適用于新高考新教材備戰(zhàn)2025屆高考物理一輪總復(fù)習第12章電磁感應(yīng)第3講專題提升電磁感應(yīng)中的電路和圖像問題

第3講專題提升:電磁感應(yīng)中的電路和圖像問題基礎(chǔ)對點練題組一電磁感應(yīng)中的電路問題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(yīng)強度的大小為B,磁場方向垂直于導軌所在平面向里(指向圖中紙面內(nèi))?，F(xiàn)對MN施力使它沿導軌方向以速度v(如圖)做勻速運動。令U表示MN兩端電壓的大小,則()A.U=12Blv,流過電阻R的感應(yīng)電流由b到B.U=12Blv,流過電阻R的感應(yīng)電流由d到C.U=Blv,流過電阻R的感應(yīng)電流由b到dD.U=Blv,流過電阻R的感應(yīng)電流由d到b2.如圖所示,一不可伸長的細繩上端固定,下端系在邊長為0.4m的單匝正方形金屬框CDEF的一個頂點C上,對角線DF水平,其中M、N分別是邊CD、CF的中點,M、N連線下方有方向垂直于金屬框所在平面的勻強磁場。已知金屬框每邊的電阻均為0.035Ω,在0~3.0s時間內(nèi),磁感應(yīng)強度大小隨時間t的變化關(guān)系為B(t)=0.3-0.1t(T),規(guī)定垂直于紙面向外方向為磁場正方向,則下列說法正確的是()A.金屬框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向垂直于紙面向里B.t=2.0s時金屬框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=1.6×10-2VC.t=1.0s時金屬框所受安培力大小為42×10-3ND.在t=0到t=2.0s時間內(nèi)金屬框產(chǎn)生的焦耳熱為1.4×10-3J題組二電磁感應(yīng)中的圖像問題3.(2023浙江1月卷)如圖甲所示,一導體桿用兩條等長細導線懸掛于水平軸OO',接入電阻R構(gòu)成回路,導體桿處于豎直向上的勻強磁場中,將導體桿從豎直位置拉開小角度θ靜止釋放,導體桿開始下擺。當R=R0時,導體桿振動圖像如圖乙所示,若橫、縱坐標皆采用圖乙所示標度,則當R=2R0時,導體桿的振動圖像是()4.(2023山東菏澤一模)如圖所示,MNQP是邊長為L和2L的矩形,在其由對角線劃分的兩個三角形區(qū)域內(nèi)充滿磁感應(yīng)強度大小相等、方向相反的勻強磁場。邊長為L的正方形導線框,在外力作用下水平向左勻速運動,線框左邊始終與MN平行。設(shè)導線框中感應(yīng)電流i逆時針流向為正。若t=0時左邊框與PQ重合,則左邊框由PQ運動到MN的過程中,下列i-t圖像正確的是()5.(多選)輕質(zhì)細線吊著一質(zhì)量為m=1kg、邊長為0.2m、電阻R=1Ω、匝數(shù)n=10的正方形閉合線圈abcd,bd下方區(qū)域分布著磁場,如圖甲所示。磁場方向垂直紙面向里,磁感應(yīng)強度大小隨時間變化的關(guān)系如圖乙所示。不考慮線圈的形變和電阻的變化,整個過程細線未斷且線圈始終處于靜止狀態(tài),g取10m/s2。則下列判斷正確的是()A.線圈中感應(yīng)電流的方向為adcbaB.線圈中的感應(yīng)電流大小為0.2AC.0~2s時間內(nèi)線圈中產(chǎn)生的熱量為0.02JD.6s時線圈受安培力的大小為0.82N綜合提升練6.如圖所示,空間有一寬度為2L的有界勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B,方向垂直紙面向里。一邊長為L、電阻分布均勻的正方形導體框abcd,以恒定的速度v向左勻速穿過磁場區(qū)域,從導體框ab邊進入磁場開始計時,則a、b兩點的電勢差Uab隨時間t變化的圖線正確的是()7.(多選)磁懸浮列車是高速低耗交通工具,如圖甲所示。它的驅(qū)動系統(tǒng)可簡化為如圖乙所示的物理模型。固定在列車底部的正方形金屬線框的邊長為L,匝數(shù)為N,總電阻為R;水平長直軌道間各邊長為L的正方形區(qū)域內(nèi)都存在勻強磁場,磁場的磁感應(yīng)強度大小均為B、相鄰區(qū)域的磁場方向相反。當磁場以速度v勻速向右運動時,可驅(qū)動停在軌道上的列車,不能忽略列車受到的阻力,以下說法正確的是()A.列車的最大速度小于vB.列車的最大速度為v,列車運動的方向與磁場運動的方向相反C.列車相對磁場位移為L的過程中通過線框的電荷量為4D.列車速度為v'時,線框受到的安培力大小為48.(多選)如圖所示,兩光滑導軌水平放置在豎直向下的勻強磁場中,一根導軌位于x軸上,另一根由ab、bc、cd三段直導軌組成,其中bc段與x軸平行,導軌左端接入一電阻R。導軌上一金屬棒MN沿x軸正向以速度v0保持勻速運動,t=0時刻通過坐標原點O,金屬棒始終與x軸垂直。設(shè)運動過程中通過電阻的電流為i,金屬棒受到安培力的大小為F,金屬棒克服安培力做功的功率為P,電阻兩端的電壓為U,導軌與金屬棒接觸良好,忽略導軌與金屬棒的電阻。下列圖像可能正確的是()

