（江蘇專用版）高考物理總復習 第九章 微專題7 電磁感應中的電路和圖像問題練習（含解析）-人教版高三物理試題

微專題7電磁感應中的電路和圖像問題一、單項選擇題1.將一段導線繞成如圖甲所示的閉合回路,并固定在水平面(紙面)內,回路的ab邊置于垂直紙面向里的勻強磁場Ⅰ中,回路的圓環(huán)區(qū)域內有垂直紙面的磁場Ⅱ,以向里為磁場Ⅱ的正方向,其磁感應強度B隨時間t變化的圖像如圖乙所示;用F表示ab邊受到的安培力,以水平向右為F的正方向,能正確反映F隨時間t變化的圖像是()答案B根據題圖乙B-t圖像可知,在0~T2時間內,B-t圖線的斜率為負且為定值,根據法拉第電磁感應定律E=nΔBΔtS可知,該段時間時圓環(huán)區(qū)域內感應電動勢和感應電流是恒定的,由楞次定律可知,ab中電流方向為b→a,再由左手定則可判斷ab邊受到向左的安培力,且0~2.如圖所示,電阻R=1Ω、半徑r1=0.2m的單匝圓形導線框P內有一個與P共面的圓形磁場區(qū)域Q,P、Q的圓心相同,Q的半徑r2=0.1m;t=0時刻,Q內存在著垂直于圓面向里的磁場,磁感應強度B隨時間t變化的關系是B=2-t(T);若規(guī)定逆時針方向為電流的正方向,則線框P中感應電流I隨時間t變化的關系圖像應該是選項圖中的()答案C由B=2-t(T)知,ΔBΔt=1T/s,且磁感應強度減小,由楞次定律得P內電流沿順時針方向,為負值,故A、D項錯誤;又由歐姆定律得E=ΔBΔtS=3.(2018南京模擬)如圖所示,虛線框內存在均勻變化的勻強磁場,三個電阻R1、R2、R3的阻值之比為1∶2∶3,導線的電阻不計。當S1、S2閉合,S3斷開時,閉合回路中感應電流為I;當S2、S3閉合,S1斷開時,閉合回路中感應電流為5I;當S1、S3閉合,S2斷開時,閉合回路中感應電流為()A.0 B.4I C.6I D.7I答案D因為R1∶R2∶R3=1∶2∶3,可以設R1=R,R2=2R,R3=3R;由電路圖可知,當S1、S2閉合,S3斷開時,電阻R1與R2組成閉合回路,設此時感應電動勢是E1,由歐姆定律可得E1=3IR。當S2、S3閉合,S1斷開時,電阻R2與R3組成閉合回路,設感應電動勢為E2,由歐姆定律可得E2=5I×5R=25IR。當S1、S3閉合,S2斷開時,電阻R1與R3組成閉合回路,此時感應電動勢E=E1+E2=28IR,則此時的電流I'=E4R=4.如圖所示,一個“∠”形導軌ADC垂直于磁場固定在磁感應強度為B的勻強磁場中,MN是與導軌材料和規(guī)格都相同的導體棒。在外力作用下,導體棒以恒定速度v沿導軌向右運動,導體棒與導軌始終接觸良好。以導體棒在如圖所示位置為計時起點,則下列物理量隨時間變化的圖像正確的是(圖中E為回路中感應電動勢;I為流過金屬棒的電流;F為作用在金屬棒上的安培力;P為感應電流的熱功率)()答案D設“∠”形導軌的頂角為θ,電阻率為ρ,感應電動勢E=BLv=Bvttanθ·v=Bv2tanθ·t,E∝t,故A項錯誤;感應電流I=ER,R=vt+vttanθ二、多項選擇題5.如圖甲所示,單匝線圈兩端A、B與一理想電壓表相連,線圈內有一垂直紙面向里的勻強磁場,線圈中的磁通量變化規(guī)律如圖乙所示。下列說法正確的是()A.0~0.10s內磁通量的變化量為0.15Wb B.電壓表讀數為0.5VC.電壓表“+”接線柱接A端 D.B端比A端的電勢高答案BC由題圖乙知,0~0.10s內磁通量的變化量為(0.15-0.10)Wb=0.05Wb,由題意知,線圈中的磁通量向里增加,根據楞次定律可得感應電流方向為逆時針方向,即電流從A流向B,所以電壓表“+”接線柱接A端,A端的電勢比B端的高,根據法拉第電磁感應定律E=ΔΦΔt6.(2018南京模擬)如圖所示,光滑平行金屬導軌MN、PQ所在平面與水平面成θ角,M、P兩端接一阻值為R的定值電阻,阻值為r的金屬棒ab垂直導軌放置,其他部分電阻不計,整個裝置處在磁感應強度為B的勻強磁場中,磁場方向垂直導軌平面向下。