高三物理專題訓練之法拉第電磁感應定律及其應用

1、.2019屆高三物理專題訓練之 法拉第電磁感應定律及其應用典例1. 2019·全國卷II·18如圖，在同一平面內(nèi)有兩根平行長導軌，導軌間存在依次相鄰的矩形勻強磁場區(qū)域，區(qū)域?qū)挾染鶠閘，磁感應強度大小相等、方向交替向上向下。一邊長為的正方形金屬線框在導軌上向左勻速運動，線框中感應電流i隨時間t變化的正確圖線可能是 典例2. 2019·全國卷III·20如圖a，在同一平面內(nèi)固定有一長直導線PQ和一導線框R，R在PQ的右側(cè)。導線PQ中通有正弦交流電流i，i的變化如圖b所示，規(guī)定從Q到P為電流的正方向。導線框R中的感應電動勢 A. 在時為零B. 在時改變方向C.

2、 在時最大，且沿順時針方向D. 在時最大，且沿順時針方向1如圖，閉合銅制線框用細線懸掛，靜止時其下半部分位于與線框平面垂直的磁場中。假設將細線剪斷后線框仍能靜止在原處，那么磁場的的磁感應強度B隨時間t變化規(guī)律可能的是 2. 在如下圖的電路中，兩個靈敏電流表G1和G2的零點都在刻度盤中央，當電流從“接線柱流入時，指針向右擺；電流從“接線柱流入時，指針向左擺。在電路接通后再斷開的瞬間，以下說法中符合實際情況的是AG1表指針向左擺，G2表指針向右擺BG1表指針向右擺，G2表指針向左擺CG1、G2表的指針都向左擺DG1、G2表的指針都向右擺3. 多項選擇如圖甲所示，螺線管內(nèi)有一平行于軸線的磁場，規(guī)定圖

3、中箭頭所示方向為磁感應強度B的正方向，螺線管與U形導線框cdef相連，導線框cdef內(nèi)有一半徑很小的金屬圓環(huán)L，圓環(huán)面積為S，圓環(huán)與導線框cdef在同一平面內(nèi)。當螺線管內(nèi)的磁感應強度隨時間按圖乙所示規(guī)律變化時，以下說法中正確的選項是A. 在t1時刻，金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量最大，最大值m=B0SB. 在t2時刻，金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量最大C. 在t1 t2時間內(nèi)，金屬圓環(huán)L有擴張的趨勢D. 在t1 t2時間內(nèi)，金屬圓環(huán)L內(nèi)有順時針方向的感應電流4多項選擇如圖甲所示，一個邊長為L的正方形線框固定在勻強磁場圖中未畫出中，磁場方向垂直于導線框所在平面，規(guī)定向里為磁感應強度的正方向，向右為導線框ab邊所受安

4、培力F的正方向，線框中電流i沿abcd方向時為正，在04 s時間內(nèi)磁場的磁感應強度的變化規(guī)律如圖乙所示，那么以下圖象所表示的關系正確的選項是5. 多項選擇物理和數(shù)學有嚴密的聯(lián)絡，解決物理問題經(jīng)常要求同學們要有一定的數(shù)學功底。如下圖，一個被x軸與曲線方程m x 0.3 m所圍的空間中存在著垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度B = 0.4 T。單匝正方形絕緣金屬線框的邊長是L = 0.4 m，線框總電阻R = 0.2 ，它的一邊在光滑軌道的x軸上，在拉力F的作用下，線框以v = 10 m/s的速度程度向右勻速運動。那么A. 拉力F的最大值是0.72 NB. 拉力F的最大功率是12.8 WC. 拉力

5、F要做0.192 J功才能把線框拉過磁場區(qū)D. 拉力F要做0.216 J功才能把線框拉過磁場區(qū)6多項選擇如圖甲所示，平行光滑金屬導軌程度放置，兩軌相距L0.4 m，導軌一端與阻值R0.3 的電阻相連，導軌電阻不計。導軌x>0一側(cè)存在沿x正方向均勻增大的磁場，其方向與導軌平面垂直向下，磁感應強度B隨位置x變化如圖乙所示。一根質(zhì)量m0.2 kg、接入電路的電阻r0.1 的金屬棒置于導軌上，并與導軌垂直，棒在外力F作用下從x0處以初速度v02 m/s沿導軌向右變速運動，且金屬棒在運動過程中受到的安培力大小不變。以下說法中正確的選項是A金屬棒向右做勻減速直線運動B金屬棒在x1 m處的速度大小為1

