2020高考物理復(fù)習(xí)專題21電磁感應(yīng)綜合計算(解析版)

20202020高考物理復(fù)習(xí)堅持就是勝利!堅持就是勝利!2020年5月全國名校聯(lián)考最新高考模擬試題分項匯編(第一期)電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用1、(2020?北京市通州區(qū)高三下學(xué)期5月一模)如圖1所示，一個匝數(shù)n=10的圓形導(dǎo)體線圈，面積Si=0.4m2,電阻r=1Q。線圈處于垂直線圈平面向里的勻強磁場區(qū)域中，磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的關(guān)系如圖2所示。有一個R=4Q的電阻，將其兩端與圖1中的圓形線圈相連接，求：⑴在0?0.2s時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E的大小；⑵在0?0.2s時間內(nèi)通過電阻R的電荷量q的大??；⑶線圈電阻「消耗的功率Pr的大小困之困之【答案】(1)4V;(2)0.16C;(3)0.64W【解析】(1)由圖象可知0-0.2s內(nèi)磁感應(yīng)強度B的變化率為△B及0.20.2T/s△B及0.20.2T/s1T/s平均感應(yīng)電動勢為-出EnS——100.41V4V

At(2)電路中的平均感應(yīng)電流為0.8A0.8A在0?0.2s時間內(nèi)通過電阻R的電荷量大小為qIt0.80.2C0.16CqIt0.80.2C0.16C(3)由于電流是恒定的，線圈電阻r消耗的功率為Pr 1Pr 12r 0.821W0.64W2、2、(2020?江蘇省鹽城市高三下學(xué)期三模)如圖所示,邊長為L、電阻為R的單匝正方形線圈abcd繞對稱軸OO'在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,角速度為o求:穿過線圈磁通量的最大值 ①m；線圈ab對稱軸OO'在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,角速度為o求:穿過線圈磁通量的最大值 ①m；線圈ab邊所受安培力的最大值Fm；一個周期內(nèi)，線圈中產(chǎn)生的焦耳熱Q?！敬鸢浮?1)BL2;(2)FmB2L3

R(3)【解析】(1)穿過線圈磁通量的最大值 2BSBL(2)線圈在圖示位置時感應(yīng)電流最大，則線圈ab邊所受安培力最大，此時EmEmBL2ImImEm

RFmFmBImL聯(lián)立解得B2L3

R(3)電動勢的有效值Em2一個周期內(nèi)，線圈中產(chǎn)生的焦耳熱Qft(BL2Qft(BL2)222RB2L4R3、(2020?遼寧省部分重點中學(xué)協(xié)作體高三下學(xué)期模擬).如圖所示，空間存在豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B=0.5T.在勻強磁場區(qū)域內(nèi)，有一對光滑平行金屬導(dǎo)軌，處于同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌足夠長，導(dǎo)軌間距L=1m,電阻可忽略不計.質(zhì)量均為m=lkg,電阻均為R=2.5Q的金屬導(dǎo)體棒MN和PQ垂直放置于導(dǎo)軌上，且與導(dǎo)軌接觸良好.先將PQ暫時鎖定，金屬棒MN在垂直于棒的拉力F作用下，由靜止開始以加速度a=0.4m/s2向右做勻加速直線運動，5s后保持拉力F的功率不變，直到棒以最大速度Vm做勻速直線運動.

⑴求棒MN的最大速度Vm；⑵當(dāng)棒MN達到最大速度vm時，解除PQ鎖定，同時撤去拉力F,兩棒最終均勻速運動.求解除PQ棒鎖定后，到兩棒最終勻速運動的過程中，電路中產(chǎn)生的總焦耳熱 ^(3)若PQ始終不解除鎖定，當(dāng)棒MN達到最大速度vm時，撤去拉力F,方?MN繼續(xù)運動多遠后停下來？(運算結(jié)果可用根式表示)【答案】(1)vm2痛m/s(2)Q=5J(3)x4075m【解析】(1)棒MN做勻加速運動，由牛頓第二定律得： F-BIL=ma棒MN做切割磁感線運動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為:E=BLv棒MN做勻加速直線運動，5s時的速度為:棒MN做切割磁感線運動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為:E=BLv棒MN做勻加速直線運動，5s時的速度為:v=ati=2m/s在兩棒組成的回路中，由閉合電路歐姆定律得:E2R聯(lián)立上述式子，有：FB2L2atma 2R代入數(shù)據(jù)解得：F=0.5N5s時拉力5s時拉力F的功率為:P=Fv代入數(shù)據(jù)解得：P=1W棒MN最終做勻速運動,設(shè)棒最大速度為棒受力平衡，則有:PBIm棒MN最終做勻速運動,設(shè)棒最大速度為棒受力平衡，則有:PBImL0VmImBLVm2R代入數(shù)據(jù)解得：Vm2.5m/s(2)解除棒PQ后，兩棒運動過程中動量守恒，最終兩棒以相同的速度做勻速運動，設(shè)速度大小為 v',則有：mvm2mv設(shè)從PQ棒解除鎖定，到兩棒達到相同速度，這個過程中，兩棒共產(chǎn)生的焦耳熱為 Q,由能量守恒定律可得：Q-mv,

