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第1页共7页课时作业28电磁感应规律的综合应用时间:45分钟满分:100分一、选择题(8×8′=64′)1.如图所示是两个互连的金属圆环,小金属环的电阻是大金属环电阻的二分之一,磁场垂直穿过大金属环所在区域.当磁感应强度随时间均匀变化时,在大环内产生的感应电动势为E,则a、b两点间的电势差为()A.12EB.13EC.23ED.E解析:a、b间的电势差等于路端电压,而小环电阻占电路总电阻的13,故Uab=13E,B正确.答案:B2.如图所示,EF、GH为平行的金属导轨,其电阻可不计,R为电阻器,C为电容器,AB为可在EF和GH上滑动的导体横杆.有均匀磁场垂直于导轨平面.若用I1和I2分别表示图中该处导线中的电流,则当横杆AB()A.匀速滑动时,I1=0,I2=0B.匀速滑动时,I1≠0,I2≠0C.加速滑动时,I1=0,I2=0D.加速滑动时,I1≠0,I2≠0解析:匀速滑动时,感应电动势恒定,故I1≠0,I2=0;加速滑动时,感应电动势增加,故电容器不断充电,即I1≠0,I2≠0.答案:D3.物理实验中,常用一种叫“冲击电流计”的仪器测定通过电路的电荷量.如图所示,探测线圈和冲击电流计串联后可用来测定磁场的磁感应强度.已知线圈的匝数为n,面积为S,线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R.把线圈放在被测匀强磁场中,开始线圈平面与磁场垂直,现把探测线圈翻转180°,冲击电流计测出通过线圈的电荷量为q,由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为()第2页共7页A.qRSB.qRnSC.qR2nSD.qR2S解析:当线圈翻转180°,线圈中的磁通量发生变化ΔΦ=2BS,E=nΔΦΔt,线圈中的平均感应电流I=ER,通过线圈的电荷量q=IΔt,由以上各式得B=qR2nS.故正确选项为C.答案:C4.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图所示,抛物线的方程为y=x2,其下半部的抛物线处在水平方向的匀强磁场中,磁场的上边界是y=a的直线(图中虚线所示),一个小金属块从抛物线y=b(ba)处以速度v沿抛物线下滑,假设抛物线足够长,则金属块在曲面上滑动过程中产生的焦耳热总量是()A.mgbB.12mv2C.mg(b-a)D.mg(b-a)+12mv2解析:金属块在进入或离开磁场的过程中,穿过金属块的磁通量发生变化,产生感应电流,然后生热,机械能要减少,上升的高度不断降低.最后,金属块在高为a的曲面上往复运动.由能量守恒定律得,减少的机械能为Q=ΔE=mg(b-a)+12mv2.答案:D5.如下图所示,在一均匀磁场中有一U形导线框abcd,线框处于水平面内,磁场与线框平面垂直,R为一电阻,ef为垂直于ab的一根导体杆,它可在ab、cd上无摩擦地滑动.杆ef及线框中导线的电阻都可不计.开始时,给ef一个向右的初速度,则()A.ef将减速向右运动,但不是匀减速第3页共7页B.ef将匀减速向右运动,最后停止C.ef将匀速向右运动D.ef将往返运动解析:杆ef向右运动,切割磁感线,产生感应电动势和感应电流,会受到向左的安培力而做减速运动,直到停止,但不是匀减速,由F=BIL=B2L2vR=ma知,ef做的是加速度减小的减速运动.答案:A6.如图所示,粗细均匀的、电阻为r的金属圆环放在图示的匀强磁场中,磁感应强度为B,圆环直径为L.长为L、电阻为r2的金属棒ab放在圆环上,以v0向左匀速运动,当棒ab运动到图示虚线位置时,金属棒两端的电势差为()A.0B.BLv0C.BLv0/2D.BLv0/3解析:当金属棒ab以速度v0向左运动到题图所示虚线位置时,根据公式可得产生的感应电动势为E=BLv0,而它相当于一个电源,并且其内阻为r2;金属棒两端电势差相当于外电路的路端电压.外电路半个圆圈的电阻为r2,而这两个半圆圈的电阻是并联关系,故外电路总的电阻为r4,所以外电路电压为Uba=13E=13BLv0.答案:D7.如下图所示,等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场,它的底边在x轴上且长为2L,高为L.纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域,在t=0时刻恰好位于图中所示的位置.以顺时针方向为导线框中电流的正方向,在下面下图中能够正确表示电流—位移(I-x)关系的是()第4页共7页解析:线圈向x轴正方向运动L位移的过程中,有效切割长度均匀增加;在位移大于L且小于2L的过程中,线圈右边有效切割长度均匀减小,线圈左边有效切割长度均匀增加,因此整个线圈有效切割长度减小,且变化率为前一段时间的两倍;在位移大于2L且小于3L的过程中,与第一段运动中线圈产生的感应电流等大反向,故A项对.答案:A8.一个闭合回路由两部分组成,如图所示,右侧是电阻为r的圆形导线,置于竖直方向均匀变化的磁场B1中;左侧是光滑的倾角为θ的平行导轨,宽度为d,其电阻不计.磁感应强度为B2的匀强磁场垂直导轨平面向上,且只分布在左侧,一个质量为m、电阻为R的导体棒此时恰好能静止在导轨上,分析下述判断正确的是()A.