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2016年江苏单招物理模拟试题:电磁感应中的能量问题


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2016 年江苏单招物理模拟试题:电磁感应中的能量问题
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1:水平固定放置的足够长的 U 形金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中,在导轨上放着金属棒 ab,开始时 ab 棒 以水平初速度 v0 向右运动,最后静止在导轨上,就导轨光滑和粗糙两种情况比较,这个过程 ( )

A、安培力对 ab 棒所做的功不相等 B、电流所做的功相等 C、产生的总内能相等 D、通过 ab 棒的电量相等

2: (2013。四川理综)如图所示,边长为 强度 随时间 的变化关系为 、不可形变的正方形导线框内有半径为 的圆形磁场区域,其磁感应 的最大阻值为 ,滑动片 位于滑动

(常量 >0) 。回路中滑动变阻器

变阻器中央,定值电阻 应电动势,则( )



。闭合开关 S,电压表的示数为

,不考虑虚线

右侧导体的感

A、

两端的电压为

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B、电容器的 极板带正电

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C、滑动变阻器

的热功率为电阻

的5倍

D、正方形导线框中的感应电动势为

3:如图所示,用一根长为 L 质量不计的细杆与一个上弧长为

、下弧长为 d0 的金属线框的中点联结并悬挂于

O 点,悬点正下方存在一个上弧长为 2l0、下弧长为 2d0 的方向垂直纸面向里的匀强磁场,且 d0《L。先将线框 拉开到如图 4 所示位置,松手后让线框进入磁场,忽略空气阻力和摩擦。下列说法正确的是

A、金属线框进入磁场时感应电流的方向为:a→b→c→d→a B、金属线框离开磁场时感应电流的方向为:a→d→c→b→a C、金属线框 dc 边进入磁场与 ab 边离开磁场的速度大小总是相等 D、金属线框最终将在磁场内做简谐运动

4:一正方形金属线框位于有界匀强磁场区域内,线框平面与磁场垂直,线框的右边紧贴着磁场边界,如图甲所 示。t=0 时刻对线框施加一水平向右的外力 F,让线框从静止开始做匀加速直线运动穿过磁场。外力 F 随时间 t 变化的图线如图乙所示。已知线框质量 m=1kg、电阻 R=1Ω。以下说法正确的是

A、做匀加速直线运动的加速度为 1m/s B、匀强磁场的磁感应强度为 T

2

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C、线框穿过磁场过程中,通过线框的电荷量为 C

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D、线框穿过磁场的过程中,线框上产生的焦耳热为 1.5J

5: (2015。上海普陀一模)如图甲,固定在光滑水平面上的正三角形金属线框,匝数忍 =20,总电阻 =2.5 Ω,

边长

=0.3 m,处在两个半径均为

的圆形匀强磁场区域中。线框顶点与右侧圆中心重合,线框底边中点与 垂直水平面向里,大小随时间变化, 、

左侧圆中心重合。磁感应强度 的值如图乙所示( )

垂直水平面向外,大小不变;

A、通过线框中感应电流的方向为逆时针方向 B、 =0 时刻穿过线框的磁通量为 0.l Wb C、在 =0.6 s 内通过线框中的电荷量为 0.12 C D、经过 =0.6 s 线框中产生的热量为 0.06 J

6: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)

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(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=

7: (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。

8: (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,

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9: 如图 a 所示, 光滑且足够长的平行金属导轨 MN、 PQ 固定在同一水平面上, 两导轨距 L=" 0.2m" , 电阻 R=0.4Ω, 导轨上停放一质量 m=0.1kg、电阻 r=0.1Ω 的金属杆,导轨电阻可忽略不计,整个装置处于磁感强度 B= 0.5T 的匀 强磁场中,磁场方向竖直向下。现用一外力 F 沿水平方向拉杆,使之由静止开始运动,若理想电压表的示数 U 随时间 t 变化的关系如图 b 所示 (1)试分析说明金属杆的运动情况;

(2)求第 2s 末外力 F 的瞬时功率。

10: (2010。福建理综)如图所示,两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为 的绝缘斜面上,导轨上端连接一个定 值电阻。导体棒 和 放在导轨上,与导轨垂直并良好接触。斜面上水平虚线 以下区域内,存在着垂直穿过

斜面向上的匀强磁场。现对 棒施以平行导轨斜向上的拉力,使它沿导轨匀速向上运动,此时放在导轨下端的 棒恰好静止。当 棒运动到磁场的上边界 处时,撤去拉力, 棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下 处时,又恰能沿导轨匀速向下运动。已知 棒、 ,导轨电阻不计。求

