2019高考物理二輪復習 第13講 電磁感應專題訓練

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1、第13講　電磁感應 一、選擇題(每小題6分,共36分) 1.(2018湖北宜昌元月調研)一種早期發(fā)電機原理示意圖如圖所示,該發(fā)電機由固定的圓形線圈和一對用鐵芯連接的圓柱形磁鐵構成,兩磁極相對于線圈平面對稱,線圈圓心為O點。在磁極繞轉軸勻速轉動的過程中,當磁極與O點在同一條直線上時,穿過線圈的(　　) A.磁通量最大,磁通量變化率最大 B.磁通量最大,磁通量變化率最小 C.磁通量最小,磁通量變化率最大 D.磁通量最小,磁通量變化率最小 2.(2018遼寧大連雙基,8)如圖所示,線圈L的自感系數(shù)很大,且其電阻可以忽略不計,L1、L2是兩個完全相同的燈泡,隨著開關S閉合和斷開(燈絲

2、不會斷),燈L1、L2亮度的變化情況是　(　　) A.S閉合,L1不亮,L2亮度逐漸變亮,最后兩燈一樣亮 B.S閉合,L1、L2同時亮,而后L1逐漸熄滅,L2則逐漸變得更亮 C.S斷開,L1、L2立即不亮 D.S斷開,L1、L2都會亮一下再熄滅 3.(2018安徽六校二聯(lián))(多選)如圖所示,光滑水平面上存在有界勻強磁場,磁感應強度為B,質量為m、邊長為a的正方形線框ABCD斜向右上方穿進磁場,當AC剛進入磁場時,線框的速度為v,方向與磁場邊界成45°角,若線框的總電阻為R,則(　　) A.線框穿進磁場過程中,線框中電流的方向為DCBAD B.AC剛進入磁場時線框中感應電流

3、為2BavR C.AC剛進入磁場時線框所受安培力為2B2a2vR D.此時CD兩端電壓為34Bav 4.(2018河南豫南九校聯(lián)盟第一次聯(lián)考)(多選)如圖所示,足夠長的U形光滑金屬導軌平面與水平面成θ角(0<θ<90°),其中MN與PQ平行且間距為L,導軌平面與磁感應強度為B的勻強磁場垂直,導軌電阻不計。金屬棒ab由靜止開始沿導軌下滑,并與兩導軌始終保持垂直且良好接觸,金屬棒ab接入電路的電阻為R,當流過金屬棒ab某一橫截面的電量為q時,金屬棒ab的速度大小為v,則金屬棒ab在這一過程中　(　　) A.運動的平均速度大于12v B.受到的最大安培力大小為B2L2vR sin θ

4、 C.下滑的位移大小為qRBL D.產(chǎn)生的焦耳熱為qBLv 5.(2018寧夏銀川唐徠回民中學等三校三模,7)(多選)如圖甲所示,光滑的平行金屬導軌AB、CD豎直放置,AB、CD相距L,在B、C間接一個阻值為R的電阻;在兩導軌間的abcd矩形區(qū)域內有垂直導軌平面向外、高度為5h的有界勻強磁場,磁感應強度為B。一質量為m、電阻為r、長度也為L的導體棒放在磁場下邊界ab上(與ab重合)?，F(xiàn)用一個豎直向上的力F拉導體棒,使它由靜止開始向上運動,導體棒剛要離開磁場時恰好做勻速直線運動,導體棒與導軌始終垂直且保持良好接觸,導軌電阻不計。F隨導體棒與初始位置的距離x變化的情況如圖乙所示,下列說法正確的

5、是(　　) A.導體棒離開磁場時速度大小為3mg(R+r)B2L2 B.離開磁場時導體棒兩端電壓為2mgRBL C.導體棒經(jīng)過磁場的過程中,通過電阻R的電荷量為2BLhR D.導體棒經(jīng)過磁場的過程中,電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為9mghRr+R-2m3g2R(R+r)B4L4 6.(2018河北衡水冀州中學一模)如圖甲所示,光滑平行金屬導軌MN、PQ所在平面與水平面成θ角,M、P兩端接一電阻R,整個裝置處于方向垂直導軌平面向上的勻強磁場中。t=0時對金屬棒施加一平行于導軌的外力F,使金屬棒ab由靜止開始沿導軌向上運動,導軌電阻忽略不計。已知通過電阻R的感應電流I隨時間t變化的關系如圖乙