6、.5 m/sC金屬棒從x0運動到x1 m過程中，外力F所做的功為0.175 JD金屬棒從x0運動到x2 m過程中，流過金屬棒的電荷量為2 C7如下圖，相距L = 0.5 m的平行導軌MNS、PQT處在磁感應強度B = 0.4 T的勻強磁場中，程度導軌處的磁場方向豎直向上，光滑傾斜導軌處的磁場方向垂直于導軌平面斜向下。質(zhì)量均為m = 40 g、電阻均為R = 0.1 的導體棒ab、cd均垂直放置于導軌上，并與導軌接觸良好，導軌電阻不計。一質(zhì)量M = 200 g的物體C，用絕緣細線繞過光滑的定滑輪分別與導體棒ab、cd相連接。細線沿導軌中心線且在導軌平面內(nèi)，細線及滑輪質(zhì)量不計。傾斜導軌與程度面的夾

7、角 = 37°，程度導軌與ab棒間的動摩擦因數(shù) = 0.4。重力加速度g = 10 m/s2，程度導軌足夠長，導體棒cd運動過程中始終不分開傾斜導軌。物體C由靜止釋放，當它到達最大速度時，下落高度 h = 1 m，試求這一運動過程中：sin 37° = 0.6，cos 37° = 0.81物體C能到達的最大速度vm；2系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能；3細線對cd棒做的功。8某小組同學在研究圖甲所示的電磁槍原理時，繪制了圖乙所示的簡圖為俯視圖，圖中兩平行金屬導軌間距為L固定在程度面上，整個裝置處在豎直向下、磁感應強度為B的勻強磁場中，平行導軌左端電路如下圖，電源的電動勢為E內(nèi)阻不計

8、，電容器的電容為C。一質(zhì)量為m、長度也為L的金屬導體棒垂直于軌道平放在導軌上，忽略摩擦阻力和導軌、導線的電阻，假設平行金屬導軌足夠長。 1將開關S接a，電源對電容器充電。a求電容器充電完畢時所帶的電荷量Q；b請在圖丙中畫出充電過程中電容器兩極板間的電壓u隨電容器所帶電荷量q變化的圖象；借助uq圖象求出穩(wěn)定后電容器儲存的能量E0。2電容器充電完畢后，將開關接b，電容器放電，導體棒由靜止開場運動，不計放電電流引起的磁場影響。a自由電子的電荷量為e，請你分析推導當導體棒獲得最大速度之后，導體棒中某一自由電子所受的電場力與導體棒最大速度之間的關系式；b導體棒由靜止到獲得最大速度的過程中，由于存在能量損

9、失E損，電容器釋放的能量沒有全部轉(zhuǎn)化為導體棒的動能，求E損。典例1.【解析】第一過程從挪動的過程中，左邊導體棒切割產(chǎn)生的電流方向是順時針，右邊切割磁感線產(chǎn)生的電流方向也是順時針，兩根棒切割產(chǎn)生電動勢方向一樣所以E = 2Blv，那么電流為，電流恒定且方向為順時針。在從挪動到的過程中左右兩根棒切割磁感線產(chǎn)生的電流大小相等，方向相反，所以回路中電流表現(xiàn)為零。然后從到的過程中，左邊切割產(chǎn)生的電流方向逆時針，而右邊切割產(chǎn)生的電流方向也是逆時針，所以電流的大小為，方向是逆時針。當線框再向左運動時，左邊切割產(chǎn)生的電流方向順時針，右邊切割產(chǎn)生的電流方向是逆時針，此時回路中電流表現(xiàn)為零，故線圈在運動過程中電流

10、是周期性變化，故D正確?！敬鸢浮緿典例2.【解析】由圖b可知，導線PQ中電流在t = T/4時到達最大值，變化率為零，導線框R中磁通量變化率為零，根據(jù)法拉第電磁感應定律，在t = T/4時導線框中產(chǎn)生的感應電動勢為零，選項A正確；在t = T/2時，導線PQ中電流圖象斜率方向不變，導致導線框R中磁通量變化率的正負不變，根據(jù)楞次定律，所以在t = T/2時，導線框中產(chǎn)生的感應電動勢方向不變，選項B錯誤；由于在t = T/2時，導線PQ中電流圖象斜率最大，電流變化率最大，導致導線框R中磁通量變化率最大，根據(jù)法拉第電磁感應定律，在t = T/2時導線框中產(chǎn)生的感應電動勢最大，由楞次定律可判斷出感應電

11、動勢的方向為順時針方向，選項C正確；由楞次定律可判斷出在t = T時感應電動勢的方向為逆時針方向，選項D錯誤?！敬鸢浮緼C1【答案】B2.【答案】B【解析】電路接通后線圈中電流方向向右，當電路斷開時，線圈L中電流減小，產(chǎn)生與原方向同向的自感電動勢，與G2和電阻組成閉合回路，所以G1中電流方向向右，G2中電流方向向左，即G1指針向右擺，G2指針向左擺，B正確。3.【答案】BD【解析】當螺線管內(nèi)的磁感應強度隨時間按圖乙所示規(guī)律變化時，在導線框cdef內(nèi)產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，在t1時刻，感應電流為零，金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量為零，選項A錯誤；在t2時刻，感應電流最大，金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量最大，選項B

