高三物理一轮复习电磁感应经典练习(含答案).pdf

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1、2010 届高三物理一轮复习 电磁感应经典练习（含答案） 1绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上，铁芯上套着一个铝环，线圈与 电源、电键相连，如图所示线圈上端与电源 正极相连，闭合电键的瞬间，铝环向上跳 起若保持电键闭合，则（） A铝环不断升高 B 铝环停留在某一高度 C铝环跳起到某一高度后将回落 D如果电源的正、负极对调，观察到的现象不变 2如图所示，矩形闭台线圈放置在水平薄板上，有一块蹄形磁铁如图 所示置于平板的正下方( 磁极间距略大于矩形线圈的宽度)当磁铁匀速 向右通过线圈时，线圈仍静止不动，那么线圈受到薄扳的摩擦力方向 和线圈中产生感应电流的方向( 从上向下看 )是 （） A摩擦力方向一直向

2、左 B摩擦力方向先向左、后向或右 C感应电流的方向顺时针逆时针逆时针顺时针 D感应电流的方向顺时针逆时针 3如图所示，A为水平放置的橡胶圆盘，在其侧面带有负电荷Q ，在 A 正上方用丝线悬挂一个金属圆环B（丝线未画出），使 B 的环面在水 平面上与圆盘平行， 其轴线与橡胶盘A的轴线 O1O2重合。现使橡胶盘 A 线圈 铁芯 铝 电源 由静止开始绕其轴线O1O2按图中箭头方向加速转动，则（） A金属圆环 B有扩大半径的趋势，丝线受到拉力增大 B金属圆环 B有缩小半径的趋势，丝线受到拉力减小 C金属圆环 B有扩大半径的趋势，丝线受到拉力减小 D金属圆环 B有缩小半径的趋势，丝线受到拉力增大 4如图

3、所示，一矩形线框竖直向上进入有水平边 界的匀强磁场，磁场方向垂直纸 面向里，线框在磁场中运动时只受重力和磁场力，线框平面始终与 磁场方向垂直。向上经过图中1、2、3 位置时的速率按时间依次为v1、 v2、v3，向下经过图中 2、1 位置时的速率按时间依次为v4、v5，下列说 法中一定正确的是（） Av1v2 Bv2v3 C v2v4 Dv4v5 5如图所示 , 两光滑平行导轨水平放置在匀强磁场中, 磁场垂直导轨所 在平面, 金属棒 ab可沿导轨自由滑动 . 导轨一端连接一个定值电阻 R,导 轨电阻可忽略不计 . 现将金属棒沿导轨由 静止向右拉 . 若保持拉力恒定, 当速度为 v 时, 加 速度

4、为 1 a , 最终 以速度 2v 做匀速运动 ; 若保持拉力的功率恒定 , 当 速度为 v时, 加速度为 2 a , 最终也以速度 2v 做匀速运动 ,则( ) 1 2 3 v1 v2 v3 v4 v5 B a b c d e f F r A. 21 aa= B. 21 a2a= C. 21 a3a= D. 21 a4a= 6如图所示 , 平行导轨水平放置, 匀强磁场的 方向垂直于导轨平面 , 两金属棒 a、b和轨道组成闭合电路 , 用水平恒 力 F向右拉 a, 使a、b分别以 a v 和 b v 的速度向右匀速运动 , 若a棒与轨道 间的滑动摩擦力为 f, 则回路中感应电流的功率为( )

5、A. a Fv B. b Fv C. a (Ff ) v D. ab (Ff ) (vv ) 7如图所示，足够长的光滑平行金属导轨cd 和 ef ，水平放置且相距 L，在其左端各固定一个半径为r 的四分之三金属光滑圆环，两圆环面 平行且竖直。在水平导轨和圆环上各有一根与导轨垂直的金属杆，两 金属杆与水平导轨、 金属圆环形成闭合回路， 两金属杆质量均为m ，电 阻均为 R ，其余电阻不计。整个装置放在磁感应强度大小为B、方向竖 直向上的匀强磁场中。当用水平向右的恒力F= 3mg拉细杆 a，达到匀 速运动时，杆 b 恰好静止在圆环上某处，试求： （1）杆 a 做匀速运动时，回路中的感应电流； （2

