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(浙江專用)備戰(zhàn)2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 第二部分 計算題部分 精練2 電磁感應(yīng)問題的綜合應(yīng)用

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1、(浙江專用)備戰(zhàn)2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 第二部分 計算題部分 精練2 電磁感應(yīng)問題的綜合應(yīng)用1.加試題 如圖1所示,光滑的“”形金屬導(dǎo)體框豎直放置,除圖中已標(biāo)阻值為R的電阻外,其余電阻不計質(zhì)量為m的金屬棒MN與框架接觸良好在區(qū)域abcd和cdef內(nèi),存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B1B、B22B的有界勻強(qiáng)磁場,方向均垂直于框架平面向里,兩豎直導(dǎo)軌ae與bf間距為L.現(xiàn)從圖示位置由靜止釋放金屬棒MN,當(dāng)金屬棒進(jìn)入磁場B1區(qū)域后恰好做勻速運動,重力加速度為g.不計空氣阻力,求:圖1(1)金屬棒進(jìn)入磁場B1區(qū)域后的速度大??;(2)金屬棒剛進(jìn)入磁場B2區(qū)域時的加速度大小2.加試題 如圖2所示,半徑R0.2

2、 m的圓形金屬導(dǎo)軌固定在水平面上,一根長為R的金屬棒一端與導(dǎo)軌接觸良好,另一端固定在圓心處的導(dǎo)電轉(zhuǎn)軸上在金屬導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 T一對長L0.2 m的金屬板A、B水平放置,兩板間距d0.1 m從導(dǎo)軌引出導(dǎo)線與上板連接,通過電刷從轉(zhuǎn)軸引出導(dǎo)線與下板連接有一質(zhì)量m1.0105 kg,電荷量q5.0106 C的帶負(fù)電微粒,以v02 m/s的速度從兩板正中間水平射入,g取10 m/s2.求:圖2(1)金屬棒轉(zhuǎn)動的角速度為多大時,微粒能做勻速直線運動;(2)金屬棒轉(zhuǎn)動的角速度至少多大時,微粒會碰到上極板A.3.加試題(2018溫州“十五校聯(lián)合體”期末)如圖3所示,

3、一個質(zhì)量m16 g,長d0.5 m,寬L0.1 m,電阻R0.1 的矩形線框從高處自由落下,經(jīng)過h15 m高度,下邊開始進(jìn)入一個跟線框平面垂直的勻強(qiáng)磁場已知磁場區(qū)域的高度h21.55 m,線框剛進(jìn)入磁場時恰好勻速下落不計空氣阻力,取g10 m/s2.求:圖3(1)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度;(2)線圈進(jìn)入磁場的全過程中產(chǎn)生的電熱;(3)線框下邊即將離開磁場時的加速度大小4.加試題如圖4所示,一足夠長阻值不計的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ之間的距離L1.0 m,NQ兩端連接阻值R1.0 的電阻,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2 T的勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌所在平面向上,導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角30.一質(zhì)量m2.0 kg,阻值r0

4、.50 的金屬棒垂直于導(dǎo)軌放置并用絕緣細(xì)線通過光滑的定滑輪與質(zhì)量M0.60 kg的重物P相連已知金屬棒從靜止開始釋放,第1 s末達(dá)到最大速度;金屬棒在第1 s內(nèi)通過的電荷量q4 C,g10 m/s2.求:圖4(1)金屬棒最大速度的大??;(2)金屬棒在第1 s內(nèi)產(chǎn)生的熱量5.加試題 (2018東陽中學(xué)期中)如圖5所示,兩根電阻不計的光滑金屬導(dǎo)軌MAC、NBD水平放置,MA、NB間距L0.4 m,AC、BD的延長線相交于E點且AEBE,E點到AB的距離d6 m,M、N兩端與阻值R2 的電阻相連,虛線右側(cè)存在方向與導(dǎo)軌平面垂直向下的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度B1 T一根長度也為L0.4 m、質(zhì)量m0.6

