《2019版高考物理江苏专版二轮复习检测：专题四·第三讲 电磁感应综合问题——课前自测诊断卷 Word版含解析.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019版高考物理江苏专版二轮复习检测：专题四·第三讲 电磁感应综合问题——课前自测诊断卷 Word版含解析.pdf（6页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、专题四第三讲专题四第三讲 电磁感应综合问题课前自测诊断卷电磁感应综合问题课前自测诊断卷 考点一考点一电磁感应中的电路问题电磁感应中的电路问题 1.考查感应电动势与路端电压的关系考查感应电动势与路端电压的关系 如图所示，在竖直平面内有一金属环，环半径为如图所示，在竖直平面内有一金属环，环半径为 0.5 m，金属环总电 阻为 ，金属环总电 阻为 2 ，在整个竖直平面内存在垂直纸面向里的匀强磁场， 磁感应强度 为 ，在整个竖直平面内存在垂直纸面向里的匀强磁场， 磁感应强度 为 B1 T，在环的最高点上方，在环的最高点上方 A 点用铰链连接一长度为点用铰链连接一长度为 1.5 m，电阻为，电阻为 3
2、的导体棒的导体棒 AB， 当导体棒， 当导体棒 AB 摆到竖直位置时，导体棒摆到竖直位置时，导体棒 B 端的速度为端的速度为 3 m/s 且到达金属环最低点。已知导体棒下摆过程中紧贴环面且与金属环有良好接触，则导 体棒 且到达金属环最低点。已知导体棒下摆过程中紧贴环面且与金属环有良好接触，则导 体棒 AB 摆到竖直位置时摆到竖直位置时 AB 两端的电压大小为两端的电压大小为( ) A0.4 V B0.65 V C2.25 VD4.5 V 解析：选解析：选 B 当导体棒摆到竖直位置时， 当导体棒摆到竖直位置时， 由由 vr 可得：可得：C 点的速度为点的速度为 vC vB 3 m/s1 m/s
3、1 3 1 3 AC 间电压为间电压为 UACEACBLAC10.5 V0.25 V vC 2 1 2 CB 段产生的感应电动势为段产生的感应电动势为 ECBBLCB11 V2 V vCvB 2 1 3 2 圆环两侧并联，电阻为圆环两侧并联，电阻为 R 0.5 ， 1 2 导体棒导体棒 CB 段的电阻为段的电阻为 r2 则则 CB 间电压为间电压为 UCBECB2 V0.4 V R r R 0.5 0.5 2 故故 AB 两端的电压大小为两端的电压大小为 UABUACUCB0.25 V0.4 V0.65 V。 故选故选 B。 2考查电磁感应中的导线框电路问题考查电磁感应中的导线框电路问题 如图
4、，匀强磁场水平边界的上方如图，匀强磁场水平边界的上方 h5 m 处有一个边长处有一个边长 L1 m 的正 方形导线框从静止开始下落。 已知线框质量 的正 方形导线框从静止开始下落。 已知线框质量 m1 kg， 电阻为， 电阻为 R10 ， 磁 感应强度为 ， 磁 感应强度为 B1 T。当线框的。当线框的 cd 边刚进入磁场时边刚进入磁场时(g 取取 10 m/s2)： (1)求线框中产生的感应电动势大小；求线框中产生的感应电动势大小； (2)求求 cd 两点间的电势差大小；两点间的电势差大小； (3)若线框此时加速度等于若线框此时加速度等于 0，则线框电阻应该变为多少？，则线框电阻应该变为多少
5、？ 解析：解析：(1)cd 边刚进入磁场时，线框速度：边刚进入磁场时，线框速度：v 2gh 线框中产生的感应电动势：线框中产生的感应电动势： EBLvBL10 V。2gh (2)此时线框中电流：此时线框中电流：IE R cd 切割磁感线相当于电源，切割磁感线相当于电源，cd 两点间的电势差即路端电压：两点间的电势差即路端电压：UI R7.5 V。 3 4 (3)安培力安培力 FBILB 2L2 2gh R 根据牛顿第二定律：根据牛顿第二定律：mgFma 由由 a0，解得电阻，解得电阻 R1 。 B2L22gh mg 答案：答案：(1)10 V (2)7.5 V (3)1 考点二考点二电磁感应中
