(浙江选考)2020-2021届高考物理二轮复习 专题四 电路与电磁感应 提升训练15 电磁感应的综合问题

v=-+v0。

(4)v=0

x=。

4.答案 (1)

(2)

(3)2t0P-

解析 (1)设灯泡额定电流为I0 则有 P=R① 流经MN的电流I=2I0② mgsinα=BIl③ 联立①②③得

B=④

(2)E=Blv=I0R⑤

v=⑥

(3)在t=0至t=t0期间,对棒运动用动量定理,有 (mgsinα-iBl)Dt=mDv⑦

累积求和得t0mgsinα-BlDq=mv ⑧

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,得Δq=⑨ 联立⑧⑨得

s=

小灯泡产生的焦耳热

Q=mgssinα-mv2

将④⑥式入式,得

Q=mgsinαmv2=2t0P-

5.答案 (1)2 T (2)0.037 5 J

(3)Uc b=

解析 (1)感应电流I=

受力平衡mg=BIl 进入时的y方向速度vy==2 m/s

B=2 T。 (2)动量定理 -BlΔq=mv-mv0 Δq= 全过程能量守恒

Q=mgl+mv2

Q=0.037 5 J。

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(3)进入磁场前x≤0.4 m,Uc b=0 进入磁场过程0.4 m

Uc b=Bv0vyt-I=(4x-1.7) V 在磁场中0.5 m

出磁场过程0.6 m

Uc b= V。

2

6.答案 (1)导体棒先做加速度为1 m/s的匀减速直线运动,在1 s末停止运动,以后一直保持静止 (2)前2 s电流为0,后2 s电流为0.2 A,顺时针 (3)0.04 J

解析 (1)导体棒先在无磁场区域做匀减速直线运动,有 -μmg=ma v=v0+at

x=v0t+at2

导体棒速度减为零时,v=0

2

代入数据解得a=-1 m/s,t=1 s,x=0.5 m

(2)前2 s磁通量不变,回路电动势和电流分别为E=0,I=0 后2 s回路产生的感应电动势

E==ld=0.1 V

回路的总长度为5 m,因此回路的总电阻R=5 m·λ=0.5 Ω 电流I==0.2 A

根据楞次定律,回路中的电流方向是顺时针方向。 (3)前2 s电流为零,后2 s有恒定电流,焦耳热 Q=I2Rt'=0.04 J。

7.答案 (1)竖直向下 (2) (3)mgH+

解析 (1)金属棒AA'从轨道上向下运动后,由右手定制(或楞次定律),通过金属棒CC'电流方向为C'指向C,由左手定则,磁场B1的方向为竖直向下。

(2)在金属棒CC'通电的极短时间Δt内,在安培力作用下获得向右的速度v1 由平抛运动得

h=gt2 x1=v1t

解得v1=x1 由牛顿第二定律

F合=ma=m

或动量定理 F合Δt=mΔv

B1ILΔt=mΔv=mv1-0

q=IΔt=。

(3)金属棒AA'离开水平轨道后做平抛运动,由平抛运动得

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h=gt2 x2=v2t

金属棒AA'在轨道上下滑到水平抛出过程中,对整个系统由能量守恒得 mgH+

金属棒AA'从轨道上运动时,始终有一个电阻R与金属棒串联 金属棒AA'产生的焦耳热Q==Q总+Q总=mgH+。

8.答案 (1)4 (2)+28l

解析 (1)设磁场的磁感应强度大小为B,cd边刚进入磁场时,线框做匀速运动的速度为v1,cd边产生的感应电动势为E1,由法拉第电磁感应定律,有

E1=2Blv1

设线框总电阻为R,此时线框中电流为I1,由闭合电路欧姆定律,有

I1=

设此时线框所受安培力为F1,有 F1=2I1lB

由于线框做匀速运动,其受力平衡,有 mg=F1

由以上各式得

v1=

设ab边离开磁场之前,线框做匀速运动的速度为v2,同理可得v2=由以上两式得v2=4v1。

(2)线框自释放直到cd边进入磁场前,由机械能守恒定律,有 2mgl=

线框完全穿过磁场的过程中,由能量守恒定律,有

mg(2l+H)=由以上各式得

+Q

H=+28l。

9.答案 (1)v2= (2)t= 解析 (1)杆ab向下运动离开磁场前做匀速运动 mg=F安+Ff① 又Ff=kmg ②

F安=BIL=BL= ③

由①②③得v2=。

(2)杆ab在磁场中上升过程,由动量定理得

-mgt-kmgt-BLt=0-mv1 ④ t=

上升过程的感应电荷量q=由④⑤得t=

⑤

杆ab在磁场中上升过程经历的时间为10.答案 (1)1.25 Ω (2)π J 解析 (1)由法拉第电磁感应定律有

。

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E=n

得E=nπ·r2

=10×π×0.52

V=2.5 V

小灯泡正常发光,有P=I2

R

由闭合电路欧姆定律有E=I(R0+R) 则有P=R,

代入数据解得I=1 A,R=1.25 Ω。 (2)对线框受力分析如图

设线框恰好要运动时,磁场的磁感应强度大小为B' 由力的平衡条件有mgsin θ=F安+Ff=F安+μmgcosθ F安=nB'I·2r

联立解得线框刚要运动时,磁场的磁感应强度大小B'=0.4 T 由B'=2-t,得

线框在斜面上可保持静止的时间t= s= s

小灯泡产生的热量Q=Pt=1.25× J=π J。

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