专题13电磁感应综合问题第01期备战2020高考物理2019届二模和三模好题分项版汇编教师版

1专题13电磁感应综合问题2019年高三二模、三模物理试题分项解析（I）一．选择题1.（2019全国考试大纲调研卷3）如图a所示在光滑水平面上用恒力F拉质量为m的单匝均匀正方形铜线框，边长为a，在1位置以速度v0进入磁感应强度为B的匀强磁场并开始计时t＝0，若磁场的宽度为b(b3a)，在3t0时刻线框到达2位置速度又为v0并开始离开匀强磁场．此过程中v－t图象如图b所示，则()A．t＝0时，线框右侧边MN两端的电压为Bav0B．在t0时刻线框的速度为v0－C．线框完全离开磁场的瞬间位置3速度一定比t0时刻线框的速度大D．线框从1位置进入磁场到完全离开磁场位置3过程中，线框中产生的电热为2Fb【参考答案】BD2．【2019云南红河州统一检测】如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ放在水平面上，左端向上弯曲，导轨间距为L，电阻不计，水平段导轨所处空间存在方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。导体棒的质量分别为ma＝m，mb＝2m，电阻值分别为Ra＝R，Rb＝2R。b棒静止放置在水平导轨上足够远处，与导轨接触良好且与导轨垂直；a棒在弧形导轨上距水平面h高度处由静止释放，运动过程中导2体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，重力加速度为g，则下列说法错误的是()A．a棒刚进入磁场时回路中的感应电流为2BLghRB．a棒刚进入磁场时，b棒受到的安培力大小为2223BLghRC．a棒和b棒最终稳定时的速度大小为23ghD．从a棒开始下落到最终稳定的过程中，a棒上产生的焦耳热为29mgh【参考答案】A3.（2019江苏扬州下学期开学质检）如图所示，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时刻恰好位于如图所示的位置，以顺时针方向为导线框中电流的正方向，下面四幅图中能够正确表示导线框中的电流－位移(I－x)关系的是（）3【参考答案】B二．计算题1.（2019高考大纲调研卷12）两固定水平平行金属导轨间距为L，导轨上放着两根相同导体棒ab和已知每根导体棒质量均为m,电阻均为R，导轨光滑且电阻不计，整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感强度为B,开始时ab和cd两导体棒有方向相反的水平初速度，大小分别为和。(1)求从开始到最终稳定的过程中回路总共产生的焦耳热；(2)当d棒的速度大小变为/4时，求：①通过d棒的电荷量为多少？②两棒间的距离增大了多少？③回路消耗的电功率为多少?4【参考答案】（1）（4分）（2）①或（8分）②或（4分）③或（4分）（2）分析两棒运动的情况可知，ab棒的速度大小为v0/4有两种情况：①、当ab棒速度未反向时，即,设此时cd棒的速度为v1，由动量守恒定律：,解得：②、当ab棒速度反向时，即,设此时cd棒的速度为v2，由动量守恒定律：,解得：（8分）①对棒由动量定理可得：其中F安=BIL，E=BL(vcd-vab)，q=It带入两种情况可知：当时，解得：5当时，解得：②由可得：或（4分）③由于是纯电阻电路，电功率就是电生热的功率，即P=I2R，将，E=BL(vcd-vab)代入得：；，（4分）2．（15分）(2019江苏常州期末)如图所示，两光滑的平行金属导轨间距为L＝0.5m，与水平面成θ＝30°角。区域ABCD、CDFE内分别有宽度为d＝0.2m垂直导轨平面向上和向下的匀强磁场，磁感应强度均为B＝0.6T．细金属棒P1、P2质量均为m＝0.1kg，电阻均为r＝0.3Ω，用长为d的轻质绝缘细杆垂直P1、P2将其固定，并使P1、P2垂直导轨放置在导轨平面上与其接触良好，导轨电阻不计。用平行于导轨的拉力F将P1、P2以恒定速度v＝2m/s向上穿过两磁场区域，g取10m/s2．求：（1）金属棒P1在ABCD磁场中运动时，拉力F的大小；（2）从金属棒P1进入磁场到P2离开磁场的过程中，拉力F的最大功率；（3）从金属棒P1进入磁场到P2离开磁场的过程中，电路中产生的热量。【名师解析】（1）P1棒在磁场中运动时产生的电动势为：E＝BLv代入数据解得：E＝0.6V回路中的感应电流为：I＝得：I＝1A6由平衡条件得：F1＝2mgsinθ+BIL得：F1＝1.3N答：（1）金属棒P1在ABCD磁场中运动时，拉力F的大小是1.3N；（2）从金属棒P1进入磁场到P2离开磁场的过程中，拉力F的最大功率是4.4W；（3）从金属棒P1进入磁场到P2离开磁场的过程中，电路中产生的热量是0.36J。3.