2022高考物理總復(fù)習(xí)優(yōu)化方案人教版課時(shí)作業(yè)及解析電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用

課時(shí)28第三節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用一、單項(xiàng)選擇題1．(2022年杭州十四中檢測(cè))如圖所示，豎直平面內(nèi)有一金屬環(huán)，半徑為a，總電阻為R(指拉直時(shí)兩端的電阻)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)環(huán)平面，與環(huán)的最高點(diǎn)A鉸鏈連接的長(zhǎng)度為2a、電阻為eq\f(R,2)的導(dǎo)體棒AB由水平位置緊貼環(huán)面擺下，當(dāng)擺到豎直位置時(shí)，B點(diǎn)的線速度為v，則這時(shí)AB兩端的電壓大小為()\f(Bav,3) \f(Bav,6)\f(2Bav,3) D．Bav解析：選A.擺到豎直位置時(shí)，AB切割磁感線的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝B·2a·(eq\f(1,2)v)＝Bav.由閉合電路歐姆定律，UAB＝eq\f(E,\f(R,2)＋\f(R,4))·eq\f(R,4)＝eq\f(1,3)Bav，故選A.2．如圖所示，兩根平行光滑導(dǎo)軌豎直放置，相距L＝0.1m，處于垂直軌道平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝10T，質(zhì)量m＝0.1kg、電阻為R＝2Ω的金屬桿ab接在兩導(dǎo)軌間，在開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)讓ab自由下落，ab下落過(guò)程中、始終保持與導(dǎo)軌垂直并與之接觸良好，設(shè)導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)，取g＝10m/s2，當(dāng)下落h＝0.8m時(shí)，開(kāi)關(guān)S閉合．若從開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，則解析：選D.開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，金屬桿的速度v＝eq\r(2gh)＝4m/s.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLv，感應(yīng)電流I＝E/R，安培力F＝BLI，聯(lián)立解出F＝2N．因?yàn)镕>mg＝1N，故ab桿做減速直線運(yùn)動(dòng)，速度減小，安培力也減小，加速度越來(lái)越小，最后加速度減為零時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng)，故D正確．3．豎直平面內(nèi)有一形狀為拋物線的光滑曲面軌道，如圖所示，拋物線方程是y＝x2，軌道下半部分處在一個(gè)水平向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的上邊界是y＝a的直線(圖中虛線所示)，一個(gè)小金屬環(huán)從拋物線上y＝b(b>a)處以速度v沿拋物線下滑，假設(shè)拋物線足夠長(zhǎng)，金屬環(huán)沿拋物線下滑后產(chǎn)生的焦耳熱總量是()A．mgb \f(1,2)mv2C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋eq\f(1,2)mv24．(2022年高考大綱全國(guó)卷Ⅱ)如圖，空間某區(qū)域中有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平，且垂直于紙面向里，磁場(chǎng)上邊界b和下邊界d水平．在豎直面內(nèi)有一矩形金屬線圈，線圈上下邊的距離很短，下邊水平．線圈從水平面a開(kāi)始下落．已知磁場(chǎng)上下邊界之間的距離大于水平面a、b之間的距離．若線圈下邊剛通過(guò)水平面b、c(位于磁場(chǎng)中)和d時(shí)，線圈所受到的磁場(chǎng)力的大小分別為Fb、Fc和Fd，則()A．Fd>Fc>Fb B．Fc<Fd<FbC．Fc>Fb>Fd D．Fc<Fb<Fd解析：選D.線圈自由下落，到b點(diǎn)受安培力，線圈全部進(jìn)入磁場(chǎng)，無(wú)感應(yīng)電流，則線圈不受安培力作用，線圈繼續(xù)加速，到d點(diǎn)出磁場(chǎng)時(shí)受到安培力作用，由F＝eq\f(B2L2v,R)知，安培力和線圈的速度成正比，D正確．5．(2022年高考遼寧、寧夏理綜卷)如圖所示，一導(dǎo)體圓環(huán)位于紙面內(nèi)，O為圓心．環(huán)內(nèi)兩個(gè)圓心角為90°的扇形區(qū)域內(nèi)分別有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，方向相反且均與紙面垂直．導(dǎo)體桿OM可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)，M端通過(guò)滑動(dòng)觸點(diǎn)與圓環(huán)良好接觸．在圓心和圓環(huán)間連有電阻R.桿OM以勻角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，t＝0時(shí)恰好在圖示位置．規(guī)定從a到b流經(jīng)電阻R的電流方向?yàn)檎瑘A環(huán)和導(dǎo)體桿的電阻忽略不計(jì)，則桿從t＝0開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，電流隨ωt變化的圖象是()解析：選C.旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中切割磁感線，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，由右手定則可判斷，開(kāi)始時(shí)電流方向由b向a，為負(fù)方向，后來(lái)磁場(chǎng)方向相反，電流方向?yàn)檎较颍驗(yàn)橹挥虚_(kāi)始的eq\f(1,4)周期和第3個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)體棒切割磁感線．6．(2022年陜西寶雞一模)一矩形線圈abcd位于一隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，磁場(chǎng)方向垂直線圈所在的平面向里(如圖甲所示)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示．