《高考備考指南 物理 》課件-能力課　電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用

能力課電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用(本欄目對(duì)應(yīng)配套訓(xùn)練P89~91)知識(shí)鞏固練習(xí)1.(多選)(2023年珠海模擬)如圖所示，螺線管匝數(shù)n=1000匝，橫截面積S=20cm2，螺線管導(dǎo)線電阻r=1Ω，電阻R=3Ω，管內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的B-t圖像如圖所示(以向右為正方向).下列說(shuō)法正確的是()A.通過(guò)電阻R的電流方向是從C到AB.電阻R兩端的電壓為4VC.感應(yīng)電流的大小為1AD.0~2s內(nèi)通過(guò)R的電荷量為2C【答案】ACD【解析】由楞次定律可以判斷出螺線管中感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)方向?yàn)閺挠蚁蜃螅敲赐ㄟ^(guò)電阻R的電流方向是從C到A，A正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E=nΔB·SΔt=4V，由閉合電路歐姆定律得I=ER+r=43+1A=1A，C正確；電阻R兩端的電壓為U=IR=1×3V=3V，B錯(cuò)誤；0~2s內(nèi)通過(guò)R2.(多選)(2022年山東學(xué)業(yè)考試)做磁共振檢查時(shí)，對(duì)人體施加的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)會(huì)在肌肉組織中產(chǎn)生感應(yīng)電流.為了探究該感應(yīng)電流對(duì)肌肉組織的影響，可將包裹在骨骼上的一圈肌肉組織等效成單匝線圈，如圖所示.若等效線圈的半徑為r，線圈導(dǎo)線的截面積為S，電阻率為ρ，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與線圈平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度在Δt時(shí)間內(nèi)從B均勻地減為零，則()A.沿磁場(chǎng)方向從右向左看，該圈肌肉組織中感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針B.根據(jù)題中條件可以求出該圈肌肉組織中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為2C.根據(jù)題中條件可以求出該圈肌肉組織中的等效電阻為ρ2D.根據(jù)題中條件可以求出Δt時(shí)間內(nèi)該圈肌肉組織中產(chǎn)生的熱量【答案】AD【解析】磁感應(yīng)強(qiáng)度B均勻地減為零，穿過(guò)線圈向左的磁通量減小，根據(jù)楞次定律可知，沿磁場(chǎng)方向從右向左看，該圈肌肉組織中感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍珹正確；由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=ΔΦΔt=ΔBΔtS=Bπr2Δt，B錯(cuò)誤；由電阻定律可知，該圈肌肉組織的等效電阻R=ρLS=ρ2πrS，C錯(cuò)誤；Δt時(shí)間內(nèi)該圈肌肉組織中產(chǎn)生的熱量Q3.(2023年通州一模)如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的單匝均勻金屬線框置于光滑水平桌面上，在拉力作用下以恒定速度通過(guò)寬度為D、方向豎直向下的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，線框的邊長(zhǎng)L小于有界磁場(chǎng)的寬度D，在整個(gè)過(guò)程中線框的ab邊始終與磁場(chǎng)的邊界平行.若以I表示通過(guò)線框的電流(規(guī)定逆時(shí)針為正)，F(xiàn)表示拉力，P表示拉力的功率，Uab表示線框ab兩點(diǎn)間的電勢(shì)差，則下列反映這些物理量隨時(shí)間變化的圖像中正確的是()A BC D【答案】C【解析】線框中的感應(yīng)電流大小為I=BLvR，大小保持不變，由楞次定律可知，線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流為逆時(shí)針?lè)较?正值)，離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)電流為順時(shí)針?lè)较?負(fù)值)，A錯(cuò)誤.進(jìn)出磁場(chǎng)時(shí)線框所受安培力均向左，大小恒定，故拉力F均向右，大小恒定，當(dāng)線框完全進(jìn)入磁場(chǎng)后，拉力應(yīng)為0，B錯(cuò)誤.由于線框勻速運(yùn)動(dòng)，故滿足F=BIL=B2L2vR，拉力的功率為P=Fv=B2L2v2R，進(jìn)出磁場(chǎng)時(shí)功率相同，C正確.進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)ab邊切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于電源，ab兩點(diǎn)間電壓為路端電壓，即Uab=ER·34R=34E，離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)cd邊相當(dāng)于電源，ab只是外電路的一部分，此時(shí)ab兩點(diǎn)間的電壓為U'ab=E4.(多選)如圖所示，間距為L(zhǎng)、電阻不計(jì)、足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌左右兩端均與阻值為R的電阻相連.導(dǎo)軌上橫跨一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m、電阻也為R的金屬棒，金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好.整個(gè)裝置處于豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.