6、）杆 a 做匀速运动时的速度； （3） 杆 b 静止的位置距圆环最低点的 高度。 8如图所示，竖直放置的光滑平行金属导轨MN 、PQ相距 L，在 M点和 P点间接一个阻值为R的电阻，在两导轨间 OO1O1O 矩形区域内有 垂直导轨平面向里、 宽为 d 的匀强磁场， 磁感应强度为 B一质量为 m ， 电阻为 r 的导体棒 ab 垂直搁在导轨上， 与磁场 上边边界相距 d0现使 ab 棒由静止开始释放， 棒 ab 在离开磁场前已经做匀速直线运动 （棒 ab 与导轨始终保持良好的电接触且下落过程中始 终保持水平，导轨电阻不计） 求： （1）棒 ab 在离开磁场下边界时的速度； （2）棒 ab 在通过

7、磁场区的过程中产生的焦耳 热； （3）试分析讨论 ab 棒在磁场中可能出现的运动情况。 9如图甲所示的轮轴 , 它可以绕垂直于纸 面的光滑固定水平轴O 转动. 轮上绕有轻 质柔软细线 , 线的一端系一重物, 另一端系一质量为 m的金属杆 . 在竖 直平面内有间距为L 的足够长的平行金属导轨PO 、EF,在 QF之间连接 R P M a b d0 d o o o1 o1 B Q N 有阻值为 R 的电阻, 其余电阻不计 . 磁感应强度为B 的匀强磁场与导轨 平面垂直 . 开始时金属杆置于导轨下端, 将重物由静止释放, 重物最终 能匀速下降 . 运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好, 忽略所有

8、 摩擦。 (1) 若重物的质量为 M,则重物匀速下降的速度 v 为多大 ? (2) 对一定的磁感应强度B,重物的质量 M取不同的值 , 测出相应的 重物做匀速运动时的速度, 可得出 vM- 实验图线 . 图乙中画出了磁感应 强度分别为 1 B 和 2 B 时的两条实验图线, 试根据实验结果计算 1 B 与 2 B 的 比值。 10如图所示，两足够长平行光滑的金属导轨MN 、PQ相距为 L，导轨 平面与水平面夹角=30，导轨电阻不计 磁感应强度为 B的匀强磁 场垂直导轨平面向上，长为L 的金属棒 ab 垂直于 MN 、PQ放置在导轨 上，且始终与导轨电接触良好，金属棒的质量为m 、电阻为 R两金

9、属 导轨的上端连接右端电路，灯泡的电阻RL=4R ，定值电阻R1=2R ，电阻 箱电阻调到使 R2=12R ， 重力加速度为 g， 现将金属棒由静止释放， 试求： （1）金属棒下滑的最大速度为多大？ （2）R2为何值时，其消耗的功率最大？消耗的最大功率为多少？ M P Q B a N b R2 R1 S RL 11如图甲所示，水平面上的两光滑金属导轨平行固定放置，间距d 0.5 m，电阻不计，左端通过导线与阻值R 2 的电阻连接，右端 通过导线与阻值 RL 4 的小灯泡 L 连接在 CDEF 矩形区域内有竖直 向上的匀强磁场， CE长 l =2 m ，有一阻值 r =2 的金属棒 PQ放置在

10、靠近磁场边界 CD处 CDEF 区域内磁场的磁感应强度B随时间变化如图 乙所示在 t 0 至 t 4s 内，金属棒 PQ保持静止，在 t 4s 时使金 属棒 PQ以某一速度进入磁场区域并保持匀速运动已知从t0 开始 到金属棒运动到磁场边界EF处的整个过程中， 小灯泡的亮度没有发生 变化，求： （1）通过小灯泡的电流 （2）金属棒 PQ在磁场区域中运动的速度大小 2 TB 0 4812 st / 图乙 RL P Q C D E F 图甲 d 12两根相距为L 的足够长的金属直角导轨如图所示放置，它们各有 一边在同一水平面内， 另一边直于水平面。 质量均为 m的金属细杆 ab、 cd 与导轨垂直接

