2024屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)課時(shí)跟蹤檢測(cè)四十三“電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)能量和動(dòng)量問題”的綜合研究

這是一份2024屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)課時(shí)跟蹤檢測(cè)四十三“電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)能量和動(dòng)量問題”的綜合研究，共6頁(yè)。試卷主要包含了08 J的電能，如圖所示，間距大小為0等內(nèi)容，歡迎下載使用。
課時(shí)跟蹤檢測(cè)（四十三）  “電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)、能量和動(dòng)量問題”的綜合研究1.如圖，一足夠長(zhǎng)通電直導(dǎo)線固定在光滑水平面上，質(zhì)量是0.04 kg的硬質(zhì)金屬環(huán)在該平面上運(yùn)動(dòng)，初速度大小為v0＝2 m/s、方向與導(dǎo)線的夾角為60°，則該金屬環(huán)最終(　 )A．做曲線運(yùn)動(dòng)，環(huán)中最多能產(chǎn)生0.08 J的電能B．靜止在平面上，環(huán)中最多能產(chǎn)生0.04 J的電能C．做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，環(huán)中最多能產(chǎn)生0.02 J的電能D．做勻速直線運(yùn)動(dòng)，環(huán)中最多能產(chǎn)生0.06 J的電能解析：選D　金屬環(huán)在向右上方運(yùn)動(dòng)過程中，通過金屬環(huán)的磁通量減少，根據(jù)楞次定律可知金屬環(huán)受到的安培力會(huì)阻礙其運(yùn)動(dòng)，直到其磁通量不發(fā)生變化，即沿著導(dǎo)線的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬環(huán)不再受到安培力的作用，此時(shí)金屬環(huán)將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，只具有豎直方向的速度，根據(jù)速度合成與分解規(guī)律可知金屬環(huán)最終做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度為v＝v0cos 60°＝v0＝1 m/s，根據(jù)能量守恒定律可得，金屬環(huán)中產(chǎn)生的電能為E＝mv02－mv2＝0.06 J，所以D正確，A、B、C錯(cuò)誤。   2.(多選)如圖所示，間距大小為0.5 m的平行導(dǎo)軌豎直放置，導(dǎo)軌上端與電阻R連接，圖中水平虛線下方存在垂直導(dǎo)軌平面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)?，F(xiàn)將質(zhì)量0.1 kg的導(dǎo)體棒從虛線上方h1處由靜止釋放，進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)恰好以速度v0做勻速直線運(yùn)動(dòng)，勻速運(yùn)動(dòng)2 s后給導(dǎo)體棒施加一豎直向上大小為2 N的恒力，并且由于磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化回路中不再產(chǎn)生感應(yīng)電流，再經(jīng)過0.2 s導(dǎo)體棒的速度減為零。已知導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻不計(jì)，重力加速度大小為10 m/s2，關(guān)于導(dǎo)體棒由靜止釋放到速度減為零的過程，下列說法正確的是(　 )A．勻速運(yùn)動(dòng)速度為2 m/sB．自由下落的高度為2 mC．回路中磁通量的最大值為0.4 WbD．回路中產(chǎn)生的焦耳熱為4 J解析：選ACD　給導(dǎo)體棒施加一個(gè)豎直向上的恒力F＝2 N＝2mg，由于施加恒力后回路中無電流，導(dǎo)體棒不受安培力作用，導(dǎo)體棒做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律F－mg＝ma，a＝g，對(duì)勻減速階段列速度公式v0＝gt3＝2 m/s，故A正確；對(duì)自由落體階段，根據(jù)2gh1＝v02，h1＝0.2 m，故B錯(cuò)誤；導(dǎo)體棒進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)2 s后回路中磁通量達(dá)到最大，2 s時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒的位移h2＝v0t2＝4 m，則回路磁通量的最大值為Φm＝BLh2＝0.4 Wb，故C正確；根據(jù)能量守恒定律可知整個(gè)過程中回路中產(chǎn)生的焦耳熱與勻速運(yùn)動(dòng)階段重力勢(shì)能的減少量相等Q＝mgh2＝4 J，故D正確。3.(多選)如圖，MN和PQ是電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌，其間距為L，導(dǎo)軌彎曲部分光滑，平直部分粗糙，兩部分平滑連接，平直部分右端接一個(gè)阻值為R的定值電阻。平直部分導(dǎo)軌左邊區(qū)域有寬度為d、方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。質(zhì)量為m、電阻也為R的金屬棒從高度為h處由靜止釋放，到達(dá)磁場(chǎng)右邊界處恰好停止。