高考物理一轮复习第十章电磁感应第讲电磁感应中的电路与图像问题

1、第3讲电磁感应中的电路与图像问题A组基础题组1.如图所示,两根相距为l的平行直导轨ab、cd。b、d间连有一定值电阻R,导轨电阻可忽略不计。MN为放在ab和cd上的一导体杆,与ab垂直,其电阻也为R。整个装置处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,磁场方向垂直于导轨所在平面(指向纸面内。现对MN施力使它沿导轨以速度v做匀速运动。用U表示MN两端电压的大小,则( A.U=Blv B.U=Blv C.U=Blv D.U=2Blv2.(2015江苏宿迁月考如图所示,竖直平面内有一金属环,半径为a,总电阻为R(指拉直时两端的电阻,磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面,在环的最高点A用铰链连接长度为2a

2、、电阻为的导体棒AB。AB由水平位置紧贴环面摆下,当摆到竖直位置时,B点的线速度为v,则这时AB两端的电压大小为(A. B. C. D.Bav3.(2016陕西西工大附中模拟空间存在竖直向上的匀强磁场,将一个不会变形的单匝金属圆线圈放入该磁场中,规定图甲所示的线圈中的电流方向为正。当磁场的磁感应强度B随时间t按图乙所示的规律变化时,能正确表示线圈中感应电流随时间变化的图线的是(4.边长为a的闭合金属正三角形框架,完全处于垂直于框架平面的匀强磁场中,现把框架匀速拉出磁场,如图所示,则选项图中电动势、外力、外力功率与位移图像规律与这一过程相符合的是(5.(2016广东广州模拟(多选如图所示,垂直纸

3、面的正方形匀强磁场区域内,有一位于纸面且电阻均匀的正方形导体框abcd,现将导体框分别朝两个方向以v0、3v0速度匀速拉出磁场,则导体框从两个方向移出磁场的两过程中(A.导体框中产生的感应电流方向相同B.导体框中产生的焦耳热相同C.导体框ad边两端电势差相同D.通过导体框截面的电荷量相同6.(2014课标,18,6分如图(a,线圈ab、cd绕在同一软铁芯上。在ab线圈中通以变化的电流。用示波器测得线圈cd间电压如图(b所示。已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比,则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中,可能正确的是(7.(多选如图所示,abcd是一边长为l、具有质量的刚性导线框,位于水

4、平面内,bc边串接有电阻R。虚线表示一匀强磁场区域的边界,它与线框ab边平行,磁场区域的宽度为2l,磁场方向竖直向下。线框在一垂直于ab边的水平恒定拉力F作用下,沿光滑水平面运动,直到通过磁场区域。已知ab边刚进入磁场时,线框做匀速运动,下面定性画出的回路中电流i大小与位移x图像可能正确的是(8.(2015北京理综,22,16分如图所示,足够长的平行光滑金属导轨水平放置,宽度L=0.4 m,一端连接R=1 的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=1 T。导体棒MN放在导轨上,其长度恰好等于导轨间距,与导轨接触良好。导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。在平行于导轨的拉力F作用下,导

5、体棒沿导轨向右匀速运动,速度v=5 m/s。求:(1感应电动势E和感应电流I;(2在0.1 s时间内,拉力的冲量IF的大小;(3若将MN换为电阻r=1 的导体棒,其他条件不变,求导体棒两端的电压U。B组提升题组9.(2016内蒙古赤峰宁城统考(多选如图所示,两根等高光滑的圆弧轨道,半径为r、间距为L,轨道电阻不计。在轨道顶端连有一阻值为R的电阻,整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B。现有一根长度稍大于L、电阻不计的金属棒从轨道最低位置cd开始,在拉力作用下以初速度v0向右沿轨道做匀速圆周运动至ab处,则该过程中(A.通过R的电流方向由外向内B.通过R的电流方向由内向外C.R上产生