11、触形成闭合回路， 杆与水平和竖直导轨之间有相同的动摩擦因数，导 轨电阻不计，回路总电阻为2R。整个装置处于磁 感应强度大小为 B， 方向竖直向上的匀强磁场中。当 ab 杆在平行于水平导轨的拉力作用下沿导轨匀速 运动时， cd 杆也正好以某一速度向下做匀速运动。 设运动过程中金属细杆ab、cd 与导轨接触良好， 重力加速度为 g。求： (1)ab杆匀速运动的速度v1； (2)ab杆所受拉力 F； (3)若测得 cd 杆匀速运动的速度为v2，则在 cd 杆向下运动路程为 h 过程中，整个回路 中产生的焦耳热为多少 ? 13如图所示， abcd 为质量 M=2 kg 的导轨，放在光滑绝缘的水平面上，

12、另有一根重量m=0.6 kg 的金属 棒 PQ平行于 bc 放在水平导轨上，PQ棒左边靠着绝缘的竖直立柱ef （竖 直立柱光滑，且固定不动） ，导轨处于匀强磁场中，磁场以cd 为界， 左侧的磁场方向竖直向上，右侧的磁场方向水平向右，磁感应强度B 大小都为 0.8 T. 导轨的 bc 段长 L=0.5 m，其电阻 r=0.4 ，金属棒 PQ 的电阻 R=0.2 ，其余电阻均可不计. 金属棒与导轨间的动摩擦因数 =0.2. 若在导轨上作用一个方向向左、大小为F=2 N 的水平拉力，设 导轨足够长，重力加速度g 取 10 m/s 2，试求： （1）导轨运动的最大加速度； （2）导轨的最大速度； （3

13、）定性画出回路中感应电流随时间变化的图线。 14光滑的平行金属导轨长L=2.0m，两导轨间距离 d=0.5m，导轨 平面与水平面的夹角为 30 ，导轨上端接一阻值为R=0.5的电阻， 其余电阻不计，轨道所在空间有垂直轨道平面的匀强磁场，磁感应强 度 B=1T ，如图所示。有一不计电阻、质量为m=0.5kg的金属棒 ab，放 在导轨最上端且与导轨垂直。当金属棒 ab 由静止开始自由下滑到底端 脱离轨道的过程中， 电阻 R上产生的热量为 Q=1J ，g=10m/s 2，则： （1）指出金属棒 ab 中感应电流的方向。 （2）棒在下滑的过程中达到的最大速度是 多少？ （3）当棒的速度为 v=2 ms

14、 时，它的加速度是多大 答案： 1 【解析】若保持电键闭合，磁通量不变，感应电流消失，所以铝环 跳起到某一高度后将回落；正、负极对调，同样磁通量增加，由楞次 定律，铝环向上跳起 【答案】 CD 2 【解析】是楞次定律可以判断选项AC正确 【答案】 AC 3 【解析】橡胶盘A 在加速转动时，产生的磁场在不断增加，穿过B 的磁通量不断增加，根据楞次定律可知B正确。 【答案】 B 4 【解析】矩形线框向上进入匀强磁场时，受到向下的重力和磁场力， 致使速度减小，所 以 v1v2，A正确；进入磁场后上升阶段从位置2 到位置 3，无磁场力， 重力做负功，所以v2v3，B错误；从位置 2 上升至最高点后再返

15、回至 位置 2，无磁场力，重力做功为零，所以v2v4，C正确；下落离开磁 场的过程中，受到向下的重力和向上的磁场力，两个力大小无法确定， 所以 v4与 v5无法比较， D错误。 【答案】 AC 5 【解析】当拉力恒定时 , 22 1 B L v F FBIL R a mm - - = 最终以 2v 的速度做匀速运动, 则 22 2B L v FBIL R = ，代入 1 a 的表达式 中得 22 1 B L v a mR = 当功率恒定时 , 22 22 2 PB L v PB L v vR a mmvmR - =- 最终以 2v 的速度做匀速运动 , 则 222 4B L v PF 2vBI