5、kg、電阻不計的金屬棒,在外力作用下從AB處以初速度v02 m/s沿導(dǎo)軌水平向右運動,棒與導(dǎo)軌接觸良好,運動過程中電阻R上消耗的電功率不變,求:圖5(1)電路中的電流I;(2)金屬棒向右運動過程中克服安培力做的功W.6.加試題 (2017金華市高二上期末)如圖6甲所示,在粗糙的水平面上有一滑板,滑板上固定著一個用粗細(xì)均勻的導(dǎo)線繞成的正方形閉合線圈,匝數(shù)N10,邊長L0.4 m,總電阻R1 ,滑板和線圈的總質(zhì)量M2 kg,滑板與地面間的動摩擦因數(shù)0.5,前方有一長4L、高L的矩形區(qū)域,其下邊界與線圈中心等高,區(qū)域內(nèi)有垂直線圈平面的水平勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小按如圖乙所示的規(guī)律變化現(xiàn)給線圈施加一水

6、平拉力F,使線圈以速度v0.4 m/s勻速通過矩形磁場t0時刻,線圈右側(cè)恰好開始進(jìn)入磁場,g10 m/s2,不計空氣阻力,求:圖6(1)t0.5 s時線圈中通過的電流;(2)線圈左側(cè)進(jìn)入磁場區(qū)域前的瞬間拉力F的大?。?3)線圈通過圖中矩形區(qū)域的整個過程中拉力F的最大值與最小值之比7.加試題 (2018湖州市三縣期中)如圖7甲所示,M1M4、N1N4為平行放置的水平金屬軌道,M4M5、N4N5為半徑均為r0.65 m的豎直四分之一圓形光滑金屬軌道,M4、N4為切點,M5、N5為軌道的最高點(與圓心等高)軌道間距L1.0 m,整個裝置左端接有阻值R0.5 的定值電阻M1M2N2N1、M3M4N4N

7、3為等大的長方形區(qū)域、,兩區(qū)域?qū)挾萪0.5 m,兩區(qū)域之間的距離s1.0 m;區(qū)域內(nèi)均勻分布著磁場B1,其變化規(guī)律如圖乙所示,規(guī)定豎直向上為正方向;區(qū)域內(nèi)分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度B20.05 T的勻強(qiáng)磁場,方向豎直向上,質(zhì)量m0.1 kg、電阻R00.5 的導(dǎo)體棒ab在垂直于棒的F1.0 N的水平恒力拉動下,從M2N2處在t0時刻由靜止開始運動,到達(dá)M3N3處撤去恒力F,ab棒穿過勻強(qiáng)磁場區(qū)后,恰好能到達(dá)圓形軌道的M5N5處水平軌道與導(dǎo)體棒ab間的動摩擦因數(shù)0.2,軌道電阻、空氣阻力不計,運動過程中導(dǎo)體棒與軌道接觸良好且始終與軌道垂直,g10 m/s2,求:圖7(1)0.2 s末電阻R上的電流大小及方

8、向;(2)ab棒剛進(jìn)入B2磁場時的加速度大?。?3)ab棒在水平直軌道上向右運動過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q.答案精析1(1)(2)3g解析(1)當(dāng)金屬棒進(jìn)入磁場B1區(qū)域后恰好做勻速運動,說明金屬棒所受的安培力與重力大小相等、方向相反則F1B1I1LBI1Lmg又I1聯(lián)立得:v(2)金屬棒剛進(jìn)入磁場B2區(qū)域時,由楞次定律判斷知所受的安培力方向豎直向上,大小為:F2B2I2L2BL把(1)問求得的v代入,可得F24mg根據(jù)牛頓第二定律得:F2mgma解得:a3g.2(1)50 rad/s(2)100 rad/s解析(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得UBR2根據(jù)平衡條件可得mgqE因為E所以mgqB