6、的动力学问题电磁感应中的动力学问题 3.考查感生与动生中导体棒的运动考查感生与动生中导体棒的运动 近期大功率储能技术受到媒体的广泛关注，其中飞轮储能是 热点之一。为说明某种飞轮储能的基本原理，将模型简化为如图 所示，光滑的 近期大功率储能技术受到媒体的广泛关注，其中飞轮储能是 热点之一。为说明某种飞轮储能的基本原理，将模型简化为如图 所示，光滑的型导轨水平放置，电阻不计，长度足够。轨道平 行部分间距为 型导轨水平放置，电阻不计，长度足够。轨道平 行部分间距为 L1 m，导轨上静止放置有长度也为，导轨上静止放置有长度也为 L、质量为、质量为 m100 kg、电阻为、电阻为 R10.1 的导体棒的
7、导体棒 AB。导轨间虚线框区域有垂直轨道平面向上的均匀变化磁场，虚线框右侧区域 有垂直轨道平面向下的匀强磁场，磁感应强度为 。导轨间虚线框区域有垂直轨道平面向上的均匀变化磁场，虚线框右侧区域 有垂直轨道平面向下的匀强磁场，磁感应强度为 B10 T。图中开关。图中开关 S 接接 a，经过足够长时 间，棒 ，经过足够长时 间，棒 AB 向右匀速运动，速度为向右匀速运动，速度为 v100 m/s，然后若将开关，然后若将开关 S 接接 b，棒，棒 AB 可作为电源对 电阻 可作为电源对 电阻 R2供电，电阻供电，电阻 R20.9 。 (1)开关开关 S 接接 a，棒，棒 AB 匀速运动时，虚线框中的磁
8、场磁通量每秒钟变化多少？匀速运动时，虚线框中的磁场磁通量每秒钟变化多少？ (2)求开关求开关 S 接接 b 的瞬间棒的瞬间棒 AB 加速度的大小。加速度的大小。 (3)求开关求开关 S 接接 b 后后 R2产生的总热量 Q。产生的总热量 Q。 解析：解析：(1)棒棒 AB 匀速运动时加速度为零，安培力为零，电流为零，磁通量不变，所以虚线 框中磁场每秒增加 匀速运动时加速度为零，安培力为零，电流为零，磁通量不变，所以虚线 框中磁场每秒增加 BLvt1 000 Wb。 (2)棒棒 AB 产生的电动势产生的电动势 EBLv1 000 V， 电路中产生的电流电路中产生的电流 I1 000 A， E R
9、1R2 故受到的安培力为故受到的安培力为 FBIL1104 N， 根据牛顿第二定律可得根据牛顿第二定律可得 a 100 m/s2。 F m (3)棒的动能全部转化为电热，故 Q棒的动能全部转化为电热，故 Q总 总 mv25105 J， 1 2 电阻电阻 R2上产生的电热为 QQ上产生的电热为 QQ总 总 4.5105 J。 R2 R1R2 答案：答案：(1)1 000 Wb (2)100 m/s2 (3)4.5105 J 4.考查电磁感应中线框的动力学问题考查电磁感应中线框的动力学问题 如图所示， 光滑斜面的倾角如图所示， 光滑斜面的倾角 30 ， 在斜面上放置一矩形线框 ， 在斜面上放置一矩
10、形线框 abcd， ab 边的边长边的边长 l11 m， bc 边的边长边的边长 l20.6 m，线框的质量，线框的质量 m1 kg，电阻，电阻 R0.1 。线框通过细线与重物相连，重 物质量 。线框通过细线与重物相连，重 物质量 M2 kg， 斜面上， 斜面上 ef 线线(efgh)的上方有垂直斜面向上的匀强磁场， 磁感应强度的上方有垂直斜面向上的匀强磁场， 磁感应强度 B0. 5 T。如果线框从静止开始运动，进入磁场最初一段时间是匀速的，。如果线框从静止开始运动，进入磁场最初一段时间是匀速的，ef 线和线和 gh 的距离的距离 s11.4 m(取取 g10 m/s2)，求：，求： (1)线
11、框进入磁场前重物线框进入磁场前重物 M 加速度的大小；加速度的大小； (2)线框进入磁场时匀速运动速度线框进入磁场时匀速运动速度 v 的大小。的大小。 解析：解析：(1)线框进入磁场前，线框受到重力、细线的拉力线框进入磁场前，线框受到重力、细线的拉力 T1、斜面的支持力，重物、斜面的支持力，重物 M 受到重 力和拉力 受到重 力和拉力 T1。 对线框由牛顿第二定律得对线框由牛顿第二定律得 T1mgsin ma 对重物对重物 MgT1Ma 由牛顿第三定律得由牛顿第三定律得 T1T1 联立解得线框进入磁场前重物联立解得线框进入磁场前重物 M 的加速度的加速度 a5 m/s2。 Mgmgsin M
