高三物理二轮复习第三篇专题能力提升练五电路与电磁感应.docx

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高三物理二轮复习第三篇专题能力提升练五电路与电磁感应

专题能力提升练（五）

电路与电磁感应

（45分钟　100分）

一、选择题（本大题共8小题,每小题8分,共64分。

第1～5题只有一项符合题目要求,第6～8题有多项符合题目要求）

1.（2015·郑州一模）在竖直向上的匀强磁场中,分别放入两个完全相同的带中心轴的水平金属圆盘a和b（圆盘的电阻不能忽略）,它们可以绕中心轴自由转动,彼此用导线把中心转轴和对方圆盘的边缘相连接,组成电路如图所示。

当圆盘a在外力作用下按如图方向转动时,则（　　）

A.圆盘b沿与圆盘a相反的方向转动

B.圆盘b沿与圆盘a相同的方向转动

C.圆盘b是一个等势体

D.圆盘b中心电势比边缘电势低

【解析】选A。

由于磁场的方向向上,从上向下看,a盘逆时针转动,其半径切割磁感线,感应电流从圆心流向边缘;b盘电流也是从圆心流向边缘,根据左手定则,安培力顺时针方向,所以b盘将沿顺时针方向转动。

故A正确,B错误;电流流过b盘转动的过程中,会使b盘的内外产生电压,根据欧姆定律可知,圆盘b中心电势比边缘电势高,故C、D错误。

2.（2015·广东高考）如图为加热装置的示意图,使用电阻丝加热导气管,视变压器为理想变压器,原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变,调节触头P,使输出电压有效值由220V降至110V。

调节前后（　　）

A.副线圈中的电流比为1∶2

B.副线圈输出功率比为2∶1

C.副线圈的接入匝数比为2∶1

D.原线圈输入功率比为1∶2

【解析】选C。

原线圈的输入电压和匝数不变,根据输出电压的有效值由220V降到110V,由理想变压器原理=,可得副线圈的匝数变为原来的,C选项正确;根据P=可得,副线圈的输出功率变为原来的,同样原线圈的输入功率也变为原来的,B、D错误;由P=UI可得副线圈的电流变为原来的,A错误。

3.如图所示,水平金属圆盘置于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中,圆盘绕金属转轴OO′以角速度ω沿顺时针方向匀速转动,铜盘的中心及边缘处分别用金属滑片与一理想变压器的原线圈相连。

已知圆盘半径为r,理想变压器原、副线圈匝数比为n,变压器的副线圈与一电阻为R的负载相连。

不计铜盘及导线的电阻,则下列说法正确的是（　　）

A.变压器原线圈两端的电压为Bωr2

B.变压器原线圈两端的电压为Bωr2

C.通过负载R的电流为

D.通过负载R的电流为

【解析】选B。

变压器原线圈两端的电压为圆盘产生的电动势,即E=Br×ωr=

Bωr2,选项B正确,A错误;因为变压器初级电压恒定,故次级电压为零,通过负载电阻R的电流为零,选项C、D错误。

4.如图所示,两足够长平行金属导轨固定在水平面上,匀强磁场方向垂直导轨平面向下,金属棒ab、cd与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动,两金属棒ab、cd的质量之比为2∶1。

用一沿导轨方向的恒力F水平向右拉金属棒cd,经过足够长时间以后（　　）

A.金属棒ab、cd都做匀速运动

B.金属棒ab上的电流方向是由a向b

C.金属棒cd所受安培力的大小等于

D.两金属棒间距离保持不变

【解析】选C。

对两金属棒ab、cd进行受力和运动分析可知,两金属棒最终将做加速度相同的匀加速直线运动,且金属棒ab速度小于金属棒cd速度,所以两金属棒间距离是变大的,由楞次定律判断金属棒ab上的电流方向是由b到a,A、B、D错误;以两金属棒整体为研究对象有：

