试题-全国-2020_（课标版）2020届高考物理二轮复习 专题四 第10讲 应用“三大观点”解决电磁感应综合问题练习.docx

-1-第10讲应用“三大观点”解决电磁感应综合问题冲刺提分作业A1.(2019湖北咸阳模拟)如图所示是磁动力电梯示意图,即在竖直平面内有两根很长的平行竖直轨道,轨道间有垂直轨道平面交替排列的匀强磁场B1和B2,B1=B2=1.0T,B1和B2的方向相反,两磁场始终竖直向上做匀速运动,电梯轿厢固定在图示的金属框abcd上,并且与之绝缘。已知电梯载人时的总质量为4.95×103kg,所受阻力f=500N,金属框垂直轨道的边长ab=2.0m,两磁场的宽度均与金属框的边长ad相同,金属框整个回路的电阻R=8.0×10-4Ω,g取10m/s2。已知电梯正以v1=10m/s的速度匀速上升,求:(1)金属框中感应电流的大小及图示时刻感应电流的方向;(2)磁场向上运动的速度v0的大小;(3)该电梯的工作效率。答案(1)1.25×104A,电流的方向为adcb(2)12.5m/s(3)79.2%解析(1)对abcd金属框由平衡条件,有2F安=mg+f,而F安=BI·ab,解得I=1.25×104A;由左手定则可判断题图示时刻电流的方向为adcb(2)根据法拉第电磁感应定律得E=2B·ab·(v0-v1)而E=IR,解得v0=12.5m/s(3)有用功P=mgv1=4.95×105W总功率P总=2F安·v0=6.25×105W则η=PP总×100%=79.2%2.如图所示,两根质量均为m=2kg的金属棒垂直放在光滑的水平导轨上,左右两部分导轨间距之比为1∶2,导轨间有大小相等但左、右两部分磁感应强度方向相反的匀强磁场,两棒电阻与棒长成正比,不计导轨电阻。现用250N的水平拉力F向右拉CD棒,CD棒运动x=0.5m时其产生的焦耳热为Q2=30J,此时两棒速率之比为vA∶vC=1∶2,现立即撤去拉力F,设导轨足够长且两棒始终在不同磁场中运动,求:(1)在CD棒运动0.5m的过程中,AB棒上产生的焦耳热;(2)撤去拉力F瞬间,两棒的速度大小vA和vC;(3)撤去拉力F后,两棒最终匀速运动的速度大小vA'和vC'。答案(1)15J(2)4m/s8m/s(3)6.4m/s3.2m/s解析(1)设两棒的长度分别为l和2l,所以电阻分别为R和2R,由于电路中任何时刻电流均相等,根据焦耳定律Q=I2Rt可知AB棒上产生的焦耳热Q1=15J(2)根据能量守恒定律,有Fx=12mvA2+12mvC2+Q1+Q2又vA∶vC=1∶2联立解得vA=4m/s,vC=8m/s(3)撤去拉力F后,AB棒继续向左做加速运动,而CD棒向右做减速运动,两棒最终匀速运动时电路中电流为零,即两棒切割磁感线产生的感应电动势大小相等,此时两棒的速度满足BLvA'=B·2LvC'即vA'=2vC'(不对过程进行分析,认为系统动量守恒是常见错误)对两棒分别应用动量定理,规定水平向左为正方向,有FA·t=mvA'-mvA,-FC·t=mvC'-mvC因为FC=2FA,故有vA'-vAvC-vC'=12联立解得vA'=6.4m/s,vC'=3.2m/s3.间距为L=2m的足够长的金属直角导轨如图甲所示放置,它们各有一边在同一水平面内,另一边垂直于水平面。质量均为m=0.1kg的金属细杆ab、cd与导轨垂直放置形成闭合回路。杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ=0.5,导轨的电阻不计,细杆ab、cd的电阻分别为R1=0.6Ω,R2=0.4Ω。整个装置处于磁感应强度大小为B=0.50T、方向竖直向上的匀强磁场中(图中未画出)。当ab在平行于水平导轨的拉力F作用下从静止开始沿导轨匀加速运动时,cd杆也同时从静止开始沿导轨向下运动。测得拉力F与时间t的关系如图乙所示。g=10m/s2。(1)求ab杆的加速度a;(2)求当cd杆达到最大速度时ab杆的速度大小;(3)若从开始到cd杆达到最大速度的过程中拉力F做了5.2J的功,通过cd杆横截面的电荷量为0.2C,求该过程中ab杆所产生的焦耳热。答案见解析解析(1)由题图乙可知,在t=0时,F=1.5N对ab杆进行受力分析,由牛顿第二定律得F-μmg=ma代入数据解得a=10m/s2(2)从d向c看,对cd杆进行受力分析如图所示当cd速度最大时,有Ff=mg=μFN,FN=F安,F安=BIL,I=BLvR1+R2综合以上各式,解得v=2m/s(3)整个过程中,ab杆发生的位移x=q(R1+R2)BL=0.2m对ab杆应用动能定理,有WF-μmgx-W安=12mv2代入数据解得W安=4.9J,根据功能关系有Q总=W安所以ab杆上产生的热量Qab=R1R1+R2Q总=2.94J4.水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置,间距为L,一端通过导线与阻值为R的电阻连接;导轨上放一质量为m的金属杆(如图甲),金属杆与导轨的电阻忽略不计;匀强磁场竖直向下,用与导轨平行的恒定拉力F