已知金屬棒與平直部分導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，金屬棒與導(dǎo)軌間接觸良好，則金屬棒穿過磁場(chǎng)區(qū)域的過程中(　 )A．流過金屬棒的最大電流為B．通過金屬棒的電荷量為C．克服安培力所做的功為mghD．金屬棒內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱為mg(h－μd)解析：選BD　金屬棒下滑到彎曲部分底端時(shí)，根據(jù)動(dòng)能定理有mgh＝mv2，金屬棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLv，金屬棒受到的安培力F＝BIL，當(dāng)金屬棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)中時(shí)，感應(yīng)電流最大，分析可得Imax＝，A錯(cuò)誤；金屬棒穿過磁場(chǎng)區(qū)域的過程中通過金屬棒的電荷量q＝t＝＝，B正確；對(duì)整個(gè)過程由動(dòng)能定理得mgh－W－μmgd＝0，金屬棒克服安培力做的功W＝mgh－μmgd，金屬棒內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱Q＝W＝mg(h－μd)，C錯(cuò)誤，D正確。4.(多選)如圖所示，一個(gè)等腰直角三角形金屬線框直角頂點(diǎn)O處不閉合，豎直放置于水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線框平面與磁場(chǎng)方向垂直，線框的斜邊長(zhǎng)為L，定值電阻阻值為R，其余部分線框電阻可忽略不計(jì)?，F(xiàn)有一質(zhì)量分布均勻的導(dǎo)體棒水平放置，中心在線框最高點(diǎn)O處由靜止釋放(導(dǎo)體棒足夠長(zhǎng)，電阻不計(jì))，導(dǎo)體棒在下落過程中與線框始終保持良好接觸。不計(jì)摩擦和空氣阻力，下列說法中正確的是(　 )A．導(dǎo)體棒下落的過程中，流過R的電荷量為B．離開磁場(chǎng)前導(dǎo)體棒一定一直加速C．離開磁場(chǎng)前導(dǎo)體棒可能先加速后勻速D．導(dǎo)體棒下落過程機(jī)械能的減少量等于電阻R上產(chǎn)生的熱量解析：選AD　由法拉第電磁感應(yīng)定律可得E＝，由閉合電路歐姆定律可得I＝，由電流的定義式可得，流過R的電荷量為q＝I·Δt＝，導(dǎo)體棒下落的過程中ΔΦ＝B·，聯(lián)立可得q＝，A正確；對(duì)導(dǎo)體棒受力分析，有重力和安培力。安培力定義式為F安＝BIl，導(dǎo)體棒產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E＝Blv，由閉合電路的歐姆定律可得I＝，則F安＝，最開始，重力大于安培力，此時(shí)導(dǎo)體棒做加速運(yùn)動(dòng)。不考慮導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)位移，當(dāng)重力等于安培力之后，導(dǎo)體棒的有效切割長(zhǎng)度繼續(xù)變大，所以安培力比重力大，合力向上，導(dǎo)體棒做減速運(yùn)動(dòng)，B、C錯(cuò)誤；導(dǎo)體棒在下落過程中，重力做正功，安培力做負(fù)功轉(zhuǎn)化為電阻R的內(nèi)能，由能量守恒定律可得，導(dǎo)體棒下落過程機(jī)械能的減少量為ΔE＝QR，D正確。5.(多選)如圖所示，兩根間距為L的光滑平行金屬導(dǎo)軌，OO′左側(cè)向上彎曲，右側(cè)水平，水平導(dǎo)軌處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。兩根金屬棒MN、PQ始終垂直導(dǎo)軌，與導(dǎo)軌接觸良好，MN、PQ棒的長(zhǎng)度均為L、質(zhì)量均為m、阻值均為R。金屬棒MN從豎直高度h處由靜止釋放沿導(dǎo)軌下滑。導(dǎo)軌電阻不計(jì)，整個(gè)過程中金屬棒MN和PQ未相碰，則(　 )A．釋放后金屬棒MN最終停在水平軌道上B．金屬棒MN剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，金屬棒PQ兩端電壓大小C．整個(gè)過程中流過金屬棒PQ的電荷量為D．整個(gè)過程中金屬棒MN產(chǎn)生的焦耳熱為mgh解析：選BD　釋放后金屬棒MN最終與PQ金屬棒在水平軌道上，一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；金屬棒MN剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)機(jī)械能守恒定律有mgh＝mv2，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E＝BLv，解得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝BL，金屬棒PQ兩端電壓大小為U＝E＝，B正確；金屬棒MN、PQ組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，有mv＝2mv′，整個(gè)過程中對(duì)金屬棒PQ分析，由動(dòng)量定理有BLt＝mv′，流過金屬棒PQ的電荷量為q＝t，聯(lián)立解得q＝，C錯(cuò)誤；設(shè)整個(gè)過程中閉合回路產(chǎn)生的焦耳熱為Q，對(duì)系統(tǒng)由能量守恒定律得mgh＝·2mv′2＋Q，解得Q＝mgh，則整個(gè)過程金屬棒MN產(chǎn)生的焦耳熱為QMN＝Q＝mgh，D正確。6．