高中物理电磁感应的综合应用 练习.docx

1、高中物理电磁感应的综合应用 练习高中物理-电磁感应的综合应用 练习(时间：40分钟分值：100分)基础达标练一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)1.如图所示,闭合螺线管固定在置于光滑水平面上的小车上,现将一条形磁铁从左向右插入螺线管中的过程中,则 ()A小车将向右运动B使条形磁铁向右插入时外力所做的功全部转变为电能,最终转化为螺线管的内能C条形磁铁会受到向右的力D小车会受到向左的力A磁铁向右插入螺线管中,根据楞次定律的扩展含义“来拒去留”,磁铁与小车相互排斥,小车在光滑水平面上受力向右运动,所以选项A正确,选项C、D错误；电磁感应现象中满足能量守恒,由于小车动能增加,外力做的功转化

2、为小车的动能和螺线管中的内能,所以选项B错误2.如图所示,一轻质横杆两侧各固定一金属环,横杆可绕中心点自由转动,拿一条形磁铁插向其中一个小环后又取出插向另一个小环,发生的现象是 ()A磁铁插向左环,横杆发生转动B磁铁插向右环,横杆发生转动C无论磁铁插向左环还是右环,横杆都不发生转动D无论磁铁插向左环还是右环,横杆都发生转动B本题考查电磁感应现象、安培力的简单应用磁铁插向左环,横杆不发生转动,因为左环不闭合,不能产生感应电流,不受安培力的作用；磁铁插向右环,横杆发生转动,因为右环闭合,能产生感应电流,在磁场中受到安培力的作用,选项B正确3.如图所示,矩形线圈放置在水平薄木板上,有两块相同的蹄形磁

3、铁,四个磁极之间的距离相等,当两块磁铁匀速向右通过线圈时,线圈始终静止不动,那么线圈受到木板的摩擦力方向是 ()A先向左、后向右B先向左、后向右、再向左C一直向右D一直向左D根据楞次定律的“阻碍变化”和“来拒去留”,当两磁铁靠近线圈时,线圈要阻碍其靠近,线圈有向右移动的趋势,受木板的摩擦力向左,当磁铁远离时,线圈要阻碍其远离,仍有向右移动的趋势,受木板的摩擦力方向仍是向左的,故选项D正确4如图所示,条形磁铁从高h处自由下落,中途穿过一个固定的空心线圈,开关S断开时,至落地用时t1,落地时速度为v1；开关S闭合时,至落地用时t2,落地时速度为v2.则它们的大小关系正确的是()At1t2,v1v2

4、Bt1t2,v1v2Ct1t2,v1v2Dt1v2D开关S断开时,线圈中无感应电流,对磁铁无阻碍作用,故磁铁自由下落,ag；当S闭合时,线圈中有感应电流,对磁铁有阻碍作用,故ag.所以t1v2.5(多选)如图所示,正方形线框的边长为L,电容器的电容为C.正方形线框的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中,当磁感应强度以k为变化率均匀减小时,下列说法正确的是()A线框产生的感应电动势大小为kL2B电压表没有读数Ca点的电势高于b点的电势D电容器所带的电荷量为零BC由于线框的一半放在磁场中,因此线框产生的感应电动势大小为,A项错误；由于线框所产生的感应电动势是恒定的,且线框连接了一个电容器,相当于电路

5、断路,外电压等于电动势,内电压为零,而接电压表的这部分相当于回路的内部,因此,电压表两端无电压,电压表没有读数,B项正确；根据楞次定律可以判断,a点的电势高于b点的电势,C项正确；电容器所带电荷量为QC,D项错误6(多选)边长为a的闭合金属正三角形框架,完全处于垂直于框架平面的匀强磁场中,现把框架匀速拉出磁场,如图所示,则电动势、外力、外力功率与位移的关系图像不相符的是()ABCDACD框架匀速拉出过程中,有效长度l均匀增加,由EBlv知,电动势均匀变大,A项错误,B项正确；因匀速运动,则F外F安BIl,故外力F外随位移x的增大而非线性增大,C项错误；外力功率PF外v,v恒定不变,故P也随位移

