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2016年吉林单招物理模拟试题:电磁感应中的能量问题


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2016 年吉林单招物理模拟试题:电磁感应中的能量问题
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1: 如图, 一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内, 通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定, 导

体棒与轨道垂直且接触良好。在向右匀速通过 示。不计轨道电阻。以下叙述正确的是( ) 、 两区的过程中,导体棒所受安培力分别用 、 表

A、

向右

B、

向左

C、

逐渐增大

D、

逐渐减小

2:如图所示,线圈匝数足够多,其直流电阻为 3 欧,先合上电键 K,过一段时间突然断开 K,则下列说法中正 确的有( )

A、电灯立即熄灭 B、电灯不熄灭 C、电灯会逐渐熄灭,且电灯中电流方向与 K 断开前方向相同 D、电灯会逐渐熄灭,且电灯中电流方向与 K 断开前方向相反

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3:

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英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发感生电场。如图所示,一个半径为 的绝缘细圆环水平放 置,环内存在竖直向上的匀强磁场 ,环上套一带电荷量为+ 的小球。已知磁感应强度 ) 随时间均匀增加,其

变化率为 ,若小球在环上运动一周,则感生电场对小球的作用力所做功的大小是(

A、0

B、

C、

D、

4: (2015。上海崇明一模)在倾角为 的斜面上固定两根足够长的光滑平行金属导轨 轨处于磁感应强度为 、 ,相距为 ,导

、 范围足够大的匀强磁场中, 磁场方向垂直导轨平面向下。 有两根质量均为

的金属棒 、

,先将 棒垂直导轨放置,用跨过光滑定滑轮的细线与物块 连接,连接 棒的细线平行于导轨,由静止释放 ,此后某时刻,将 也垂直导轨放置, 、 此刻起做匀速运动, 棒刚好能静止在导轨上。 棒在运动过程 中始终与导轨垂直,两棒与导轨接触良好,导轨电阻不计。则( )

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A、物块 的质量是

B、 棒放上导轨前,物块 减少的重力势能等于 、 增加的动能

C、 棒放上导轨后,物块 减少的重力势能等于回路消耗的电能

D、 棒放上导轨后, 棒中电流大小是

5:电磁感应现象揭示了电与磁之间的内在联系,根据这一发现,发明了许多电器设备。以下电器中,哪些利用 了电磁感应原理 ( ) A、变压器 B、白炽灯泡 C、发电机 D、电吹风

6: (2015。上海单科)如图,金属环 动,则金属环 用轻绳悬挂,与长直螺线管共轴,并位于其左侧。若变阻器滑片 向左移

将向_______(填“左”或“右”)运动,并有_______(填“收缩”或“扩张”)趋势。

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7:如图所示,将边长为 L、总电阻为 R 的正方形闭合线圈,从磁感强度为 B 的匀强磁场中以速度 v 匀速拉出(磁 场方向,垂直线圈平面)

(1)所用拉力 F= 。 (2)拉力 F 做的功 W= (3)拉力 F 的功率 PF=

。 。 。

(4)线圈发热的功率 P 热=

8:如图所示,两金属杆 AB 和 CD 长均为 L,电阻均为 R,质量分别为 3m 和 m。用两根质量和电阻均可忽略的 不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路,并悬挂在水平、光滑、不导电的圆棒两侧。在金属杆 AB 下方有高度 为 H 的匀强磁场,磁感应强度大小为 B,方向与回路平面垂直,此时,CD 处于磁场中。现从静止开始释放金属 杆 AB,经过一段时间,AB 即将进入磁场的上边界时,其加速度为零,此时金属杆 CD 尚未离开磁场,这一过程 中杆 AB 产生的焦耳热为 Q。则

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(1)AB 棒刚达到磁场边界时的速度 v1 多大? (2)此过程中金属杆 CD 移动的距离 h 和通过导线截面的电量 q 分别是多少? (3)通过计算说明金属杆 AB 在磁场中可能具有的速度大小 v2 在什么范围内;

