高考物理一輪復習第十章電磁感應第講電磁感應中的電路與圖像問題

1、第3講電磁感應中的電路與圖像問題A組基礎題組1.如圖所示,兩根相距為l的平行直導軌ab、cd。b、d間連有一定值電阻R,導軌電阻可忽略不計。MN為放在ab和cd上的一導體桿,與ab垂直,其電阻也為R。整個裝置處于勻強磁場中,磁感應強度的大小為B,磁場方向垂直于導軌所在平面(指向紙面內。現(xiàn)對MN施力使它沿導軌以速度v做勻速運動。用U表示MN兩端電壓的大小,則( A.U=Blv B.U=Blv C.U=Blv D.U=2Blv2.(2015江蘇宿遷月考如圖所示,豎直平面內有一金屬環(huán),半徑為a,總電阻為R(指拉直時兩端的電阻,磁感應強度為B的勻強磁場垂直穿過環(huán)平面,在環(huán)的最高點A用鉸鏈連接長度為2a

2、、電阻為的導體棒AB。AB由水平位置緊貼環(huán)面擺下,當擺到豎直位置時,B點的線速度為v,則這時AB兩端的電壓大小為(A. B. C. D.Bav3.(2016陜西西工大附中模擬空間存在豎直向上的勻強磁場,將一個不會變形的單匝金屬圓線圈放入該磁場中,規(guī)定圖甲所示的線圈中的電流方向為正。當磁場的磁感應強度B隨時間t按圖乙所示的規(guī)律變化時,能正確表示線圈中感應電流隨時間變化的圖線的是(4.邊長為a的閉合金屬正三角形框架,完全處于垂直于框架平面的勻強磁場中,現(xiàn)把框架勻速拉出磁場,如圖所示,則選項圖中電動勢、外力、外力功率與位移圖像規(guī)律與這一過程相符合的是(5.(2016廣東廣州模擬(多選如圖所示,垂直紙

3、面的正方形勻強磁場區(qū)域內,有一位于紙面且電阻均勻的正方形導體框abcd,現(xiàn)將導體框分別朝兩個方向以v0、3v0速度勻速拉出磁場,則導體框從兩個方向移出磁場的兩過程中(A.導體框中產(chǎn)生的感應電流方向相同B.導體框中產(chǎn)生的焦耳熱相同C.導體框ad邊兩端電勢差相同D.通過導體框截面的電荷量相同6.(2014課標,18,6分如圖(a,線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上。在ab線圈中通以變化的電流。用示波器測得線圈cd間電壓如圖(b所示。已知線圈內部的磁場與流經(jīng)線圈的電流成正比,則下列描述線圈ab中電流隨時間變化關系的圖中,可能正確的是(7.(多選如圖所示,abcd是一邊長為l、具有質量的剛性導線框,位于水

4、平面內,bc邊串接有電阻R。虛線表示一勻強磁場區(qū)域的邊界,它與線框ab邊平行,磁場區(qū)域的寬度為2l,磁場方向豎直向下。線框在一垂直于ab邊的水平恒定拉力F作用下,沿光滑水平面運動,直到通過磁場區(qū)域。已知ab邊剛進入磁場時,線框做勻速運動,下面定性畫出的回路中電流i大小與位移x圖像可能正確的是(8.(2015北京理綜,22,16分如圖所示,足夠長的平行光滑金屬導軌水平放置,寬度L=0.4 m,一端連接R=1 的電阻。導軌所在空間存在豎直向下的勻強磁場,磁感應強度B=1 T。導體棒MN放在導軌上,其長度恰好等于導軌間距,與導軌接觸良好。導軌和導體棒的電阻均可忽略不計。在平行于導軌的拉力F作用下,導

5、體棒沿導軌向右勻速運動,速度v=5 m/s。求:(1感應電動勢E和感應電流I;(2在0.1 s時間內,拉力的沖量IF的大小;(3若將MN換為電阻r=1 的導體棒,其他條件不變,求導體棒兩端的電壓U。B組提升題組9.(2016內蒙古赤峰寧城統(tǒng)考(多選如圖所示,兩根等高光滑的圓弧軌道,半徑為r、間距為L,軌道電阻不計。在軌道頂端連有一阻值為R的電阻,整個裝置處在一豎直向上的勻強磁場中,磁感應強度為B?，F(xiàn)有一根長度稍大于L、電阻不計的金屬棒從軌道最低位置cd開始,在拉力作用下以初速度v0向右沿軌道做勻速圓周運動至ab處,則該過程中(A.通過R的電流方向由外向內B.通過R的電流方向由內向外C.R上產(chǎn)生