律可得：Q-mv,

22mv2R由法拉第電磁感應(yīng)定律得： E2R由法拉第電磁感應(yīng)定律得： EBLx代入數(shù)據(jù)解得：Q=5J;⑶棒以MN為研究對象，設(shè)某時刻棒中電流為 i,在極短時間At內(nèi)，由動量定理得：-BiL△=mZ對式子兩邊求和有： (BiLt)(mVm)而Aq-i△對式子兩邊求和，有：q(it)聯(lián)立各式解得：BLq=mvm,E又對于電路有：qIt——t代入數(shù)據(jù)解得：x40?、.5m4、(2020?陜西省西安中學(xué)高三下學(xué)期第四次模擬) 如圖所示，足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置，軌道間距為I,其上端接一阻值恒為R的燈泡L。在水平虛線I、L2間有垂直導(dǎo)軌平面的勻強磁場，磁場區(qū)域的寬度為d,導(dǎo)體棒a的質(zhì)量為2m、電阻為R;導(dǎo)體棒b的質(zhì)量為m、電阻為2R,與導(dǎo)軌始

終保持良好接觸，它們分別從圖中M、N處同時由靜止開始沿導(dǎo)軌下滑，且都能勻速穿過磁場區(qū)域，當(dāng)b剛穿過磁場時a正好進入磁場。設(shè)重力加速度為g,不計a、b棒之間的相互作用，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直。求：1導(dǎo)體棒a、b在磁場中的運動速度之比;2求M點距離Li的高度;若取走導(dǎo)體棒b,將a固定在L2處，使磁感應(yīng)強度從Bo隨時間均勻減小，設(shè)燈泡額定電壓為U為保證燈泡不會燒壞且有電流通過，試求磁感應(yīng)強度減小到零的最短時間?！敬鸢浮?1)4:3;(2)8d;(3)0^-3 2U【解析】(1)當(dāng)(1)當(dāng)b在磁場中勻速運動時速度大小為Vb,此時，感應(yīng)電動勢E1 Blvb回路中總電阻5rR| 一R2b中的電流

b受到的安培力F BIbb受到的安培力F BIblEiR2.2BlVbb勻速運動，處于平衡狀態(tài)，由平衡條件得mg當(dāng)a棒切割磁感線時，回路中總電阻5rIR2 R3同理可得B2B2I2R22mg由以上各式得Va4vb3(2)設(shè)b在磁場中運動的時間為t,當(dāng)b進入磁場時,a、b(2)設(shè)b在磁場中運動的時間為t,當(dāng)b進入磁場時,速度大小為Va,可得Va=Vb+gtB在磁場中做勻速運動d=vbt由(1)可知Va 4vb 3由公式得v22gLi解得Li8d3(3)經(jīng)時間t,磁感應(yīng)強度從Bo均勻減小到零感應(yīng)電動勢E--Bld -B°ldttt感應(yīng)電流2R聯(lián)立上式得BoldI 2Rt