滑动,此时 棒已滑离导轨。当 棒再次滑回到磁场上边界 棒和定值电阻的阻值均为 , 棒的质量为

,重力加速度为

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(l) 棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中, 棒中的电流 与定值电阻 中的电流

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之比;

(2) 棒质量



(3) 棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力



11: (2014。江苏单科)如图所示,在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨,导轨间距为 水平面的夹角为 ,在导轨的中部刷有一段长为 轨平面垂直。质量为 ,长为 3 ,导轨平面与 ,方向与导

的薄绝缘涂层。匀强磁场的磁感应强度大小为

的导体棒从导轨的顶端由静止释放,在滑上涂层之前已经做匀速运动,并一直匀速滑到 ,其他部分的电阻均不计,

导轨底端。导体棒始终与导轨垂直,且仅与涂层间有摩擦,接在两导轨间的电阻为 重力加速度为 。求:

(1)导体棒与涂层间的动摩擦因数 (2)导体棒匀速运动的速度大小 ;



(3)整个运动过程中,电阻产生的焦耳热



12:

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两根光滑的长直金属导轨 、

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平行置于同一水平面内,导轨间距为 ,电阻不计, ,电容器的电容为 。长度也为 、阻值同为



间接有如图 垂直于导

所示的电路,电路中各电阻的阻值均为 轨放置,导轨处于磁感应强度为 良好接触,在

的金属棒

、方向竖直向下的匀强磁场中。

在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持 。求

运动距离为 的过程中,整个回路中产生的焦耳热为

(1)

运动速度 的大小;

(2)电容器所带的电荷量 。

13: (2014。重庆理综)某电子天平原理如图所示,E 形磁铁的两侧为 N 极,中心为 S 极,两极间的磁感应强度大小 均为 ,磁极宽度均为 ,忽略边缘效应。一正方形线圈套于中心磁极,其骨架与秤盘连为一体,线圈两端 、

与外电路连接。当质量为

的重物放在秤盘上时,弹簧被压缩,秤盘和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接

触) ,随后外电路对线圈供电,秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止,由此时对应的供电电流 可确定重 物的质量。已知线圈匝数为 ,线圈电阻为 ,重力加速度为 。问

(1)线圈向下运动过程中,线圈中感应电流是从

端还是从

端流出?

(2)供电电流 是从

端还是从

端流入?求重物质量与电流的关系。

(3)若线圈消耗的最大功率为

,该电子天平能称量的最大质量是多少?

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14:如图所示,光滑平行的金属导轨 MN、PQ 相距 l,其框架平面与水平面成 角,在 M 点和 P 点间接一个阻 值为 R 的电阻,在两导轨间 矩形区域内有垂直导轨平面向下、宽为 d 的匀强磁场,磁感应强度为 B、

一质量为 m、电阻为 r 的导体棒 ab,垂直搁置于导轨上,与磁场上边界相距 d0,现使它由静止开始运动,在棒 ab 离开磁场前已经做匀速直线运动(棒 ab 与导轨始终保持良好的接触,导轨电阻不计) 。求: (1)棒 ab 在离开磁场下边界时的速度,

(2)棒 ab 通过磁场区的过程中整个电路所消耗的电能。

15:如图所示,边长为 L 的正方形金属框,质量为 m,电阻为 R,用细线把它悬挂于一个有界的匀强磁场边缘, 金属框的上半部处于磁场内,下半部处于磁场外。磁场随时间变化规律为 B=kt(k>0),已知细线所能承受的最大 拉力为 2mg,求:

(1)回路中的感应电流大小及方向 (2)从 t=0 开始,经多长时间细线会被拉断

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答案部分

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1、A,C

试题分析:由题意知,当导轨光滑时,金属棒克服安培力做功,动能全部转化为焦耳热,即

;当导轨

粗糙时,金属棒在导轨上滑动,要同时克服摩擦力、安培力做功,动能转化为摩擦生热和焦耳热;由以上分析可 知,导轨粗糙时,安培力做的功少,导轨光滑时,安培力做的功多,即安培力做功不相等,电流做功不相等,所 以 A 正确;B 错误;两种情况下,产生的内能相等,都等于金属棒的初动能,故 C 正确;由上分析知,两种情况