6、的热量为D.流过R的电荷量为10.(2015山东理综,19,6分如图甲,R0为定值电阻,两金属圆环固定在同一绝缘平面内。左端连接在一周期为T0的正弦交流电源上,经二极管整流后,通过R0的电流i始终向左,其大小按图乙所示规律变化。规定内圆环a端电势高于b端时,a、b间的电压uab为正,下列uab-t图像可能正确的是(图甲图乙11.(2016山东潍坊一模(多选如图甲所示,正方形金属线圈abcd位于竖直平面内,其质量为m,电阻为R。在线圈的下方有一匀强磁场,MN和M'N'是磁场的水平边界,并与bc边平行,磁场方向垂直于纸面向里。现使金属线框从MN上方某一高度处由静止开始下落,图乙是线

7、圈由开始下落到完全穿过匀强磁场区域瞬间的v-t图像,图中字母均为已知量。重力加速度为g,不计空气阻力。下列说法正确的是(A.金属线框刚进入磁场时感应电流方向沿adcba方向B.金属线框的边长为v1(t2-t1C.磁场的磁感应强度为D.金属线框在0t4时间内所产生的热量为2mgv1(t2-t1+m(-12.(2015湖北八市联考(多选如图所示,等腰直角三角形OPQ区域内存在着垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,磁场区域的OP边在x轴上且长为L。纸面内一边长为L的单匝闭合正方形导线框(线框电阻为R的一条边在x轴上,且线框在外力作用下沿x轴正方向以恒定的速度v穿过磁场区域,在t=0时该线框恰

8、好位于图中所示的位置。现规定顺时针方向为导线框中感应电流的正方向,则下列说法正确的有(A.在0时间内线框中有正向电流,在时间内线框中有负向电流B.在时间内流经线框某处横截面的电荷量为C.在时间内线框中最大电流为D.0时间内线框中电流的平均值不等于有效值13.如图所示,边长L=0.20 m的正方形导体框ABCD由粗细均匀的同种材料制成,正方形导线框每边的电阻R0=1.0 ,金属棒MN与正方形导线框的对角线长度恰好相等,金属棒MN的电阻r=0.20 。导线框放置在匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.50 T,方向垂直导线框所在平面向里。金属棒MN与导线框接触良好,且与导线框对角线BD垂直放置在导线

9、框上,金属棒的中点始终在BD连线上。若金属棒以v=4.0 m/s的速度向右匀速运动,当金属棒运动至AC的位置时,求:(计算结果保留两位有效数字(1金属棒产生的电动势大小;(2金属棒MN上通过的电流大小和方向;(3导线框消耗的电功率。14.(2015湖南十三校第一次联考如图甲所示,光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上,两导轨间距L=0.30 m,导轨电阻忽略不计,其间接有固定电阻R=0.40 。导轨上停放一质量为m=0.10 kg、电阻r=0.20 的金属杆ab,整个装置处于磁感应强度B=0.50 T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下。利用一外力F沿水平方向拉金属杆ab,使之由静止

10、开始做匀加速直线运动,电压传感器可将R两端的电压U即时采集并输入电脑,并获得U与时间t的关系如图乙所示。求:(1金属杆加速度的大小;(2第2 s末外力的瞬时功率。答案全解全析A组基础题组1.A电路中感应电动势为E=Blv,则MN两端电压的大小U=·R=Blv。2.A当摆到竖直位置时,AB切割磁感线的瞬时感应电动势E=B·2a·(v=Bav。由闭合电路欧姆定律得UAB=·=Bav,故选A。3.B根据法拉第电磁感应定律,可得线圈产生的感应电动势为E=,根据闭合电路欧姆定律,可得产生的感应电流为I=,由图乙可知,01 s时间内,B均匀增大,所以穿过线圈的竖直向

11、上的磁通量增大,由楞次定律和安培定则可得产生的感应电流方向为正;在12 s内,磁感应强度不变,所以穿过线圈的磁通量不变,故感应电流为零;在24 s内,B均匀减小,穿过线圈的竖直向上的磁通量减小,根据楞次定律和安培定则可知,感应电流方向为负,因为I正比于,即图像的斜率越大,产生的感应电流越大,所以B正确。4.B该过程中,框架切割磁感线的有效长度等于框架与磁场右边界两交点的间距,根据几何关系有l有效=x,所以E电动势=Bl有效v=Bvxx,A错误,B正确。框架匀速运动,故F外力=F安=x2,C错误。P外力功率=F外力vF外力x2,D错误。5.AD由右手定则可得两种情况导体框中产生的感应电流方向相同

