎ 根据 P=I2R1  ,解得：P=1W； （3）S断开后，流经R2的电量即为S闭合时C板上所带的电量Q 电容器两端的电压：U=IR2=2.5V 流经R2的电量：Q=CU=7.5×10-5C