6、的熱量為D.流過R的電荷量為10.(2015山東理綜,19,6分如圖甲,R0為定值電阻,兩金屬圓環(huán)固定在同一絕緣平面內。左端連接在一周期為T0的正弦交流電源上,經(jīng)二極管整流后,通過R0的電流i始終向左,其大小按圖乙所示規(guī)律變化。規(guī)定內圓環(huán)a端電勢高于b端時,a、b間的電壓uab為正,下列uab-t圖像可能正確的是(圖甲圖乙11.(2016山東濰坊一模(多選如圖甲所示,正方形金屬線圈abcd位于豎直平面內,其質量為m,電阻為R。在線圈的下方有一勻強磁場,MN和M'N'是磁場的水平邊界,并與bc邊平行,磁場方向垂直于紙面向里?，F(xiàn)使金屬線框從MN上方某一高度處由靜止開始下落,圖乙是線

7、圈由開始下落到完全穿過勻強磁場區(qū)域瞬間的v-t圖像,圖中字母均為已知量。重力加速度為g,不計空氣阻力。下列說法正確的是(A.金屬線框剛進入磁場時感應電流方向沿adcba方向B.金屬線框的邊長為v1(t2-t1C.磁場的磁感應強度為D.金屬線框在0t4時間內所產(chǎn)生的熱量為2mgv1(t2-t1+m(-12.(2015湖北八市聯(lián)考(多選如圖所示,等腰直角三角形OPQ區(qū)域內存在著垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應強度大小為B,磁場區(qū)域的OP邊在x軸上且長為L。紙面內一邊長為L的單匝閉合正方形導線框(線框電阻為R的一條邊在x軸上,且線框在外力作用下沿x軸正方向以恒定的速度v穿過磁場區(qū)域,在t=0時該線框恰

8、好位于圖中所示的位置。現(xiàn)規(guī)定順時針方向為導線框中感應電流的正方向,則下列說法正確的有(A.在0時間內線框中有正向電流,在時間內線框中有負向電流B.在時間內流經(jīng)線框某處橫截面的電荷量為C.在時間內線框中最大電流為D.0時間內線框中電流的平均值不等于有效值13.如圖所示,邊長L=0.20 m的正方形導體框ABCD由粗細均勻的同種材料制成,正方形導線框每邊的電阻R0=1.0 ,金屬棒MN與正方形導線框的對角線長度恰好相等,金屬棒MN的電阻r=0.20 。導線框放置在勻強磁場中,磁場的磁感應強度B=0.50 T,方向垂直導線框所在平面向里。金屬棒MN與導線框接觸良好,且與導線框對角線BD垂直放置在導線

9、框上,金屬棒的中點始終在BD連線上。若金屬棒以v=4.0 m/s的速度向右勻速運動,當金屬棒運動至AC的位置時,求:(計算結果保留兩位有效數(shù)字(1金屬棒產(chǎn)生的電動勢大小;(2金屬棒MN上通過的電流大小和方向;(3導線框消耗的電功率。14.(2015湖南十三校第一次聯(lián)考如圖甲所示,光滑且足夠長的平行金屬導軌MN、PQ固定在同一水平面上,兩導軌間距L=0.30 m,導軌電阻忽略不計,其間接有固定電阻R=0.40 。導軌上停放一質量為m=0.10 kg、電阻r=0.20 的金屬桿ab,整個裝置處于磁感應強度B=0.50 T的勻強磁場中,磁場方向豎直向下。利用一外力F沿水平方向拉金屬桿ab,使之由靜止

10、開始做勻加速直線運動,電壓傳感器可將R兩端的電壓U即時采集并輸入電腦,并獲得U與時間t的關系如圖乙所示。求:(1金屬桿加速度的大小;(2第2 s末外力的瞬時功率。答案全解全析A組基礎題組1.A電路中感應電動勢為E=Blv,則MN兩端電壓的大小U=·R=Blv。2.A當擺到豎直位置時,AB切割磁感線的瞬時感應電動勢E=B·2a·(v=Bav。由閉合電路歐姆定律得UAB=·=Bav,故選A。3.B根據(jù)法拉第電磁感應定律,可得線圈產(chǎn)生的感應電動勢為E=,根據(jù)閉合電路歐姆定律,可得產(chǎn)生的感應電流為I=,由圖乙可知,01 s時間內,B均勻增大,所以穿過線圈的豎直向