导体棒运动的位移不相等,根据通过的电荷量 考点:本题考查能量守恒

知,通过 ab 棒的电量不相等,所以 D 错误。

2、AC

由法拉第电磁感应定律



,D 错误;因 >0,由楞次定律知线框内感应电流沿逆 与 的右半部并联, 再与 的左半部、

时针方向, 故电容器 极板带正电, B 错误; 由题图知外电路结构为

相串联,故 功率

两端电压 ,故 C 正确。

,A 正确;设

消耗的功率为

,则

消耗的

3、D 金属线框进入磁场时,由于电磁感应,产生电流,根据楞次定律判断电流的方向为: a→b→c→d→a。 金属线框离开磁场时由于电磁感应, 产生电流, 根据楞次定律判断电流的方向为 a→d→c→b→a。 根据能量转化和守恒,可知,金属线框 dc 边进入磁场与 ab 边离开磁场的速度大小不相等。如此往复摆动,最终 金属线框在匀强磁场内摆动,由于 d0《L,单摆做简谐运动的条件是摆角小于等于 10 度,故最终在磁场内做简 谐运动

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4、A,B,C

本题考查的是电磁感应定律相关问题,开始时,

,由图可知 t=1.0s 时安培力消失,线框刚

好 离 开 磁 场 区 域 , 则 线 框 边 长 :

; 由

t=1.0s

时 , F=3N ,

,









,故 D 错,ABC 正确。

5、ACD

磁感应强度

垂直水平面向外且大小不变,

垂直水平面向里,大小随时间的变化而增大,线框的磁通量先向

外减小后向里增大,由楞次定律可得,线框中感应电流方向为逆时针方向,故 A 正确; =0 时刻穿过每匝线框的
2 2 -3

磁通量为:

=1×0.5×3.14×0.1 Wb-2×

×3.14×0.1 Wb≈5.2×10

Wb,故 B 错误;

在 =0.6 s 内通过线框中的电量

C=0.12 C,故 C 正

确;由

=

J≈0.06 J,故 D 正确。

6、

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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



7、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。

8、 (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



⑤ MN 受到的安培力 ⑥ 框架开始运动时

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⑦ 由上述各式代入数据解得 6m/s

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(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

9、 (1)金属杆应水平向右做匀加速直线运动 (2)外力 F 的功率 。

(1)金属杆速度为 v 时,电压表的示数为 则 ,由图象可知 V/s,

故金属杆的加速度应恒定,即金属杆应水平向右做匀加速直线运动 (2)由(1)可得 由第 2 秒末杆的速度 由牛顿第二定律得 故外力 F 的功率 ,此时杆受到的安培力 则 。

10、(1)2:1 (2)

(3)

(1) 棒沿导轨向上运动时, 棒、 棒及电阻

中的电流分别为

,有





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由①②解得



(2)由于 棒在 速度大小

上方滑动过程中机械能守恒, 因而 棒在磁场中向上滑动的速度大小

与在磁场中向下滑动的

相等,即



设磁场的磁感应强度为

,导体棒长为

。 棒在磁场中运动时产生的感应电动势为

⑤ 当 棒沿斜面向上运动时





当 棒向下匀速运动时,设 棒中的电流为

,则





由④⑤⑥⑦⑧⑨解得 (3)由题知导体棒 沿斜面向上运动时,所受拉力

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联立以上各式解得

11、(l)

(2)

(3)

(1)在绝缘涂层上 受力平衡

解得

(2)在光滑导轨上感应电动势

感应电流

安培力

受力平衡

解得

(3)摩擦生热

由能量守恒定律得

解得

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12、(1)

(2)

(1)设

上产生的感应电动势为

,回路中的电流为 ,则有

由上述方程得



(2)设电容器两极板间的电势差为

,则有

电容器所带电荷量

解得

13、(1)感应电流从

端流出(2)外加电流从

端流入

(3)

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(1)根据右手定则知,感应电流从 端流出。

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(2)设线圈受到的安培力为

外加电流从

端流入







(3)设称量最大质量为







14、(1)



(2)

(1)导体棒 ab 切割磁感线产生的电动势 E=BLv,产生的电流为

,导体棒受到的安培力为 F=BIl,导体棒

出磁场时做匀速运动,受力平衡,即 mgsin =F,联立解得。 (2)由能量转化守恒得 ,







15、 (1)

逆时针方向(2)

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解: (1)依电磁感应规律有:

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…………(1)

(2 分)



…………(2)

(1 分)



……………………(3)

(1 分)

解以上三式得:

(1 分) (1 分)

依据楞次定律知,电流方向为逆时针方向。

(2)设经时间 t,细线刚要被拉断瞬间有: …………………………(4) 则对线框受力分析有: …………(5) 又 t 时刻有, ………………(6) (3 分) (1 分) (1 分)

解(4) 、 (5) 、 (6)得:

(1 分) 本题考查的是电磁感应定律和力学综合的问题,根据电磁感应定律求出感应电流,再利用受力分析求得时间;


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