最新高三物理二轮复习强基础专题九：电磁感应中的综合运用问题

第1页共21页最新高三物理二轮复习强基础专题九：电磁感应中的综合运用问题一、单选题1.有一种信号发生器的工作原理可简化为如图所示的情形，竖直面内有半径均为R且相切于O点的两圆形区域，其内存在水平恒定的匀强磁场，长为2R的导体杆OA，以角速度ω绕过O点的固定轴，在竖直平面内顺时针匀速旋转，t＝0时，OA恰好位于两圆的公切线上，下列描述导体杆两端电势差UAO随时间变化的图象可能正确的是()2.如图甲所示，在竖直向上的磁场中，水平放置一个单匝金属圆线圈，线圈所围的面积为0.1m2，线圈电阻为1Ω，磁场的磁感应强度大小B随时间t的变化规律如图乙所示，规定从上往下看顺时针方向为线圈中感应电流i的正方向．则()A．0～5s内i的最大值为0.1AB．第4s末i的方向为正方向C．第3s内线圈的发热功率最大D．3～5s内线圈有扩张的趋势3.如图所示，在光滑绝缘的水平面上方，有两个方向相反的水平方向匀强磁场，PQ为第2页共21页两个磁场的边界，磁场范围足够大，磁感应强度的大小分别为B1＝B，B2＝2B。一个竖直放置的边长为a，质量为m，电阻为R的正方形金属线框，以速度v垂直磁场方向从图中实线位置开始向右运动，当线框运动到分别有一半面积在两个磁场中时，线框的速度为v/2，则下列结论中正确的是（）A．此过程中通过线框截面的电量为B．此过程中回路产生的电能为0.5mv2C．此时线框的加速度为D．此时线框中的电功率为4.如图甲所示，在光滑水平面上，有一个粗细均匀的单匝正方形闭合线框abcd，边长为L，质量为m，电阻为R。在水平外力的作用下，线框从静止开始沿垂直磁场边界方向做匀加速直线运动，穿过磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向与线圈平面垂直，线框中产生的感应电流i的大小和运动时间t的变化关系如图乙所示。则下列说法正确的是（）A．线框的加速度大小为第3页共21页B．线框受到的水平外力的大小C．0～t1时间内通过线框任一边横截面的电荷量为i1t1D．0～t3间内水平外力所做的功大于5.英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场．如图所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场B，环上套一带电荷量为＋q的小球，已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是()A．0B．r2qkC．2πr2qkD．πr2qk6.两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L，底端接阻值为R的电阻．将质量为m，电阻也为R的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒与导轨接触良好，导轨所在的平面与磁感应强度为B的磁场垂直，如图所示，除金属棒和电阻R外，其余电阻不计，现将金属棒从弹簧的原长位置由静止释放，则下列结论错误的是（）A．金属棒向下运动时，流过电阻R的电流方向为b→aB．最终弹簧的弹力与金属棒的重力平衡C．金属棒的速度为v时，所受的安培力大小为D．金属棒的速度为v时，金属棒两端的电势差为7.如图，一有界区域内，存在着磁感应强度大小均为B，方向分别垂直于光滑水平桌第4页共21页面向下和向上的匀强磁场，磁场宽度均为L。现有一边长为的正方形线框abcd，在外力作用下，保持ac垂直磁场边缘，并以沿x轴正方向的速度水平匀速地通过磁场区域，若以逆时针方向为电流正方向，下图中能反映线框中感应电流变化规律的图是()8.如图所示，一正方形线圈的匝数为n，边长为a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中．在Δt时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B均匀地增大到2B.在此过程中，线圈中产生的感应电动势为()A．B．C．D．9.