高三物理总复习巩固练习电磁感应中的能量问题基础

这是一份高三物理总复习巩固练习电磁感应中的能量问题基础，共11页。试卷主要包含了选择题，填空题，计算题等内容，欢迎下载使用。
【巩固练习】一、选择题1、(2015云南部分名校统考) AOC是光滑的直角金属导轨，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，ab是一根金属直棒靠立在导轨上(开始时b离O点很近)，如图所示。它从静止开始在重力作用下运动，运动过程中a端始终在AO上，b端始终在OC上，直到ab完全落在OC上，整个装置放在一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，则ab棒在运动过程中(　　)A. 感应电流方向始终是b→aB. 感应电流方向先是b→a，后变为a→bC. 所受磁场力方向垂直于ab向上D. 所受磁场力方向先垂直于ab向下，后垂直于ab向上 2、（2016 浙江卷）如图所示，a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，边长la=3lb，图示区域内有垂直纸面向里的均强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则（  ）              A．两线圈内产生顺时针方向的感应电流B．a、b线圈中感应电动势之比为9:1C．a、b线圈中感应电流之比为3:4D．a、b线圈中电功率之比为3:1 3、如图所示，细线的一端悬于O点，另一端系一铜环，在O点正下方有一个具有理想边界的匀强磁场，铜环开始时，由A点静止释放，向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（  ）A．A、B两点在同一水平线上B．A点高于B点C．A点低于B点D．铜环将做等幅摆动 4、（2016 新疆模拟）如图所示，足够长的两条平行金属导轨竖直放置，其间有与导轨平面垂直的匀强磁场，两导轨通过导线与检流计G1、线圈M接在一起。N是绕在“□”形铁芯上的另一线圈，它与检流计G2组成闭合回路。现有一金属棒ab沿导轨下滑，下滑过程与导轨接触良好，在ab下滑的过程中（  ）    A. 通过G1的电流是从右端进入的B. 通过G2的电流是从左端进入的C. 检流计G1的示数逐渐增大，达到最大值后变为零D. 检流计G2的示数逐渐减小，最后趋于零 5、如图所示，闭合小金属环从高h处的光滑曲面右上端无初速滚下， 又沿曲面的另一侧上升，则（   ）A.若是匀强磁场，环在左侧滚上的高度小于h，B.若是匀强磁场，环在左侧滚上的高度等于h，C.若是非匀强磁场，环在左侧滚上的高度等于h，D.若是非匀强磁场，环在左侧滚上的高度小于h。 6、如图所示，相距为d的两水平线L1和L2分别是水平向里的匀强磁场的边界，磁场的磁感应强度为B，正方形线框abcd边长为L(L<d)、质量为m。将线框在磁场上方高h处由静止开始释放，当ab边进入磁场时速度为v0，cd边刚穿出磁场时速度也为v0。从ab边刚进入磁场到cd边刚穿出磁场的整个过程中（   ）A．线框一直都有感应电流　　B．线框有一阶段的加速度为g　　C．线框产生的热量为mg(d+h+L)　　D．线框做过减速运动 7、如图所示，平行金属导轨与水平面成θ角，导轨与两相同的固定电阻R1和R2相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面。有一导体棒ab，质量为m，导体棒的电阻R=2R1，与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒ab沿导轨向上滑动，当上滑的速度为v时，固定电阻R1消耗的热功率为P，此时 （   ）A．整个装置因摩擦而产生的热功率为B．整个装置消耗的机械功率为    C．导体棒受到的安培力的大小为    D．导体棒受到的安培力的大小为8、如图所示，平行金属导轨与水平面成θ角，导线与固定电阻R1和R2相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面．有一导体棒ab，质量为m，长度为L，导体棒的电阻与固定电阻R1和R2的阻值相等，都等于R，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒ab沿导轨向上滑动，当上滑的速度为v时，有（  ）A．棒中感应电流的方向由a到bB．棒所受安培力的大小为C．棒两端的电压为D．棒动能的减小量等于其重力势能的增加量与电路上产生的电热之和9、如图所示，边长为L的正方形导线框质量为m，由距磁场H高处自由下落，其下边ab进入匀强磁场后，线圈开始做减速运动，直到其上边cd刚刚穿出磁场时，速度减为ab边进入磁场时的一半，磁场的宽度也为L，则线框穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热为（  ）A. 2mgL      B. 2mgL+mgH     C.     D. 10、如图所示，质量为m的单匝正方形线圈，其边长为L，在距底边2L的匀强磁场上方由静止开始自由下落，设线圈下落过程中线框平面始终位于纸面内且底边保持水平，当线框的底边刚进入磁场区域时，恰能在匀强磁场中做匀速运动。若磁场的磁感应强度为B，关于线圈的电阻，正确的是（  ）A.        B.  