2023年度高二物理期末復(fù)習(xí)單元檢測(cè) 電磁感應(yīng)中綜合問(wèn)

第7頁(yè)電磁感應(yīng)中綜合問(wèn)題1．(多項(xiàng)選擇)法拉第圓盤(pán)發(fā)電機(jī)的示意圖如圖7所示．銅圓盤(pán)安裝在豎直的銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤(pán)的邊緣和銅軸接觸．圓盤(pán)處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中．圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)于流過(guò)電阻R的電流，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．假設(shè)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定，那么電流大小恒定B．假設(shè)從上向下看，圓盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，那么電流沿a到b的方向流動(dòng)C．假設(shè)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變，角速度大小發(fā)生變化，那么電流方向可能發(fā)生變化D．假設(shè)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，那么電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉?lái)的2倍2．如下圖，足夠長(zhǎng)平行金屬導(dǎo)軌傾斜放置，傾角為37°，寬度為0.5m，電阻忽略不計(jì)，其上端接一小燈泡，電阻為1Ω.一導(dǎo)體棒MN垂直于導(dǎo)軌放置，質(zhì)量為0.2kg，接入電路的電阻為1Ω，兩端與導(dǎo)軌接觸良好，與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5.在導(dǎo)軌間存在著垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8T．將導(dǎo)體棒MN由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)一端時(shí)間后，小燈泡穩(wěn)定發(fā)光，此后導(dǎo)體棒MN的運(yùn)動(dòng)速度及小燈泡消耗的電功率分別為(重力加速度g取10m/s2，sin37°＝0.6)()A．2.5m/s，1WB．5m/s，1WC．7.5m/s，9WD．15m/s，9W3．如下圖，MN、PQ是間距為L(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌，置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直導(dǎo)軌所在平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，M、P間接有一阻值為R的電阻．一根與導(dǎo)軌接觸良好、有效阻值為eq\f(R,2)的金屬導(dǎo)線(xiàn)ab垂直導(dǎo)軌放置，并在水平外力F的作用下以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，那么(不計(jì)導(dǎo)軌電阻)()A．通過(guò)電阻R的電流方向?yàn)镻→R→MB．a(chǎn)、b兩點(diǎn)間的電壓為BLvC．a(chǎn)端電勢(shì)比b端電勢(shì)高D．外力F做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱4．如圖甲所示，面積為0.1m2的10匝線(xiàn)圈EFG處在某磁場(chǎng)中，t＝0時(shí)，磁場(chǎng)方向垂直于線(xiàn)圈平面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示．線(xiàn)圈與右側(cè)電路接觸良好，電路中的電阻R＝4Ω，電容器電容C＝10μF，線(xiàn)圈EFG的電阻為1Ω，其余局部電阻不計(jì)．那么當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合，電路穩(wěn)定后，在t1＝0.1s至t2＝0.2s這段時(shí)間內(nèi)()A．電容器所帶的電荷量為8×10－5CB．通過(guò)R的電流是2.5A，方向從b到aC．通過(guò)R的電流是2A，方向從b到aD．R消耗的電功率是0.16W5．一矩形線(xiàn)圈位于一個(gè)方向垂直線(xiàn)圈平面向里的磁場(chǎng)中，如圖甲所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示．以i表示線(xiàn)圈中的感應(yīng)電流，以圖甲線(xiàn)圈上箭頭所示方向的電流為正，那么以下的i－t圖中正確的選項(xiàng)是()6．如下圖，一載流長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)和一矩形線(xiàn)框固定在同一平面內(nèi)，線(xiàn)框在長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)右側(cè)，且其長(zhǎng)邊與長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)平行．在t＝0到t＝t1的時(shí)間間隔內(nèi)，長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)中電流i發(fā)生某種變化，而線(xiàn)框中的感應(yīng)電流總是沿順時(shí)針?lè)较?