7.2020屆高考物理專題學(xué)案：電磁感應(yīng)與交流電(4)電磁感應(yīng)中的圖像問題+Word版含答案

1、電磁感應(yīng)中的圖像問題 1、如圖甲所示，abcdabcd 為邊長為 L L=1m m 的正方形金屬線框，電阻為 R=R=2Q,虛線為正方形的對 稱軸，虛線上方線框內(nèi)有按圖乙變化的勻強(qiáng)磁場，虛線下方線框內(nèi)有按圖丙變化的勻強(qiáng)磁場， 磁場方向垂直于紙面向里為正，則線框中的感應(yīng)電流大小為（） 屬弦的下方有一個連接到放大器的螺線管。一條形磁鐵固定在管內(nèi)，當(dāng)撥動金屬弦后，螺線管 內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化后可將電信號轉(zhuǎn)為聲信號。若由于金屬弦的振動，螺線管 B.1A C.C.3A A D.D.- -A A 4 8 2 2、電吉他是利用電磁感應(yīng)原理工作的一種樂器。 如圖所示為電吉他的拾音器的原理圖 內(nèi)的磁

2、通量隨時間的變化如圖乙所示 3、粗細(xì)均勻的電阻絲圍成如圖所示的線框 則對應(yīng)感應(yīng)電流的變化為（ ,置于正方形有界勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方 向垂直線框平面向里，圖中 abab=bcbc=2cdcd=2dede=2efef=2fafa=2L L。現(xiàn)使線框分別以同樣大小的速度 v v 勻速沿四個不同方向平動進(jìn)入磁場，并且速度方向始終與線框先進(jìn)入磁場的那條邊垂直，則 在通過如圖所示位置時，下列說法正確的是（） ，圖中 a a、b b 兩點(diǎn)間的電壓最大 ，圖中 a a、b b 兩點(diǎn)間的電壓最大 C. 四個圖中，圖中回路電流最大 D. 四個圖中，圖中回路電流最小 4、如圖所示為發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，其中M

3、S是永久磁鐵的兩個磁極，其表面呈半圓柱面狀.M 是圓柱形鐵芯，它與磁極柱面共軸，鐵芯上繞有矩形線框，可繞與鐵芯共軸的固定軸轉(zhuǎn)動，磁 極與鐵芯間的磁場均勻輻向分布、從圖示位置開始計(jì)時，當(dāng)線框勻速轉(zhuǎn)動時，下圖中能正確反 映線框感應(yīng)電動勢e隨時間t變化規(guī)律的是（） ，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為 B B 方向分別垂直紙面向里和向外，磁 L L 處，有一邊長為 L L 的正方形導(dǎo)體線框，總電阻為 R R 且線框 A.四個圖中 四個圖中 5、如圖所示為兩個有界勻強(qiáng)磁場 場寬度均為 L L，距磁場區(qū)域的左側(cè) 平面與磁場方向垂直，現(xiàn)用外力 F F 使線框以速度v勻速穿過磁場區(qū)域，以初始位置為計(jì)時起點(diǎn) 規(guī)定：電流沿逆時

4、針方向時的電動勢E為正，磁感線垂直紙面向里時磁通量中的方向?yàn)檎?，?化的圖像正確的是（） XXXX1t1 :xbxx：咋 III|XXX I xXXX1-. III IXXXxr，._iii |XXXX|*i !xxxx*-虺正褶憩Ir+L小L中1 CDEf%CDEf%在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，金屬棒 MNMN 甘框 架以某一速度向右做勻速運(yùn)動。t t=0時,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。，此時 MNMN達(dá)的位置恰好使 MDENMDEN 構(gòu)成一個邊長為 L L 的正方形.為使 Mt#Mt#中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，從 t t=0開始，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B B 隨時間 t t 的變化的圖象可能正確的是（） 力 F F 向右為

5、正。則以下關(guān)于線框中的磁通量 中、感應(yīng)電動勢 E E、夕卜力 F F 和電功率 P P 隨時間變 6、如圖所示，固定于水平面上的金屬架 7、如圖甲所示，光滑平行金屬導(dǎo)軌.WVWV、P、Q所在平面與水平面成 B B 角，W W、P兩端 接一電阻 R R,整個裝置處于方向垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場中。t=0t=0 時對導(dǎo)體棒施加一平 行于導(dǎo)軌的外力F使金屬棒由靜止開始沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動，導(dǎo)體棒電阻為r,導(dǎo)軌電阻忽略 不計(jì)。已知通過電阻R的感應(yīng)電流I隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示。下列關(guān)于導(dǎo)體棒運(yùn) 8、如圖，兩條光滑平行金屬導(dǎo)軌固定，所在平面與水平面夾角為 0,0,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。 虛線 abab、cd

