專題12電磁感應(yīng)及綜合應(yīng)用

1、專題12電磁感應(yīng)及綜合應(yīng)用(時(shí)間:45分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共8小題,每小題8分,共64分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求)1.(2014安徽理綜,20)英國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為,磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)感生電場(chǎng)。如圖所示,一個(gè)半徑為r的絕緣細(xì)圓環(huán)水平放置,環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B,環(huán)上套一帶電荷量為+q的小球。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增加,其變化率為k,若小球在環(huán)上運(yùn)動(dòng)一周,則感生電場(chǎng)對(duì)小球的作用力所做功的大小是()A.0B.r2qkC.2r2qkD.r2qk2.(2014北京海淀模擬)如圖所示,一個(gè)正方形導(dǎo)線框abcd,邊長為l,質(zhì)量為m。將線框從距水

2、平勻強(qiáng)磁場(chǎng)上方h處由靜止釋放,在線框下落過程中,不計(jì)空氣阻力,線框平面保持在豎直平面內(nèi),且cd邊始終與水平的磁場(chǎng)邊界平行。當(dāng)ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),線框速度為v。在線框進(jìn)入磁場(chǎng)的整個(gè)過程中,下列說法錯(cuò)誤的是()A.線框可能做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)B.線框可能做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)C.線框克服安培力做功可能大于mg(h+l)-mv2D.線框克服安培力做功一定為mg(h+l)-mv23.如圖所示,固定于水平面上的金屬架abcd處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬棒MN沿框架以速度v向右做勻速運(yùn)動(dòng)。t=0時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0,此時(shí)MN到達(dá)的位置恰好使MbcN構(gòu)成一個(gè)邊長為l的正方形,為使MN棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流,

3、從t=0開始,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的示意圖為()4.(2014黑龍江大慶質(zhì)檢)兩根足夠長的光滑導(dǎo)軌豎直放置,間距為l,底端接阻值為R的電阻。將質(zhì)量為m,電阻也為R的金屬棒懸掛在一個(gè)固定的輕彈簧下端,金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌所在的平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)垂直,如圖所示,除金屬棒和電阻R外,其余電阻不計(jì)?，F(xiàn)將金屬棒從彈簧的原長位置由靜止釋放,則以下結(jié)論錯(cuò)誤的是()A.金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí),流過電阻R的電流方向?yàn)閎aB.最終彈簧的彈力與金屬棒的重力平衡C.金屬棒的速度為v時(shí),所受的安培力大小為D.金屬棒的速度為v時(shí),金屬棒兩端的電勢(shì)差為Blv5.(2014河南重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)如圖甲所示,正三角形導(dǎo)

4、線框abc固定在磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向與線圈平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖乙所示。t=0時(shí)刻磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,在04 s的時(shí)間內(nèi),線框ab邊所受到的安培力F隨時(shí)間t變化的關(guān)系(規(guī)定水平向左為力的正方向)可能是下圖中的()6.(2014北京東城模擬)如圖甲所示,垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的區(qū)域?qū)挾葹?a,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B。一邊長為a、電阻為4R的正方形均勻?qū)Ь€框CDEF從圖示位置開始沿x軸正方向以速度v勻速穿過磁場(chǎng)區(qū)域,在圖乙中給出的線框EF兩端的電壓UEF與線框移動(dòng)距離x的關(guān)系的圖象正確的是()甲乙7.(2014遼寧沈陽質(zhì)檢)如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬桿P

5、Q在外力F作用下在粗糙U形導(dǎo)軌上以速度v=2 m/s向右勻速滑動(dòng),兩導(dǎo)軌間距離l=1.0 m,電阻R=3.0 ,金屬桿的電阻r=1.0 ,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),則下列說法正確的是()A.通過R的感應(yīng)電流的方向?yàn)橛蒬到aB.金屬桿PQ切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為2 VC.金屬桿PQ受到的安培力大小為0.5 ND.外力F做功大小等于電路產(chǎn)生的焦耳熱8.(2014河北唐山統(tǒng)考)如圖所示,在傾角為的光滑斜面上,存在著兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域。區(qū)域的磁場(chǎng)方向垂直斜面向上,區(qū)域的磁場(chǎng)方向垂直斜面向下,磁場(chǎng)邊界MN、PQ、GH均平行于斜面底邊,MP、PG均為l。一個(gè)質(zhì)量為m、電阻為R、邊長也

6、為l的正方形導(dǎo)線框,由靜止開始沿斜面下滑,下滑過程中ab邊始終與斜面底邊平行。t1時(shí)刻ab邊剛越過GH進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域,此時(shí)導(dǎo)線框恰好以速度v1做勻速直線運(yùn)動(dòng);t2時(shí)刻ab邊下滑到PQ與MN的中間位置,此時(shí)導(dǎo)線框又恰好以速度v2做勻速直線運(yùn)動(dòng)。重力加速度為g,下列說法中正確的是()A.當(dāng)ab邊剛越過PQ時(shí),導(dǎo)線框加速度大小為a=gsinB.導(dǎo)線框兩次勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度v1v2=21C.從t1到t2的過程中,導(dǎo)線框克服安培力做功的大小等于機(jī)械能的減少量D.從t1到t2的過程中,有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能二、非選擇題(本題共2小題,共36分)圖19.(18分)(2014北京海淀模擬)(1)如圖1所示,兩根足夠