（2019浙江质检）(10分)如图所示,两根足够长的光滑金属导轨G1、G2放置在倾角为α的斜面上,导轨间距为l,电阻不计。在导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放,经过时间t0,两灯泡开始并保持正常发光。金属棒下落过程中保持与导轨垂直,且与导轨接触良好。重力加速度为g。求:(1)磁感应强度B的大小;(2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率v;(3)在t=0至t=t0期间,两小灯泡产生的焦耳热。【参考答案】(1)(2)(3)2Pt0-7设在t=0至t=t0期间棒运动的距离为s,则由电磁感应定律,有Δq=解得s=小灯泡产生的焦耳热Q=mgssinα-mv2代入得Q=mgsinα·mv2=2Pt0-。4．（18分）（2019闽粤赣三省十校下学期联考）如图所示，倾角为θ=37°的足够长的平行导轨顶端bc间、底端ad间分别连一电阻，其阻值为R1＝R2＝2r，两导轨间距为L=1m。在导轨与两个电阻构成的回路中有垂直于轨道平面向下的磁场，其磁感应强度为B1=1T。在导轨上横放一质量m=1kg、电阻为r=1Ω、长度也为L的导体棒ef，导体棒与导轨始终良好接触，导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ=0.5。在平行导轨的顶端通过导线连接一面积为S＝0.5m2、总电阻为r、匝数N=100的线圈(线圈中轴线沿竖直方向)，在线圈内加上沿竖直方向,且均匀变化的磁场B2(图中未画),连接线圈电路上的开关K处于断开状态，g=10m/s2,不计导轨电阻。求：(1)从静止释放导体棒,导体棒能达到的最大速度是多少？(2)导体棒从静止释放到稳定运行之后的一段时间内,电阻R1上产生的焦耳热为Q=0.5J,那么导体下滑的距离是多少？(3)现闭合开关K，为使导体棒静止于倾斜导轨上，那么在线圈中所加磁场的磁感应强度的方向及变化率2Bt大小的取值范围？（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）8（2）导体棒从静止释放到稳定运行之后的一段时间内,由动能定理有21sincos2mmgdmgdWmv克安＝④（2分）根据功能关系有WEQ电总克安＝＝⑤（1分）根据并联电路特点得4QQ总＝⑥（1分）由③④⑤⑥联立得5dm⑦（1分）（3）开关闭合后，导体棒ef受到的安培力1efFBIL⑧干路电流21BENSINRRtRt总总总＝⑨（1分）电路的总电阻13111222Rrrrrr总＝⑩根据电路规律及⑨⑩得23efBNSItr○11由⑧⑪联立得213BFrtNBLS○12（1分）当安培力较大时maxsincos10FmgmgN○13（1分）9由⑫⑬得2max0.6/BTst○14（1分）当安培力较小时minsincos2FmgmgN○15（1分）由⑫⑮得2min0.12/BTst○16（1分）故为使导体棒静止于倾斜导轨上，磁感应强度的变化的取值范围为：20.12/0.60/BTsTst○17（1分）根据楞次定律和安培定则知闭合线圈中所加磁场：若方向竖直向上，则均匀减小；若方向竖直向下，则均匀增强。（1分）○185．（2019山东新泰一中质检）间距为l=0.5m两平行金属导轨由倾斜部分和水平部分平滑连接而成，如图所示，倾斜部分导轨的倾角θ=30°，上端连有阻值R=0.5Ω的定值电阻且倾斜导轨处于大小为B1=0.5T、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。水平部分导轨足够长，图示矩形虚线框区域存在大小为B2=1T、方向竖直向上的匀强磁场，磁场区域的宽度d=3m。现将质量m=0.1kg、内阻r=0.5Ω、长l=0.5m的导体棒ab从倾斜导轨上端释放，达到稳定速度v0后进入水平导轨，当恰好穿过B2磁场时速度v=2m/s，已知导体棒穿过B2磁场的过程中速度变化量与在磁场中通过的距离满足vkx（比例系数k未知），运动过程中导体棒始终与导轨垂直并接触良好，不计摩擦阻力和导轨电阻。求：（1）导体棒ab的速度v0；（2）导体棒ab穿过B2磁场过程中通过R的电荷量及导体棒ab产生的焦耳热；（3）若磁场B1大小可以调节，其他条件不变，为了使导体棒ab停留在B2磁场区域，B1需满足什么条件。【名师解析】（1）当导体棒ab运动稳定后，做匀速运动，由平衡条件知，1sinmgBIl感应电流rRlvBI01联立得08m/sv10（3）根据题意有，102svvkd，则若导体棒ab以速度v′通过B2磁场时与在磁场中通过的距离x′满足2vx导体棒ab在B1磁场中达到稳定速度时，由平衡条件知1sinmgBIl又1BlvEIRrRr联立得1sin12mgRrBlx根据题意，xd联立以上二式并代入数据得133BT。