12、m (2)因为线框进入磁场的最初一段时间做匀速运动，所以重物受力平衡：因为线框进入磁场的最初一段时间做匀速运动，所以重物受力平衡：MgT2 线框受力平衡：线框受力平衡：T2mgsin BIl1 由牛顿第三定律得由牛顿第三定律得 T2T2， ab 边进入磁场切割磁感线，产生的电动势边进入磁场切割磁感线，产生的电动势 EBl1v 线框中的电流线框中的电流 I E R Bl1v R 联立上述各式得联立上述各式得 Mgmgsin ， B2l12v R 代入数据解得代入数据解得 v6 m/s。 答案：答案：(1)5 m/s2 (2)6 m/s 考点三考点三电磁感应中的能量问题电磁感应中的能量问题 5.考
13、查圆形磁场的电磁感应现象问题考查圆形磁场的电磁感应现象问题 如图所示，粗糙斜面的倾角如图所示，粗糙斜面的倾角 37 ，半径 ，半径 r0.5 m 的圆形区域内存在着垂直于斜面向下的 匀强磁场。一个匝数 的圆形区域内存在着垂直于斜面向下的 匀强磁场。一个匝数 n10 匝的刚性正方形线框匝的刚性正方形线框 abcd，通过松弛的柔软导线与一个额定功 率 ，通过松弛的柔软导线与一个额定功 率 P1.25 W 的小灯泡的小灯泡 A 相连，圆形磁场的一条直径恰好与线框相连，圆形磁场的一条直径恰好与线框 bc 边重合。 已知线框总质 量 边重合。 已知线框总质 量 m2 kg，总电阻，总电阻 R01.25
14、，边长，边长 L2r，与斜面间的动摩擦因数，与斜面间的动摩擦因数 0.5。从。从 t0 时起， 磁场的磁感应强度按 时起， 磁场的磁感应强度按 B2 t(T)的规律变化。开始时线框静止在斜面上，在线框运动前，的规律变化。开始时线框静止在斜面上，在线框运动前， 2 灯泡始终正常发光。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求 ：灯泡始终正常发光。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求 ： (g 取取 10 m/s2，sin 37 0.6，cos 37 0.8， 取取 3.2) (1)线框不动时，回路中的感应电动势线框不动时，回路中的感应电动势 E； (2)小灯泡正常发光时的电阻小灯泡正常发光时的电阻 R； (3
15、)线框保持不动的时间内，小灯泡产生的热量 Q。线框保持不动的时间内，小灯泡产生的热量 Q。 解析：解析：(1)由法拉第电磁感应定律有：由法拉第电磁感应定律有：En， t 得：得：En r210 0.52 V2.5 V。 B t 1 2 2 1 2 (2)小灯泡正常发光，有：小灯泡正常发光，有：PI2R， 由闭合电路欧姆定律有：由闭合电路欧姆定律有：EI(R0R)， 即有：即有：P 2R， ， ( ( E R0R) ) 代入数据解得：代入数据解得：R1.25 ，I1 A。 (3)对线框对线框 bc 边处于磁场中的部分受力分析如图，当线框恰好要运动时，磁场 的磁感应强度大小为 边处于磁场中的部分受
16、力分析如图，当线框恰好要运动时，磁场 的磁感应强度大小为 B，由力的平衡条件有：，由力的平衡条件有： mgsin F安 安 fF安 安 mgcos F安 安 nBI2r， 由以上分析解得线框刚要运动时，磁场的磁感应强度大小为由以上分析解得线框刚要运动时，磁场的磁感应强度大小为 B0.4 T 代入代入 B2 t(T)可求出线框在斜面上可保持静止的时间可求出线框在斜面上可保持静止的时间 t s s， 2 1.6 2 4 5 小灯泡产生的热量为 Q小灯泡产生的热量为 QPt1.25 J3.2 J。 4 5 答案：答案：(1)2.5 V (2)1.25 (3)3.2 J 6.考查导体在变化的磁场中运动
17、问题考查导体在变化的磁场中运动问题 如图甲所示，平行光滑金属导轨水平放置，两导轨相距如图甲所示，平行光滑金属导轨水平放置，两导轨相距 L0.4 m，导轨一端与阻值，导轨一端与阻值 R0.3 的电阻相连，导轨电阻不计。导轨的电阻相连，导轨电阻不计。导轨 x0 一侧存在沿一侧存在沿 x 轴正方向均匀增大的恒定磁场，其 方向与导轨平面垂直向下，磁感应强度 轴正方向均匀增大的恒定磁场，其 方向与导轨平面垂直向下，磁感应强度 B 随位置随位置 x 变化如图乙所示。一根质量变化如图乙所示。一根质量 m0.2 kg、 电阻 、 电阻 r0.1 的金属棒置于导轨上， 并与导轨垂直， 棒在外力的金属棒置于导轨上
