2020屆高考物理二輪復習 瘋狂專練17 電磁感應中的圖象與電路問題(含解析)

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1、電磁感應中的圖象與電路問題 專練十七 電磁感應中的圖象與電路問題 一、考點內容 (1)法拉第電磁感應定律;(2)電磁感應的圖象;(3)電磁感應與電路。 二、考點突破 1.如圖所示,Q是單匝金屬線圈,MN是一個螺線管,它的繞線方向沒有畫出,Q的輸出端a、b和MN的輸入端c、d之間用導線相連,P是在MN的正下方水平放置的用細導線繞制的軟彈簧線圈。若在Q所處的空間加上與環(huán)面垂直的變化磁場,發(fā)現在t1至t2時間段內彈簧線圈處在收縮狀態(tài),則所加磁場的磁感應強度的變化情況可能是(  ) 2.面積S=4×10-2m2,匝數n=100匝的線圈,放在勻強磁場中且磁場方向垂直

2、于線圈平面,磁感應強度B隨時間t變化的規(guī)律如圖所示,下列判斷正確的是(  ) A.在開始的2 s內穿過線圈的磁通量變化率等于0.08 Wb/s B.在開始的2 s內穿過線圈的磁通量的變化量等于零 C.在開始的2 s內線圈中產生的感應電動勢等于0.08 V D.在第3 s末線圈中的感應電動勢等于零 3.如圖所示,在平面直角坐標系xOy的第Ⅰ、Ⅲ象限內有垂直該坐標平面向里的勻強磁場,二者磁感應強度相同,圓心角為90°的扇形導線框OPQ以角速度ω繞O點在圖示坐標平面內沿順時針方向勻速轉動。規(guī)定與圖中導線框的位置相對應的時刻為t=0,導線框中感應電流逆時針為正。則關于該導線框轉一周的時間內感

3、應電流i隨時間t的變化圖象,下列正確的是(  ) 4.如圖甲所示,矩形導線框abcd固定在變化的磁場中,產生了如圖乙所示的電流(電流方向abcda為正方向)。若規(guī)定垂直紙面向里的方向為磁場正方向,能夠產生如圖乙所示電流的磁場為(  ) 5.(多選)如圖所示,電阻不計、間距為l的光滑平行金屬導軌水平放置于磁感應強度為B、方向豎直向下的勻強磁場中,導軌左端接一定值電阻R。質量為m、電阻為r的金屬棒MN置于導軌上,受到垂直于金屬棒的水平外力F的作用由靜止開始運動,外力F與金屬棒速度v的關系是F=F0+kv(F0、k是常量),金屬棒與導軌始終垂直且接觸良好。金屬棒中感應電流為i,受到的安培

4、力大小為FA,電阻R兩端的電壓為UR,感應電流的功率為P,它們隨時間t變化圖象可能正確的有(  ) 6.(多選)如圖所示,在水平面內有兩個光滑金屬“V”字型導軌,空間中存在垂直于水平面的勻強磁場,其中導軌bac固定不動,用外力F使導軌edf向右勻速運動,導軌間接觸始終良好,從圖示位置開始計時,下列關于回路中的電流I的大小和外力F的大小隨時間的變化關系正確的是(  ) 7.(多選)如圖所示,固定在傾角為θ=30°的斜面內的兩根平行長直光滑金屬導軌的間距為d=1 m,其底端接有阻值為R=2 Ω的電阻,整個裝置處在垂直斜面向上、磁感應強度大小為B=2 T的勻強磁場中。一質量為m=1 kg

5、(質量分布均勻)的導體桿ab垂直于導軌放置,且與兩導軌保持良好接觸?,F桿在沿斜面向上、垂直于桿的恒力F=10 N作用下從靜止開始沿導軌向上運動距離L=6 m時,速度恰好達到最大(運動過程中桿始終與導軌保持垂直)。設桿接入電路的電阻為r=2 Ω,導軌電阻不計,重力加速度大小為g=10 m/s2。則此過程(  ) A.桿的速度最大值為5 m/s B.流過電阻R的電量為6 C C.在這一過程中,整個回路產生的焦耳熱為17.5 J D.流過電阻R電流方向為由c到d 8.如圖甲中,兩平行光滑金屬導軌放置在水平面上且間距為L,左端接電阻R,導軌電阻不計。整個裝置處于方向豎直向下、磁感應強度為B的

