2019年高考物理一輪總復習 第九章 第3講 電磁感應定律的綜合應用課時提能演練 新人教版.doc

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2019年高考物理一輪總復習 第九章 第3講 電磁感應定律的綜合應用課時提能演練 新人教版 一、選擇題(本大題共10小題,每小題7分,共70分。每小題只有一個選項正確) 1.如圖所示是兩個互連的金屬圓環(huán),小金屬環(huán)的電阻是大金屬環(huán)電阻的二分之一,磁場垂直穿過大金屬環(huán)所在區(qū)域。當磁感應強度隨時間均勻變化時,在大環(huán)內產生的感應電動勢為E,則a、b兩點間的電勢差為　(　　) A.E　　　　　　　　　 B.E C.E D.E 【解析】選B。大金屬環(huán)相當于電源,a、b兩點間的電勢差等于路端電壓,而小金屬環(huán)電阻占電路總電阻的,故Uab=E,B正確。 2.一環(huán)形線圈放在勻強磁場中,設第1s內磁感線垂直線圈平面(即垂直于紙面)向里,如圖甲所示。若磁感應強度B隨時間t變化的關系如圖乙所示,那么第3s內線圈中感應電流的大小與其各處所受安培力的方向是　(　　) A.大小恒定,沿順時針方向與圓相切 B.大小恒定,沿著圓半徑指向圓心 C.逐漸增加,沿著圓半徑離開圓心 D.逐漸增加,沿逆時針方向與圓相切 【解析】選B。由題圖乙知,第3 s內磁感應強度B逐漸增大,變化率恒定,故感應電流的大小恒定。再由楞次定律,線圈各處受安培力的方向都使線圈面積有縮小的趨勢,故沿著圓半徑指向圓心,B項正確。 【變式備選】一個閉合線圈固定在垂直紙面的勻強磁場中,設磁場方向向里為磁感應強度B的正方向,線圈中的箭頭為電流I的正方向。線圈及線圈中感應電流I隨時間變化的圖線如圖所示,則磁感應強度B隨時間變化的圖線可能是圖中的 　(　　) 【解析】選C。在線圈中感應電流的方向是順時針為正,由其感應電流的圖像可知線圈中開始的電流是逆時針方向,感應電流的磁場是垂直于紙面向外的,原磁場是向里的(正方向),則原磁場應是加強的,在B -t圖像上的圖線斜率為正值,經過T后,感應電流反向,說明原磁場是正向減弱或負向增強,圖線的斜率為負值,再過T,圖線的斜率為正值。所以C正確,A、B、D錯誤。 3.粗細均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強磁場中,磁場方向垂直于線框平面,其邊界與正方形線框的邊平行?，F使線框以同樣大小的速度沿四個不同方向平移出磁場,如圖所示,則在移出過程中線框一邊a、b兩點間的電勢差絕對值最大的是　(　　) 【解析】選B。本題中在磁場中的線框與速度垂直的邊為切割磁感線產生感應電動勢的電源。四個選項中的感應電動勢大小均相等,回路電阻也相等,因此電路中的電流相等,B中ab兩點間電勢差為路端電壓,為倍的電動勢,而其他選項則為倍的電動勢。故B正確。 4.如圖所示,MN、PQ是間距為L的平行金屬導軌,置于磁感應強度為B,方向垂直導軌所在平面向里的勻強磁場中,M、P間接有一阻值為R的電阻。一根與導軌接觸良好、有效阻值為的金屬導線ab垂直導軌放置,并在水平外力F的作用下以速度v向右勻速運動,則(不計導軌電阻)　(　　) A.通過電阻R的電流方向為P→R→M B.a、b兩點間的電壓為BLv C.a端電勢比b端高 D.外力F做的功等于電阻R上發(fā)出的焦耳熱 【解析】選C。由右手定則可知通過金屬導線的電流由b到a,即通過電阻R的電流方向為M→R→P,A錯誤;金屬導線產生的電動勢為BLv,而a、b兩點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兩點間電壓為BLv,B錯誤;金屬導線可等效為電源,在電源內部,電流從低電勢流向高電勢,所以a端電勢高于b端電勢,C正確;根據能量守恒定律可知,外力做功等于電阻R和金屬導線產生的焦耳熱之和,D錯誤。 5.(xx新課標全國卷Ⅱ)如圖,在光滑水平桌面上有一邊長為L、電阻為R的正方形導線框;在導線框右側有一寬度為d(d>L)的條形勻強磁場區(qū)域,磁場的邊界與導線框的一邊平行,磁場方向豎直向下。導線框以某一初速度向右運動。t=0時導線框的右邊恰與磁場的左邊界重合,隨后導線框進入并通過磁場區(qū)域。