9、R2解得50 rad/s(2)微粒恰好碰到上極板A邊緣時,微粒向上的加速度大小由a()2解得a10 m/s2由牛頓第二定律得:BR2mgma解得100 rad/s.3(1)0.4 T(2)0.08 J(3)1 m/s2解析(1)由機(jī)械能守恒得mgh1mv2,由平衡條件知mgBIL,I,得B0.4 T(2)由能量守恒定律得:Qmgd0.08 J(3)由動能定理得:mg(h2d)mv2mv2,得v11 m/s由BILmgma,其中I,得a1 m/s2.4(1)1.5 m/s(2)3.025 J解析(1)因mgsin Mg,金屬棒開始時向下滑動當(dāng)金屬棒所受合外力為0時,金屬棒的速度最大金屬棒切割磁感

10、線產(chǎn)生的電動勢EBLvm根據(jù)閉合回路歐姆定律得通過金屬棒的電流I由安培力公式得:FBIL由共點力平衡得FMgmgsin 解得:vm1.5 m/s(2)金屬棒在第1 s內(nèi)通過的電荷量q解得x3 m根據(jù)能量守恒定律mgxsin Mgx(mM)vQ代入數(shù)據(jù)解得Q9.075 J由于金屬棒與電阻R串聯(lián),電流相等,根據(jù)焦耳定律QI2Rt,得到它們產(chǎn)生的熱量與電阻成正比,所以金屬棒在第1 s內(nèi)產(chǎn)生的熱量QrQ3.025 J5(1)0.4 A(2)0.36 J解析(1)金屬棒開始運動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢:EBLv010.42 V0.8 V電路中的電流:I0.4 A(2)金屬棒向右運動距離為x時,金屬棒接入電路的

11、有效長度為L1,由幾何關(guān)系可得:,解得:L10.4此時金屬棒所受的安培力為:FBIL10.16(0x)作出Fx圖象,由圖象可知運動過程中克服安培力做功為:W3 J0.36 J.6(1)0.4 A(2)10.8 N(3)5449解析(1)線圈切割磁感線E1NBv0.4 VI10.4 A.(2)線圈勻速運動將要全部進(jìn)入磁場區(qū)域前,右邊導(dǎo)線所受向左的總安培力F1NBI10.4 N上邊導(dǎo)線所受向下的總安培力F2NBI1L0.8 N滑動摩擦力Ff(MgF2)10.4 N故拉力:FF1Ff10.8 N.(3)線圈左側(cè)進(jìn)入磁場區(qū)域前的瞬間拉力有最大值Fmax10.8 N.線圈左側(cè)進(jìn)入磁場區(qū)域后的瞬間拉力有最

12、小值Fmin,t1 s時刻,線圈在磁場運動E20.2 V線圈中形成順時針方向的電流I20.2 A線圈上邊受到向上的最大安培力F3NBI2L0.4 N,方向向上此時拉力Fmin(MgF3)9.8 N所以最大值與最小值之比為5449.7見解析解析(1)導(dǎo)體棒ab在N2M2M3N3區(qū)域內(nèi)做勻加速運動,由牛頓第二定律可得Fmgma1得a18 m/s2導(dǎo)體棒ab在00.2 s內(nèi)運動的位移xa1t0.16 ms1.0 m故0.2 s末導(dǎo)體棒ab未進(jìn)入?yún)^(qū)域,由于區(qū)域中的磁場在均勻減小,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E10.5 VI10.5 A電阻R上電流方向為由N1流向M1(2)導(dǎo)體棒ab剛進(jìn)入?yún)^(qū)域時的速度為v22a1s得v4 m/s導(dǎo)體棒ab在N2M2M3N3區(qū)域內(nèi)做勻加速運動的時間t10.5 s0.4 sab棒剛進(jìn)入?yún)^(qū)域時,B1磁場已保持不變導(dǎo)體棒ab剛進(jìn)入?yún)^(qū)域時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E2B2Lv0.2 VI20.2 AmgB2I2Lma2得a22.1 m/s2(3)B1磁場變化的時間t0.4 s,這段時間內(nèi)R的焦耳熱Q1IRt0.05 J導(dǎo)體棒ab在B2磁場中的運動過程,回路中產(chǎn)生的總焦耳熱Q2W安mgdmgrQ20mv2解得Q20.05 J電阻R上產(chǎn)生的總焦耳熱QQ1Q20.075 J.

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