6、勻強磁場中。將質量為m、電阻為r的金屬棒ab置于導軌上。當ab受到垂直于金屬棒的水平外力F的作用由靜止開始運動時,F與金屬棒速度v的關系如圖乙所示。已知ab與導軌始終垂直且接觸良好,設ab中的感應電流為I,ab受到的安培力大小為F安,R兩端的電壓為UR,R的電功率為P,則下圖中正確的是(  ) 9.(多選)半徑為r、帶缺口的剛性金屬圓環(huán)在紙面上固定放置,在圓環(huán)的缺口兩端引出兩根導線,分別與兩塊垂直于紙面固定放置的平行金屬板A、B連接,兩板間距為d且足夠寬,如圖1甲所示。有一變化的磁場垂直于紙面,規(guī)定向內為正,變化規(guī)律如圖乙所示。在平行金屬板A、B正中間有質量未知、電荷量為q的帶電液滴,液

7、滴在0~0.1 s處于靜止狀態(tài),已知重力加速度為g。則以下說法正確的是(  ) 甲乙 A.液滴帶正電 B.液滴的質量為 C.第0.3 s時液滴的運動方向改變 D.第0.4 s時液滴距初始位置距離為0. 08g(單位:米) 10.(1)如圖甲所示,兩根足夠長的平行導軌,間距L=0.3 m,在導軌間有垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應強度B1=0.5 T。一根直金屬桿MN以v=2 m/s的速度向右勻速運動,桿MN始終與導軌垂直且接觸良好。桿MN的電阻r1=1 Ω,導軌的電阻可忽略。求桿MN中產生的感應電動勢E1。 (2)如圖乙所示,一個匝數n=100的圓形線圈,面積S1=0.4 m2

8、,電阻r2=1 Ω。在線圈中存在面積S2=0.3 m2垂直線圈平面(指向紙外)的勻強磁場區(qū)域,磁感應強度B2隨時間t變化的關系如圖丙所示。求圓形線圈中產生的感應電動勢E2。 (3)將一個R=2 Ω的電阻分別與圖甲和圖乙中的a、b端相連接,然后b端接地。試判斷以上兩種情況中,哪種情況a端的電勢較高?并求出較高的電勢φa。 11.如圖所示,一足夠長矩形金屬框架寬L=0.4 m,與水平面夾角θ=37°,上、下兩端各有一個電阻R=2.0 Ω,框架其他部分的電阻忽略不計。圖中D為一理想二極管,當加在D上的反向電壓超過它的最大承受值U=1.2 V時,二極管就會被擊穿,形成短

9、路。垂直于框架平面有一向上的勻強磁場,磁感應強度B=1.0 T。ab為金屬桿,其質量m=0.3 kg、電阻r=1.0 Ω,桿ab與框架始終垂直接觸良好,二者之間動摩擦因數μ=0.5,桿ab從框架的上端由靜止開始下滑。已知sin 37°=0.6,cos 37°=0. 8,取g=10 m/s2。求: (1)二極管被擊穿前瞬間桿ab的速度v0的大??; (2)桿ab下滑的最大速度及此時上端電阻R的瞬時功率。 答案 二、考點突破 1.【答案】D

10、 【解析】在t1至t2時間段內彈簧線圈處在收縮狀態(tài),根據楞次定律的另一種表述,知螺線管MN中產生的磁場在增加,即螺線管中的電流增大,根據法拉第電磁感應定律,E=n=nS,知增大,故D正確,A、B、C錯誤。 2.【答案】A 【解析】磁通量的變化率為,A正確;磁通量的變化為,B錯誤;感應電動勢應為磁通量的變化率乘以線圈的匝數,為8V,C錯誤;在第3 s末,磁場的大小為零,但是此時磁通量的變化率不為零,故此時的感應電動勢不為零,D錯誤。 3.【答案】A 【解析】在線框切割磁感線產生感應電動勢時,由E=BL2ω知,感應電動勢一定,感應電流大小不變,故B、D錯誤;在T~T內,由楞次定律判斷可知

11、線框中感應電動勢方向沿逆時針方向,為正,故A正確,C錯誤。 4.【答案】D 【解析】由題圖乙可知,0~t1內,線圈中的電流的大小與方向都不變,根據法拉第電磁感應定律可知,線圈中的磁通量的變化率相同,故0~t1內磁感應強度與時間的關系是一條斜線,A、B錯誤;又由于0~t1時間內電流的方向為正,即沿abcda方向,由楞次定律可知,電路中感應電流的磁場方向向里,故0~t1內原磁場方向向里減小或向外增大,因此D正確,C錯誤。 5.【答案】BC 【解析】設某時刻金屬棒的速度為v,根據牛頓第二定律F-FA=ma,即F0+kv-=ma,即F0+v=ma,如果k>,則加速度與速度成線性關系,且隨著速度