F=3ma,隔离金属棒cd分析：

F-F安=ma,可求得金属棒cd所受安培力的大小F安=F,C正确。

【总结提升】导体棒切割问题的处理思路

（1）基本方法：

①用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。

②求回路中的电流。

③分析研究导体受力情况。

④列动力学方程或平衡方程求解。

（2）受力情况、运动情况的动态分析：

5.如图,一正方形闭合线圈,从静止开始下落一定高度后,穿越一个有界的匀强磁场区域,线圈上、下边始终与磁场边界平行。

自线圈开始下落到完全穿越磁场区域的过程中,线圈中的感应电流I、受到的安培力F及速度v随时间t变化的关系,可能正确的是（　　）

【解析】选A。

若线框刚进入磁场时,安培力等于重力,做匀速直线运动,感应电流I恒定,全部进入磁场后做加速运动,出磁场时,安培力大于重力,做减速运动,感应电流减小,做加速度减小的减速运动,故A正确;若线框进入磁场做匀速直线运动,速度不变,电流不变,上边刚进磁场,下边又出磁场,又继续做匀速直线运动,电流的方向反向,但受到的安培力始终向上,故B错误;线框进入磁场,若安培力大于重力,先做减速运动,完全进入磁场后做加速运动,出磁场时,安培力大于重力,仍然做减速运动,进出磁场都是做加速度减小的减速运动,C、D错误。

【加固训练】一个矩形线圈匀速地从无磁场的左边空间先进入磁感应强度为B1的匀强磁场,然后再进入磁感应强度为B2的匀强磁场,最后进入没有磁场的右边空间,如图所示。

若B1=2B2,方向均始终和线圈平面垂直,则在下面所示的图中能定性表示线圈中感应电流i随时间t变化关系的是（电流以逆时针方向为正）（　　）

【解析】选C。

由E=BLv可知线圈在磁场中的感应电动势的大小,由右手定则可得出电流的方向,再由欧姆定律即可得出电流的大小及方向变化。

线圈进入B1时,右边切割磁感线产生感应电动势E=B1Lv,由右手定则可得出电流方向沿逆时针,故电流为正;当线圈全部进入时,磁通量不再发生变化,故线圈中没有电流;当右边进入B2时,两边同时切割磁感线,左边产生的感应电动势为B1Lv,右边产生的电动势为B2Lv,因两电动势方向相反,故总电动势为B1Lv-B2Lv=B2Lv,方向沿顺时针,故电流为负;当线圈离开磁场区域时,只有左边切割B2,电动势为B2Lv,方向为顺时针,故电流为负。

故选C。

6.如图所示,在光滑绝缘的水平面上方,有两个方向相反的水平方向的匀强磁场,PQ为两磁场的边界,磁场范围足够大,磁感应强度的大小分别为B1=B,B2=2B,一个竖直放置的边长为a、质量为m、电阻为R的正方形金属线框,以初速度v垂直磁场方向从图中实线位置开始向右运动,当线框运动到在每个磁场中各有一半的面积时,线框的速度为,则下列判断正确的是（　　）

A.此过程中通过线框截面的电量为

B.此过程中线框克服安培力做的功为mv2

C.此时线框的加速度为

D.此时线框中的电功率为

【解析】选A、B、C。

此过程通过线框截面的电荷量Q=,初位置磁通量

Φ1=Ba2,末位置磁通量Φ2=B×-2B×=-,所以通过线框截面的电荷量Q==,选项A正确;根据功能关系,安培力所做的功等于线框动能的变化量,即W安=-=-,选项B正确;右边框切割磁感线,产生感应电动势E1=2Ba×,感应电流沿顺时针方向,左边框切割磁感线,产生感应电动势E2=Ba×,感应电流同样沿顺时针方向,所以整个线框的电流I==,右边框受到安培力方向水平向左,左边框受到安培力水平向左,整个线框受到安培力F=BIa+2BIa=,线框加速度a==,选项C正确;此时线框中的电功率等于安培力做功的功率即P=F×=,选项D错误。

7.（2015·成都二模）如图所示,匀强磁场的方向垂直于光滑的金属导轨平面向里,极板间距为d的平行板电容器与总阻值为2R0的滑动变阻器通过平行导轨连接,电阻为R0的导体棒MN可在外力的作用下沿导轨从左向右做匀速直线运动。