6、cd 均與導(dǎo)軌垂直，在 abab 與 cdcd 之間的區(qū)域存在垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場。將兩 根相同的導(dǎo)體棒 PQMPQM 陛后自導(dǎo)軌上同一位置由靜止釋放，兩者始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。 已知 PCSPCS 入磁場開始計(jì)時，到 M M 漓開磁場區(qū)域?yàn)橹?，流過 PQPQ 勺電流隨時間變化的圖像可能正 確的是（） 動速度v、外力 F F、流過 R R 的電荷量 q q 以及閉合同路中磁通量的變化率 竺隨時間變化的 ：t 圖像正確的是（） 9、如圖(a)所示，水平面內(nèi)有一光滑金屬導(dǎo)軌，ac邊的電阻為R R 其他電阻均不計(jì)，abab與ac夾角為135 ,cdcd與ac垂直。將質(zhì)量為 m m 的長直

7、導(dǎo)體棒擱在導(dǎo)軌上,并與ac平行。棒與ahcdcd 交點(diǎn) G G、H H 間的距離為L。，空間存在垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B B。在外力 1 作用下，棒由 GHGH 處以初速度v0向右做直線運(yùn)動。其速度的倒數(shù)隨位移 x x 變化的美系如圖 v (b)所示。在導(dǎo)體棒L0運(yùn)動到 MNMN 處的過程中() B. 導(dǎo)體棒運(yùn)動的時間為3Lo 2vo C. 流過導(dǎo)體棒的電流大小不變 2,32 3BLovo3mv0 D. 外力做功為+0 2R8 10、如圖所示，平直光滑導(dǎo)軌a、b間距為d=4m導(dǎo)軌間有一邊長為I=J3m的正六邊形勻 強(qiáng)磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1T,導(dǎo)軌右側(cè)接一定值電阻R=1Q

8、，左側(cè)一導(dǎo)體棒長正好為d, 與導(dǎo)軌接觸良好且可在導(dǎo)軌上橫向自由滑動，導(dǎo)體棒單位長度電阻為Ro=1。，導(dǎo)軌及導(dǎo)線 電阻不計(jì)，現(xiàn)讓導(dǎo)體棒以速度v=1m/s勻速向右運(yùn)動，從導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場區(qū)域開始計(jì)時，在 圖間llib) A,導(dǎo)體棒做勻變速直線運(yùn)動 定值電阻上流過的電流大小為I,導(dǎo)體棒受到的安培力大小為F,R 兩端的電壓大小為U,R上的熱功率為P,貝UI、F、U和P分別隨時間t變化的圖象可能正 11、如圖甲所示，abcd是位于豎直平面內(nèi)的正方形閉合金屬線框, 阻為R,在金屬線框的下方有一勻強(qiáng)磁場區(qū)域，MNPQ是勻強(qiáng)磁場區(qū)域的水平邊界，并與 線框的bc邊平行，磁場方向垂直紙面向里?，F(xiàn)使金屬線框從MN上方

9、某一高度處由靜止開始下落，如圖乙是金屬線框由開始下落到bc邊剛好運(yùn)動到勻強(qiáng)磁場PQ邊界的v-t圖象，圖 中數(shù)據(jù)均為己知量，重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力，則在線框穿過磁場的過程中，下列說 法正確的是（） A. ti到t2過程中，線框中感應(yīng)電流沿順時針方向 B. 線框的邊長為訃皿-圮 2 c.線框中安培力的最大功率為mgVL V2 通過磁場區(qū)域的過程中, 金屬線框的質(zhì)量為m電 確的是（） 2 D.線框中安培力的最大功率為地土 Vi 12、如圖所示，在坐標(biāo)系xOy中，有邊長為a的正方形金屬線框 abcdabcd，其一條對角線ac和y軸重合、頂點(diǎn)a位于坐標(biāo)原點(diǎn) O O 處.在y軸右側(cè)的I、W象限內(nèi)有一