C.      D. 二、填空题1、如图所示，长度L＝0.4m，电阻的导体ab沿光滑导线框向右做匀速运动，运动速度v＝5m/s。线框中接有R＝0.4的电阻。整个空间有磁感应强度B＝0.1T的匀强磁场，磁场方向垂直于线框平面，其余电阻不计。电路abcd中相当于电源的部分是______；______相当于电源的正极。导线ab所受安培力大小F＝______，电阻R上消耗的功率P＝______。 2、如图所示，平行金属导轨间距为d，一端跨接一个阻值为R的电阻。匀强磁场磁感应强度为B，方向垂直轨道所在平面。一根长直金属棒与轨道成60°角放置。当金属棒的恒定速度v沿金属轨道滑行时，电阻中的电流大小为______，方向为______（不计轨道与棒的电阻）。 3、如图所示，y轴右方有磁感应强度为B的匀强磁场，一个半径为r的直角扇形金属框架，总电阻为R，不计重力及一切摩擦，以O为圆心以角速度ω匀速转动，从图示位置转动四分之一周期时，外力做功为________。 三、计算题1、半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为r、质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面，BA的延长线通过圆导轨中心O，装置的俯视图如图所示．整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向竖直向下．在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻(图中未画出)．直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕O逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触．设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒和导轨的电阻均可忽略．重力加速度大小g.求(1)通过电阻R的感应电流的方向和大小：(2)外力的功率．   2、磁场在xOy平面内的分布如图所示，其磁感应强度的大小均为B0，方向垂直于xOy平面，相邻磁场区域的磁场方向相反，每个同向磁场区域的宽度均为L0，整个磁场以速度v沿x轴正方向匀速运动。若在磁场所在区间内放置一由n匝线圈组成的矩形线框abcd，线框的bc＝LB、ab＝L，LB略大于L0，总电阻为R，线框始终保持静止。求：(1)线框中产生的总电动势大小和导线中的电流大小；(2)线框所受安培力的大小和方向。    3、如图所示，一根电阻为R=0.6Ω的导线弯成一个圆形线圈，圆半径r=1m，圆形线圈质量m=1kg，此线圈放在绝缘光滑的水平面上，在y轴右侧有垂直于线圈平面B=0.5T的匀强磁场。若线圈以初动能E0=5J沿x轴方向滑进磁场，当进入磁场0.5m时，线圈中产生的电能为Ee=3J。求：（1）此时线圈的运动速度    （2）此时线圈与磁场左边缘两交接点间的电压（3）此时线圈加速度大小   4、如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距L=1m。导轨平面与水平面成θ=37°角，下端连接阻值为R的电阻。匀强磁场方向垂直于导轨平面向上，磁感应强度为B=0.4T．质量为0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上，棒与导轨垂直且保持良好接触，它们间的动摩擦因数为μ=0.25．金属棒沿导轨由静止开始下滑，当金属棒下滑速度达到稳定时，速度大小为10m/s．（取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）．求：
（1）金属棒沿导轨开始下滑时的加速度大小；
（2）当金属棒下滑速度达到稳定时电阻R消耗的功率；
（3）电阻R的阻值。     【答案与解析】一、选择题1、【答案】BD　【解析】初始，ab与直角金属导轨围成的三角形面积趋于0，末状态ab与直角金属导轨围成的三角形面积为0，所以整个运动过程中，闭合回路的面积是先增大后减小。根据楞次定律的增反减同，判断电流方向先是逆时针后是顺时针，选项A错B对；根据左手定则，可得安培力先是垂直于ab向下，后垂直于ab向上，选项C错D对。2、【答案】B【解析】根据楞次定律可知，两线圈内均产生逆时针方向的感应电流，A错误；因磁感应强度随时间均匀增大，则，由法拉第电磁感应定律可得 则 所以，则B正确；根据 故a、b线圈中的感应电流之比为3:1，选项C错，电功率则电功率之比为27:1，选项D错。故选B.3、【答案】B【解析】铜环在进出磁场时磁通量发生变化，产生感应电流，所以小金属环的机械能通过感应电流做功转化为内能，机械能减少，上升的高度减小。只有B正确。4、【答案】AD【解析】一金属棒ab沿导轨下滑，根据右手定则得在ab下滑的过程中，产生的感应电流方向由a到b，所以通过G1的电流是从右端进入的，A正确；由于金属棒ab加速运动，所以在线圈M中就产生了增强的磁场，变化的磁场通过另一线圈，产生了感应电流，在线圈M中是向下变大的磁场，根据楞次定律得在线圈N中就产生了向下的感应电流产生的磁场，所以通过G2的电流是从右端进入的，B错；由于金属棒ab加速运动，产生变大的感应电流，同时受到的安培力也在增大，当安培力与重力平衡，G1通过恒定电流，线圈M中就是不变的磁场，那么在线圈N中就不能产生感应电流，所以检流计G1的示数逐渐增大，最后达到最大值不变，检流计G2的示数逐渐减小，最后趋于零，C错，D正确。