如图,水平桌面上固定有一半径为R的光滑金属细圆环,环面水平,圆环总电阻为r;空间有一匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向竖直向下;一长度为2R，电阻可忽略的导体棒AC置于圆环左侧并与环相切,切点为棒的中点。一拉力作用于棒中点使其以恒定加速度a从静止开始向右运动,运动过程中棒与圆环接触良好。下列说法正确的是（）第5页共21页A．棒运动过程中产生的感应电流在棒中由A流向CB．棒通过整个圆环所用的时间为C．棒经过环心时流过棒的电流为D．棒经过环心时所受安培力的大小为10.如图所示，在圆柱形区域内存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度的大小B随时间t的变化关系为B＝B0+kt，其中B0，k为正的常数。在此区域的水平面内固定一个半径为r的圆环形内壁光滑的细玻璃管，将一电荷量为q的带正电小球在管内由静止释放，不考虑带电小球在运动过程中产生的磁场，则下列说法正确的是（）A．从上往下看，小球将在管内沿顺时针方向运动，转动一周的过程中动能增量为2qkπrB．从上往下看，小球将在管内沿逆时针方向运动，转动一周的过程中动能增量为2qkπrC．从上往下看，小球将在管内沿顺时针方向运动，转动一周的过程中动能增量为qkπr2D．从上往下看，小球将在管内沿逆时针方向运动，转动一周的过程中动能增量为qkπr2二、多选题11.如图所示，空间存在一有边界的条形匀强磁场区域，磁场方向与竖直平面(纸面)垂直，磁场边界的间距为L.一个质量为m，边长也为L的正方形导线框沿竖直方向运动，线框所在平面始终与磁场方向垂直，且线框上，下边始终与磁场的边界平行．t＝0时刻导线框的上边恰好与磁场的下边界重合(图中位置Ⅰ)，导线框的速度为v0.经历一段时间后，当导线框的下边恰好与磁场的上边界重合时(图中位置Ⅱ)，导线框的速第6页共21页度刚好为零．此后，导线框下落，经过一段时间回到初始位置Ⅰ(不计空气阻力)，则()A．上升过程中合力做的功与下降过程中合力做的功相等B．上升过程中线框产生的热量比下降过程中线框产生的热量多C．上升过程中，导线框的加速度逐渐减小D．上升过程克服重力做功的平均功率小于下降过程重力的平均功率12.如图所示，一个“∠”形光滑导轨垂直于磁场固定在磁感应强度为B的匀强磁场中，ab是与导轨材料，粗细相同的导体棒，导体棒与导轨接触良好．在拉力作用下，导体棒以恒定速度v向右运动，以导体棒在图中所示位置的时刻作为计时起点，则回路中感应电动势E，感应电流I，导体棒所受拉力的功率P和回路中产生的焦耳热Q随时间变化的图象中正确的是()13.如图所示，宽度为d的有界匀强磁场竖直向下穿过光滑的水平桌面，一质量为m的椭圆形导体框平放在桌面上，椭圆的长轴平行磁场边界，短轴小于d。现给导体框一个初速度（垂直磁场边界)，已知导体框全部在磁场中的速度为v，导体框全部出磁场后的速度为：导体框进入磁场过程中产生的焦耳热为Ql，导体框离开磁场过程中产生的焦耳热为Q2。下列说法正确的是（）第7页共21页A．导体框离开磁场过程中，感应电流的方向为顺时针方向B．导体框进出磁场都是做匀变速直线运动C．D．14.如图所示，倾角为θ的光滑斜面固定在水平面上，水平虚线L下方有垂直于斜面向下的匀强磁场，磁感应强度为B.正方形闭合金属线框边长为h，质量为m，电阻为R，放置于L上方一定距离处，保持线框底边ab与L平行并由静止释放，当ab边到达L时，线框速度为v0.ab边到达L下方距离d处时，线框速度也为v0，已知dh.以下说法正确的是()A．ab边刚进入磁场时，电流方向为a→bB．ab边刚进入磁场时，线框加速度沿斜面向下C．线框进入磁场过程中的最小速度小于D．线框进入磁场过程中产生的热量为mgdsinθ15.如图所示，平行金属导轨与水平面间的倾角为θ，导轨电阻不计，与阻值为R的定值电阻相连，磁感强度为B的匀强磁场垂直穿过导轨平面．有一质量为m长为l的导体棒从ab位置获平行斜面的大小为v的初速向上运动，最远到达a/b/的位置，滑行的距离为s，导体棒的电阻也为R，与导轨之间的动摩擦因数为μ．则（）第8页共21页A．上滑过程中导体棒受到的最大安培力为B2l2v/R．B．上滑过程中安培力，滑动摩擦力和重力对导体棒做的总功为mv2/2．C．上滑过程中电流做功发出的热量为mv2/2－mgs(sinθ＋μcosθ)．