18、， 并与导轨垂直， 棒在外力 F 作用下从作用下从 x0 处以初速度处以初速度 v0 2 m/s 沿导轨向右变速运动，且金属棒在运动过程中受到的安培力大小不变。求：沿导轨向右变速运动，且金属棒在运动过程中受到的安培力大小不变。求： (1)金属棒在金属棒在 x1 m 处速度的大小；处速度的大小； (2)金属棒从金属棒从 x0 运动到运动到 x1 m 过程中，外力过程中，外力 F 所做的功；所做的功； (3)金属棒从金属棒从 x0 运动到运动到 x2 m 过程中，流过金属棒的电荷量。过程中，流过金属棒的电荷量。 解析 ：解析 ： (1)根据题意可知金属棒所受的安培力大小不变，根据题意可知金属棒所受
19、的安培力大小不变， x0 处与处与 x1 m 处安培力大小相等，处安培力大小相等， 有，有， B02L2v0 R r B12L2v1 R r 即即 v1v02 m/s0.5 m/s。 B02 B12 0.52 12 (2)金属棒在金属棒在 x0 处的安培力大小为：处的安培力大小为： F安 安 N0.2 N B02L2v0 R r 0.52 0.42 2 0.4 对金属棒从对金属棒从 x0 运动到运动到 x1 m 过程中，根据动能定理有：过程中，根据动能定理有： WFF安 安x mv12 mv02 1 2 1 2 代入数据解得：代入数据解得：WF0.175 J。 (3)流过金属棒的电荷量流过金属
20、棒的电荷量 q ttI t R r R r BxL R r x0 到到 x2 m 过程中，过程中，Bx 图像包围的面积：图像包围的面积： Bx22， 0.51.5 2 解得解得 q C2 C。 R r 2 0.4 0.4 答案：答案：(1)0.5 m/s (2)0.175 J (3)2 C 7.考查导体棒在线框上运动问题考查导体棒在线框上运动问题 如图甲所示，“如图甲所示，“”形线框竖直放置，电阻不计。匀强磁场方向与线框平面垂直，一 个质量为 ”形线框竖直放置，电阻不计。匀强磁场方向与线框平面垂直，一 个质量为 m、阻值为、阻值为 R 的光滑导体棒的光滑导体棒 AB，紧贴线框下滑，所达到的最大
21、速度为，紧贴线框下滑，所达到的最大速度为 v。现将该 线框和磁场同时旋转一个角度放置在倾角为 。现将该 线框和磁场同时旋转一个角度放置在倾角为 的斜面上，如图乙所示。的斜面上，如图乙所示。 (1)在斜面上导体棒由静止释放，在下滑过程中，线框一直处于静止状态，求导体棒最 大速度的大小； 在斜面上导体棒由静止释放，在下滑过程中，线框一直处于静止状态，求导体棒最 大速度的大小； (2)导体棒在下滑过程中线框保持静止，求线框与斜面之间的动摩擦因数导体棒在下滑过程中线框保持静止，求线框与斜面之间的动摩擦因数 所满足的条 件 所满足的条 件(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)； (
22、3)现用一个恒力现用一个恒力 F2mgsin 沿斜面向上由静止开始拉导体棒，通过距离沿斜面向上由静止开始拉导体棒，通过距离 s 时导体棒 已经做匀速运动，线框保持不动，求此过程中导体棒上产生的焦耳热。 时导体棒 已经做匀速运动，线框保持不动，求此过程中导体棒上产生的焦耳热。 解析：解析：(1)导体棒受到的安培力导体棒受到的安培力 FBIL， B2L2v R 线框竖直放置时，由平衡条件得：线框竖直放置时，由平衡条件得：mg， B2L2v R 线框在斜面上时，由平衡条件得线框在斜面上时，由平衡条件得 mgsin ， B2L2v R 解得解得 vvsin 。 (2)设线框质量为设线框质量为 M，当，当 AB 棒速度最大时，线框受到沿斜面向下的安培力最大，要使 线框静止不动，需要满足 棒速度最大时，线框受到沿斜面向下的安培力最大，要使 线框静止不动，需要满足 Mgsin mgsin (Mm)gcos ，解得：，解得：tan 。 (3)当导体棒匀速运动时，由平衡条件得当导体棒匀速运动时，由平衡条件得 Fmgsin ， B2L2v R 由能量守恒定律得由能量守恒定律得 Fsmgssin mv2Q，Q， 1 2 解得：Q解得：Qmgssin mv2sin2。 1 2 答案：答案：(1)vsin (2)tan (3)mgssin mv2sin2 1 2