7、長的平行導(dǎo)軌,間距 l=0.3 m,在導(dǎo)軌間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)動(dòng),桿MN始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。桿MN的電阻r1=1 ,導(dǎo)軌的電阻可忽略。求桿MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1。(2)如圖2所示,一個(gè)匝數(shù)n=100的圓形線圈,面積S1=0.4 m2,電阻r2=1 。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(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁感應(yīng)強(qiáng)度B2隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖3所示。求圓形線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2。圖2圖3(3)有一個(gè)R=2 的電阻,將其兩端分別與圖1中的導(dǎo)軌和圖2中的圓形線圈相連接,b端接地。試判斷

8、以上兩種情況中,哪種情況a端的電勢(shì)較高?求這種情況中a端的電勢(shì)a。10.(18分)(2014山東濰坊聯(lián)考)如圖所示,兩條足夠長的平行金屬導(dǎo)軌相距l(xiāng),與水平面的夾角為,整個(gè)空間存在垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,虛線上方軌道光滑且磁場(chǎng)方向向上,虛線下方軌道粗糙且磁場(chǎng)方向向下。當(dāng)導(dǎo)體棒EF以初速度v0沿導(dǎo)軌上滑至最大高度的過程中,導(dǎo)體棒MN一直靜止在導(dǎo)軌上。若兩導(dǎo)體棒質(zhì)量均為m、電阻均為R,導(dǎo)軌電阻不計(jì),重力加速度為g,在此過程中導(dǎo)體棒EF上產(chǎn)生的焦耳熱為Q,求:(1)導(dǎo)體棒MN受到的最大摩擦力;(2)導(dǎo)體棒EF上升的最大高度。答案與解析專題12電磁感應(yīng)及綜合應(yīng)用1.D解析:設(shè)圓環(huán)

9、所在回路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E,則由法拉第電磁感應(yīng)定律得E=kS=kr2,小球運(yùn)動(dòng)一周,感應(yīng)電場(chǎng)對(duì)小球做功大小為W=qE=qkr2,故選項(xiàng)D正確。2.C解析:由F安=可知:線框進(jìn)入磁場(chǎng)的速度不定,線框所受安培力可能小于重力而做加速運(yùn)動(dòng),速度變大,加速度會(huì)變小,選項(xiàng)A正確;所受安培力可能大于重力,則做減速運(yùn)動(dòng),速度變小,加速度會(huì)變小,選項(xiàng)B正確;根據(jù)動(dòng)能定理,可以推出克服安培力做功為mg(h+l)-mv2,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。故本題只有選項(xiàng)C符合題意。3.C解析:要使回路中不產(chǎn)生感應(yīng)電流,需要保持回路中磁通量不發(fā)生變化,則有B0l2=Bl(l+vt),解得B=,本題只有選項(xiàng)C正確。4.D解析:金屬棒向下

10、運(yùn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流,由右手定則可知流過電阻R的電流方向?yàn)閎a,選項(xiàng)A正確;金屬棒在切割磁感線過程中,將金屬棒的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為焦耳熱,最終停下,處于靜止?fàn)顟B(tài),其合力為零,即彈簧的彈力與金屬棒的重力平衡,選項(xiàng)B正確;當(dāng)金屬棒的速度為v時(shí),產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E=Blv,I=,則金屬棒所受到的安培力大小F=BIl=,選項(xiàng)C正確;由歐姆定律可得:金屬棒兩端的電勢(shì)差U=IR=,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故本題錯(cuò)誤的選項(xiàng)是D。5.A解析:由磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化圖象可判斷出12s內(nèi)線框的電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,然后利用左手定則判定ab邊所受到的安培力水平向左,大小為BIL,由于B隨時(shí)間均勻變化,則安培力也隨時(shí)間均勻變化,據(jù)此排

11、除選項(xiàng)C、D;然后再由34s內(nèi)安培力方向排除選項(xiàng)B。6.D解析:線框經(jīng)過整個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域過程做勻速直線運(yùn)動(dòng),所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小E=Bav,剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),等效電路如圖甲所示;完全在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)等效電路如圖乙所示;一條邊從磁場(chǎng)中離開時(shí)等效電路如圖丙所示。據(jù)以上分析易知選項(xiàng)D正確,A、B、C錯(cuò)誤。7.C解析:由右手定則可知通過R的電流方向?yàn)橛蒩到d,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由法拉第電磁感應(yīng)定律可得金屬桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為E=Blv=2V,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;安培力F安=BIl=0.5N,選項(xiàng)C正確;因?yàn)檐壍来植?由能量守恒定律可知,外力做的功數(shù)值上等于電路中產(chǎn)生的焦耳熱和摩擦生熱的總和,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。8

12、.C解析:線框在區(qū)域內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng),滿足合力為零,有mgsin-=0;線框的ab邊剛越過PQ時(shí),兩邊都在切割磁感線,都受到沿斜面向上的安培力,則mgsin-=ma,a=-3gsin,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;線框再次勻速時(shí),其受合力也為零,有mgsin-=0,可得,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;從t1到t2的過程中,安培力做負(fù)功,重力做正功,根據(jù)動(dòng)能定理,可得:WG-WF=,解得WF=WG+,即線框從t1到t2過程中克服安培力所做的功等于線框機(jī)械能的減少量,選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。9.答案:見解析解析:(1)桿MN做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)E1=B1lv產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1=0.3V(2)穿過圓形線圈的磁通量發(fā)生變化E2=nS2產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2=4.5V(3)當(dāng)電阻R與圖1中的導(dǎo)軌相連接時(shí),a端的電