12、增大,加速度越來越大,即金屬棒運動的v-t圖象的切線斜率越來越大,由于FA=,FA-t圖象的切線斜率也越來越大,感應電流、電阻兩端的電壓及感應電流的功率也會隨時間變化得越來越快,B項正確;如果k=,則金屬棒做勻加速直線運動,電動勢隨時間均勻增大,感應電流、電阻兩端的電壓、安培力均隨時間均勻增大,感應電流的功率與時間的二次方成正比,沒有選項符合;如果k<,則金屬棒做加速度越來越小的加速運動,感應電流、電阻兩端的電壓、安培力均增加得越來越慢,最后恒定,感應電流的功率最后也恒定,C項正確。 6.【答案】AD 【解析】運動的過程中切割的有效長度為L,產生的電動勢為E=BLv,由題圖知,回路的周長與

13、L成正比,即s=kL,設單位長度的電阻為R0,總電阻為kLR0,可求電流I==,所以A正確,B錯誤;導軌做勻速運動,所以合外力等于零,即F=F安=BIL,電流I不變,切割的有效長度L隨時間均勻增大,所以C錯誤,D正確。 7.【答案】AC 【解析】當桿達到最大速度時滿足:F=+mgsin θ,解得vm=5 m/s,選項A正確;流過電阻R的電量:q=== C=3 C,選項B錯誤;回路產生的焦耳熱:Q=FL-mgLsin θ-mvm2=17.5 J,選項C正確;由右手定則可知,流過R的電流方向從d到c,選項D錯誤。 8.【答案】A 【解析】由題圖乙可得F=F0-kv,金屬棒切割磁感線產生電動

14、勢E=BLv,金屬棒中電流I=BLv/(R+r),金屬棒受安培力F安=BIL,對金屬棒根據牛頓第二定律:F-F安=ma,代入得:F0-v=ma,所以金屬棒做加速度減小的加速運動,當加速度減為零時,做勻速運動,所以A正確;F安=,UR=R,R消耗的功率P=,所以B、C、D錯誤。 9.【答案】ABD 【解析】根據楞次定律可知,在0~0.1 s內圓環(huán)中產生的感應電動勢下板為正,液滴處于平衡狀態(tài)時,可知液滴帶正電,選項A正確;在0~0.1 s內圓環(huán)中產生的感應電動勢E=S=×πr2=0.1πr2;對液滴mg=q,解得m=,選項B正確;0.1~0.2 s時電動勢的方向發(fā)生改變,則液滴向下做加速運動,

15、0.2~0.3 s時電動勢的方向不變,液滴繼續(xù)向下加速運動,0.3~0.4 s時,電動勢的方向發(fā)生改變,液滴向下做勻速運動,運動方向未改變,選項C錯誤;液滴向下加速運動的加速度為mg+q=ma,解得a=2g,0.1~0.3 s內液滴向下加速運動的位移x1=at2=×2g×0.22 m=0.04g m;在0.3 s時刻液滴的速度v=at=2g×0.2 m/s=0.4g m/s;0.3~0.4 s內液滴勻速運動,故位移為x2=vt′=0.4g×0.1 m=0.04g m,故第0.4 s時液滴距初始位置距離為0.08g(單位:米),選項D正確。 10.【解析】(1)桿MN做切割磁感線的運動,產生的

16、感應電動勢 E1=B1Lv=0.3 V。 (2)穿過圓形線圈的磁通量發(fā)生變化,產生的感應電動勢 E2=nS2=4.5 V。 (3)題圖甲中φa>φb=0,題圖乙中φa<φb=0,所以當電阻R與題圖甲中的導軌相連接時,a端的電勢較高。 此時通過電阻R的電流I= 電阻R兩端的電勢差φa-φb=IR a端的電勢φa=IR=0.2 V。 11.【解析】(1)設二極管被擊穿前瞬間桿ab的運動速度為v0,產生的感應電動勢為: E=BLv0 此時下端斷路,根據閉合電路歐姆定律有: 由部分電路歐姆定律有:U=IR 解得:v0=4.5 m/s。 (2)二極管被擊穿后處于短路狀態(tài),兩個電阻R并聯,整個電路的等效電阻: 設桿ab的最大速度為v,產生的感應電動勢:Em=BLvm 根據閉合電路歐姆定律,通過桿ab的電流: 則桿ab的安培力為:F=BImL,方向沿框架向上 由題意分析,當桿ab速度最大時,有:mgsin θ-μmgcos θ-F=0 此時通過上端電阻R的電流為: 此時上端電阻R的瞬時功率:PRm=IR2R 聯立解得:vm=7.5 m/s,PRm=1.125 W。 8

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