保證燈不燒壞，電流的最大值為當(dāng)電流最大時對應(yīng)時間最短tminBotminBold2RImBold

2U5＞（2020?天津市一中高三下學(xué)期第四次月考）如圖所示，完全相同的正方向單匝銅質(zhì)線框型貨件 abcd,通過水平，絕緣且足夠長的傳送帶輸送一系列該貨件通過某一固定勻強磁場區(qū)域進行“安檢”程序，即便篩選“次品”（不閉合）與“正品”（閉合） ，“安檢”程序簡化為如下物理模型，各貨件質(zhì)量均為m,電阻均為R,邊長為1,與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為g重力加速度為g;傳送帶以恒定速度vo向右運動，貨件在進入磁場前與傳送帶的速度相同，貨件運行中始終保持 ab//AA//CC,已知磁場邊界AA',CC'與傳送帶運動方向垂直，磁場的磁感應(yīng)強度為B,磁場的寬度為d1d,現(xiàn)某一貨件當(dāng)其ab邊到達CC'時又恰好與傳送帶的速度相同，則：（1）上述貨件在進入磁場的過程中運動加速度的最大值與速度的最小值;（2）“次品”（不閉合）與“正品”（2）“次品”（不閉合）與“正品”（閉合）因“安檢”而延遲時間多大.【答案】（1）am21【答案】（1）am212B1VomR(2)2B2132dmgRVo【解析】（1）線框以速度【解析】（1）線框以速度Vo進入磁場，在進入磁場過程中，受安培力F、摩擦力f共同作用而做減速運動；完全進入磁場后，在摩擦力的作用下做加速運動，當(dāng)ab全進入磁場后，在摩擦力的作用下做加速運動，當(dāng)ab邊到達CC時速度又恰好等于vo,因此，線框在剛進入磁場時，所受安培力F最大，加速度最大，設(shè)為am；線框全部進入磁場的瞬間速度最小，設(shè)此時線框的速度為V,線框剛進入磁場時，由牛頓第二定律有mgmam安培力Biol電流為電動勢BlVo解得amBJLv, gmR在線框完全進入磁場又加速運動到達邊界 CC時的過程中,根據(jù)動能定理有amBJLv, gmR在線框完全進入磁場又加速運動到達邊界 CC時的過程中,根據(jù)動能定理有mgl-mv：

212一mv2解得,Vo2gdl(2)設(shè)“正品”貨件進入磁場所用時間為ti,取此過程中某較短時間間隔 t,在t~tt的t(2)設(shè)“正品”貨件進入磁場所用時間為貨件速度變化為 v,貨件加速度大小為設(shè)t流經(jīng)線框的電流為i,貨件瞬時速度為Vi,貨件所受安培力方向向左，大小為FiBiL由牛頓第二定律，有22Blbvimg由力獨立性原理并根據(jù)位移大小的“面積法”有vi ti v2 t2Vntnmgtimv解得設(shè)“正品”貨件由勻變速速度公]t^^―^o^U ol^voJv°?gdlbl^^^^v0vv0"Jv。vv。G。2gt2設(shè)“正品”貨件完全出磁場并達到穩(wěn)定運行時間為Ti,由受力與運動對稱性可得而“次品”貨件運動過程中不受“安檢”Ti2ti23t2mgR影響，設(shè)其達到“正品”貨件穩(wěn)定后的相同空間距離所用時間為T2由勻速運動規(guī)律有可見“安檢”而延遲時間為T22dV。232Bl 2dmgR V06、(2020?天津市寧河區(qū)蘆臺四中高三下學(xué)期二模)如圖所示，在傾角0=30的絕緣光滑斜面上，固QQ、定兩根平行光滑金屬導(dǎo)軌，間距l(xiāng)=0.4m，下端用阻值R=0.8?勺電阻連接。質(zhì)量m=0.2kg、電阻r=0.2長為l的導(dǎo)體桿垂直放置在導(dǎo)軌上，兩端與導(dǎo)軌始終接觸良好。整個裝置放置在垂直于斜面向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B=0.5T。某時刻用平行于導(dǎo)軌向上的推力 F作用在桿的中點，使桿從靜止開始向上做勻加速直線運動，力口速度 a=0.5m/s2,2s以后，推力大小恒為0.8N,桿減速運動了0.45m,速度變?yōu)?,不計導(dǎo)軌電阻，取g=10m/s2,求:⑴t=2s時，克服安培力做功的功率;(2)桿做減速運動的整個過程中，電阻R產(chǎn)生的熱量?！敬鸢浮浚?）P4102W;⑵Qi8103J電流為I,電流為I,安培力為F安，有(1)t2s時，設(shè)桿的速度為v,感應(yīng)電動勢為E,F安 BIL