10、垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁場的上邊界與線框的 abab 邊剛好完全重合，左邊界與y軸重合，右邊界與y軸平行. t=0t=0 時刻，線框以恒定的速度v沿垂直于磁場上邊界的方向穿過磁場區(qū)域.取沿 a aT TbTbTCTd dT Ta a 的感應(yīng)電流方向?yàn)檎?，則在線框穿越磁場區(qū)域的過程中，感應(yīng)電流 i i、 abab 間的電勢差Uab隨時間 t t 變化的圖線是下圖中的（） MNPQ與一阻值為R的電阻相連，平行地放在水平桌 面上，質(zhì)量為m的金屬桿ab可以無摩擦地沿導(dǎo)軌運(yùn)動.導(dǎo)軌與ab桿的電阻不計(jì)，導(dǎo)軌寬度為 L.磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直穿過整個導(dǎo)軌平面.現(xiàn)給金屬桿ab一個初速度vo,使ab桿向

11、右滑行.回答下列問題 B. D. 13、如下圖甲所示，足夠長的金屬導(dǎo)軌 1 乙 1. 簡述金屬桿ab的運(yùn)動狀態(tài)，并在圖乙中大致作出金屬桿的v-t圖象； 2. 求出回路的最大電流值Im并指出金屬桿中電流流向； 3. 當(dāng)滑行過程中金屬桿ab的速度變?yōu)関時，求桿ab的加速度a; 4. 電阻R上產(chǎn)生的最大熱量 6 14、如圖甲所示，空間存在一有界勻強(qiáng)磁場，磁場的左邊界如虛線所示，虛線右側(cè)足夠大區(qū)域存在磁場，磁場方向豎直向下。在光滑絕緣水平面內(nèi)有一長方形金屬線框，abab 邊長為 l l=0.2m, 線框質(zhì)量 m m=0.1kg、電阻R=0.1Q，在水平向右的外力 F F 作用下，以初速度 v vo=1

12、m/s勻加速進(jìn)入磁場，外力 F F 大小隨時間 t t 變化的圖線如圖乙所示。以線框右邊剛進(jìn)入磁場時開始計(jì)時， 求： F F 做功為 W W=0.27J，求在此過程中線框產(chǎn)生的焦耳熱 Q Q 15、如圖甲所示，水平面矩形虛線區(qū)域有豎直方向的勻強(qiáng)磁場，磁感強(qiáng)度B隨時間t變化規(guī)律 如圖乙所示（圖中Bo、to已知）,邊長為L、電阻為R的正方形導(dǎo)體線框abcd放置在水平面上， 有一半在磁場區(qū)內(nèi)，由于水平面粗糙，線框能保持靜止?fàn)顟B(tài). 1,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B B。 2.線框進(jìn)入磁場的過程中 ，通過線框的電荷量 q q。 3.若線框進(jìn)入磁場過程中 甲 乙 01.i111U- ft2/o3血4血5b6也

13、 丙 1.求02t0時間內(nèi)通過線框?qū)Ь€任一截面的電荷量q. 2,求03to時間內(nèi)線框產(chǎn)生的焦耳熱Q. 3. 通過計(jì)算在圖丙中作出06t0時間內(nèi)線框所受水平面摩擦力f隨時間t的變化圖線（取水 平向右為正方向）.答案以及解析 1答案及解析： 答案：C 解析： LLLLLLA A 中上小下 S/ABS/AB1ABAB 八 3 3 由法拉第電磁感應(yīng)定律可知：E=EE=E 上+ +E E 下=+=+=一（1+ +2）= =一 v v . .tt2tt2. .tt4tt4 F3 故感應(yīng)電流為：|二F=3AR8 故選 CoCo 2答案及解析： 答案：B 解析：由感應(yīng)電流公式|=門著可知，感應(yīng)電流的大小與磁通

14、量的變化率有關(guān)，在一t圖象上各點(diǎn)切線的斜率的絕對值表示感應(yīng)電流的大小，斜率的正、負(fù)號表示電流的方向；根據(jù) 題圖乙，在0-to時間內(nèi)，感應(yīng)電流I的大小先減小到零，再逐漸增大，電流的方向改變一次，只有選項(xiàng)B符合要求。 3答案及解析： 答案：A 解析：設(shè)線框的電阻為 R R。題圖中：a a、b b 兩點(diǎn)間的電勢差等于外電壓，其大小為 Ui= Ei=B2Lv=3BLv，電流為|1=旦=22。題圖中：a a、b b 兩點(diǎn)間的電勢差等于外442RR 電壓的1，其大小為U2=】E2=】B2LV=1BLV，電流為12=迥乂。題圖中：a a、b b 兩點(diǎn)3442R 間的電勢差等于外電壓的2,其大小為5=馳，電流