下列v-t圖像中,可能正確描述上述過程的是　(　　) 【解題指南】解答本題可按以下思路進行: (1)通過導線框的磁通量變化時,導線框有感應電流,感應電流在磁場中產生安培力阻礙導線框運動; (2)速度變化會導致感應電流變化,受到的安培力也隨之變化,影響到加速度變化。 【解析】選D。導線框開始進入磁場過程,通過導線框的磁通量增大,有感應電流,進而受到與運動方向相反的安培力作用,速度減小,感應電動勢減小,感應電流減小,安培力減小,導線框的加速度減小,v-t圖線的斜率減小;導線框全部進入磁場后,磁通量不變,無感應電流,導線框做勻速直線運動;導線框從磁場中出來過程,有感應電流,又會受到安培力阻礙作用,速度減小,加速度減小。選項A表示勻速運動,不符合題意;選項B表示先勻減速再勻速最后勻減速,也不符合題意,選項C表示加速度減小的減速運動,不符合題意,正確選項為D。 6.如圖所示,等腰三角形內分布有垂直于紙面向外的勻強磁場,它的底邊在x軸上且長為2L,高為L。紙面內一邊長為L的正方形導線框沿x軸正方向做勻速直線運動穿過勻強磁場區(qū)域,在t=0時刻恰好位于圖中所示的位置。以順時針方向為導線框中電流的正方向,在下面四幅圖中能夠正確表示電流—位移(I-x)關系的是　(　　) 【解析】選C。線框勻速穿過L的過程中,有效長度l均勻增加,由E=Blv知,電動勢隨位移均勻變大,x=L處電動勢最大,電流I最大;從x=L至x=1.5L過程中,框架兩邊都切割磁感線,總電動勢減小,電流減小;從x=1.5L至x=2L,左邊框切割磁感線產生感應電動勢大于右邊框,故電流反向且增大;x=2L至x=3L過程中,只有左邊框切割磁感線,有效長度l減小,電流減小。綜上所述,只有C項符合題意。 7.兩根平行的長直金屬導軌,其電阻不計,導線ab、cd跨在導軌上且與導軌接觸良好,如圖所示,ab的電阻大于cd的電阻,當cd在外力F1(大小)的作用下,勻速向右運動時,ab在外力F2(大小)的作用下保持靜止,那么在不計摩擦力的情況下(Uab、Ucd是導線與導軌接觸間的電勢差)　(　　) A.F1>F2,Uab>Ucd B.F1Ucd D.F1=F2,Uab=Ucd 【解析】選D。通過兩導線電流強度一樣,兩導線都處于平衡狀態(tài),則F1=BIL,F2=BIL,所以F1=F2,A、B錯誤;Uab=IRab,這里cd導線相當于電源,所以Ucd是路端電壓,Ucd=IRab,即Uab=Ucd,故C錯誤,D正確。 8.(xx新課標全國卷)如圖,一載流長直導線和一矩形導線框固定在同一平面內,線框在長直導線右側,且其長邊與長直導線平行。已知在t=0到t=t1的時間間隔內,直導線中電流i發(fā)生某種變化,而線框中的感應電流總是沿順時針方向;線框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。設電流i正方向與圖中箭頭所示方向相同,則i隨時間t變化的圖線可能是　(　　) 【解題指南】解答本題可按以下思路分析: 【解析】選A。分析A圖,如圖甲所示,在0～t′1時間內,直導線中的電流在線框處產生的磁場方向垂直于紙面向里,由楞次定律可知此過程中線框中的感應電流方向為順時針方向,由左手定則可判斷出線框的左邊所受安培力較大,方向向左,線框的右邊所受安培力較小,方向向右,線框所受合力方向向左,如圖乙所示。在t′1～t1時間內,直導線中的電流在線框處產生的磁場方向垂直于紙面向外,由楞次定律可知此過程中線框中的感應電流方向為順時針方向,由左手定則可判斷出線框的左邊所受安培力較大,方向向右,線框的右邊所受安培力較小,方向向左,線框所受合力方向向右,如圖丙所示。故選項A正確,B、C、D錯誤。 9.如圖所示,兩根相距為L的平行直導軌ab、cd,b、d間連有一固定電阻R,導軌電阻可忽略不計。MN為放在ab和cd上的一導體桿,與ab垂直,其電阻也為R。整個裝置處于勻強磁場中,磁感應強度的大小為B,磁場方向垂直于導軌所在平面(指向紙面內)。現對MN施力使它沿導軌方向以速度v(如圖)做勻速運動。用U表示MN兩端電壓的大小,則下列說法中正確的是　(　　) A.U=BLv B.U=BLv C.U=BLv D.U=2BLv 【解析】選A。導體桿向右做勻速直線運動產生的感應電動勢為E=BLv,由于R和導體桿形成串聯(lián)電路,則MN間的電壓U=IR=R==BLv,故A對,B、C、D錯。 10.