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(4)试分析金属杆 AB 在穿过整个磁场区域过程中可能出现的运动情况(加速度与速度的变化情况) 。

9: (18 分)如图所示,质量 ,电阻 ,长度 的导体棒 横放在 U 型金属框架上。框 架质量 , 放在绝缘水平面上, 与水平面间的动摩擦因数 , 相距 0.4m 的 、 相互平行, 电阻不计且足够长。电阻 的 垂直于 。整个装置处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度 。垂直于 施加 的水平恒力, 从静止开始无摩擦地运动,始终与 、 保持良好接触。 当 运动到某处时,框架开始运动。设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g 取 10m/s 。 上产生的热量 ,求该过程 位移 x 的大小。
2

(1)求框架开始运动时 速度 v 的大小; ( 2 )从 开始运动到框架开始运动的过程中,

10: (11 分)某同学根据电磁感应现象设计了一种发电装置,如图甲所示,图乙为其俯视图。将 8 块相同磁铁的 N、S 极交错放置组合成一个高 h = 0。5 m、半径 r = 0。2 m 的圆柱体,其可绕固定的 OO' 轴转动。圆柱外侧附 近每个磁场区域的磁感应强度大小均为 B = 0。2T,方向都垂直于圆柱表面,相邻两个 区域的磁场方向相反。紧 靠圆柱体外侧固定—根与其等长、 电阻 R = 0。 4Ω 的金属杆 ab, 杆与圆柱平行。 从上往下看, 圆柱体以 ω = 100 rad/s 的角速度顺时针匀速转动,设转到如图所示位置为 t = 0 时刻。取 g = 10 m/s ,π =10。求: (1)圆柱体转过周期的时间内,ab 杆中产生的感应电动势 E 的大小; (2)如图丙所示,M、N 为水平放置的平行板电容器的两极板,极板长 L0= 0。314m,两板间距 d = 0。125m。 现用两根引线将 M、N 分别与 a、b 相连。在 t = 0 时刻,将—个电量 q = + 1。00×10
- 6C 2 2

、质量 m = 1。60×10

- 8kg

的带电粒子从紧靠 M 板中心处无初速度地释放,求粒子从 M 板运动到 N 板所经历的时间 t。不计粒子重力。 (3)t = 0 时刻,在如图丙所示的两极板问,若上述带电粒子从靠近 M 板的左边缘处以初速度 υ0 水平射入两极 板间,而且已知粒子沿水平方向离开电场,求初速度 υ0 的大小,并在图中画出粒子相应的运动轨迹。不计粒子

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重力。 (※请自行作图! )

11: 在倾角为 30°的斜面上, 固定两条足够长的光滑平行导轨, 一个匀强磁场垂直于斜面向上, 磁感强度 B=0.4T, 导轨间距 L=0.5m,两根金属棒 ab、cd 水平地放在导轨上,金属棒质量 mab=0.1kg,mcd=0.2kg,两根金属棒总电 阻 r=0.2Ω,导轨电阻不计(如图 5)。现使金属棒 ab 以 v=2.5m/s 的速度沿斜面向上匀速运动。求:

⑴ 金属棒 cd 的最大速度; ⑵ 在 cd 有最大速度时,作用在 ab 上的外力做功的功率。

12: 磁悬浮列车动力原理如下图所示,在水平地面上放有两根平行直导轨,轨间存在着等距离的正方形匀强磁场 Bl 和 B2,方向相反,B1=B2=lT,如下图所示。导轨上放有金属框 abcd,金属框电阻 R=2Ω,导轨间距 L=0.4m,当 磁场 Bl、B2 同时以 v=5m/s 的速度向右匀速运动时,求 【小题 1】如果导轨和金属框均很光滑,金属框对地是否运动?运动性质如何? 【小题 2】如果金属框运动中所受到的阻力恒为其对地速度的 K 倍,K=0.18,求金属框所能达到的最大速度 vm 是多少? 【小题 3】如果金属框要维持(2)中最大速度运动,它每秒钟要消耗多少磁场能?