設(shè)克服安培力做功的功率為 P,有聯(lián)立以上方程，代入數(shù)據(jù)解得PP4102W⑵設(shè)導(dǎo)體桿減速運動的位移為S,⑵設(shè)導(dǎo)體桿減速運動的位移為S,克服安培力做功為W安,由動能定理得1 1 2F0smgssinW0-mv在桿減速運動過程中，設(shè)電阻R在桿減速運動過程中，設(shè)電阻R和r產(chǎn)生的熱量分別為Q和Q2,有QQiQ2聯(lián)立相關(guān)方程，代入數(shù)據(jù)解得Q1 8103J7、（2020?浙江省嘉興市高三下學(xué)期5月教學(xué)測試）如圖所示為某手搖發(fā)電裝置的原理簡化圖， 可自由轉(zhuǎn)動的水平金屬桿CD上固定兩個半徑分別為r和-的均勻金屬圓盤G、N圓盤的圓心位于CD桿上。2金屬圓盤G處于水平向右與盤面垂直的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度的大小為 B。圓盤N繞有絕緣細線，在恒力作用下，圓盤G、N和桿按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動手搖發(fā)電裝置通過電刷 P和Q與兩電阻、小型電動機M、平行板電容器構(gòu)成如圖所示的電路平行板電容器兩板間距為 d,上極板通過長度為0.75d的絕緣細線懸掛一帶電量為-q的金屬小球。開始時開關(guān)S與a連接，測得電動機M兩端的電壓為U,通過它的電流為I。已知兩電阻的阻值分別為2R和R,金屬圓盤G接入電路的電阻也為R,不計金屬桿、導(dǎo)線、電刷電阻及接觸電阻。忽略轉(zhuǎn)動的摩擦阻力，求

(1)金屬圓盤勻速轉(zhuǎn)動的角速度(2)恒力F的大小;(3)當(dāng)開關(guān)S與b連接，金屬圓盤G仍以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，小球在兩極板間做簡諧運動且最大擺角為，小球擺動過程的最小電勢能和振動周期?！敬鸢浮?1)_2(4U3RI)Br2【答案】(1)_2(4U3RI)Br2U ― 1一3一FBIrBr—；(3)Ep—qU—qRI；R 4 16【解析】0.75dqU3qRIg——【解析】0.75dqU3qRIg——4md(1)電動機并聯(lián)電阻R的電流為―,干路電流為RI &所以轉(zhuǎn)動切割產(chǎn)生的電動勢為EU3R(IR)4U3RIEU3R(IR)4U3RI轉(zhuǎn)動切割產(chǎn)生的電動勢表達式則轉(zhuǎn)動的角速度為2(4U:Br23RI)(4U3RI)(4U3RI),根據(jù)能量守恒力F(2)金屬桿和金屬盤屬于同軸轉(zhuǎn)動，角速度相同，所以盤的線速度為的機械功率等于回路的電功率(4U3RI)(IU)FR4U3RIBr所以FBIrBrUR電路變化，電容器兩端的電壓1e4(3)OA電路變化，電容器兩端的電壓1e43RI4負電荷最小電勢能的地方為電勢最高點Ep1q4(U3-RI4一qU一qRI4 16單擺周期公式電容器內(nèi)勻強電場場強電容器內(nèi)勻強電場場強3RI4__d小球受到的等效重力值3qU4qRImgmg 4 d所以3_qU3qRIgg—Z4—md周期0.75dqU3qRi

md8、(2020?河南省十所名校高三下學(xué)期階段測試四)如圖所示，光滑的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ傾斜固定放置，導(dǎo)軌間距為1m,導(dǎo)軌所在平面的傾角為 0=30°,導(dǎo)軌上端并聯(lián)接入阻值均為4Q的定值電阻Ri、R2,整個裝置處在方向垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度大小為 B0=2T。閉合開關(guān)S,將質(zhì)量為m=1kg的金屬棒ab垂直放在導(dǎo)軌上由靜止釋放。 已知金屬棒運動過程中始終與導(dǎo)軌垂直并接觸良好，且導(dǎo)軌足夠長，重力加速度 g取10m/s2,不計導(dǎo)軌和金屬棒的電阻，求：(1)當(dāng)金屬棒加速度為3m/s2時，回路中的電功率為多大；⑵某時刻，金屬棒運動的速度達到最大，此時金屬棒離電阻 R2的距離為X0=1m,這時斷開開關(guān)S,為使回路中的感應(yīng)電流為零，從此時開始，勻強磁場的磁感應(yīng)強度 B隨時間t如何變化，寫出相關(guān)的表達式?！敬鸢浮?1)2W;(2)表達式?！敬鸢浮?1)2W;(2)B4_2 Z Z"5t 5t 2【解析】(1)設(shè)金屬棒的加速度大小為3m/s2,回路中的電流為I。則有mgsin B0ILma解得I1A回路中的總電阻R1R2R R2回路中的電功率P=I2R=2W⑵設(shè)金屬棒勻速運動時的速度大小為 v,則有22BoLvmgsin ---解得v=2.5m/s斷開開關(guān)S,當(dāng)回路中的感應(yīng)電流為零時有BoxoLBxL. 1 2xx0vtat2a=gsin0=5m/S代入之后解得4B- 5t5t29、（2020?安徽省馬鞍山市高三下學(xué)期第二次質(zhì)檢）如圖所示，兩平行且無限長光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ與水平面的夾角為0=37°,兩導(dǎo)軌之間相距九=1m,兩導(dǎo)軌M、P間接入電阻R=1Q,導(dǎo)軌電阻不計。在abdc區(qū)域內(nèi)有一個方向垂直于兩導(dǎo)軌平面向下的勻強磁場I,磁感應(yīng)強度為 Bi=2T,磁場的寬度xi=3m,在cd連線以下的區(qū)域有一個方向也垂直于兩導(dǎo)軌平面向下的勻強磁場n,磁感應(yīng)強度為B2=1To一個質(zhì)量為m=1kg的金屬棒垂直放在金屬導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒的電阻r=1Qo若將金屬棒在離ab連線上端x0處自由釋放，則金屬棒進入磁場I恰好做勻速直線運動。金屬棒進入磁場n后，經(jīng)過ef時剛好達到平衡狀態(tài)，cd與ef之間的距離x2=19m。重力加速度g取10m/s2,