12、正確；在t1 t2時間內(nèi)，金屬圓環(huán)L有收縮的趨勢，選項C錯誤；由楞次定律，在t1 t2時間內(nèi)，導線框cdef內(nèi)產(chǎn)生逆時針方向感應電流，感應電流逐漸增大，金屬圓環(huán)L內(nèi)磁通量增大，根據(jù)楞次定律，金屬圓環(huán)L內(nèi)有順時針方向的感應電流，選項D正確。4【答案】AD【解析】由題意可知，規(guī)定向里為磁感應強度的正方向，線框中電流i沿abcd方向時為正；由法拉第電磁感應定律可知，感應電動勢E，感應電流I，由Bt圖象可知，在每一時間段內(nèi)，是定值，在各時間段內(nèi)I是定值，ab邊受到的安培力FBIL，I、L不變，B均勻變化，那么安培力F均勻變化，不是定值，A正確B錯誤；由圖示Bt圖象可知，01 s時間內(nèi)，B減小，減小，由

13、楞次定律可知，感應電流是逆時針方向，為正值；同理12 s，磁場向里，且增大，磁通量增大，根據(jù)楞次定律，感應電流是逆時針，為正值；23 s，B的方向垂直紙面向里，B減小，減小，由楞次定律可知，感應電流沿順時針方向，感應電流是負的；34 s內(nèi)，B的方向垂直紙面向外，B增大，增大，由楞次定律可知，感應電流沿順時針方向，感應電流是負的，故C錯誤D正確。5.【答案】AC6【答案】CD【解析】根據(jù)題圖乙得B與x的函數(shù)關系式B0.50.5x，金屬棒向右運動切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢EBLv，感應電流I，安培力F安BILBL，解得v，根據(jù)勻變速直線運動的速度位移公式v2v022ax，假如是勻變速直線運動，v2與

14、x成線性關系，而由上式知，金屬棒不可能做勻減速直線運動，故A錯誤；根據(jù)題意金屬棒所受的安培大小不變，x0處與x1處安培大小相等，有，即v10.5 m/s，故B錯誤；金屬棒在x0處的安培力大小為F安0.2 N，對金屬棒從x0運動到x1 m過程中，根據(jù)動能定理有WFF安·xmv12mv02，代入數(shù)據(jù)解得WF0.175 J，故C正確；根據(jù)電荷量公式qL，x0到x2 m過程中Bx圖象包圍的面積B·x×2 T·m2 T·m，q C2 C，故D正確。7【解析】1設C到達的最大速度為vm，由法拉第電磁感應定律，回路的感應電動勢為：E = 2BLvm由歐姆定律

15、得回路中的電流強度為金屬導體棒ab、cd受到的安培力為F = BIL設連接金屬導體棒ab與cd的細線中張力為T1，連接金屬導體棒ab與物體C的細線中張力為T2，導體棒ab、cd及物體C的受力如圖：由平衡條件得：T1 = mgsin 37° +F T2T1Ff T2 Mg聯(lián)立解得：vm = 2 m/s。2系統(tǒng)在該過程中產(chǎn)生的內(nèi)能為E1，由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律得：Mgh =2m+Mv2 + mghsin37° + E1解得：E1 =1.2 J。3運動過程中由于摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能E2 = mgh = 0.16 J由第二問的計算結(jié)果知，這一過程電流產(chǎn)生的內(nèi)能E3 = E1 E2 =1.0

16、4 J又因為ab棒、cd棒的電阻相等，故電流通過cd棒產(chǎn)生的內(nèi)能E4=0.52 J對導體棒cd，設這一過程中細線對其做的功為W，那么由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律得：W = mghsin37 ° +mv2 + E4聯(lián)立解得：W = 0.84 J。8【解析】1a.電容器充電完畢時其電壓等于電動勢E，電容器所帶的電荷量為：QCE b根據(jù)u，畫出uq圖象如下圖，圖線與橫軸所圍面積即為電容器儲存的能量，有：E0EQ 聯(lián)立式可得：E0CE2 2a.方法一：設金屬導體棒獲得最大速度vm時，放電電流為零，此時電容器的電壓U與導體棒的感應電動勢E棒相等，即：UE棒BLvm 導體棒中恒定電場的場強E場Bvm導體棒中電子所受的電場力FeE場eBvm方法二：金屬導體棒獲得最大速度后做勻速直線運動，電路中無電流，運動的電子在磁場中受到向下的洛倫茲力，大小為：feBvm由于電子隨導體棒做勻速直線運動，那么電場力F與洛倫茲