，線(xiàn)框受到的安培力的合力先水平向左，后水平向右．設(shè)電流i正方向與圖中箭頭所示方向相同，那么i隨時(shí)間t變化的圖線(xiàn)可能是()7．如下圖，在光滑水平桌面上有一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、電阻為R的正方形導(dǎo)線(xiàn)框；在導(dǎo)線(xiàn)框右側(cè)有一寬度為d(d＞L)的條形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)的邊界與導(dǎo)線(xiàn)框的一邊平行，磁場(chǎng)方向豎直向下．導(dǎo)線(xiàn)框以某一初速度向右運(yùn)動(dòng)，t＝0時(shí)導(dǎo)線(xiàn)框的右邊恰與磁場(chǎng)的左邊界重合，隨后導(dǎo)線(xiàn)框進(jìn)入并通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域．以下v－t圖象中，可能正確描述上述過(guò)程的是()8．(多項(xiàng)選擇)兩根相距為L(zhǎng)且足夠長(zhǎng)的金屬直角導(dǎo)軌如下圖放置，它們各有一邊在同一水平面內(nèi)，另一邊垂直于水平面．質(zhì)量均為m的金屬細(xì)桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直并接觸形成閉合回路，桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，回路總電阻為2R.整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．當(dāng)ab桿在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F作用下以速度v沿導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd桿也正好以某一速度向下勻速運(yùn)動(dòng)．重力加速度為g.以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．a(chǎn)b桿所受拉力F的大小為μmg＋eq\f(B2L2v,2R)B．cd桿所受摩擦力為零C．cd桿向下勻速運(yùn)動(dòng)的速度為eq\f(2mgR,B2L2)D．a(chǎn)b桿所受摩擦力為2μmg9．(多項(xiàng)選擇)如下圖，豎直放置的兩根足夠長(zhǎng)平行金屬導(dǎo)軌相距L，導(dǎo)軌間接有一阻值為R的定值電阻，質(zhì)量為m，電阻為r的導(dǎo)體棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并良好接觸，且無(wú)摩擦，整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，現(xiàn)將導(dǎo)體棒由靜止釋放，導(dǎo)體棒下落高度為h時(shí)開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中()A．導(dǎo)體棒的最大速度為eq\r(2gh)B．通過(guò)定值電阻的電荷量為eq\f(BLh,R＋r)C．導(dǎo)體棒克服安培力做的功等于定值電阻上產(chǎn)生的熱量D．重力和安培力對(duì)導(dǎo)體棒做功的代數(shù)和等于導(dǎo)體棒動(dòng)能的增加量10．(多項(xiàng)選擇)如下圖，兩根間距為d的光滑金屬導(dǎo)軌，平行放置在傾角為θ＝30°的斜面上，導(dǎo)軌的右端接有一阻值為R的電阻，整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直．導(dǎo)軌上有一質(zhì)量為m、電阻也為R的導(dǎo)體棒與兩導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒以一定的初速度v0在沿著導(dǎo)軌上滑一段距離L后返回，不計(jì)導(dǎo)軌電阻及感應(yīng)電流間的相互作用．以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．導(dǎo)體棒沿著導(dǎo)軌上滑過(guò)程中通過(guò)R的電量q＝eq\f(BdL,2R) B．導(dǎo)體棒返回時(shí)先做勻加速運(yùn)動(dòng)，最后做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)C．導(dǎo)體棒沿著導(dǎo)軌上滑過(guò)程中電阻R上產(chǎn)生的熱量Q＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－mgLD．導(dǎo)體棒沿著導(dǎo)軌上滑過(guò)程中克服安培力做的功W＝eq\f(1,2)(mveq\o\al(2,0)－mgL)11．如下圖，“凸〞字形硬質(zhì)金屬線(xiàn)框質(zhì)量為m，相鄰各邊互相垂直，且處于同一豎直平面內(nèi)，ab邊長(zhǎng)為l，cd邊長(zhǎng)為2l，ab與cd平行，間距為2l.勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的上下邊界均水平，磁場(chǎng)方向垂直于線(xiàn)框所在平面．開(kāi)始時(shí)，cd邊到磁場(chǎng)上邊界的距離為2l，線(xiàn)框由靜止釋放，從cd邊進(jìn)入磁場(chǎng)直到ef、pq邊進(jìn)入磁場(chǎng)前，線(xiàn)框做勻速運(yùn)動(dòng)，在ef、pq邊離開(kāi)磁場(chǎng)后，ab邊離開(kāi)磁場(chǎng)之前，線(xiàn)框又做勻速運(yùn)動(dòng)．