sin37o=0.6,求金屬棒：(1)在磁場I區(qū)域內(nèi)速度v1的大?。?2)從開始運動到在磁場n中達到平衡狀態(tài)這一過程中整個電路產(chǎn)生(3)從開始運動到在磁場n中達到平衡狀態(tài)所經(jīng)過的時間。Q4..【答案】(1)3m/s;(2)4.5J;(3)3.75s【解析】(1)金屬棒進入磁場I區(qū)域勻速運動，由平衡條件和電磁感應(yīng)規(guī)律得B1Lv1I= Rrmgsin37°BiIL

_22?…BiL

mgsin37 v1Rr熱量解得熱量vi=3m/s(2)金屬棒在未進入磁場前做初速度為零的勻加速直線運動，知mgsin37°maa=6m/s222axo=vixo=0.75m金屬棒在通過磁場n區(qū)域達到穩(wěn)定狀態(tài)時，重力沿斜軌道向下分力與安培力相等解得,B2LV2mgsin37°B2I'L_22oB2Lmgsin37 v2RrV2=12m/s金屬棒從開始運動到在磁場n區(qū)域中達到穩(wěn)定狀態(tài)過程中，根據(jù)動能定理，有mg(x0+X1+x2)sin37W安=—mv22一2W安-4.5J電路在此過程中產(chǎn)生的熱量Q=—W安=4.5J(3)由運動學(xué)規(guī)律得先勻加速之后勻速vi=atiti=0.5sXi=Vlt2

t2=IS最后，金屬棒在磁場n中達到穩(wěn)定狀態(tài)前的過程中取任意微小過程，設(shè)這一微小過程的時間為 At，速度為vi,速度的變化量為Aw,金屬棒從進入磁場n到在磁場n中達到穩(wěn)定狀態(tài)的過程中，有2,2 ,mgsin37mgsin37B2L vi timgsin37mgsin37.jiA-t =m2_jAvRr2,2。B2Lx2+ =m(v2—vi)Rr解得t3=2.25s所以t=ti+t2+t3=0.5+i+2.25s=3.75s10、（2020?湖北省七市教科研協(xié)作體高三下學(xué)期5月聯(lián)考）如圖所示，相距L的光滑金屬導(dǎo)軌，半徑為R的1圓弧部分豎直放置，平直部分固定于水平地面上， MNQP范圍內(nèi)有方向豎直向下、磁感應(yīng)強4度為B的勻強磁場。金屬棒ab和cd垂直導(dǎo)軌且接觸良好，cd靜止在磁場中；ab從圓弧導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放，進入磁場后與cd沒有接觸，cd離開磁場時的速度是此刻ab速度的一半，已知ab的質(zhì)量為m、電阻為r,cd的質(zhì)量為2m、電阻為2r。金屬導(dǎo)軌電阻不計，重力加速度為 g。下列說法正確的有（cd在磁場中運動時電流的方向為c-dcd在磁場中做加速度減小的加速運動cd在磁場中運動的過程中流過的電量為 m^gRBLD.至cd剛離開磁場時，cd上產(chǎn)生的焦耳熱為—mgR12【答案】BD【解析】A.cd在磁場中運動時，回路中磁通量減小，根據(jù)楞次定律可知， cd電流的方向為d-c,選項A錯誤；B.當(dāng)ab進入磁場后回路中產(chǎn)生