以I表示線圈中的感應(yīng)電流(圖甲中線圈上箭頭方向?yàn)殡娏鞯恼较?，則圖丙中能正確表示線圈中電流I隨時(shí)間t變化規(guī)律的是()解析：選～1s內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大，根據(jù)楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律可判定，感應(yīng)電流為逆時(shí)針(為負(fù)值)、大小為定值，A、B錯(cuò)誤；4s～5s內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度恒定，穿過(guò)線圈abcd的磁通量不變化，無(wú)感應(yīng)電流，D錯(cuò)誤．二、不定項(xiàng)選擇題7．如圖所示，用粗細(xì)相同的銅絲做成邊長(zhǎng)分別為L(zhǎng)和2L的兩只閉合線框a和b，以相同的速度從磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域中勻速地拉到磁場(chǎng)外，則下列說(shuō)法正確的是()A．產(chǎn)生的焦耳熱之比為1∶4B．產(chǎn)生的焦耳熱之比為1∶1C．通過(guò)銅絲某截面的電量之比為1∶2D．通過(guò)銅絲某截面的電量之比為1∶4解析：選AC.根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒可知，外力做功等于電能，而電能又全部轉(zhuǎn)化為焦耳熱Wa＝Qa＝eq\f(BLv2,Ra)·eq\f(L,v)Wb＝Qb＝eq\f(B2Lv2,Rb)·eq\f(2L,v)由電阻定律知Rb＝2Ra，故Wa∶Wb＝1∶4，A對(duì)B錯(cuò)；由產(chǎn)生的電量Q＝eq\f(ΔΦ,R)＝eq\f(BS,R)得，Qa∶Qb＝1∶2，C對(duì)D錯(cuò)．8．(2022年金華十校聯(lián)考)如圖所示，一個(gè)水平放置的“∠”形光滑導(dǎo)軌固定在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，ab是粗細(xì)、材料與導(dǎo)軌完全相同的導(dǎo)體棒，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好．在外力作用下、導(dǎo)體棒以恒定速度v向右平動(dòng)，以導(dǎo)體棒在圖中所示位置的時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，則回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E、感應(yīng)電流I、導(dǎo)體棒所受外力的功率P和回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q隨時(shí)間t變化的下列圖象中正確的是()解析：選AC.設(shè)“∠”形導(dǎo)軌的夾角為θ，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，導(dǎo)體棒的水平位移為x＝vt，導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長(zhǎng)度L＝vt·tanθ，所以回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLv＝Bv2t·tanθ，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間t成正比，A正確；相似三角形的三邊長(zhǎng)之比為定值，故組成回路的三角形導(dǎo)軌總長(zhǎng)度與時(shí)間成正比，故感應(yīng)電流大小與時(shí)間無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤；導(dǎo)體棒勻速移動(dòng)，外力F與導(dǎo)體棒所受安培力為平衡力，故回路的外力的功率P＝Fv＝BILv＝BIv2t·tanθ，與時(shí)間成正比，故C正確；回路產(chǎn)生的焦耳熱Q＝I2Rt，式中電流不變，回路電阻與t成正比，故焦耳熱Q與t2成正比，D錯(cuò)誤．9．(2022年高考福建理綜卷)如圖所示，固定放置在同一水平面內(nèi)的兩根平行長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌的間距為d，其右端接有阻值為R的電阻，整個(gè)裝置處在豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．一質(zhì)量為m(質(zhì)量分布均勻)的導(dǎo)體桿ab垂直于導(dǎo)軌放置，且與兩導(dǎo)軌保持良好接觸，桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.現(xiàn)桿在水平向左、垂直于桿的恒力F作用下從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)距離l時(shí)，速度恰好達(dá)到最大(運(yùn)動(dòng)過(guò)程中桿始終與導(dǎo)軌保持垂直)．設(shè)桿接入電路的電阻為r，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，重力加速度大小為g.則此過(guò)程()A．桿的速度最大值為eq\f(F－μmgR,B2d2)B．流過(guò)電阻R的電量為eq\f(Bdl,R＋r)C．恒力F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動(dòng)能的變化量D．恒力F做的功與安培力做的功之和大于桿動(dòng)能的變化量解析：選選項(xiàng)中，當(dāng)桿達(dá)到最大速度v時(shí)，其受力情況如圖所示，在水平方向受拉力F、安培力F安＝eq\f(B2d2v,R＋r)、滑動(dòng)摩擦力Ff＝μmg，三個(gè)力的合力為零：F－eq\f(B2d2v,R＋r)－μmg＝0，解得v＝eq\f(F－μmgR＋r,B2d2)；B選項(xiàng)中，平均電動(dòng)勢(shì)為E＝eq\f(ΔΦ,Δt)，平均電流為I＝eq\f(E,R＋r)＝eq\f(ΔΦ,R＋rΔt)，通過(guò)的電量q＝I·Δt＝eq\f(ΔΦ,R＋r)，而ΔΦ＝B·ΔS＝Bdl，則q＝eq\f(ΔΦ,R＋r)＝eq\f(Bdl,R＋r)；C選項(xiàng)中，由動(dòng)能定理得WF－WFf－W安＝ΔEk；D選項(xiàng)中，由前式可得WF－W安＝ΔEk＋WFf>ΔEk.本題正確選項(xiàng)為BD.10．(2022年浙江調(diào)研)如圖所示，光滑金屬導(dǎo)軌AC、AD固定在水平面內(nèi)，并處在方向豎直向下、大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．