6、所示。下列關于金屬棒運動速度v、外力F、流過R的電荷量q以及閉合回路中磁通量的變化率ΔΦΔt隨時間變化的圖像正確的是(　　) 二、非選擇題(每小題12分,共24分) 7.如圖(a)所示,平行長直金屬導軌水平放置,間距L=0.4 m。導軌右端接有阻值R=1 Ω的電阻。導體棒垂直放置在導軌上,且接觸良好。導體棒及導軌的電阻均不計。導軌間正方形區(qū)域abcd內有方向豎直向下的勻強磁場,b、d連線與導軌垂直,長度也為L。從0時刻開始,磁感應強度B的大小隨時間t變化,規(guī)律如圖(b)所示;同一時刻,棒從導軌左端開始向右勻速運動,1 s后剛好進入磁場。若使棒在導軌上始終以速度v=1 m/s 做

7、直線運動,求: (1)棒進入磁場前,回路中的電動勢E; (2)棒在運動過程中受到的最大安培力F,以及棒通過三角形abd區(qū)域時電流i與時間t的關系式。 圖(a) 圖(b) 8.(2018安徽A10聯(lián)盟聯(lián)考)(12分)如圖所示,光滑平行金屬導軌PQ、MN固定在光滑絕緣水平面上,導軌左端連接有阻值為R的定值電阻,導軌間距為L,磁感應強度大小為B、方向豎直向上的有界勻強磁場的邊界ab、cd均垂直于導軌,且間距為s,e、f分別為ac、bd的中點,將一長度為L、質量為m、阻值也為R的金屬棒垂直導軌放置在ab左側12s處,現(xiàn)給金屬棒施加一個大小為F、

8、方向水平向右的恒力,使金屬棒從靜止開始向右運動,金屬棒向右運動過程中始終垂直于導軌并與導軌接觸良好。當金屬棒運動到ef位置時,加速度剛好為零,不計其他電阻。求: (1)金屬棒運動到ef位置時的速度大小; (2)金屬棒從初位置運動到ef位置,通過金屬棒的電荷量; (3)金屬棒從初位置運動到ef位置,定值電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱。 答案精解精析 一、選擇題 1.B　根據(jù)磁極的轉動可知線圈中的磁通量發(fā)生變化,當磁極與O點在同一條直線上時,穿過線圈的磁通量最大,此時磁通量的變化率最小,感應電動勢最小,故B項正確,A、C、D項錯誤。 2.B　當S閉合瞬時,兩燈同時獲

9、得電壓,同時發(fā)光,隨著線圈L中電流的增加,逐漸將L1短路,L1逐漸變暗直到熄滅,同時,L2中電流逐漸增大,變得更亮,故A錯誤,B正確;S斷開瞬時,L2中電流消失,故立即熄滅,而由于線圈L中產(chǎn)生一個與電流同向的自感電動勢,故電流由燈泡L1的右側流入,所以L1亮一下后逐漸熄滅,故C、D錯誤。 3.CD　線框進入磁場的過程中穿過線框的磁通量增大,由楞次定律可以知道,感應電流的磁場的方向向外,由安培定則可知感應電流的方向為ABCDA方向,故A錯誤;AC剛進入磁場時,CD邊切割磁感線,AD邊不切割磁感線,所以產(chǎn)生的感應電動勢E=Bav,則線框中感應電流I=ER=BavR,故B錯誤;AC剛進入磁場時線框

10、的CD邊受到的安培力與v的方向相反,AD邊受到的安培力的方向垂直于AD向下,它們的大小都是F=BIa,由幾何關系知,AD邊與CD邊受到的安培力的方向相互垂直,AC剛進入磁場時線框所受安培力為AD邊與CD邊受到的安培力的矢量和,F合=2F=2B2a2vR,故C選項正確;當AC剛進入磁場時,CD兩端電壓U=I×3R4=34Bav,故D選項正確。 4.AC　金屬棒ab開始做加速度逐漸減小的變加速運動,不是勻變速直線運動,平均速度大于12v,故A正確;金屬棒ab受到的最大安培力F安=BIL=BL·ER=BL·BLvR=B2L2vR,故B錯誤;由q=ΔΦR=BLxR可知,下滑的位移x=qRBL,故C正