t=0時對金屬棒施一平行于導軌的外力F,金屬棒由靜止開始沿導軌向上做勻加速直線運動。下列關于穿過回路abPM的磁通量變化量ΔΦ、磁通量的瞬時變化率ΔΦ答案BD設金屬棒的加速度為a,運動的位移x=12at2,磁通量變化量ΔΦ=BLx=12BLat2,ΔΦ∝t2,選項A錯誤;感應電動勢E=ΔΦΔt=12BLat,故ΔΦΔt∝t,選項B正確;U=RE三、非選擇題7.如圖甲所示,在一個正方形金屬線圈區(qū)域內,存在著磁感應強度B隨時間變化的勻強磁場,磁場的方向與線圈平面垂直,金屬線圈所圍的面積S=200cm2,匝數n=1000,線圈電阻r=1.0Ω,線圈與電阻R構成閉合回路,電阻R=4.0Ω。勻強磁場的磁感應強度隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,求:(1)在t=2.0s時刻,通過電阻R的感應電流的大小;(2)在t=5.0s時刻,電阻R消耗的電功率;(3)0~6.0s內整個閉合電路中產生的熱量。答案(1)0.2A(2)2.56W(3)7.2J解析(1)根據法拉第電磁感應定律,0~4.0s時間內線圈中磁通量均勻變化,產生恒定的感應電流,t1=2.0s時的感應電動勢為E1=nΔΦΔt=1000×0根據閉合電路歐姆定律,閉合回路中的感應電流為I1=E1R+(2)在4~6s時間內有E2=nΔΦΔt=1000×0則5s時的電流為I2=E2R+在t=5.0s時刻,電阻R消耗的電功率為P=I22R=0.8(3)根據焦耳定律,0~4.0s內閉合電路中產生的熱量為Q1=I12(r+R)Δt1=0.2在4.0~6.0s時間內閉合電路中產生的熱量為Q2=I22(r+R)Δt2=0.8故0~6.0s內整個閉合電路中產生的熱量為Q=Q1+Q2=0.8J+6.4J=7.2J。8.(2018南京三模)如圖甲所示,固定在水平桌面上的間距為L的光滑平行金屬導軌,其右端MN之間接有阻值為R的定值電阻,導軌上存在著以efhg為邊界,寬度為d的勻強磁場,磁場磁感應強度B隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示,方向豎直向下;一長度為L的金屬棒垂直于導軌放置,金屬棒的電阻也為R,在t=0時刻從圖示位置在恒力作用下由靜止開始沿導軌向右運動,t=t0時刻恰好進入磁場,此時磁感應強度為B0,并保持不變;金屬棒從圖示位置到恰好穿出磁場的運動過程中,電阻R上的電流大小不變。導軌電阻不計。求:(1)0~t0時間內流過電阻R的電流I的大小和方向;(2)金屬棒穿過磁場的速度及所受恒力的大小;(3)金屬棒從圖示位置到恰好穿出磁場的運動過程中,電阻R上產生的焦耳熱Q。答案(1)I=B0Ld2(3)Q=B解析(1)0~t0時間內,由E=ΔB解得E=B由I=E解得I=B方向為由N到M(2)經分析可知,金屬棒穿過磁場的過程中電動勢大小與0~t0時間內相同由E=BLv解得v=d金屬棒勻速通過磁場F=BIL代入數據解得F=B(3)金屬棒從圖示位置到恰好穿出磁場的運動過程中電流大小不變,為I=B金屬棒勻速通過磁場的時間為t=dv=t所以Q=I2R(t0+t)=B9.(2018江蘇六市調研)如圖甲所示,水平面上矩形虛線區(qū)域內有豎直方向的勻強磁場,磁感應強度B隨時間t變化規(guī)律如圖乙所示(圖中B0、t0已知);邊長為L、電阻為R的單匝正方形導線框abcd放置在水平面上,一半在磁場區(qū)內,由于水平面粗糙,線框始終保持靜止。(1)求0~2t0時間內通過線框導線截面的電荷量q;(2)求0~3t0時間內線框產生的焦耳熱Q;(3)通過計算,在圖丙中作出0~6t0時間內線框受到的摩擦力f隨時間t的變化圖線(取水平向右為正方向)。答案(1)B0L2(3)如圖所示解析(1)設0~2t0時間內線框產生的電動勢為E1,由法拉第電磁感應定律有E1=ΔΦΔ產生的感應電流為I1=E通過的電荷量為q=I1·(2t0)聯立解得q=B(2)設2t0~3t0時間內線框產生的電動勢為E2,感應電流為I2,同理有E2=ΔΦΔ產生的感應電流為I2=E產生的焦耳