有一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒以初速度v0從某位置開(kāi)始在導(dǎo)軌上水平向右運(yùn)動(dòng)，最終恰好靜止在A點(diǎn)．在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌始終構(gòu)成等邊三角形回路，且通過(guò)A點(diǎn)的總電荷量為Q.已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的接觸電阻阻值恒為R，其余電阻不計(jì)．則()A．該過(guò)程中導(dǎo)體棒做勻減速運(yùn)動(dòng)B．該過(guò)程中接觸電阻產(chǎn)生的熱量為eq\f(1,8)mveq\o\al(2,0)C．開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌所構(gòu)成回路的面積為S＝eq\f(QR,B)D．當(dāng)導(dǎo)體棒的速度為eq\f(1,2)v0時(shí)，回路中感應(yīng)電流大小為初始時(shí)的一半解析：選C.由于導(dǎo)體棒在向右運(yùn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，同時(shí)受到水平向左的安培力，所以導(dǎo)體棒速度逐漸減小，速度減小又使得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流、安培力均減小，所以導(dǎo)體棒做加速度逐漸減小的變減速運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；由能量守恒可知整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)體棒損失的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故B錯(cuò)誤；設(shè)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌構(gòu)成的回路的面積為S，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，則整個(gè)過(guò)程中回路中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝BS/t①；平均感應(yīng)電流為I＝E/R②，則運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)A點(diǎn)的電荷量為Q＝It③.聯(lián)立①②③式可得S＝eq\f(QR,B)，故C正確；導(dǎo)體棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中切割磁感線的有效長(zhǎng)度逐漸減小，當(dāng)速度為eq\f(1,2)v0時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小于開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一半，此時(shí)感應(yīng)電流小于開(kāi)始時(shí)的一半，故D錯(cuò)誤．三、計(jì)算題11．(2022年紹興一中高三質(zhì)量檢測(cè))如圖所示，用質(zhì)量為m、電阻為R的均勻?qū)Ь€做成邊長(zhǎng)為l的單匝正方形線框MNPQ，線框每一邊的電阻都相等．將線框置于光滑絕緣的水平面上．在線框的右側(cè)存在豎直方向的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)邊界間的距離為2l，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.在垂直MN邊的水平拉力作用下，線框以垂直磁場(chǎng)邊界的速度v勻速穿過(guò)磁場(chǎng)．在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中線框平面水平，且MN邊與磁場(chǎng)的邊界平行．求(1)線框MN邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，線框中感應(yīng)電流的大小；(2)線框MN邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，M、N兩點(diǎn)間的電壓UMN；解析：(1)線框MN邊在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Blv線框中的感應(yīng)電流I＝eq\f(E,R)＝eq\f(Blv,R).(2)M、N兩點(diǎn)間的電壓UMN＝eq\f(3,4)E＝eq\f(3,4)Blv.(3)只有MN邊在磁場(chǎng)中時(shí)，線框運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t＝eq\f(l,v)此過(guò)程線框中產(chǎn)生的焦耳熱Q1＝I2Rt＝eq\f(B2l3v,R)只有PQ邊在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)線框中產(chǎn)生的焦耳熱Q2＝eq\f(B2l3v,R)根據(jù)能量守恒定律得水平外力做的功W＝Q1＋Q2＝eq\f(2B2l3v,R).答案：見(jiàn)解析12．(2022年高考天津理綜卷)如圖所示，質(zhì)量m1＝0.1kg，電阻R1＝Ω，長(zhǎng)度l＝0.4m的導(dǎo)體棒ab橫放在U形金屬框架上．框架質(zhì)量m2＝0.2kg，放在絕緣水平面上，與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝.相距0.4m的MM′、NN′相互平行，電阻不計(jì)且足夠長(zhǎng)．電阻R2＝Ω的MN垂直于MM′.整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝T．垂直于ab施加F＝2N的水平恒力，ab從靜止開(kāi)始無(wú)摩擦地運(yùn)動(dòng)，始終與MM′、NN′保持良好接觸．當(dāng)ab運(yùn)動(dòng)到某處時(shí)，框架開(kāi)始運(yùn)動(dòng)．(1)求框架開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)ab速度v的大小；(2)從ab開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到框架開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，MN上產(chǎn)生的熱量Q＝J，求