12、,A项正确;设导体框边长为l,电阻为R,则导体框中产生的焦耳热Q=I2Rt=R×=,导体框中产生的焦耳热与运动速度有关,B项错误;通过导体框截面的电荷量q=It=×=,电荷量与速度无关,D项正确;以速度v0拉出时,Uad=Blv0,以速度3v0拉出时,Uad=Bl·3v0,C项错误。6.CA选项中只有电流方向改变的瞬间,线圈cd间才会产生电压,其他时间cd间电压为零,不符合题意,故A选项错误。通电线圈中产生的磁场B=ki(k为比例系数;在另一线圈中的磁通量=BS=kiS,由法拉第电磁感应定律可知,在另一线圈中产生的感应电动势E=n,由图(b可知,|Ucd|不变,则

13、不变,故不变,故选项B、D错误,C正确。7.ABD由题意知,当线框在x=0至x=l间运动时电流恒为i0;当线框在x=l至x=2l间运动时,磁通量不变化,故i=0,线框做匀加速运动;当ab边刚出磁场(x=2l时,线框的速度大于刚进磁场时的速度,cd边切割磁感线产生的电流i>i0,同时受到的安培力大于F,线框做减速运动,随着速度的减小,安培力变小,加速度变小,速度变小,又i=,则选项C错;当cd边刚出磁场时,线框速度可能还没减速到ab边刚进磁场时的速度,故选项B对;也可能恰好减速到ab边刚进磁场时的速度,故选项D对;还可能早就减速到ab边刚进磁场时的速度以后做匀速运动,故选项A对。8.答案(

14、12 V2 A(20.08 N·s(31 V解析(1由法拉第电磁感应定律可得,感应电动势E=BLv=1×0.4×5 V=2 V感应电流I= A=2 A(2拉力大小等于安培力大小F=BIL=1×2×0.4 N=0.8 N冲量大小IF=Ft=0.8×0.1 N·s=0.08 N·s(3由闭合电路欧姆定律可得,电路中电流I'= A=1 A由欧姆定律可得,导体棒两端电压U=I'R=1 VB组提升题组9.AC金属棒从cd处运动至ab处的过程中,穿过闭合回路的磁通量逐渐减小,再由楞次定律及安培定则可知,回路中的

15、电流方向为逆时针方向(从上向下看,则通过R的电流为由外向内,故A对,B错。通过R的电荷量为q=,D错。R上产生的热量为Q=t=,C对。10.C圆环内磁场的变化周期为0.5T0,则产生的感应电动势的变化周期也一定是0.5T0,四个图像中,只有C的变化周期是0.5T0,根据排除法可知,C正确。11.BCD由右手定则可知,金属线框刚进入磁场时感应电流方向沿abcda方向,选项A错误;由题图分析可知,线框进入磁场的过程中匀速运动,故可知金属线框的边长为L=v1(t2-t1,选项B正确;由平衡条件可知:mg=,解得:B=,选项C正确;由能量关系可知,金属线框在0t4时间内所产生的热量为Q=2mgv1(t

16、2-t1+m(-,故选项D正确。12.BD在0时间内,线框中磁通量增加,感应电流沿逆时针方向,A错误;在时间内,线框中磁通量变化量为=BL2,流过线框某一横截面的电荷量为q=,B正确;在时间内,线框中最大电流Im=,C错误;经分析知0时间内线框中电流的平均值不等于有效值,D正确。13.答案(10.57 V(20.48 A电流方向从M到N(30.23 W解析(1金属棒产生的电动势大小为:E=BLv=×0.50×0.20×4.0 V=0.57 V。(2金属棒运动到AC位置时,导线框左、右两侧电阻并联,其并联电阻大小为R并=1.0 ,由闭合电路欧姆定律有I=0.48 A,由右手定则知