(xx廈門模擬)在邊長為L的等邊三角形區(qū)域abc內存在著垂直紙面向外的勻強磁場,一個邊長也為L的等邊三角形導線框def在紙面上以某一速度向右勻速運動,底邊ef始終與磁場的底邊界bc在同一直線上,如圖所示。取沿順時針的電流為正,在線框通過磁場的過程中,其感應電流隨時間變化的圖像是 　(　　) 【解析】選B。線框進入磁場后,切割的有效長度為L=vttan60;切割產生的感應電動勢為E=BLv=Bv2ttan60,所以感應電流為I=,從開始進入磁場到d與a重合之前,電流與t是成正比的,由楞次定律判得線框中的電流方向是順時針的,此后線框切割的有效長度均勻減小,電流隨時間變化仍然是線性關系,由楞次定律判得線框中的電流方向是逆時針的,綜合以上分析可得B正確,A、C、D錯誤。 【總結提升】圖形、圖像問題的“三會” 圖形、圖像能形象地顯示各物理量之間的函數關系,是研究物理問題的一把金鑰匙。應用圖像法解題應做到“三會”: (1)會識圖:認識圖像,理解圖像的物理意義; (2)會作圖:依據物理現象、物理過程、物理規(guī)律作出圖像,且能對圖像進行變形或轉換; (3)會用圖:能用圖像分析實驗,用圖像描述復雜的物理過程,用圖像法來解決物理問題。 二、非選擇題(本大題共2小題,共30分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數值計算的要注明單位) 11.(14分)勻強磁場的磁感應強度B=0.2T,磁場寬度L=3m,一正方形金屬框邊長ab=l=1m,每邊電阻r=0.2Ω,金屬框以v=10m/s的速度勻速穿過磁場區(qū),其平面始終保持與磁感線方向垂直,如圖所示。 (1)畫出金屬框穿過磁場區(qū)的過程中,金屬框內感應電流的I -t圖線; (2)畫出ab兩端電壓的U -t圖線。 【解析】(1)金屬框進入磁場區(qū)時,E1=Blv=2V (1分) I1==2.5A,　 (1分) 由楞次定律可以判斷,電流的方向為逆時針方向, 如圖甲中實線框abcd所示,感應電流持續(xù)的時間 t1==0.1s (1分) 金屬框全部進入磁場區(qū)后:E2=0,I2=0, 無電流的時間t2==0.2s 金屬框穿出磁場區(qū)時,E3=Blv=2V,I3==2.5A,電流的方向為順時針方向,如圖甲中虛線框abcd所示,規(guī)定電流方向逆時針為正,故I -t圖線如圖乙所示。(3分) 　 (2分) (2)金屬框進入磁場區(qū)時,ab兩端電壓 U1=I1r=0.5V 金屬框全部進入磁場區(qū)后,ab兩端電壓 U2=Blv=2V 金屬框穿出磁場區(qū)時, ab兩端電壓U3=E3-I3r=1.5V 由此得U -t圖線如圖丙所示?！? (3分) 　　　 　(3分) 答案:見解析 12.(能力挑戰(zhàn)題)(xx龍巖模擬)(16分)如圖所示,足夠長的光滑斜面與水平面的夾角為θ=30,空間中自上而下依次分布著垂直斜面向下的勻強磁場區(qū)域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,相鄰兩個磁場的間距均為d=0.5m。一邊長L=0.1m、質量m=0.5kg、電阻R=0.3Ω的正方形導線框放在斜面的頂端,導線框的下邊距離磁場Ⅰ的上邊界為d0=0.9m。將導線框由靜止釋放,導線框勻速穿過每個磁場區(qū)域。已知重力加速度g=10m/s2,求: (1)導線框進入磁場Ⅰ時的速度; (2)磁場Ⅰ的磁感應強度B1; (3)導線框穿過全部磁場區(qū)域過程中產生的總焦耳熱。 【解析】(1)線框從靜止開始運動至剛進入磁場Ⅰ時,以線框為研究對象,由動能定理有: mgsinθd0=m-0　 ①(2分) 代入數據解得:v1=3m/s ②(2分) (2)線框在磁場Ⅰ中勻速運動,由法拉第電磁感應定律:E1=B1Lv1　 ③(1分) 由閉合電路歐姆定律:I1=　 ④(1分) 線框受到安培力:F1=B1I1L　 ⑤(1分) 由平衡條件有:mgsinθ-F1=0　 ⑥(2分) 代入數據解得:B1=5T ⑦(2分) (3)因導線框勻速穿過每個磁場區(qū)域,故對穿過任意一個磁場區(qū)域過程有: mgsinθ2L-WA=0　 ⑧(2分) 又穿過任意一個磁場區(qū)域過程安培力所做的負功全部轉化為線框的焦耳熱,所以全程產生的總焦耳熱: Q=3WA　 ⑨(2分) 代入數據解得:Q=1.5J (1分) 答案:(1)3m/s　(2)5T　(3)1.5J