15、為13=業(yè)。題圖中：a a、b b 兩點(diǎn)間 74R 的電勢差等于外電壓的1，其大小為U4=B業(yè)，電流為I4=2=2?？梢?，題圖中 a a、b b 兩點(diǎn)32R 間的電勢差最大，題圖中電流最小，故A正確，BCD錯誤。 4答案及解析: 答案：D 1=Bv,v=at得到F=B+ma+mgsinB可見 F F-t圖像是一條斜率大于零點(diǎn) 解析：矩形線框在輻向磁場中轉(zhuǎn)動，v始終與B垂直，由E=BLv知E大小不變，方向周期性 變化,故D項(xiàng)正確. 5答案及解析： 答案：D 解析：線框運(yùn)動2.5L L 時，最小為0,故A錯誤;進(jìn)入第一個磁場和出第二個磁場時E=BLv,由第一個磁場進(jìn)入第二個磁場時E=/BLv,故B

16、錯誤；由F安總與運(yùn)動方向相反，故外力應(yīng)一直向右，故C錯誤；由第一個磁場進(jìn)入第二個磁場時，感應(yīng)電動勢 E E 加倍，電流 I I 也加倍，所以 P P 變?yōu)樵瓉淼?倍,故D正確。 6答案及解析: 答案：C 解析：當(dāng)通過閉合回路的磁通量不變，則M琳中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，有：B0LI2=BL(L+vt) 減小，故C正確，ABD昔誤。 7答案及解析: 答案：B 解析：根據(jù)如圖乙所示的 I It t 圖像可知 I=ktI=kt，其中 k k 為比例系數(shù)，而 E=Blv=IE=Blv=I( (R R+ +r r kRr 所以v=氣v-1圖像是一條過原點(diǎn)斜率大于零的直線,說明導(dǎo)體棒做的是初速度為 Bl 零的勻加

17、速直線運(yùn)動，即v=at故A錯誤：由閉合電路歐姆定律可得：I，則 E=ktR+r,而E=所以有=ktR+r,故-t圖線是一條過原點(diǎn)斜率大 AtAtAt 于零的直線，故B正確.對導(dǎo)體棒進(jìn)行受力分析，在沿導(dǎo)軌方向有F-mgsin-B|=ma而 RrRr 所以B= Rd2 B吐一可知，B與t是非線性關(guān)系, L(Lvt) B-t圖線是曲線，而且隨著t的增大，B 且與縱軸正半軸有交點(diǎn)的直線，故C錯誤q=At= -=2一=Blat2故q-1 圖像是一條開口向上的拋物線，故D錯誤。 8答案及解析： 答案：AD 解析：由于 PQPQ 進(jìn)入磁場時加速度為零， AB.若PQPQ出磁場時MNMN然沒有進(jìn)入磁場，則PQ

18、PQ出磁場后至M M冊入磁場的這段時間，由于磁通量力不變，無感應(yīng)電流。由于 PQMNPQMN一位置釋放，故 M M 冊入磁場時與 PQPQ 進(jìn)入磁場時的速度相同，所以電流大小也應(yīng)該相同，A正確B錯誤； CD若PCPC磁場前MNMN已經(jīng)進(jìn)入磁場，由于磁通量力不變，PQMNPQMN加速運(yùn)動，PQtHPQtH磁場后，MNMN于加速故電流比 PQPQ入磁場時電流大，故C正確D錯誤； 9答案及解析： 答案：BC解析：直線的斜率為：k=V。=j，所以有：1=己+【，得V=Lv0,可見導(dǎo) 體棒做的不是勻變速直線運(yùn)動，選項(xiàng)A錯誤;感應(yīng)電動勢 E=Blv=B（L0+x）一虹v0=BL0v0,感應(yīng)電動勢大小不變，

19、流過導(dǎo)體棒的電流為I=E LoxR BS1 大小不變，故C正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E=，AS=（L0+2L0）L0，又 ,:t2 3L E=BLv，解得，選項(xiàng)B正確；克服安培力做的功W房安等于 acHGacHG 回路上廣生的 焦耳熱為W克安=Q=旱A(chǔ)t=3七旨，對導(dǎo)體棒，由動能定理得Blat 2v W外-W克安=-m （業(yè)）21mv2,解得W外=3BL0v3m墮,故D錯誤。 222R8 10答案及解析: 對應(yīng)的時間: t =3s 對比 A A 圖可知，圖中得各電流值與時間都是正確的。故 A A 正確; 3 B在進(jìn)入磁場的刖內(nèi)安培力：F=BIl有效= _22 B2v(kx0)2 可知在進(jìn)入