13: (12 分)足够长的平行金属导轨 MN 和 PK 表面粗糙,与水平面之间的夹角为 α,间距为 L。垂直于导轨平面

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向上的匀强磁场的磁感应强度为 B,MP 间接有阻值为 R 的电阻,质量为 m 的金属杆 ab 垂直导轨放置,其他电 阻不计。 如图所示, 用恒力 F 沿导轨平面向下拉金属杆 ab, 使金属杆由静止开始运动, 杆运动的最大速度为 vm, t s 末金属杆的速度为 v1, ,前 t s 内金属杆的位移为 x, (重力加速度为 g)求:

(1)金属杆速度为 v1 时加速度的大小; (2)整个系统在前 t s 内产生的热量。

14:如图 20 所示,一质量为 m=0.016kg、长 L=0.5m、宽 d=0.1m、电阻 R=0.1Ω 的矩形线圈,从 h1=5m 的高处由 静止开始下落, 然后进入匀强磁场, 当下边进入磁场时, 由于磁场力的作用, 线圈正好作匀速运动。 (g=10m/s )
2

【小题 1】求匀强磁场的磁感应强度 B。 【小题 2】如果线圈的下边通过磁场所经历的时间 t="0." 15s,求磁场区域的高度 h2. 【小题 3】从线圈的下边进入磁场开始到线圈下边离开磁场的时间内,在线圈中产生的焦耳热是多少?

15:如图 14 所示,两条足够长的互相平行的光滑金属导轨位于水平面内,距离为 L=0.5m。在导轨的一端接有阻 值为 0.8Ω 的电阻 R,在 x≥0 处有一与水平面垂直的匀强磁场,磁感应强度 B=1T。一质量 m=0.2kg 的金属杆 垂直 放置在导轨上,金属直杆的电阻是 r=0.2Ω,其他电阻忽略不计,金属直杆以一定的初速度 v0=4m/s 进入磁场,

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同时受到沿 x 轴正方向的恒力 F=3.5N 的作用,在 x=6m 处速度达到稳定。求: (1 )金属直杆达到的稳定速度 v1 是多大?

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(2)从金属直杆进入磁场到金属直杆达到稳定速度的过程中,电阻 R 上产生的热量是多大?通过 R 的电量是多

大?

答案部分

1、BCD 直导线产生的磁场在 区域向下,在 区域垂直纸面向外, 在 区域垂直纸面向里, 根据右手定则, 导体棒上的感应电流在 、 区域导体棒所受安培力均向左,故 A 错误、B 正确;

区域向上,由左手定则判定,在



,离直导线越近处

越大,所以

逐渐增大,

逐渐减小,C、D 正确。

2、D K 断开,由于线圈的电流减小,导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小,所以 R 慢慢熄灭. 线圈中电流变化时,线圈中产生感应电动势;线圈电流增加,相当于一个瞬间电源接入电路,线圈上端是电源正 极。当电流减小时,相当于一个瞬间电源,线圈下端是电源正极。

3、D

变化的磁场使回路中产生的感生电动势 ,选项 D 正确。

,则感生电场对小球的作用力所做的功

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4、AD

由 平衡可知,安培力大小 ,所以物块 的质量为

,由 平衡可知

,由 平衡可知

,故 A 正确; 放上之前,根据能量守恒知 增加的重力势能也来源

于 减小的重力势能,放 B 错误; 匀速上升重力势能在增加,故根据能量守恒知 C 错误;根据 棒的平衡可知

,又因为

,所以

,故 D 正确。故选 A、D。

5、A,C

试题分析:变压器原线圈输入变化的电流,则在铁芯内有变化的磁通量,从而导致副线圈中产生感应电动势。故 A 正确;白炽灯泡则是通电后电流做功,从而发热。故 B 错误;发电机是将在磁场中通过转动的线圈从而产生电 动势,这也是磁生电的现象,故 C 正确;电吹风是通电后电动机转动将暖风吹出,所以没有利用电磁感应原理, 故 D 错误; 故选:AC 考点:电磁感应在生活和生产中的应用。 点评:电生磁,没有磁生电条件苛刻。只要通电周围就产生磁场,然而磁生电呢。只有变化的磁场才能在闭合电 路中产生电流。