(多選)如圖甲所示，固定的光滑平行導(dǎo)軌(電阻不計(jì))與水平面夾角為θ＝30°，導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且間距L＝0.5 m，底端接有阻值為R＝4 Ω的電阻，整個(gè)裝置處于垂直于導(dǎo)體框架向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一質(zhì)量為m＝1 kg、電阻r＝1 Ω、長(zhǎng)度也為L的導(dǎo)體棒MN在沿導(dǎo)軌向上的外力F作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng)，拉力F與導(dǎo)體棒速率倒數(shù)關(guān)系如圖乙所示。已知g＝10 m/s2。則(　 )A．v＝5 m/s時(shí)拉力大小為12 NB．v＝5 m/s時(shí)拉力的功率為70 WC．勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為2 TD．當(dāng)棒的加速度a＝8 m/s2時(shí)，導(dǎo)體棒受到的安培力的大小為1 N解析：選BCD　當(dāng)v＝5 m/s時(shí)，＝0.2 s/m，由題圖乙可知對(duì)應(yīng)圖像的拉力F＝14 N，A錯(cuò)誤；根據(jù)功率與速度的關(guān)系可得拉力的功率PF＝Fv＝70 W，B正確；導(dǎo)體棒的最大速度＝0.1 s/m，所以最大速度vm＝10 m/s，此時(shí)拉力最小為Fmin＝7 N，根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件可得Fmin－mgsin θ－F安＝0，根據(jù)安培力的計(jì)算公式可得F安＝BIL＝，代入數(shù)據(jù)得B＝2 T，C正確；當(dāng)棒的加速度a＝8 m/s2時(shí)，拉力設(shè)為F′，速度為v′，根據(jù)牛頓第二定律可得F′－mgsin θ－BI′L＝ma，而F′＝，BI′L＝，整理可得v′2＋65v′－350＝0，解得v′＝5 m/s(或v′＝－70 m/s舍去)，所以此時(shí)的安培力為F安′＝BI′L＝＝1 N，D正確。7.如圖所示，平行導(dǎo)軌寬為L、傾角為θ，處在垂直導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感強(qiáng)度為B，CD為磁場(chǎng)的邊界，導(dǎo)軌左端接一電流傳感器，CD右邊平滑連一足夠長(zhǎng)的向上傾斜導(dǎo)軌。質(zhì)量為m、電阻為R的導(dǎo)體棒ab長(zhǎng)也為L，兩端與導(dǎo)軌接觸良好，自導(dǎo)軌上某處由靜止滑下。其余電阻不計(jì)，不計(jì)一切摩擦和空氣阻力，重力加速度為g。(1)棒ab上的感應(yīng)電流方向如何？(2)棒ab在磁場(chǎng)內(nèi)下滑過程中，速度為v時(shí)加速度為多大？(3)若全過程中電流傳感器指示的最大電流為I0。求棒ab相對(duì)于CD能上升的最大高度。解析：(1)根據(jù)右手定則可判定：棒ab在磁場(chǎng)中向下滑動(dòng)時(shí)，電流由b流向a。(2)當(dāng)棒的速度為v時(shí)，切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝BLv，根據(jù)閉合電路歐姆定律I＝，安培力F＝BIL，根據(jù)牛頓第二定律，有mgsin θ－F＝ma解得a＝gsin θ－。(3)棒下滑到CD處回路電流最大，有BLvm＝I0R棒ab滑過CD后到右側(cè)最高點(diǎn)，由機(jī)械能守恒定律，有mgH＝mvm2，解得H＝。答案：(1)由b流向a　(2)gsin θ－(3)8．(2021·海南高考)如圖，間距為l的光滑平行金屬導(dǎo)軌，水平放置在方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，導(dǎo)軌左端接有阻值為R的定值電阻，一質(zhì)量為m的金屬桿放在導(dǎo)軌上。金屬桿在水平外力作用下以速度v0向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)金屬桿內(nèi)自由電子沿桿定向移動(dòng)的速率為u0。設(shè)金屬桿內(nèi)做定向移動(dòng)的自由電子總量保持不變，金屬桿始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，除了電阻R以外不計(jì)其他電阻。(1)求金屬桿中的電流和水平外力的功率；(2)某時(shí)刻撤去外力，經(jīng)過一段時(shí)間，自由電子沿金屬桿定向移動(dòng)的速率變?yōu)?/span>，求：①這段時(shí)間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱；②這段時(shí)間內(nèi)一直在金屬桿內(nèi)的自由電子沿桿定向移動(dòng)的距離。解析：(1)金屬桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Blv0，則金屬桿中的電流I＝＝，由題知，金屬桿在水平外力作用下以速度v0向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則有F＝F安＝BIl＝，根據(jù)功率的計(jì)算公式有P＝Fv0＝。(2)①設(shè)金屬桿內(nèi)單位體積的自由電子數(shù)為n，金屬桿的橫截面積為S，則金屬桿在水平外力作用下以速度v0向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，電流由微觀表示為I＝nSeu0＝，則解得nSe＝，電子沿金屬桿定向移動(dòng)的速率變?yōu)?/span>時(shí)，有I′＝nSe＝，解得v′＝，由能量守恒有mv′2＝mv02－Q，解得Q＝mv02。②由①可知在這段時(shí)間內(nèi)金屬桿的速度由v0變到，則根據(jù)動(dòng)量定理有－Bl·Δt＝－BlnSeΔt＝－BlnSe·d＝m－mv0(取向右為正)，nSe＝，化簡(jiǎn)得d＝。答案：(1)　　(2)①mv02　②