天津市2013届高三物理 各类考试分类汇编 专题十 电磁感应_第1页
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1、专题十 电磁感应1.(2013·天津红桥二模,6题)如图所示,在平行于水平地面的有理想边界的匀强磁场上方,有三个大小相同的,且用相同的金属材料制成的正方形线框,线框平面与磁场方向垂直。A线框有一个缺口,B、C线框都闭合,但B线框导线的横截面积比C线框大。现将三个线框从同一高度由静止开始同时释放,下列关于它们落地时间的说法正确的是A三个线框同时落地B三个线框中,A线框最早落地CB线框在C线框之后落地DB线框和C线框在A线框之后同时落地【答案】BD【解析】A线圈进入磁场后,不产生感应电流,线圈不受安培力作用,只受重力,加速度等于g;而B、C线圈是闭合的,进入磁场后,产生感应电流,线圈受到

2、竖直向上的安培力作用,加速度小于g,则A线圈最先落地设B、C线圈的边长为L,横截面积为S,电阻率为,密度为,质量为m,进入磁场后速度为v时加速度为a,根据牛顿第二定律得mg-=ma,a=g-=,可知加速度a与横截面积S无关,所以B、C线圈同时落地故选BD。2.(2013·天津市十二区县重点学校高三毕业班一联,7题)如图所示,单匝矩形闭合导线框全部处于磁感应强度为的水平匀强磁场中,线框面积为,电阻为。线框绕与边重合的竖直固定转轴以角速度从中性面开始匀速转动,下列说法正确的是A转过时,线框中的电流方向为B线框中感应电流的有效值为C从中性面开始转过的过程中,通过导线横截面的电荷量为D线框转

3、一周的过程中,产生的热量为【答案】BC【解析】据楞次定律可知转过时,线框中感应电流方向为顺时针,选项A错误;线圈中产生感应电动势最大值Em=BS,感应电动势有效值E= BS则电流的有效值为I=选项B正确;由得到电量q=,故选项C正确;线框转一周的过程中,产生的热量为,选项D错误。3.(2013·天津和平一模,6题)如图,矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈电阻为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度匀速转动,外电路电阻为R,在线圈由平行磁场的位置转过90o的过程中,下列说法正确的是: A磁通量的变化量 B平均感应电动势 C电阻R产生的焦耳热 D电阻R产生的焦耳热【答案】BD【解

4、析】图示位置磁通量为1=0,转过90°时磁通量为2=BS,=2-1=BS,故A错误;根据法拉第电磁感应定律得,平均感应电动势,解得,故B正确;电流的有效值为I=,电阻R所产生的焦耳热Q=I2Rt,解得Q=,故C错误D正确。4.(2013·天津和平二模,8题)如图,光滑斜面的倾角为,斜面上放置矩形导体线框abcd,ab边的边长为,bc边的边长为,线框的质量为m、电阻为R,线框通过绝缘细线绕过光滑的小滑轮与重物相连,重物质量为M,斜面上ef线(ef平行底边)的右上方有垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度为B,如果线框从静止开始运动,进入磁场的最初段时间是做匀速运动的,且线框的ab

5、边始终平行底边,则下列说法正确的是A线框进入磁场前运动的加速度为B线框进入磁场时匀速运动的速度为C线框进入磁场时做匀速运动的总时间为D若该线框进入磁场时做匀速运动,则匀速运动过程产生的焦耳热为(Mg-mg)l2【答案】BC【解析】线框进入磁场前,根据牛顿第二定律得:a=,故A错误设线框匀速运动的速度大小为v,则线框受到的安培力大小为F=,根据平衡条件得:F=Mg-mgsin,联立两式得,v=,匀速运动的时间为t=,故BC均正确若线框进入磁场的过程做匀速运动,则M的重力势能减小转化为m的重力势能和线框中的内能,根据能量守恒定律得:焦耳热为Q=(Mg-mgsin)l2,故D错误故选BC。5.(20