11、上的磁通量增大,由楞次定律和安培定則可得產(chǎn)生的感應電流方向為正;在12 s內,磁感應強度不變,所以穿過線圈的磁通量不變,故感應電流為零;在24 s內,B均勻減小,穿過線圈的豎直向上的磁通量減小,根據(jù)楞次定律和安培定則可知,感應電流方向為負,因為I正比于,即圖像的斜率越大,產(chǎn)生的感應電流越大,所以B正確。4.B該過程中,框架切割磁感線的有效長度等于框架與磁場右邊界兩交點的間距,根據(jù)幾何關系有l(wèi)有效=x,所以E電動勢=Bl有效v=Bvxx,A錯誤,B正確。框架勻速運動,故F外力=F安=x2,C錯誤。P外力功率=F外力vF外力x2,D錯誤。5.AD由右手定則可得兩種情況導體框中產(chǎn)生的感應電流方向相同

12、,A項正確;設導體框邊長為l,電阻為R,則導體框中產(chǎn)生的焦耳熱Q=I2Rt=R×=,導體框中產(chǎn)生的焦耳熱與運動速度有關,B項錯誤;通過導體框截面的電荷量q=It=×=,電荷量與速度無關,D項正確;以速度v0拉出時,Uad=Blv0,以速度3v0拉出時,Uad=Bl·3v0,C項錯誤。6.CA選項中只有電流方向改變的瞬間,線圈cd間才會產(chǎn)生電壓,其他時間cd間電壓為零,不符合題意,故A選項錯誤。通電線圈中產(chǎn)生的磁場B=ki(k為比例系數(shù);在另一線圈中的磁通量=BS=kiS,由法拉第電磁感應定律可知,在另一線圈中產(chǎn)生的感應電動勢E=n,由圖(b可知,|Ucd|不變,則

13、不變,故不變,故選項B、D錯誤,C正確。7.ABD由題意知,當線框在x=0至x=l間運動時電流恒為i0;當線框在x=l至x=2l間運動時,磁通量不變化,故i=0,線框做勻加速運動;當ab邊剛出磁場(x=2l時,線框的速度大于剛進磁場時的速度,cd邊切割磁感線產(chǎn)生的電流i>i0,同時受到的安培力大于F,線框做減速運動,隨著速度的減小,安培力變小,加速度變小,速度變小,又i=,則選項C錯;當cd邊剛出磁場時,線框速度可能還沒減速到ab邊剛進磁場時的速度,故選項B對;也可能恰好減速到ab邊剛進磁場時的速度,故選項D對;還可能早就減速到ab邊剛進磁場時的速度以后做勻速運動,故選項A對。8.答案(

14、12 V2 A(20.08 N·s(31 V解析(1由法拉第電磁感應定律可得,感應電動勢E=BLv=1×0.4×5 V=2 V感應電流I= A=2 A(2拉力大小等于安培力大小F=BIL=1×2×0.4 N=0.8 N沖量大小IF=Ft=0.8×0.1 N·s=0.08 N·s(3由閉合電路歐姆定律可得,電路中電流I'= A=1 A由歐姆定律可得,導體棒兩端電壓U=I'R=1 VB組提升題組9.AC金屬棒從cd處運動至ab處的過程中,穿過閉合回路的磁通量逐漸減小,再由楞次定律及安培定則可知,回路中的

15、電流方向為逆時針方向(從上向下看,則通過R的電流為由外向內,故A對,B錯。通過R的電荷量為q=,D錯。R上產(chǎn)生的熱量為Q=t=,C對。10.C圓環(huán)內磁場的變化周期為0.5T0,則產(chǎn)生的感應電動勢的變化周期也一定是0.5T0,四個圖像中,只有C的變化周期是0.5T0,根據(jù)排除法可知,C正確。11.BCD由右手定則可知,金屬線框剛進入磁場時感應電流方向沿abcda方向,選項A錯誤;由題圖分析可知,線框進入磁場的過程中勻速運動,故可知金屬線框的邊長為L=v1(t2-t1,選項B正確;由平衡條件可知:mg=,解得:B=,選項C正確;由能量關系可知,金屬線框在0t4時間內所產(chǎn)生的熱量為Q=2mgv1(t

16、2-t1+m(-,故選項D正確。12.BD在0時間內,線框中磁通量增加,感應電流沿逆時針方向,A錯誤;在時間內,線框中磁通量變化量為=BL2,流過線框某一橫截面的電荷量為q=,B正確;在時間內,線框中最大電流Im=,C錯誤;經(jīng)分析知0時間內線框中電流的平均值不等于有效值,D正確。13.答案(10.57 V(20.48 A電流方向從M到N(30.23 W解析(1金屬棒產(chǎn)生的電動勢大小為:E=BLv=×0.50×0.20×4.0 V=0.57 V。(2金屬棒運動到AC位置時,導線框左、右兩側電阻并聯(lián),其并聯(lián)電阻大小為R并=1.0 ,由閉合電路歐姆定律有I=0.48 A,由右手定則知