20、磁場的前 藍(lán)m內(nèi)安培力與進(jìn)入距離的平方成正比。故 B B 錯誤; 2 GRGR 兩端得電壓: U=IR;由于與 I I 成正比，結(jié)合 A A 的分析可知，C C 選項(xiàng)的各數(shù)據(jù)也是正確的。 故 C C 正確; DRDR 上的熱功率: P=I2R，與電流的平方成正比，貝U在進(jìn)入磁場的前Y3m內(nèi)熱功率也與 2 進(jìn)入距離的平方成正比。 2329 最大功率：Pm=ImR=(?2勺=W故 D D 也是正確的 故選：ACDACD 該段的時間: 答案：ACD 解析：A A、由于磁場區(qū)域?yàn)檎呅?，則對邊之間的距離: a=：31= 3.3=3m 棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢：E=BLv 取大電動勢：Em=Bav=131=

21、3V 由幾何關(guān)系可知，棒剛進(jìn)入磁場到在磁場中的長度為 a a 時，進(jìn)入磁場的距離: 13 x=lcos60=一.3=m 22 3 在進(jìn)入磁場的刖、3m內(nèi)磁場中的棒的長度與棒進(jìn)入的距離成正比，所以在前 2 3一 m內(nèi)感應(yīng) 2 電動勢也與棒進(jìn)入的距離成正比，則: E有效=Bvl有效=kBvx0。 感應(yīng)電流: E有效E有效kBvx0 R總R+4Ro5 最大電流: Em3 =-A 11答案及解析： 答案：BD 解析：A.金屬線框剛進(jìn)入磁場時，磁通量增加，磁場方向垂直紙面向里，根據(jù)楞次定律判 斷可知，線框中感應(yīng)電流方向沿逆時針方向，故A錯誤； B.由圖象可知，金屬框進(jìn)入磁場過程中做勻速直線運(yùn)動，速度為V

22、i,勻速運(yùn)動的時間為 七2-ti,故金屬框的邊長：L=Vt2-ti)，故B正確; CD在金屬框進(jìn)入磁場的過程中，金屬框所受安培力等于重力, 又L=Vi(t2-ti)，聯(lián)立解得：B=JmgR;線框僅在進(jìn)入磁場和離開磁場過程中 Vit2-tiV1 受安培力，進(jìn)入時安培力等于重力，離開時安培力大于重力，開始減速，故開始離開磁場時安培力最大，功率最大，為Pm=F安t2,又F安=牛聯(lián)立得：pm=逾，故曲誤, D正確。 i2答案及解析： 答案：AD 解析：在 d d 點(diǎn)運(yùn)動到 O O 點(diǎn)過程中，abab 邊切割磁感線，根據(jù)右手定則可以確定線框中電流方 向?yàn)槟鏁r針方向，即正方向，電動勢均勻減小到0,則電流均

23、勻減小到0；然后 cdcd 邊開始切割 磁感線，感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r針方向，即負(fù)方向，電動勢均勻減小到0,則電流均勻減小到0,選項(xiàng)A正確，B錯誤. d d 點(diǎn)運(yùn)動到 O O 點(diǎn)過程中，abab 邊切割磁感線，abab 相當(dāng)于電源，電流由a到 b b，b b 點(diǎn)的電勢高 于a點(diǎn)，a、b b 間的電勢差Uab為負(fù)值，大小等于電流乘另外三條邊的總電阻，并逐漸減小. abab 邊出磁場后，cdcd 邊開始切割磁感線，cdcd 邊相當(dāng)于電源，電流由 b b 到a，a、b b 間的電勢 差Uab為負(fù)值，大小等于電流乘 abab 邊的電阻，并逐漸減小，選項(xiàng)C錯誤，D正確. i3答案及解析: 答案：1.做加速度減小的減速運(yùn)動直到停止運(yùn)動，圖象如圖所示 則得：m m 護(hù) BIL,BIL,又 I I=虹 R R 2. 金屬桿在導(dǎo)軌上做減速運(yùn)動，剛開始時速度最大，感應(yīng)電動勢也最大，有Er=BLv) 所以回路的最大電流Im=M,金屬桿上的電流方向從a到b 3. E=BLv,F=BIL 由閉合電路歐姆定律得1=- 由牛頓第二定律得F=ma 解得a= 4. 由能量守恒定律有：Qn=mv)2/2 解析： 14答案及解析： 答案：1.由 F F- -1 1 圖象可知，當(dāng)線框全部進(jìn)入磁場時，F(xiàn)=0.2N0