故选AD。 5、【答案】BD【解析】若磁场为匀强磁场，则小金属环中无感应电流，所以小金属环的机械能守恒；若磁场为非匀强磁场，则小金属环中磁通量发生变化，产生感应电流，所以小金属环的机械能通过感应电流做功转化为内能。6、【答案】BD【解析】由于L<d，正方形线框有一段时间全部处在磁场中，磁通量不变，没有感应电流，加速度为重力加速度，A错B对；取当ab边进入磁场时为初态，cd边刚穿出磁场时为末态，动能不变，根据能量守恒定律，减少的重力势能等于产生的热量，，C错；由于线圈在磁场中有一段时间加速度为重力加速度做加速运动，才达到v0，显然线圈刚进入磁场时做的是减速运动，D对。故选BD。7、【答案】AD【解析】杆与导轨的摩擦力，故摩擦消耗的热功率，A对；电阻R1消耗的热功率为P，R2消耗的热功率为P，导体棒的电流是R1的两倍，又电阻R=2R1，则导体棒的热功率为8P，总功率为10 P，，所以，C错D对；整个装置消耗的机械功率为摩擦消耗的热功率与三部分导体的热功率之和，，B错。故选AD。8、【答案】AC【解析】根据右手定则可判断出棒中感应电流的方向由a到b，A正确；安培力大小为：，B错误；棒两端的电压为，C正确；棒动能的减小量等于其重力势能的增加量与电路上产生的电热及克服摩擦阻力做功之和，D错误。9、【答案】C【解析】设ab边刚进入磁场时速度为v0，则整个过程中由能的转化与守恒定律有解得.10、【答案】B【解析】，匀速运动   ，联立解得，B对。 二、填空题1、【答案】ab，a，0.016N，0.064W【解析】ab相当于电源；a相当于电源的正极；，，，解得安培力，电阻R上消耗的功率.2、【答案】，A→B  【解析】切割磁感线的长度为L，，电流。运用右手定则，电流方向为A→B。3、【答案】【解析】设感应电动势为E，电流为I，外力功W由转动切割得：      ①　　　　电流    ②外力功等于系统产生的焦耳热    ③　　  ④所以外力做功   ⑤ 三、计算题1、【答案】(1)从C端流向D端　      (2) 【解析】 (1)在Δt时间内，导体棒扫过的面积为                        ①根据法拉第电磁感应定律，导体棒上感应电动势的大小为                                    ②根据右手定则，感应电流的方向是从B端流向A端．因此，通过电阻R的感应电流的方向是从C端流向D端．由欧姆定律可知，通过电阻R的感应电流的大小I满足                                       ③联立①②③式得                                  ④(2)在竖直方向有mg－2N＝0                                   ⑤式中，由于质量分布均匀，内、外圆导轨对导体棒的正压力大小相等，其值为N，两导轨对运行的导体棒的滑动摩擦力均为f＝Μn                                       ⑥在Δt时间内，导体棒在内、外圆轨上扫过的弧长为l1＝rωΔt                                     ⑦和l2＝2rωΔt                                    ⑧克服摩擦力做的总功为Wf＝f(l1＋l2)                                  ⑨在Δt时间内，消耗在电阻R上的功为WR＝I2RΔt                                   ⑩根据能量转化和守恒定律知，外力在Δt时间内做的功为W＝Wf＋WR                                                  ⑪外力的功率为                                     ⑫由④至⑫式得                    ⑬ 2、【答案】(1)2nB0Lv　    (2) 　方向沿x轴正方向【解析】(1)线框相对于磁场向左做切割磁感线的匀速运动，切割磁感线的速度大小为v，任意时刻线框ab边切割磁感线产生的感应电动势大小为E1＝nB0Lv，cd边切割磁感线产生的感应电动势大小为E2＝nB0Lv，ab边和cd边所处的磁场方向总是相反的，故ab边和cd边线圈中产生的感应电动势方向顺时针时都是顺时针，逆时针时都是逆时针，所以总的感应电动势大小E＝2nB0Lv，由闭合电路欧姆定律得导线中的电流大小，(2)线框所受安培力的大小由左手定则判断，线框所受安培力的方向始终沿x轴正方向。3、【答案】（1）v =2m/s（2）（3）【解析】（1）设线圈的速度为v，根据能量守恒，解得v =2m/s（2）线圈切割磁感线的有效长度L=2m  电动势电流  两点间电压（外电阻是左边的三分之二）  （3）安培力为合外力，线圈加速度大小。4、【答案】（1）（2）（3）.【解析】金属棒开始下滑的初速度为零，根据牛顿第二定律
解得
（2）设金属棒运动达到稳定时，设速度为v，所受安培力为F，棒沿导轨方向受力平衡，根据物体平衡条件
 代入数据解得安培力此时金属棒克服安培力做功的功率等于电路中电阻R消耗的电功率
   （3）设电路中电流为I，感应电动势为E
 由于金属棒的电阻不计，感应电动势即为电阻R的电压
  ，电阻.