11、確;產(chǎn)生的焦耳熱Q=I2Rt=qIR,而這里的電流I比棒的速度大小為v時的電流I'=BLvR小,故這一過程中產(chǎn)生的焦耳熱小于qBLv,故D錯誤。 5.BD　設導體棒離開磁場時速度大小為v,此時導體棒受到的安培力大小為F安=BIL=BLER+r=BLBLvR+r=B2L2vR+r,由平衡條件得F=F安+mg,結合圖像知v=2mg(R+r)B2L2,故A錯誤。離開磁場時,由F=BIL+mg得I=2mgBL,導體棒兩端電壓為U=2mgBLR,所以B選項正確。導體棒經(jīng)過磁場的過程中,通過電阻R的電荷量q=It=E(R+r)t=ΔΦt(R+r)×t=ΔΦR+r=BL·5hR+r,故C錯誤。導體棒經(jīng)過磁

12、場的過程中,設回路產(chǎn)生的總焦耳熱為Q,根據(jù)功能關系可得Q=2mgh+3mg·4h-mg·5h-12mv2,而電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q'=RR+rQ,解得Q'=9mghRr+R-2m3g2R(R+r)B4L4,所以D選項正確。 6.B　設金屬棒的電阻為r,金屬棒長為l,由閉合電路歐姆定律知,通過電阻R的感應電流I=BlvR+r,由圖乙可知,I=kt,由以上兩式解得,v=R+rBlkt,即金屬棒做勻加速運動,故選項A錯誤;由法拉第電磁感應定律及閉合電路歐姆定律得ΔΦΔt=E=I(R+r)=(R+r)kt,故選項B正確;金屬棒做勻加速運動,由牛頓第二定律得F-mg sin θ-BIl=ma,則F=m

13、g sin θ+ma+BIl=mg sin θ+m(R+r)Blk+Blkt,故選項C錯誤;流過電阻R的電荷量q=It=12kt2,故選項D錯誤。 二、非選擇題 7.答案　(1)0.04 V (2)0.04 N　i=t-1(1 s≤t≤1.2 s) 解析　(1)由題圖(b)可知0~1.0 s內B的變化率 ΔBΔt=0.5 T/s① 正方形磁場區(qū)域的面積 S=L22=0.08 m2② 棒進入磁場前0~1.0 s內回路中的感應電動勢 E=ΔΦΔt=SΔBΔt③ 由①②③式得E=0.08×0.5 V=0.04 V (2)當棒通過bd位置時,有效切割長度最大,感應電流最大,棒受

14、到最大安培力 F=BIL④ 棒過bd時的感應電動勢 Em=BLv=0.5×0.4×1 V=0.2 V⑤ 棒過bd時的電流 I=EmR⑥ 由④⑤⑥式得 F=0.04 N 棒通過a點后在三角形abd區(qū)域中的有效切割長度L'與時間t的關系: L'=2v(t-1),其中t的取值范圍為1 s≤t≤1.2 s⑦ 電流i與時間t的關系式 i=BL'vR=2Bv2(t-1)R=t-1(1 s≤t≤1.2 s)⑧ 8.答案　(1)2FRB2L2　(2)BLs4R　(3)12Fs-mF2R2B4L4 解析　(1)設金屬棒運動到與ef重合時速度為v 則感應電動勢E=BLv(1分) 電路中電流I=E2R(1分) 由于加速度剛好為零,則F=F安=BIL(1分) 解得v=2FRB2L2(1分) (2)通過金屬棒的電荷量q=IΔt(1分) I=E2R(1分) E=ΔΦΔt=BLs2Δt(1分) 解得q=BLs4R(1分) (3)設定值電阻R中產(chǎn)生的焦耳熱為Q,由于金屬棒的電阻也為R,因此整個電路中產(chǎn)生的總的焦耳熱為2Q。金屬棒從靜止運動到ef位置的過程中,根據(jù)動能定理有WF+W安=12mv2(1分) 根據(jù)功能關系有W安=-2Q(1分) 拉力F做的功WF=Fs(1分) 解得Q=12Fs-mF2R2B4L4(1分) 8