2014版高考物理一轮复习第4讲电磁感应规律的综合应用(二)(动力学和能量)课时提升作业教科版选修3

-1-【全程复习方略】2014版高考物理一轮复习第九章第4讲电磁感应规律的综合应用(二)(动力学和能量)课时提升作业教科版选修3-2(40分钟100分)一、选择题(本大题共10小题,每小题7分,共70分。多选题已在题号后标出,选不全得4分)1.如图所示，在一匀强磁场中有一U型导线框bacd，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，它可以在ab、cd上无摩擦地滑动，杆ef及线框中导体的电阻都可不计。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B.ef将匀速向右运动，最后静止C.ef将匀速向右运动D.ef将做往复运动2.(2013·南岸区模拟)如图所示，闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场。若第一次用0.3s时间拉出，外力所做的功为W1，通过导线截面的电荷量为q1；第二次用0.9s时间拉出，外力所做的功为W2，通过导线截面的电荷量为q2，则()A.W1W2，q1q2B.W1W2，q1＝q2C.W1W2，q1＝q2D.W1W2，q1q23.如图所示，水平光滑的平行金属导轨，左端接有电阻R，匀强磁场B竖直向下分布在导轨所在的空间内，质量一定的金属棒PQ垂直导轨放置。今使棒以一定的初速度v0向右运动，当其通过位置a、b时，速率分别为va、vb，到位置c时棒刚好静止，设导轨与棒的电阻均不计，a到b与b到c的间距相等，则金属棒在由a到b和由b到c的两个过程中()-2-A.回路中产生的内能相等B.棒运动的加速度相等C.安培力做功相等D.通过棒横截面积的电荷量相等4.一个刚性矩形铜制线圈从高处自由下落，进入一水平的匀强磁场区域，然后穿出磁场区域继续下落，如图所示，则()A.若线圈进入磁场过程是匀速运动，则离开磁场过程也是匀速运动B.若线圈进入磁场过程是加速运动，则离开磁场过程也是加速运动C.若线圈进入磁场过程是减速运动，则离开磁场过程也是减速运动D.若线圈进入磁场过程是减速运动，则离开磁场过程是加速运动5.(多选)如图所示，竖直平面内的虚线上方是一匀强磁场B，从虚线下方竖直上抛一正方形线圈，线圈越过虚线进入磁场，最后又落回原处，运动过程中线圈平面保持在竖直平面内，不计空气阻力，则()A.上升过程克服磁场力做的功大于下降过程克服磁场力做的功B.上升过程克服磁场力做的功等于下降过程克服磁场力做的功C.上升过程克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率-3-D.上升过程克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力的平均功率6.(多选)在伦敦奥运会上，100m赛跑跑道两侧设有跟踪仪，其原理如图甲所示，水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，间距为L＝0.5m，一端通过导线与阻值为R＝0.5Ω的电阻连接；导轨上放一质量为m＝0.5kg的金属杆，金属杆与导轨的电阻忽略不计；匀强磁场方向竖直向下。用与导轨平行的拉力F作用在金属杆上，使杆运动。当改变拉力的大小时，相对应的速度v也会变化，从而使跟踪仪始终与运动员保持一致。已知v和F的关系如图乙。(取重力加速度g＝10m/s2)则()A.金属杆受到的拉力与速度成正比B.该磁场磁感应强度为1TC.图线在横轴的截距表示金属杆与导轨间的阻力大小D.导轨与金属杆之间的动摩擦因数为μ＝0.47.(2013·黄冈模拟)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，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y=a的直线(如图中的虚线所示)。一个小金属块从抛物线上y=b(ba)处以速度v沿抛物线下滑，假设曲面足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是()A.mgbB.12mv2C.mg(b-a)D.mg(b-a)+12mv28.