線(xiàn)框完全穿過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量為Q.線(xiàn)框在下落過(guò)程中始終處于原豎直平面內(nèi)，且ab、cd邊保持水平，重力加速度為g.求：(1)線(xiàn)框ab邊將要離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小是cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的幾倍；(2)磁場(chǎng)上、下邊界間的距離H.12．如下圖，一對(duì)光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距l(xiāng)＝0.5m，左端接有阻值R＝0.3Ω的電阻．一質(zhì)量m＝0.1kg，電阻r＝0.1Ω的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上，整個(gè)裝置置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.4T．金屬棒在水平向右的外力作用下，由靜止開(kāi)始以a＝2m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)金屬棒的位移x＝9m時(shí)撤去外力，金屬棒繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段距離后停下來(lái)，撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1∶Q2＝2∶1.導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)，金屬棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸．求：(1)金屬棒在勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)電阻R的電荷量q；(2)撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2；(3)外力做的功WF.參考答案1．【答案】AB【解析】[將圓盤(pán)看成無(wú)數(shù)幅條組成，它們都在切割磁感線(xiàn)從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，根據(jù)右手定那么可知圓盤(pán)上感應(yīng)電流從邊緣流向中心，那么當(dāng)圓盤(pán)順時(shí)針(俯視)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，流過(guò)電阻的電流方向從a到b，B對(duì)；由法拉第電磁感應(yīng)定律得感生電動(dòng)勢(shì)E＝BLv＝eq\f(1,2)BL2ω，I＝eq\f(E,R＋r)，ω恒定時(shí)，I大小恒定，ω大小變化時(shí)，I大小變化，方向不變，故A對(duì)，C錯(cuò)；由P＝I2R＝eq\f(B2L4ω2R,4〔R＋r〕2)知，當(dāng)ω變?yōu)?倍時(shí)，P變?yōu)樵瓉?lái)的4倍，D錯(cuò)．]2．【答案】B【解析】[小燈泡穩(wěn)定發(fā)光，說(shuō)明導(dǎo)體棒MN勻速運(yùn)動(dòng)，那么有mgsin37°－eq\f(B2L2v,RL＋R)－μmgcos37°＝0，可得導(dǎo)體棒MN的運(yùn)動(dòng)速度v＝5m/s；小燈泡消耗的電功率P＝I2RL＝1W．]3．【答案】C【解析】[由右手定那么可知通過(guò)金屬導(dǎo)線(xiàn)的電流由b到a，即通過(guò)電阻R的電流方向?yàn)镸→R→P，A錯(cuò)誤；金屬導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為BLv，而a、b兩點(diǎn)間的電壓為等效電路路端電壓，由閉合電路歐姆定律可知，a、b兩點(diǎn)間電壓為eq\f(2,3)BLv，B錯(cuò)誤；金屬導(dǎo)線(xiàn)可等效為電源，在電源內(nèi)部，電流從低電勢(shì)流向高電勢(shì)，所以a端電勢(shì)高于b端電勢(shì)，C正確；根據(jù)能量守恒定律可知，外力F做的功等于電阻R和金屬導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生的焦耳熱之和，D錯(cuò)誤．]4．【答案】A5．【答案】A【解析】[在0～1s內(nèi)，據(jù)E＝eq\f(ΔB,Δt)S可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定，感應(yīng)電流恒定，且電流為逆時(shí)針?lè)较?，在圖象中為負(fù)；1～2s內(nèi)，B不變，i＝0；2～3s內(nèi)，由E＝eq\f(ΔB,Δt)·S知i恒定，方向?yàn)檎C合分析可知A正確．]6．【答案】A【解析】[因通電導(dǎo)線(xiàn)周?chē)拇艌?chǎng)離導(dǎo)線(xiàn)越近磁場(chǎng)越強(qiáng)，而線(xiàn)框中左、右兩邊的電流大小相等，方向相反，所以其受到的安培力方向相反，線(xiàn)框的左邊受到的安培力大于線(xiàn)框的右邊受到的安培力，所以合力與線(xiàn)框的左邊受力的方向相同．因?yàn)榫€(xiàn)框受到的安培力的合力先水平向左，后水平向右，根據(jù)左手定那么，線(xiàn)框處的磁場(chǎng)方向先垂直紙面向里，后垂直紙面向外，根據(jù)右手螺旋定那么，導(dǎo)線(xiàn)中的電流先為正，后為負(fù)，所以選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤．]