6、左 收缩 滑片 向左移动时,电阻减小,电流增大,穿过金属环 的磁通量增加,根据楞次定律,金属环将向左运动,

并有收缩趋势。

7、

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根据法拉第电磁感应定律有:

,安培力



拉力 F 做的功



拉力 F 的功率



线圈发热的功率



8、 (1)

(2)

(3) (4)AB 杆以速度 v1 进入磁场,系统受到安培力(阻力)突然增加,系统做加速度不断减小的减速运动,接下 来的运动情况有四种可能性:

一是系统减速到某一值时(

) ,CD 杆离开磁场,AB 杆继续做加速度不断减小的加速运动,直到离开

磁场(

) ;

二是系统减速到某一值时(

) ,CD 杆离开磁场,AB 杆继续做加速度不断减小的加速运动,速度达到

后,匀速运动直到离开磁场;

三是系统减速到

,匀速运动一段距离后,CD 杆离开磁场,AB 杆继续做加速度不断减小的加速运动,

直到离开磁场(

) ;

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四是系统减速到

,匀速运动一段距离后,CD 杆离开磁场,AB 杆继续做加速度不断减小的加速运动,

速度达到

后,匀速运动直到离开磁场。

试题分析: (1)AB 棒达到磁场边界时,加速度为零,系统处于平衡状态, 对 AB 棒 对 CD 棒



解得

(2)

(3)AB 杆与 CD 杆均在磁场中运动,直到达到匀速,此时系统处于平衡状态, 对 AB 棒 对 CD 棒



解得

所以 (4)AB 杆以速度 v1 进入磁场,系统受到安培力(阻力)突然增加,系统做加速度不断减小的减速运动,接下 来的运动情况有四种可能性:

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一是系统减速到某一值时(

) ,CD 杆离开磁场,AB 杆继续做加速度不断减小的加速运动,直到离开

磁场(

) ;

二是系统减速到某一值时(

) ,CD 杆离开磁场,AB 杆继续做加速度不断减小的加速运动,速度达到

后,匀速运动直到离开磁场;

三是系统减速到

,匀速运动一段距离后,CD 杆离开磁场,AB 杆继续做加速度不断减小的加速运动,

直到离开磁场(

) ;

四是系统减速到

,匀速运动一段距离后,CD 杆离开磁场,AB 杆继续做加速度不断减小的加速运动,

速度达到

后,匀速运动直到离开磁场。

考点: 此题通过电磁感应现象考查整体的平衡问题及能量转化关系, 并考察学生开放性思维能力及综合分析问题 的能力。

9、 (1) 6m/s (2) x="1.1m

"

(1)ab 对框架的压力 ① 框架受水平面的支持力 ② 依题意,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则框架受到最大静摩擦力 ③ ab 中的感应电动势 E= MN 中电流



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⑤ MN 受到的安培力 ⑥ 框架开始运动时 ⑦ 由上述各式代入数据解得 6m/s