当滑动变阻器的滑动触头位于a、b的中间位置且导体棒MN的速度为v0时,位于电容器中P点的带电油滴恰好处于静止状态。

若不计摩擦和平行导轨及导线的电阻,各接触处接触良好,重力加速度为g,则下列判断正确的是（　　）

A.油滴带正电荷

B.若将导体棒的速度变为2v0,电容器的带电量增加,油滴将向上加速运动,加速度a=g

C.若保持导体棒的速度为v0不变,而将滑动触头置于a端,同时将电容器上极板向上移动距离,油滴将静止

D.若保持导体棒的速度为v0不变,将上极板竖直向上移动一小段距离d,P点的电势降低

【解题指南】解答本题需明确以下三点：

（1）导体棒MN相当于电源。

（2）外电路由滑动变阻器构成,电容器两端电压和滑动变阻器两端电压相等。

（3）对带电液滴进行正确的受力分析。

【解析】选B、C、D。

根据右手定则可知,M端为正极,油滴静止,因此油滴带负电,故A错误;设导体棒长度为L,导体棒切割磁感线产生的感应电动势为：

E=BLv0

电容器两端电压为：

U1==　①

开始时油滴静止有：

q=mg　②

若将导体棒的速度变为2v0时,有：

q-mg=ma　③

U2==BLv0　④

联立①②③④得：

a=g,故B正确;若保持导体棒的速度为v0不变,而将滑动触头置于a端,

U3==

若将上极板竖直向上移动距离d时,此时液滴所受电场力为：

F=q==mg　

⑤

因此油滴仍然静止,故C正确;若保持导体棒的速度为v0不变,将上极板竖直向上移动距离d,电容器两端之间的电压仍然为BLv0,距离增大,电场强度减小,P与下极板之间的电势差减小,P点的电势降低,故D正确。

【加固训练】（多选）如图所示,在光滑水平面上用恒力F拉质量为m、边长为a、总电阻为R的单匝均匀正方形铜线框,线框从位置1开始以速度v0进入磁感应强度为B的匀强磁场,到达位置2时线框刚好全部进入磁场,在位置3时线框开始离开匀强磁场,到达位置4时线框刚好全部离开磁场。

则（　　）

A.在位置1时,线框右侧边MN的两端电压为Bav0

B.线框从位置1到位置2的过程与从位置3到位置4的过程产生的感应电流方向相反

C.线框从位置1到位置2的过程与从位置3到位置4的过程所受的安培力方向相同

D.从位置1到位置2的过程中流过线框某一截面的电荷量等于

【解析】选B、C、D。

在位置1时,线框MN边切割磁感线产生感应电动势为E=Bav0,MN的两端电压为U==Bav0,故A错误;根据楞次定律判断可知：

线框从位置1到位置2的过程产生逆时针方向的感应电流,从位置3到位置4的过程产生顺时针方向的感应电流,故B正确;根据左手定则可知,线框从位置1到位置2的过程与从位置3到位置4的过程所受的安培力方向均向左,方向相同,故C正确;根据公式q=可知,从位置1到位置2的过程中流过线框某一截面的电荷量q==,故D正确。

8.图中回路竖直放在匀强磁场中,磁场的方向垂直于回路平面向外,导体AC可以贴着光滑竖直长导轨下滑。

设回路的总电阻恒定为R,当导体AC从静止开始下落,下面叙述中正确的说法有（　　）

A.导体下落过程中,机械能守恒

B.导体加速下落过程中,导体减少的重力势能全部转化为在电阻上产生的热量

C.导体加速下落过程中,导体减少的重力势能转化为导体增加的动能和回路中增加的内能

D.导体达到稳定速度后的下落过程中,导体减少的重力势能全部转化为回路中增加的内能

【解析】选C、D。

导体下落过程中,由于安培力做功,有电能产生,故机械能不守恒,选项A错误;由能量守恒可知,导体加速下落过程中,导体减少的重力势能转化为导体增加的动能和回路中增加的内能,选项C正确,B错误;导体达到稳定速度后的下落过程中,动能不变,导体减少的重力势能全部转化为回路中增加的内能,选项D正确。

二、计算题（本大题共2小题,共36分。

需写出规范的解题步骤）

9.（18分）（2015·泰州一模）如图甲,MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ=37°角固定,M、P之间接电阻箱R,导轨所在空间存在匀强磁场,磁场方向垂直于轨道平面向上,磁感应强度为B=0.5T。

质量为m的金属杆ab水平放置在轨道上,其接入电路的电阻值为r。

现从静止释放杆ab,测得最大速度为vm。

改变电阻箱的阻值R,得到vm与R的关系如图乙所示。

已知轨距为L=2m,重力加速度g取10m/s2,轨道足够长且电阻不计。

求：

（1）杆ab下滑过程