現(xiàn)給棒一瞬時(shí)沖量讓它以初速度v0向右運(yùn)動(dòng)，則直到棒停止的過(guò)程中()A.金屬棒在導(dǎo)軌上做勻減速運(yùn)動(dòng)B.通過(guò)金屬棒的電荷量為mC.金屬棒克服安培力做功1D.金屬棒上產(chǎn)生的焦耳熱為1【答案】CD【解析】金屬棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中除受到豎直向下的重力和豎直向上的支持力(這兩個(gè)力的合力為零)，還受到水平向左的安培力，金屬棒受到的合力等于安培力.隨著速度減小，安培力減小，加速度減小，金屬棒做加速度逐漸減小的變減速運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤.根據(jù)動(dòng)量定理得-BILt=0-mv0，通過(guò)金屬棒的電荷量為q=It，可得q=mv0BL，B錯(cuò)誤.整個(gè)過(guò)程中由動(dòng)能定理可得-W安=0-12mv02，則金屬棒克服安培力做功為W安=12mv02，C正確.整個(gè)回路產(chǎn)生的總焦耳熱為Q=W安=12m5.如圖所示，虛線左右兩側(cè)存在等大反向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B0，虛線左側(cè)磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外，虛線右側(cè)磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里.電阻為R的單匝金屬線框ABCD可繞與虛線重合的軸OO'轉(zhuǎn)動(dòng)，其中邊長(zhǎng)OD=2AO=2AB=2L.若在外力F作用下線框從圖示位置開(kāi)始以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng).在線框轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A.線框中電流的最大值為3B.在從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)180°的過(guò)程中，電動(dòng)勢(shì)的平均值為BC.線框中電動(dòng)勢(shì)的有效值為BD.在從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)180°的過(guò)程中，外力F做的功為π【答案】C【解析】感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=B0LCDvCD-B0LABvAB=B0Lω×2L-B0Lω×L=B0L2ω，線框中的最大感應(yīng)電流Im=EmR=B0L2ωR，A錯(cuò)誤.由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)180°的過(guò)程中電動(dòng)勢(shì)的平均值E=ΔΦΔt=2B0L2πω=2ωB0L2π，B錯(cuò)誤.線框旋轉(zhuǎn)過(guò)程產(chǎn)生正弦式交變電流，線框中電動(dòng)勢(shì)的有效值E=Em綜合提升練習(xí)6.如圖甲所示，在MN、QP間存在一勻強(qiáng)磁場(chǎng).t=0時(shí)，一正方形光滑金屬線框在水平向右的外力F作用下緊貼MN從靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，外力F隨時(shí)間t變化的圖線如圖乙所示.已知線框質(zhì)量m=1kg，電阻R=2Ω.則()A.線框的加速度為1m/s2B.磁場(chǎng)區(qū)域?qū)挾葹?mC.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為2TD.在線框進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中，通過(guò)線框橫截面的電荷量為22【答案】D【解析】當(dāng)t=0時(shí)線框的速度為零，沒(méi)有感應(yīng)電流，線框不受安培力，則線框的加速度為a=Fm=2m/s2，A錯(cuò)誤.磁場(chǎng)的寬度等于線框在0~2s內(nèi)的位移，d=12at22=12×2×22m=4m，B錯(cuò)誤.設(shè)線框的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，則L等于線框在0~1s內(nèi)的位移，即L=12at12=12×2×12m=1m.當(dāng)線框全部進(jìn)入磁場(chǎng)的瞬間F1-F安=ma，而F安=BIL=B2L2vR=B2L2atR，其中F1=4N，t=1s，m=1kg7.(多選)如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的平行光滑導(dǎo)軌固定在絕緣水平面上，所在空間有方向垂直于水平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，導(dǎo)軌的間距為L(zhǎng)，電阻不計(jì).導(dǎo)軌上靜置兩根長(zhǎng)度均為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒PQ和MN，其中PQ的質(zhì)量為2m、阻值為R，MN的質(zhì)量為m、阻值為2R.若在t=0時(shí)刻給PQ一個(gè)平行于導(dǎo)軌向右的初速度v0，不計(jì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中PQ和MN的相互作用力，則()A.t=0時(shí)刻，兩導(dǎo)體棒的加速度大小相等B.t=0時(shí)刻，PQ兩端的電壓為23BLvC.PQ勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小為13vD.從t=0時(shí)刻到PQ勻速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，導(dǎo)體棒MN產(chǎn)生的焦耳熱為2【答案】BD【解析】t=0時(shí)刻，PQ平行于導(dǎo)軌向右的初速度為v0，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=BLv0，此時(shí)回路中的電流大小為I=ERMN+RPQ=BLv03R，兩導(dǎo)體棒受到的安培力大小為F=BIL，則有aMN=Fm，aPQ=F2m，兩導(dǎo)體棒的加速度大小不相等，A錯(cuò)誤.t=0時(shí)刻，PQ兩端的電壓為MN兩端的電壓，大小為UMN=IRMN=23BLv0，B正確.