(多选)(2013·宁德模拟)如图所示，用粗细相同的铜丝做成边长分别为L和2L的两只闭合-4-线框a和b,以相同的速度从磁感应强度为B的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外，则下列说法正确的是()A.产生的焦耳热之比为1∶4B.产生的焦耳热之比为1∶1C.通过铜丝某截面的电量之比为1∶2D.通过铜丝某截面的电量之比为1∶49.(多选)如图甲所示，竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B0=0.5T,并且以Bt=0.1T/s的变化率均匀增加。图像如图乙所示，水平放置的导轨不计电阻，不计摩擦阻力，宽度L=0.5m,在导轨上放着一金属棒MN，电阻R0=0.1Ω,并且水平细线通过定滑轮悬吊着质量M=0.2kg的重物。导轨上的定值电阻R=0.4Ω,与P、Q端点相连组成回路。又知PN长d=0.8m。在重物被拉起的过程中，下列说法中正确的是(g取10N/kg)()A.电流的方向由P到QB.电流的大小为0.1AC.从磁感应强度为B0开始计时，经过495s的时间，金属棒MN恰能将重物拉起D.电阻R上产生的热量约为16J10.(多选)一质量为m、电阻为r的金属杆ab以一定的初速度v0从一光滑的平行金属导轨底端向上滑行，导轨平面与水平面成30°角，两导轨上端用一电阻R相连，如图所示，磁场垂直斜面向上，导轨的电阻不计，金属杆向上滑行到某一高度之后又返回到底端时的速度大小为v，-5-则()A.向上滑行的时间小于向下滑行的时间B.向上滑行时电阻R上产生的热量大于向下滑行时电阻R上产生的热量C.向上滑行时与向下滑行时通过电阻R的电量相等D.金属杆从开始上滑至返回出发点，电阻R上产生的热量为2201mvv2二、计算题(本大题共2小题，共30分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)11.(2013·北京模拟)(12分)如图所示,相距0.5m足够长的两根光滑导轨与水平面成37°角,导轨电阻不计,下端连接阻值为2Ω的电阻R,导轨处在磁感应强度B=2T的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向上。金属棒ab、cd水平放置且与导轨接触良好,它们的质量均为0.5kg、电阻均为2Ω,a、b与一绝缘水平细线相连处于静止状态。现使cd从静止开始下滑,直到与ab相连的细线刚好被拉断,在此过程中电阻R上产生的热量为0.5J,已知细线能承受的最大拉力为5N。求细线被拉断时:(g=10m/s2,sin37°=0.6)(1)ab中的电流大小;(2)cd的速度大小;(3)cd下滑的距离。12.(能力挑战题)(18分)如图所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为L，左端接有阻值为R的电阻，处在方向垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略。初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度v0。沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。(1)求初始时刻导体棒受到的安培力；-6-(2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为Ep，则这一过程中安培力所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别为多少？(3)导体棒做往复运动，最终将静止于何处？从导体棒开始运动直到最终静止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q为多少？答案解析1.【解析】选A。杆ef向右运动，所受安培力22BvBvFBIBRRllll，方向向左，故杆做减速运动；v减小，F减小，杆做加速度逐渐减小的减速运动，A正确。2.【解析】选C。设线框长为L1，宽为L2，第一次拉出速度为v1，第二次拉出速度为v2，则v1＝3v2。匀速拉出磁场时，外力所做的功恰等于克服安培力所做的功，有22211111121BLLvWFLBILLR＝＝＝同理222122BLLvWR＝，故W1W2又由于两次拉出线框的过程中，磁通量的变化量相等，即ΔΦ1＝ΔΦ2，由q＝R得q1＝q2，选项C正确。