6、13·天津耀华中学一模,3题)如图所示,单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中,线框面积为S,电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度从中性面开始匀速转动,下列说法正确的是A.转过时,线框中的电流方向为abcdaB.线框中感应电流的有效值为C.线框转一周的过程中,产生的热量为D.从中性面开始转过的过程中,通过导线横截面的电荷量为【答案】B【解析】由楞次定律可判断出转过时,线框中的电流方向为adcba,A错误;线圈中产生感应电动势最大值Em=BS,感应电动势有效值E=,则电流的有效值为,B正确;周期,线框转一周的过程中,产生的热量为,C错误;由可得电

7、量q=,D错误。6.(2013·天津耀华中学一模,10题)(16分)如图所示,水平的平行虚线间距为d,其间有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直纸面向里。一个正方形线框的边长为L,且L<d,线框质量m,电阻为R。现将线框由静止释放,若线框的下边缘进入磁场后线框刚好作匀速运动。(1)线框刚进入磁场时的感应电流的大小及方向;(2)线框刚开始下落时下边缘到磁场上边缘豹距离。(3)若线框上边缘刚穿出磁场时的速度与线框进入磁场的速度恰好相等,求线框进出磁场的全过程中产生的总焦耳热。【答案】见解析【解析】7.(2013·天津河西二模,10题)(16分)如图所示,足够长的水平导体框架

8、的宽度L0.5 m,电祖忽略不计,定值电阻R2 。磁感应弧度B0.8 T的匀强磁场方向垂直于导体框平面,一根质量为m = 02kg、有效电阻r2 的导体棒MN垂直跨放在框架上,该导体棒与框架间的动摩擦因数0.5,导体棒在水平恒力F1.2 N的作用下由静止开始沿框架运动到刚开始匀速运动时,通过导体棒截面的电量共为q2 C,求:(1)导体棒做匀速运动时的速度;(2)导休棒从开始运动到刚开始匀速运动这一过程中,导体棒产生的电热。(g取10 m/s2)【答案】见解析【解析】8.(2013·天津和平一模,10题)(16分)电阻可忽略的光滑平行金属导轨,两导轨间距L=0.75 m,导轨倾角为30

9、o,导轨上端ab接一阻值R=1.5的电阻,磁感应强度B=0.8T的匀强磁场垂直轨道平面向上。阻值r=0.5,质量m=0.2kg的金属棒与轨道垂直且接触良好,从轨道上端ab处由静止开始下滑至底端,在此过程中金属棒产生的焦耳热Qr=0.1J。(取g=10m/s2)求:(1)金属棒在此过程中克服安培力的功;(2)金属棒下滑速度v=2m/s时的加速度a.【答案】见解析【解析】9.(2013·天津红桥一模,12题)(20分)如图所示,光滑的平行金属导轨CD与EF间距为L=l m,与水平夹角为=30o,导轨上端用导线CE连接(导轨和连接线电阻不计),导轨处在磁感应强度为B=01T、方向垂直于导轨

10、平面向上的匀强磁场中。一根电阻为R=1的金属棒MN两端有导电小轮搁在两导轨上,棒上有吸水装置P。取沿导轨向下为x轴正方向,坐标原点在CE中点,开始时棒处在x=0位置(即与CE重合),棒的起始质量不计。当棒自静止起下滑时,便开始吸水,质量逐渐增大,设棒质量的增大与位移x的平方根成正比,即m=,k为一常数,k=0.1kg/m1/2。求: (1)金属棒下滑2 m位移过程中,流过棒的电荷量是多少? (2)猜测金属棒下滑过程中做的是什么性质的运动,并加以证明。 (3)金属棒下滑2 m位移时速度为多大? 【答案】见解析【解析】10.(2013·天津南开二模,11题)如图甲所示,长、宽分别为、的矩