圆形导线中的磁场,可以方向向上均匀增强,也可以方向向下均匀减弱B.导体棒ab受到的安培力大小为mgsinθC.回路中的感应电流为mgsinθB2dD.圆形导线中的电热功率为m2g2sin2θB22d2(r+R)解析:根据左手定则,导体棒上的电流从b到a,根据电磁感应定律可得A项正确;根据共点力平衡知识,导体棒ab受到的安培力大小等于重力沿导轨向下的分力,即mgsinθ,B项正确;根据mgsinθ=B2Id,解得I=mgsinθB2d,C项正确;圆形导线的电热功率等于I2r=(mgsinθB2d)2r=m2g2sin2θB22d2r,D项错误.答案:ABC二、计算题(3×12′=36′)9.如下图所示,金属杆ab可在平行金属导轨上滑动,金属杆电阻R0=0.5Ω,长L=0.3m,导轨一端串接一电阻R=1Ω,匀强磁场磁感应强度B=2T,当ab以v=5m/s向右匀速运动过程中,求:(1)ab间感应电动势E和ab间的电压U;(2)所加沿导轨平面的水平外力F的大小;(3)在2s时间内电阻R上产生的热量Q.第5页共7页解析:(1)根据公式:E=BLv=3VI=ER+R0,U=IR=2V.(2)F=F安,F安=BIL=1.2N.(3)2秒内产生的总热量Q等于安培力做的功,Q=F安·v·t=12J电阻R上产生的热量为QR=RR+R0Q=8J.答案:(1)3V2V(2)1.2N(3)8J10.如下图所示,电动机牵引一根原来静止的、长L为1m、质量m为0.1kg的导体棒MN上升,导体棒的电阻R为1Ω,架在竖直放置的框架上,它们处于磁感应强度B为1T的匀强磁场中,磁场方向与框架平面垂直.当导体棒上升h=3.8m时,获得稳定的速度,导体棒上产生的热量为2J,电动机牵引棒时,电压表、电流表的读数分别为7V、1A,电动机内阻r为1Ω,不计框架电阻及一切摩擦,求:(1)棒能达到的稳定速度;(2)棒从静止至达到稳定速度所需要的时间.解析:(1)电动机的输出功率为:P出=IU-I2r=6W电动机的输出功率就是电动机牵引棒的拉力的功率,所以有P出=Fv①其中F为电动机对棒的拉力,当棒达稳定速度时F=mg+BI′L②感应电流I′=ER=BLvR③由①②③式解得,棒达到的稳定速度为v=2m/s.(2)从棒由静止开始运动至达到稳定速度的过程中,电动机提供的能量转化为棒的机械能和内能,由能量守恒定律得P出t=mgh+12mv2+Q,解得t=1s.答案:(1)2m/s(2)1s11.(2012·浙江理综)为了提高自行车夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种“闪烁”装置.如右图所示,自行车后轮由半径r1=5.0×10-2m的金属内圆、半径r2=0.40m的金属外圆和绝缘辐条构成.后轮的内、外圆之间等间隔地接有4根金属条,每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡.在支架上装有磁铁,形成了磁感应强度B=0.10T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场,其内半径为r1、外半径为r2、张角θ=π6.后轮以角速度ω=2πrad/s相对于转轴转动.若不计其他电阻,忽略磁场的边缘效应.(1)当金属条ab进入“扇形”磁场时,求感应电动势E,并指出ab上的电流方向;(2)当金属条ab进入“扇形”磁场时,画出“闪烁”装置的电路图;(3)从金属条ab进入“扇形”磁场时开始,经计算画出轮子转一圈过程中,内圈与外圈之间电势差Uab随时间t变化的Uab-t图象;第6页共7页(4)若选择的是“1.5V、0.3A”的小灯泡,该“闪烁”装置能否正常工作?有同学提出,通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度ω和张角θ等物理量的大小,优化前同学的设计方案,请给出你的评价.解析:(1)金属条ab在磁场中切割磁感线时,所构成的回路的磁通量变化.设经过时间Δt,磁通量变化量为ΔΦ,由法拉第电磁感应定律E=ΔΦΔt①ΔΦ=BΔS=B(12r22Δθ-12r21Δθ)②由①②式并代入数值得:E=ΔΦΔt=12Bω(r22-r21)=4.9×10-2V③根据右手定则(或楞次定律),可得感应电流方向为b→a.④(2)通过分析,可得电路图为(3)设电路中的总电阻为R总,根据电路图可知,R总=R+13R=43R⑤ab两端电势差Uab=E-IR=E-ER总R=14E=1.2×10-2V⑥设ab离开磁场区域的时刻为t1,下一根金属条进入磁场区域的时刻为t2,t1=θω=112s⑦t2=π2ω=14s⑧设轮子转一圈的时间为T,T=2πω=1s⑨第7页共7页在T=1s内,金属条有四次进出,后三次与第一次相同.由⑥⑦⑧⑨⑩可画出如下Uab-t图象.(4)“闪烁”装置不能正常工作.(金属条的感应电动势只有4.9×10-2V,远小于小灯泡的额定电压,因此无法工作.)B增大,E增大,但有限度;r2增大,E增大,但有限度;ω增大,E增大,但有限度;θ增大,E不变.答案:(1)4.9×10-2Vb→a(2)(3)(4)见解析
本文标题:2014届高三人教版物理总复习课时作业28电磁感应规律的综合应用Word版含解析
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