6、x的增大而非线性增大,D项错误二、非选择题(14分)7.如图所示,竖直平面内有足够长的平行金属导轨,轨距为0.2 m,金属导体ab可在导轨上无摩擦地上下滑动,ab的电阻为0.4 ,导轨电阻不计,导体ab的质量为0.2 g,垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.2 T,且磁场区域足够大,当导体ab自由下落0.4 s时,突然闭合开关S,则：(1)试说出S接通后,导体ab的运动情况；(2)导体ab匀速下落的速度是多少？(g取10 m/s2)解析：(1)闭合S之前导体ab自由下落的末速度为：v0gt4 m/s.S闭合瞬间,导体产生感应电动势,回路中产生感应电流,ab立即受到一个竖直向上的安培力F安B

7、IL0.016 Nmg0.002 N.此时导体ab受到的合力的方向竖直向上,与初速度方向相反,加速度的表达式为ag,所以ab做竖直向下的加速度逐渐减小的减速运动当F安mg时,ab做竖直向下的匀速运动(2)设匀速下落的速度为vm,此时F安mg,即mg,vm0.5 m/s.答案：(1)见解析(2)0.5 m/s能力提升练一、选择题(本题共4小题,每小题6分,共24分)1.如图所示,质量为m的金属环用不可伸长的细线悬挂起来,金属环有一半处于水平且与环面垂直的匀强磁场中,从某时刻开始,磁感应强度均匀减小,则在磁感应强度均匀减小的过程中,关于线的拉力大小,下列说法中正确的是()A大于环重力mg,并逐渐减

8、小B始终等于环重力mgC小于环重力mg,并保持恒定D大于环重力mg,并保持恒定A根据楞次定律知圆环中感应电流的方向为顺时针方向,再由左手定则判断可知圆环所受安培力竖直向下,对圆环受力分析,根据受力平衡有FTmgF安,得FTmg,F安BIL,根据法拉第电磁感应定律知,IS,可知I为恒定电流,联立上式可知B减小,F安减小,则由FTmgF安知FT减小,选项A正确2如图甲,R0为定值电阻,两金属圆环固定在同一绝缘平面内左端连接在一周期为T0的正弦交流电源上,经二极管整流后,通过R0的电流i始终向左,其大小按图乙所示规律变化规定内圆环a端电势高于b端时,a、b间的电压uab为正,下列uabt图像可能正确

9、的是 ()甲乙ABCDC由题图乙知,00.25T0,外圆环电流逐渐增大且逐渐减小,根据安培定则,外圆环内部磁场方向垂直纸面向里,磁场逐渐增强且逐渐减小,根据楞次定律知内圆环a端电势高,所以uab0,根据法拉第电磁感应定律uab知,uab逐渐减小；t0.25T0时,0,所以0,uab0；同理可知0.25T0t0.5T0时,uab0,且|uab|逐渐增大；0.5T0T0内重复00.5T0的变化规律故选项C正确3(多选)如图所示,两根间距为l的光滑平行金属导轨与水平面夹角为,导轨电阻不计,图中虚线下方区域内存在磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直于导轨面向上两质量均为m、长均为l、电阻均为R的金属

10、杆垂直于导轨放置,且与导轨接触良好开始时金属杆ab处在与磁场上边界相距l的位置,金属杆cd处在导轨的最下端,被与导轨垂直的两根小柱挡住现将金属杆ab由静止释放,金属杆ab刚进入磁场便开始做匀速直线运动,已知重力加速度为g,则 ()A金属杆ab进入磁场时的感应电流方向为由b到aB金属杆ab进入磁场时的速度大小为C金属杆ab进入磁场后产生的感应电动势为D金属杆ab进入磁场后金属杆cd对两根小柱的压力大小为零AB由右手定则可知,金属杆ab进入磁场时的感应电流方向为由b到a,A项正确；金属杆下滑进入磁场过程,由动能定理得mglsin mv2,解得v,B项正确；金属杆ab在磁场中做匀速直线运动,有mgs