11、形金属线框位于竖直平面内其匝数为n,总电阻为r,可绕其竖直中心轴转动。线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集流环)焊接在一起,并通过电刷和定值电阻R相连。线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场,磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示,其中、和均为已知。 在的时间内,线框保持静止,且线框平面和磁场垂直:时刻后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度匀速转动。求:(1) 时间内通过电阻R的电流的大小;(2)线框匀速转动后,在转动一周的过程中电流通过电阻R产生的热量Q;(3)线框匀速转动后,从图甲所示位置转过的过程中,通过电阻R的电荷量q。【答案】见解析【解析】11.(2013&

12、#183;天津市十二区县重点学校高三毕业班二联,12题)(20分)电磁缓冲装置,能够产生连续变化的电磁作用力,有效缓冲车辆问的速度差,避免车辆间发生碰撞和追尾事故。该装置简化为如下物理模型:如图所示,水平面上有一个绝缘动力小车,在动力小车上竖直固定着一个长度、宽度的单匝矩形纯电阻金属线圈,线圈的总电阻为R,小车和线圈的总质量为m,小车运动过程中所受阻力恒为。开始时,小车静止在缓冲区域的左侧,线圈的右边刚好与宽为d(d>)的缓冲区域的左边界重合。缓冲区域内有方向垂直线圈平面向里、大小为B的匀强磁场,现控制动力小车牵引力的功率,让小车以恒定加速度a驶入缓冲区域,线圈全部进入缓冲区域后,立即开

13、始做匀速直线运动,直至完全离开缓冲区域,整个过程中,牵引力的总功为W。(1)线圈进入磁场过程中,通过线圈横截面的电量:(2)写出线圈进入磁场过程中,牵引力的功率随时间变化的关系式:(3)线圈进入磁场过程中,线圈中产生的焦耳热。【答案】见解析【解析】12.(2013·天津市五区县高三第二次质量调查,11题)(18分)如图所示,相互平行的长直金属导轨MN、PQ位于同一水平面上,导轨间距离为d=1m,处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度大小为B=0.5T,导轨上与导轨垂直放置质量均为m=0.5kg、电阻均为R=0.8相互平行的导体棒a、b,导体棒与导轨间动摩擦因数均为=0.2,重力加速度g

14、=10m/s2,不计导轨及接触处的电阻,认为最大静摩擦等于滑动摩擦力。如果从t-0开始对导体棒a施加平行于导轨的外力F,使a做加速度为a0=3.2m/s2的匀加速运动,导体棒a、b之间距离最够大,a运动中始终未到b处。(1)求当导体棒a速度多大时,导体棒b会开始运动(2)在导体棒b开始运动之前,请推导外力F与时间t之间的关系式(3)若在导体棒b刚要开始运动时撤去外力F,此后导体棒b产生的焦耳热为Q=0.12J,求撤去F后,导体棒a运动的最大距离【答案】见解析【解析】(1)导体棒b刚开始运动时,电路的电流为I 则 F安 =mg F安 = BId 解得 m/s (2)对导体棒a,有 联立解得 F=

15、0.5t+2.6 N(3)设撤去F后,导体棒a运动的最大距离为s,根据能量守恒有 解得S=10m 评分标准:本题共18分,其中4分;每式2分,其余每式1分。13.(2013·天津市五区县高三第一次质量调查,11题)(18分)如图所示,足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ与水平面成=30°角放置,一个磁感应强度B=1.00T的匀强磁场垂直穿过导轨平面,导轨上端M与P间连接阻值为R=0.30的电阻,长L=0.40m、电阻r=0.10的金属棒ab与MP等宽紧贴在导轨上,现使金属棒ab由静止开始下滑,其下滑距离与时间的关系如下表所示,导轨电阻不计,g=10m/s2求:(1)在0.4s

16、时间内,通过金属棒ab截面的电荷量(2)金属棒的质量(3)在0.7s时间内,整个回路产生的热量【答案】见解析【解析】(1) -2分 -2分-1分由表中数据可知x=0.27mq=0.27C- 1分(2)由表中数据可知0.3s时棒做匀速直线运动v=1m/s -2分-2分I=E=BLv -2分m=0.08kg -1分(3)根据能的转化与守恒-3分Q=0.188J -2分14.(2013·天津耀华中学二模,12题)相距L=1.5m的足够长金属导轨竖直放置,质量为=lkg的金属棒ab和质量为=0.27kg的金属棒cd均通过捧两端的套环水平地套在金属导轨上,如图(a)所示。虚线上方磁场方向垂直纸