由以上分析可知，兩導(dǎo)體棒所受的安培力大小相等，由左手定則可知，安培力方向相反.兩棒在運(yùn)動(dòng)中滿足動(dòng)量守恒定律，有2mv0=(m+2m)v共，兩棒達(dá)到共速，則得v共=23v0.此后兩棒以這個(gè)速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)誤.導(dǎo)體棒PQ和MN是串聯(lián)關(guān)系，即IPQ=IMN，可知兩棒上的電流有效值相等.在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中MN、PQ產(chǎn)生的焦耳熱量分別為QMN=I有2RMNt，QPQ=I有2RPQt，則有QMN∶QPQ=2∶1.由能量守恒定律可知，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的總熱量等于系統(tǒng)總動(dòng)能的減小量，因此有Q=18.(2023年湛江質(zhì)檢)如圖甲所示，足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ豎直放置，其寬度L=1m，一勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)導(dǎo)軌平面，導(dǎo)軌的上端M與P之間連接阻值為R=0.40Ω的電阻，質(zhì)量為m=0.01kg、電阻為r=0.30Ω的金屬棒ab緊貼在導(dǎo)軌上.現(xiàn)使金屬棒ab由靜止開(kāi)始下滑，下滑過(guò)程中ab始終保持水平，且與導(dǎo)軌接觸良好，其下滑距離x與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示.圖像中的OA段為曲線，AB段為直線，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，g取10m/s2(忽略ab棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)原磁場(chǎng)的影響).求：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；(2)在金屬棒ab開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的1.5s內(nèi)，通過(guò)電阻R的電荷量；(3)在金屬棒ab開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的1.5s內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的熱量.解：(1)據(jù)題圖知最終ab棒做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由乙圖的斜率等于速度，可得ab棒速運(yùn)動(dòng)的速度為v=ΔxΔt=11.2-7.02.1-1.5m/s=7m/s.根據(jù)平衡條件得mg=BIL=(2)金屬棒ab在開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的1.5s內(nèi)，通過(guò)電阻R的電荷量為q=IΔt=ER+rΔt=ΔΦR(3)金屬棒ab在開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的1.5s內(nèi)下降的距離為x，金屬棒減小的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為金屬棒的動(dòng)能和電路的內(nèi)能.設(shè)電路中產(chǎn)生的總焦耳熱為Q，根據(jù)能量守恒得mgxA=12mv2+Q.又電阻R上產(chǎn)生的熱量為QR=RR+rQ，聯(lián)立代入數(shù)據(jù)求得QR=0.9.(2023年華師附中模擬)如圖所示，寬度為L(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌PQ和P'Q'傾斜放置，頂端QQ'之間連接一個(gè)阻值為R的電阻和開(kāi)關(guān)S，底端PP'處通過(guò)一小段平滑圓弧與一段光滑水平軌道相連.已知水平軌道離地面的高度為h，兩傾斜導(dǎo)軌間有一垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B；有兩根長(zhǎng)均為L(zhǎng)、質(zhì)量均為m、電阻均為R的金屬棒AA'、CC'.當(dāng)金屬棒CC'放置在水平軌道右端時(shí)，兩水平軌道間有豎直方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中沒(méi)有畫(huà)出)，此時(shí)開(kāi)關(guān)S處于斷開(kāi)狀態(tài)；而當(dāng)金屬棒CC'一離開(kāi)水平軌道，水平軌道間的磁場(chǎng)就馬上消失，開(kāi)關(guān)S同時(shí)閉合.現(xiàn)把金屬棒CC'放在水平軌道的右端，金屬棒AA'從離水平軌道高為H的地方以較大的初速度v0沿軌道下滑，在極短時(shí)間內(nèi)金屬棒CC'就向右離開(kāi)水平軌道，離開(kāi)后在空中做平拋運(yùn)動(dòng)，落地點(diǎn)到拋出點(diǎn)水平距離為x1，金屬棒AA'最后也落在水平地面上，落地點(diǎn)到拋出點(diǎn)的水平距離為x2.不計(jì)導(dǎo)軌電阻和空氣阻力，忽略金屬棒經(jīng)過(guò)PP'處的機(jī)械能損失，重力加速度為g.求：(1)判斷B1的方向；(2)通過(guò)CC'的電荷量q；(3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中金屬棒AA'上產(chǎn)生的焦耳熱Q.解：(1)金屬棒AA'從軌道上向下運(yùn)動(dòng)后，由右手定則(或楞次定律)可知電流方向?yàn)锳→A'，故通過(guò)金屬棒CC'電流方向?yàn)镃'→C.由左手定則可知磁場(chǎng)B1的方向?yàn)樨Q直向下.(2)在金屬棒CC'