參考答案第3講專題提升:電磁感應(yīng)中的電路和圖像問題1.A解析由右手定則可知,通過MN的電流方向為N→M,電路閉合,流過電阻R的電流方向由b到d,B、D錯誤;導體桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=Blv,導體桿為等效電源,其電阻為等效電源內(nèi)阻,由閉合電路歐姆定律可知,U=IR=E2R·R=12Blv,A2.C解析0~3.0s時間內(nèi),由于B隨時間減小,由楞次定律知回路感應(yīng)電流的磁場方向垂直于紙面向外,A錯誤;0~3.0s內(nèi)回路感應(yīng)電動勢一定,其大小為E=ΔΦΔt=ΔBΔt·S=0.1×0.4×0.4-12×0.2×0.2=0.014V,B錯誤;t=1s時,B=0.2T,感應(yīng)電流I=ER=E4r=0.1A,安培力F=BILMN=42×10-3N,C正確;0~2.3.B解析導體桿切割磁感線時,回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,由楞次定律可得,導體桿受到的安培力總是阻礙導體棒的運動。當R從R0變?yōu)?R0時,回路中的電阻增大為原來的2倍,則電流減小,導體桿所受安培力減小,即導體桿在擺動時所受的阻力減弱,導體桿從開始擺動到停止,運動的路程和經(jīng)歷的時間變長,所以導體桿的振動圖像如圖B所示。4.D解析0~t1時間內(nèi),線框的左邊框由PQ向左進入磁場,根據(jù)右手定則知感應(yīng)電流方向為順時針(負),而切割磁感線的有效長度隨著線框的水平移動而均勻減小,則感應(yīng)電流的大小均勻減小;t1~2t1時間內(nèi),線框的前后兩邊框同向同速切割相反的磁場,產(chǎn)生的電動勢相加為總電動勢,電流方向為逆時針(正),兩邊的有效長度之和等于L,則電流大小恒定,故選D。5.CD解析磁感應(yīng)強度向里并且增大,由楞次定律可得,感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場垂直紙面向外,線圈中感應(yīng)電流的方向為逆時針,即abcda,A錯誤;由法拉第電磁感應(yīng)定律,可得E=nΔΦΔt=nΔB·SΔt,由閉合電路的歐姆定律,可得線圈中的感應(yīng)電流大小I=nΔB·SRΔt,假設(shè)線圈邊長為l,則S=l22,聯(lián)立兩式代入數(shù)據(jù)解得I=0.1A,B錯誤;0~2s時間內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量為Q=I2Rt=0.02J,C正確;線圈的bcd部分在勻強磁場中受到安培力,6.B解析由法拉第電磁感應(yīng)知識可得,在導體框進入磁場的過程中與出磁場的過程中導體框內(nèi)的磁通量都發(fā)生變化,導體框中有感應(yīng)電動勢。在0~Lv時間內(nèi),導體框的ab邊切割磁感線,由E=BLv,可知此時ab邊相當于電源,電流由b流向a,a、b兩點的電勢差相當于路端電壓,大小為Uab=34E=3BLv4,電勢差為正;在Lv~2Lv時間內(nèi),導體框完全在磁場中運動,穿過導體框的磁通量沒有變化,不產(chǎn)生感應(yīng)電流,但是ab邊仍然在切割磁感線,a、b兩點的電勢差大小為Uab=BLv,電勢差為正;在2Lv~3Lv時間內(nèi),導體框開始出磁場,ab邊離開磁場,只有cd邊切割磁感線,此時cd邊相當于電源,ab邊中電流由a流向b,導體框中電動勢為E=BLv,a、b兩點的電勢差為外電路部分電壓,大小為U7.AD解析列車的最大速度如果等于v,磁場與線框之間無相對速度,線框中無感應(yīng)電流產(chǎn)生,則不會產(chǎn)生安培力,A正確;根據(jù)右手定則,當磁場向右運動時,在圖示位置時,線框中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流,根據(jù)左手定則可知,線框受到向右的安培力作用而使列車向右運動,即列車運動的方向與磁場運動的方向相同,B錯誤;根據(jù)q=I·Δt=ER·Δt=2NBL2R,C錯誤;列車速度為v'時,線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=2NBL(v-v'),受到的安培力大小為F=2NBIL=8.AC解析當金屬棒從O點向右運動L時,即在0~Lv0時間內(nèi),在某時刻金屬棒切割磁感線的長度L=l0+v0ttanθ(θ為ab與ad的夾角),則根據(jù)E=BLv0,I=BLv0R=Bv0R(l0+v0ttanθ),可知回路電流均勻增加;安培力F=B2L2v0R=B2v0R(l0+v0ttanθ)2,則F-t關(guān)系圖像為拋物線,但是不過原點;安培力做功的功率P=Fv0=B2L2v02R=B2v0