16、L2v R =? 代入 2a 的表达式中得 22 21 3B L v a3a mR = 【答案】 C 6 【解析】对 a、b棒受力分析如图所示 , 从能的转化 与守恒角度出发 , 可推知外力 F克服 a棒所受的摩擦力 a f 做功直接将其他形式的能转化为内能, 而 F 克服安培阻力 Aa FFf=- 做 的功将其他形式的能转化为电能, 其功率为 P电=(F-f)Va, 故感应电流做 功的 功率也为 a (Ff ) v ,C 项正确 . 本题易错选D,实际上它是回路的总 电能的一部分。 在 b棒上通过B F 克服 b f 做功转化为 b棒与轨道的内能 , 功 率 bBbbbb PFvfv(Ff

17、)v . 这时 b棒与相当于电动机通过感应电流而运 动, 把电能通过克服 b f 做功转化为内能 . 电能的另一部分 , 由电流的热效 应转化为电路的内能,电能的另一部分 , 由电流的热效应转化为电路的 内能 , 其功率为感应电流做功的总功率减去 b 棒上输出的功率, 即 abab (Ff ) v(Ff )v(Ff ) (vv ) ,故 D项所指正是这部分功率而非感应电 流做功的总功率 . 【答案】 C 7 【解析】匀速时，拉力与安培力平衡，F=BIL 得： 3mg I BL 金属棒 a 切割磁感线，产生的电动势E=BLv 回路电流 2 E I R 联立得： 22 2 3mgR v B L 平

18、衡时，棒和圆心的连线与竖直方向的夹角为， tan3 F mg 得：=60 (1cos ) 2 r hr 【答案】 （1） 3mg I BL （2） 22 2 3mgR v B L （3） (1cos ) 2 r hr 8 【解析】（1）设 ab 棒离开磁场边界前做匀速运动的速度为v，产生 的电动势为 E = BLv 电路中电流 I = rR E 对 ab 棒，由平衡条件得 mg BIL = 0 解得 v = 22 )( LB rRmg (2) 由能量守恒定律： mg(d0 + d) = E 电 + 2 1 mv 2 解得 44 223 0 2 )( )( LB rRgm ddmgE电 ， 2

19、)( )( 44 223 0 LB rRgm ddmg rR r E棒电 （3）设棒刚进入磁场时的速度为v0，由 mgd0= 2 1 mv0 2，得 v 0= 0 2gd 棒在磁场中匀速时速度为v = 22 )( LB rRmg ，则 1当 v0=v，即 d0 = 44 22 2 )( LB rRgm 时，棒进入磁场后做匀速直线运 2当 v0 v ，即 d0 44 22 2 )( LB rRgm 时，棒进入磁场后做先加速后匀速直 线运动 3当 v0v，即 d0 44 22 2 )( LB rRgm 时，棒进入磁场后做先减速后匀速直线 运动 【答案】 （1） 22 )( LB rRmg （2）

20、2 )( )( 44 223 0 LB rRgm ddmg rR r E棒电 （3） 22 )( LB rRmg 9 【解析】 (1) M匀速下降时 , 金属杆匀速上升 , 回路中产生的感应电动 势为: EBLv= 则 BLv FBILBL R = 安 对M、m整体有： MgFmg=+ 合 由以上式子解得： 22 (Mm)gR v B L - = (2) 由(1) 得: 2222 gRmgR vM B LB L =- 由 vM- 图象可知 : 12 k1.6,k0.9= 所以解得 : 12 21 Bk0.93 Bk1.64 = 【答案】 （1） 22 (Mm)gR v B L - = （2）

21、12 21 Bk0.93 Bk1.64 = 10 【解析】 （1）当金属棒匀速下滑时速度最大，设最大速度为vm，达 到最大时则有 mgsin=F安F安ILB 总 R BLv I m 其中R总6R 所以 mgsin= 总R vLB m 22 解得最大速度 22 3 m mgR v B L （2）R2上消耗的功率 2 2 2 R U p 其中 并 并 并 RR BLvR IRU 3 2 2 4 4 RR RR R 并 又 并 RR vLB mg 3 sin 22 解以上方程组可得 2 2 2 2 22 222 2 2 2 2 22 222 8 16 16sin 4 16sin RR R R R L