7．【答案】D【解析】[導(dǎo)線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，線(xiàn)框受到向左的安培力作用，根據(jù)E＝BLv、I＝eq\f(E,R)、F＝BIL得F＝eq\f(B2L2v,R)，隨著v的減小，安培力F減小，導(dǎo)線(xiàn)框做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)．整個(gè)導(dǎo)線(xiàn)框在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，無(wú)感應(yīng)電流，導(dǎo)線(xiàn)框做勻速運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)線(xiàn)框離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程中，根據(jù)F＝eq\f(B2L2v,R)，導(dǎo)線(xiàn)框做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)，所以選項(xiàng)D正確．]8．【答案】BCD【解析】[ab桿的速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向平行，不切割磁感線(xiàn)，只有cd桿運(yùn)動(dòng)切割磁感線(xiàn)．設(shè)cd桿向下運(yùn)動(dòng)的速度為v1，根據(jù)閉合電路的歐姆定律及法拉第電磁感應(yīng)定律有I＝eq\f(E,2R)，E＝BLv1，cd桿只受到豎直向下的重力mg和豎直向上的安培力作用，因?yàn)閏d桿與導(dǎo)軌間沒(méi)有正壓力，所以摩擦力為零．由平衡條件得mg＝BIL＝eq\f(B2L2v1,2R)，解得cd桿向下勻速運(yùn)動(dòng)的速度為eq\f(2mgR,B2L2).ab桿的受力如下圖，根據(jù)平衡條件可得FN＝2mg，F(xiàn)＝Ff＝2μmg.綜上所述，選項(xiàng)B、C、D正確．]9．【答案】BD【解析】[導(dǎo)體棒由靜止釋放后，當(dāng)a＝0時(shí)，速度最大，即mg－BLeq\f(BLvm,R＋r)＝0，解得vm＝eq\f(mg〔R＋r〕,B2L2)，A項(xiàng)錯(cuò)誤．此過(guò)程中通過(guò)定值電阻的電荷量q＝IΔt＝eq\f(BLh,〔R＋r〕Δt)·Δt＝eq\f(BLh,R＋r)，B項(xiàng)正確．導(dǎo)體棒克服安培力做的功等于整個(gè)電路產(chǎn)生的熱量，C項(xiàng)錯(cuò)誤．由動(dòng)能定理知對(duì)導(dǎo)體棒有ΔEk＝W重＋W安，D項(xiàng)正確．]10．【答案】AD【解析】[根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得：E＝eq\f(ΔΦ,Δt)，根據(jù)閉合電路歐姆定律得：I＝eq\f(E,2R)，所以導(dǎo)體棒沿著導(dǎo)軌上滑過(guò)程中通過(guò)R的電量為q＝I·Δt＝eq\f(E,2R)·Δt＝eq\f(ΔΦ,2R)＝eq\f(BdL,2R)，故A正確；由E＝BLv知，導(dǎo)體棒返回時(shí)隨著速度的增大，導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大，感應(yīng)電流增大，由F安＝BIL知導(dǎo)體棒受到的安培力增大，由牛頓第二定律知，加速度減小，所以導(dǎo)體棒返回時(shí)先做加速度減小的變加速運(yùn)動(dòng)，最后做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，故B錯(cuò)誤；根據(jù)能量守恒定律知，導(dǎo)體棒沿著導(dǎo)軌上滑過(guò)程中回路中產(chǎn)生的總熱量為Q＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－mgLsinθ＝eq\f(1,2)(mveq\o\al(2,0)－mgL)，電阻R上產(chǎn)生的熱量為QR＝eq\f(1,2)Q＝eq\f(1,4)(mveq\o\al(2,0)－mgL)，故C錯(cuò)誤；根據(jù)功能關(guān)系可知，導(dǎo)體棒沿著導(dǎo)軌上滑過(guò)程中克服安培力做的功等于回路中產(chǎn)生的總熱量，即W＝Q＝eq\f(1,2)(mveq\o\al(2,0)－mgL)，故D正確．所以選A、D.]11．【答案】(1)4倍(2)eq\f(Q,mg)＋28l【解析】(1)設(shè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，線(xiàn)框做勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v1，cd邊上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1，由法拉第電磁感應(yīng)定律，有E1＝2Blv1①設(shè)線(xiàn)框總電阻為R，此時(shí)線(xiàn)框中電流為I1，由閉合電路歐姆定律，有I1＝eq\f(E1,R)②設(shè)此時(shí)線(xiàn)框所受安培力為F1，有F1＝2I1lB③由于線(xiàn)框做勻速運(yùn)動(dòng)，其受力平衡，有mg＝F1④由①②③④式得v1＝eq\f(mgR,4B2l2)⑤設(shè)ab邊離開(kāi)磁場(chǎng)之前，線(xiàn)框做勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v2，同理可得v2＝eq\f(mgR,B2l2)⑥由⑤⑥式得v2＝4v1⑦(2)線(xiàn)框自釋放直到cd邊進(jìn)入磁場(chǎng)前