3.【解析】选D。棒由a到b再到c的过程中，速度逐渐减小。根据E=Blv，E减小，故I减小。再根据F=IlB，安培力减小，根据F=ma,加速度减小，B错误。由于a与b、b与c间距相等，故从a到b安培力做的功大于从b到c安培力做的功，故A、C错误。再根据平均感应电动势BSEtt,EIR,qIt得BSqR,故D正确。4.【解析】选C。当线圈从完全进入磁场到线圈开始离开磁场时，安培力为零，线圈做加速度-7-为g的加速运动，速度增大。如果进入磁场时是匀速运动，说明安培力等于重力，出磁场时速度增大，安培力大于重力，则离开磁场过程中，线圈做减速运动，A错；如果进入磁场时，线圈做加速运动，则线圈所受的安培力小于重力，加速后，安培力增大可能大于重力、等于重力，也可能小于重力，故线圈也可能做减速运动或匀速运动，B错；如果线圈进入磁场时做减速运动，说明安培力大于重力，出磁场时安培力仍然大于重力，故仍然做减速运动，C对、D错。【变式备选】(多选)如图所示，电阻为R，导线电阻均可忽略，ef是一电阻可不计的水平放置的导体棒，质量为m，棒的两端分别与ab、cd保持良好接触，又能沿足够长的框架无摩擦下滑，整个装置放在与框架垂直的匀强磁场中，当导体棒ef从静止下滑一段时间后闭合开关S，则S闭合后()A.导体棒ef的加速度可能大于gB.导体棒ef的加速度一定小于gC.导体棒ef最终速度随S闭合时刻的不同而不同D.导体棒ef的机械能与回路内产生的电能之和一定守恒【解析】选A、D。开关闭合前，导体棒只受重力而加速下滑，闭合开关时有一定的初速度v0，若此时F安＞mg，则F安-mg=ma。若F安＜mg,则mg-F安=ma,因为F安的大小不确定，所以导体棒ef的加速度可能大于g、小于g、等于g，故A正确，B错误。无论闭合开关时初速度多大，导体棒最终的安培力应和重力平衡，故C错误。根据能量守恒定律知，D正确。5.【解析】选A、C。线圈上升过程中，加速度增大且在减速，下降过程中，运动情况比较复杂，有加速、减速或匀速等，把上升过程看作反向的加速，可以比较当运动到同一位置时，线圈速度都比下降过程中相应的速度要大，可以得到结论：上升过程中克服安培力做功多；上升过程时间短，故正确选项为A、C。6.【解析】选B、C、D。由图像可知拉力与速度是一次函数，但不成正比，故A错；图线在横-8-轴的截距是速度为零时的F，此时金属杆将要运动，此时阻力——最大静摩擦力等于F，也等于运动时的滑动摩擦力，C对；由F－BIL－μmg＝0及BLvIR＝可得：F－22BLvR－μmg＝0，从图像上分别读出两组F、v数据代入上式即可求得B＝1T，μ＝0.4，所以选项B、D对。7.【解析】选D。小金属块进入磁场或退出磁场的过程中，金属块内都会产生感应电流，使它的机械能减小，直到金属块只在匀强磁场内滑行时为止。金属块损失的机械能全部转化成焦耳热，为mg(b-a)+12mv2。8.【解析】选A、C。根据能的转化和守恒可知，外力做功等于电能，而电能又全部转化为焦耳热,22aabbabBLvB2LvL2LWQ,WQRvRv,由电阻定律知Rb=2Ra,故Wa∶Wb=1∶4,A对、B错；由产生的电量BSQRR得，Qa∶Qb=1∶2,C对、D错。【变式备选】(多选)如图所示，水平放置的两根平行长直金属导轨的间距为d，其右端接有阻值为R的电阻，整个装置处在方向竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为μ。现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离L时，速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)。设杆接入电路的电阻为r，导轨电阻不计，重力加速度大小为g。则在此过程中()A.杆运动速度的最大值为22(Fmg)RBd－B.流过电阻R的电荷量为BdLRr＋C.恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量D.恒力F做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量【解析】选B、D。当杆达到最大速度vm时，F-μmg-22mBdvRr=0，解得mv22(Fmg)RrBd，-9-A错；由公式BSBdLqRrRrRr，B对；在杆从开始运动到达到最大速度的过程中,由动能定理