D．上滑过程中导体棒损失的机械能为mv2/2－mgssinθ．16.如图甲所示，空间存在磁感应强度为B，垂直纸面向里的匀强磁场，MN，PQ是放在同一竖直面内的平行长直导轨，间距为d，R是连在导轨一端的电阻（其余部分电阻不计），ab是跨接在导轨上的金属棒（重力不计）。从零时刻开始，对ab施加竖直向上的恒定拉力，使其从静止开始沿导轨运动，最终以速度v做匀速运动，此过程中棒始终保持与导轨垂直且良好接触，图乙是棒的速度－时间图象，其中AO是图象在O点的切线。则（）A．拉力的大小B．金属棒的质量C．金属棒由静止加速到v的过程中，拉力做的功D．金属棒由静止加速到v的过程中，流过电阻R的电量17.如图所示，ab，cd是固定在竖直平面内的足够长的金属框架。除bc段电阻为R，其余电阻均不计，ef是一条不计电阻的金属杆，杆两端与ab和cd接触良好且能无摩第9页共21页擦下滑，下滑时ef始终处于水平位置，整个装置处于垂直框面的匀强磁场中，ef从静止下滑，经过一段时间后闭合开关S，则在闭合S后（）A．ef的加速度可能大于gB．闭合S的时刻不同，ef的最终速度也不同C．闭合S的时刻不同，ef最终匀速运动时电流的功率也不同D．ef匀速下滑时，减少的机械能等于电路消耗的电能18.如图甲所示，足够长的平行金属导轨MN，PQ倾斜放置．完全相同的两金属棒ab，cd分别垂直导轨放置，棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒的电阻均为R，导轨间距为l且光滑，电阻不计，整个装置处在方向垂直于导轨平面向上，磁感应强度大小为B的匀强磁场中．棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上运动，从某时刻开始计时，两棒的速度时间图象如图乙所示，两图线平行，v0已知．则从计时开始()A．通过棒cd的电流由d到cB．通过棒cd的电流I＝C．力F＝D．力F做的功等于回路中产生的焦耳热和两棒动能的增量19.如图所示，不计电阻的光滑U形金属框水平放置，光滑，竖直玻璃挡板H，P固定在框上，H，P的间距很小．质量为0.2kg的细金属杆CD恰好无挤压地放在两挡板之间，与金属框接触良好并围成边长为1m的正方形，其有效电阻为0.1Ω.此时在整个第10页共21页空间加方向与水平面成30°角且与金属杆垂直的匀强磁场，磁感应强度随时间变化规律是B＝(0.4－0.2t)T，图示磁场方向为正方向．框，挡板和杆不计形变．则()A．t＝1s时，金属杆中感应电流方向从C到DB．t＝3s时，金属杆中感应电流方向从D到CC．t＝1s时，金属杆对挡板P的压力大小为0.1ND．t＝3s时，金属杆对挡板H的压力大小为0.2N20.有人设计了一个汽车＂再生能源装置＂原理简图如图3甲所示．当汽车减速时，线圈受到辐向磁场的阻尼作用助汽车减速，同时将产生的电能储存．图甲中，线圈匝数为n，ab长度为L1，bc长度为L2.图乙是此装置的侧视图．切割处磁场的磁感应强度大小恒为B，有理想边界的两个扇形磁场区边线夹角都是90°.某次测试时，外力使线圈以角速度ω逆时针匀速转动，线圈中电流i随时间变化图象如图丙所示(I为已知量)，取ab边刚开始进入右侧的扇形磁场时刻t＝0.不计线圈转轴处的摩擦，则()A．线圈在图乙所示位置时，线圈中电流方向为a→b→c→d→aB．线圈在图乙所示位置时，线圈产生电动势的大小为nBL1L2ωC．外力做功的平均功率为D．闭合电路的总电阻为三、计算题第11页共21页21.如图所示，一个边缘带有凹槽的金属圆环，沿其直径装有一根长2L的金属杆AC，可绕通过圆环中心的水平轴O转动．将一根质量不计的长绳一端固定于槽内并将绳绕于圆环槽内，绳子的另一端吊了一个质量为m的物体．圆环的一半处在磁感应强度为B，方向垂直环面向里的匀强磁场中．现将物体由静止释放，若金属圆环和金属杆单位长度的电阻均为R.忽略所有摩擦和空气阻力．(1)设某一时刻圆环转动的角速度为ω0，且OA边在磁场中，请求出此时金属杆OA产生电动势的大小．(2)请求出物体在下落中可达到的最大速度．(3)当物体下落达到最大速度后，金属杆OC段进入磁场时，杆C，O两端电压多大？22.如图BE左边为侧视图，右边府视图)所示，电