22、B gm RR RR LB gm p 当 2 4 L RRR 时， R2消耗的功率最大最大功率 22 22 4 m m g R P B L 【答案】 （1） 22 3 m mgR v B L （2） 22 22 4 m m g R P B L 11 【解析】 （1）在 t 0 至 t 4s 内，金属棒 PQ保持静止，磁场变化 导致电路中产生感应电动势电路为r 与 R并联，再与 RL串联，电路 的总电阻 rR Rr RR L总 5 此时感应电动势 t B dl t E =0.520.5V=0.5V 通过小灯泡的电流为： 总 R E I 0.1A （2）当棒在磁场区域中运动时，由导体棒切割磁感线产

23、生电动势， 电路为 R与 RL并联，再与 r 串联，此时电路的总电阻 L L RR RR rR 总 242 4+2 10 3 由于灯泡中电流不变， 所以灯泡的电流 IL=0.1A，则流过棒的电流 为 R IR IIII LL LRL 0.3A 电动势 BlvRIE 总 解得棒 PQ在磁场区域中 v=1m/s 【答案】 （1） 0.1A （2）运动的速度大小v=1m/s 12 【解析】 (1)ab 杆向右运动时， ab 杆中产生的感应电动势方向为a b，大小为 E=BLv1，耐杆中的感应电流方向为dc.cd 杆受到 的安培力方向水平向右 安培力大小为 R LB R BL BLBIL 2 v 2

24、v F 1 22 1 安 解、两式， ab 杆匀速运动的速度为 22 2 1 LB Rmg v (2)ab 杆所受拉力 F= mg 1 mg 2 v mg 2 1 22 ）（ 安 R LB F (3) 设 cd 杆以 v2速度向下运动 h 过程中， ab杆匀速运动了 s 距离 v2 v1 s v2v1 sh t h 整个回路中产生的焦耳热等于克服安培力所做的功 22 2 2 2 2 11 22 )(2 mg v 2 v LBv hRmg v h R LB sFQ 安 【答案】 （1） 22 2 1 LB Rmg v （2 mg 1 mg 2 v mg 2 1 22 ）（ 安 R LB F ）

25、（3） 22 2 2 2 2 11 22 )(2 mg v 2 v LBv hRmg v h R LB sFQ 安 13 【解析】导轨在外力作用下向左加速运动，由于切割磁感线，在 回路中要产生感应电流，导轨的bc 边及金属棒 PQ均要受到安培力作 用 PQ棒受到的支持力要随电流的变化而变化，导轨受到PQ棒的摩擦 力也要变化，因此导轨的加速度要发生改变导轨向左切割磁感线时， 感应电动势 E=BLv 感应电流 rR E I 即 rR BLv I 导轨受到向右的安培力F 1= BIL ，金属 棒 PQ 受到向上的安培力F2= BIL ，导轨受到PQ 棒对它的摩擦力 )(BILmgf ， 根据牛顿第二

26、定律，有 MaBILmgBILF)( （1）当刚拉动导轨时， v=0，由式可知I=0 时有最大加速度 am，即 4.0 M mgF am m/s 2 （2） 随着导轨速度 v 增大感应电流 I 增大而加速度 a 减小， 当 a=0 时，导轨有最大速度vm，从式可得 0)1 (mgLBIF m 5 .2 )1(BL mgF Im A 将 5.2 m I A代入式，得 75.3 )( BL rRI v m m m/s （3）从刚拉动导轨开始计时，t=0 时，v=0，I=0 ， 当 t=t1时，v 达到最大， I 达到 2.5 A ，电流 I 随时间 t 的变化图 线如图所示所示 【答案】 （1）

27、4.0 M mgF am m/s 2 （2） 75.3 )( BL rRI v m m m/s （3）如图所示 26 所示 14 【解析】 （1）由右手定则，棒中感应电流方向由b 指向 a （2） 棒做加速度逐渐减小的变加速运动，棒到达底端时速度最大， 由能量守恒定律得 QmvmgL m 2 2 1 sin 解得 4 m v m/s （3）当棒的速度为 v 时，感应电动势 E=Bdv 感应电流 R E I 棒所受安培力 F=BId R vdB 22 当棒的速度为v=2 ms 时， F=1 N 由牛顿第二定律得 maFmgsin 解得棒的加速度 3a m/s 2 【答案】 （1）由 b 指向 a； （2） 4 m v m/s；（3） 3a m/s 2