(2) 闭合回路中产生的总热量

⑨ 由能量守恒定律,得 ⑩ 代入数据解得 x="1.1m " 11

10、 (1) (2) (3)第一种情况:粒子运动轨迹如答图甲所示。

初速度应为

第二种情况:粒子运动轨迹如答图乙所示 初速度应为

(1)感应电动势 ――――――――1 分 又 ――――――――1 分 代入数据得 ――――――――1 分 (2)粒子加速度为 周期为 ――――――――1 分

――――――――1 分

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粒子在 T 时间内运动地距离为 ――――――――1 分

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――――――――1 分

(3)第一种情况:粒子运动轨迹如答图甲所示。――――――――1 分

初速度应为

――――――――1 分

第二种情况:粒子运动轨迹如答图乙所示――――――――1 分

初速度应为

――――――――1 分

11、⑴金属棒 cd 的最大速度为 2.5m/s。 ⑵ 外力做功的功率 PF=Fv=1.5×2.5W=3.75W 开始时,cd 棒速度为零,ab 棒有感应电动势,此时可计算出回路中的电流,进而求出 cd 棒所受到的安培力 F(可 判断出安培力方向沿斜面向上)。 如果 F>mcdgsin30°,cd 将加速上升,产生一个跟电流方向相反的电动势,回路中的电流将减小,cd 棒所受到的 安培力 F 随之减小,直到 F=mcdgsin30°。 如果 F<mcdgsin30°,cd 将加速下滑,产生一个跟电流方向相同的电动势,回路中的电流将增大,cd 棒所受到的 安培力 F 随之增大,直到 F=mcdgsin30°。 ⑴ 开始时,cd 棒速度为零,回路中的电流

这时 cd 棒受到平行斜面向上的安培力 F=I lB=2.5×0.5×0.4N=0.5N

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而 mcdgsin30°=0.2×10×0.5N=1N 故 cd 将加速下滑。当 cd 的下滑速度增大到 vm 时,需要有安培力 F=mcdgsin30° 此时回路中的电流 cd 受到的安培力 F=ImlB=mcdgsin30° 所以 即金属棒 cd 的最大速度为 2.5m/s。 ⑵ 当 cd 棒速度达到最大值 vm 时。回路中的电流

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作用在 ab 棒上的外力 F=ImlB+mabgsin30°=(5×0.5×0.4+0.1×10×0.5)N=1.5N 外力做功的功率 PF=Fv=1.5×2.5W=3.75W

12、 【小题 1】运动 变加速运动 【小题 2】=3.2m/s 【小题 3】2.9J

【小题 1】 运动。 因磁场运动时, 框与磁场有相对运动, ad、 b 边切害虫磁感线, 框中产生感应电流(方向逆时针), 同时受安培力,方向水平向右,故使线框向右加速运动,且属于加速度越来越小的变加速运 动。 【小题 2】阻力 f 与安培力 F 安衡时,框有 vmf=Kvm=F=2IBL① 其中 I=E/R E=2BL(v-vm) ①②③联立得: Kvm=2· [2BL(v-vm)/R]· BL ∴Kvm=(4B L v-4B L vm)/R ∴vm=4B L v/(KR+4B L ) =3.2m/s ⑤
2 2 2 2 2 2 2 2

② ③



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【小题 3】框消耗的磁场能一部分转化为框中电热,一部分克服阴力做功。 据能量守恒 E 硫=I Rt+Kvm· vmt E 磁=[4B L (v-vm) /R]· 1+Kvm · 1 = =2.9J +018×3.2
2 2 2 2 2 2

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13、 (1)

(2)

试题分析:金属杆运动过程中,沿斜面方向有自身重力沿斜面向下的分力 面向上的摩擦力 f 和安培力 BIL, 当杆运动的速度为 时,为匀速运动

,沿斜面向下的拉力 F,沿斜

得到 当杆的速度为 v1 时,有

解得 (2)t s 末金属杆的速度为 v1,前 t s 内金属杆的位移为 x 。

安培力做功全部转化为电能发热,根据动能定理有

所以焦耳热

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摩擦生热

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整个系统在前 t s 内产生的热量 考点:电磁感应

14、 【小题 1】 【小题 2】1.05m 【小题 3】0.08J

15、 (1)金属直杆的速度达到稳定时,

(2)对金属直杆,从进入磁场到达到稳定速度的过程,由动能定理知:

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通过 R 的电量: 略


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