11、in BIl,其中I,得E,C项错误；金属杆ab进入磁场后在金属杆cd中产生由c到d的电流,由左手定则可知,cd受到沿导轨平面向下的安培力,故cd对两根小柱的压力大小不为零,D项错误4(多选)如图甲所示,abcd是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框,金属线框的质量为m,电阻为R,在金属线框的下方有一匀强磁场区域,MN和PQ是匀强磁场区域的水平边界,并与线框的bc边平行,磁场方向垂直于线框平面向里现使金属线框从MN上方某一高度处由静止开始下落,图乙是金属线框由开始下落到bc刚好运动到匀强磁场PQ边界的vt图像,图中数据均为已知量重力加速度为g,不计空气阻力下列说法正确的是()甲乙A金属线框刚进入

12、磁场时感应电流方向沿adcba方向B磁场的磁感应强度为C金属线框在0t3时间内所产生的热量为mgv1(t2t1)DMN和PQ之间的距离为v1(t2t1)BC根据楞次定律可知,线框刚进入磁场时,感应电流的方向为abcda方向,A项错误；由于bc边进入磁场时线框匀速运动,mg,而线框边长lv1(t2t1),联立可得B,B项正确；金属线框在0t3时间内,只有在t1t2时间内才产生热量,此过程中安培力与重力大小相等,因此所产生的热量为mgv1(t2t1),C项正确；MN和PQ之间的距离为v1(t2t1)(t3t2),D项错误二、非选择题(本题共2小题,共26分)5(10分)如图甲所示,不计电阻的平行金

13、属导轨与水平面成37角放置,导轨间距为L1 m,上端接有电阻R3 ,虚线OO下方是垂直于导轨平面的匀强磁场现将质量m0.1 kg、接入电路的电阻r1 的金属杆ab从OO上方某处垂直导轨由静止释放,杆下滑过程中始终与导轨垂直并保持良好接触,杆下滑过程中的vt图像如图乙所示(sin 370.6,cos 370.8,g取10 m/s2)求：(1)匀强磁场的磁感应强度的大小；(2)金属杆匀速运动过程中R上产生的焦耳热解析：(1)由题图乙得00.1 s内,杆的加速度a m/s25 m/s200.1 s内,由牛顿第二定律有mgsin 37Ffma代入数据得Ff0.1 N01 s后杆匀速运动,有mgsin

14、37FfF安0而F安BILBL解得B2 T.(2)方法一：杆在磁场中下滑0.1 s的过程中,回路中的电流恒定,有I0.25 A,电阻R上产生的热量QRI2Rt J.方法二：金属杆ab在磁场中匀速运动的位移xvt0.05 m金属杆ab下落的高度hxsin 0.03 m由能量守恒有mghQFfx电阻R产生的热量QRQ(mghFfx) J.答案：(1)2 T(2) J6(16分)如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角30的斜面上,导轨电阻不计,间距L0.4 m导轨所在空间被分成区域和,两区域的边界与斜面的交线为MN,中的匀强磁场方向垂直斜面向下,中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁感应强度

15、大小均为B0.5 T在区域中,将质量m10.1 kg,电阻R10.1 的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑然后,在区域中将质量m20.4 kg,电阻R20.1 的光滑导体棒cd置于导轨上,由静止开始下滑cd在滑动过程中始终处于区域的磁场中,ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触,取g10 m/s2.问：(1)cd下滑的过程中,ab中的电流方向；(2)ab刚要向上滑动时,cd的速度v多大；(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,cd滑动的距离x3.8 m,此过程中ab上产生的热量Q是多少解析：(1)由a流向b.(2)开始放置ab刚好不下滑时,ab所受摩擦力为最大静摩擦力,设其为Fmax,有Fmaxm1gsin 设ab刚好要上滑时,cd棒的感应电动势为E,由法拉第电磁感应定律有EBLv 设电路中的感应电流为I,由闭合电路欧姆定律有I 设ab所受安培力为F安,有F安ILB 此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下,由平衡条件有F安m1gsin Fmax 综合式,代入数据解得v5 m/s.(3)设cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为Q总,由能量守恒有m2gxsin Q总m2v2 又QQ总 解得Q1.3 J 答案：(1)由a流向b(2)5 m/s(3)1.3 J