17、面向里,虚线下方磁场方向竖直向下,两处磁场磁感应强度大小相等。ab棒光滑,cd棒与导轨间动摩擦因数为=0.75,两棒总电阻为1.8,导轨电阻不计。ab棒在方向竖直向上,大小按图(b)所示规律变化的外力F作用下,从静止开始,沿导轨匀加速运动,同时cd棒也由静止释放。 (1)指出在运动过程中ab棒中的电流方向和cd棒受到的安培力方向; (2)求出磁感应强度B的大小和ab棒加速度的大小; (3)已知在2s内外力F做功40J,求这一过程中两金属棒产生的总焦耳热; (4)判断cd棒将做怎样的运动,求出cd棒达到最大速度所需的时间,并在图(c)中定性 画出cd棒所受摩擦力随时间变化的图像。【答案】见解析【

18、解析】15.(2013·天津河北二模,12题)(20分)如图所示,光滑水平面上有正方形线框abcd,边长为L、电阻为R、质量为m虚线PP和QQ之间有一垂直水平面向上的匀强磁场,磁感应强度为B,宽度为H,且H > L。线框在恒力F0作用下开始向磁场区域运动,cd边运动位移s后进入磁场,ab边进入磁场前某时刻,线框已经达到平衡状态。当cd边开始离开磁场时的一瞬间,撤去恒力F0,重新施加外力F,使得线框做加速度大小为F0/m的匀减速直线运动,最终离开磁场求:(1)cd边刚进入磁场时ab边两端的电压Uab?(2)cd边从PP位置到QQ位置的过程中安培力所做的总功?(3)取cd边刚要离开

19、磁场的时刻为起始时刻,写出在线框离开磁场的过程中,外力F随时间t变化的关系式?【答案】见解析【解析】16.(2013·天津市十二区县重点学校高三毕业班一联,10题)(16分)如图所示, 和为固定在绝缘水平面上两平行光滑金属导轨,导轨左端间接有阻值为=导线;导轨右端接有与水平轨道相切、半径内壁光滑的半圆金属轨道。导轨间距,电阻不计。导轨所在平面区域内有竖直向上的匀强磁场。导轨上长度也为、质量、电阻=的金属棒以=速度进入磁场区域,离开磁场区域后恰好能到达半圆轨道的最高点,运动中金属棒始终与导轨保持良好接触。已知重力加速度=。求:(1)金属棒刚滑出磁场右边界时的速度的大小;(2)金属棒滑过

20、磁场区的过程中,导线中产生的热量。【答案】见解析【解析】(1)在轨道的最高点,根据牛顿定律 金属棒刚滑出磁场到最高点,根据机械能守恒 由式代入数据解得 (2)对金属棒滑过磁场的过程中,根据能量关系 对闭合回路,根据热量关系 由式并代入数据得 评分标准:式每式各3分,式每式各2分,共计16分。17.(2013·天津第三次六校联考,11题)(18分)如图所示,水平放置足够长的电阻不计的粗糙平行金属导轨、相距为,三根质量均为的导体棒、相距一定距离垂直放在导轨上且与导轨间动摩擦因数均为,导体棒、的电阻均为,导体棒的电阻为。有磁感应强度为的范围足够大的匀强磁场垂直于导轨平面方向向上。现用一平行

21、于导轨水平向右的足够大的拉力F作用在导体棒上,使之由静止开始向右做加速运动,导体棒始终与导轨垂直且接触良好,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,忽略导体棒间的相互作用,求:(1)当导体棒刚开始运动时,导体棒的速度大小;(2)当导体棒刚开始运动时撤去拉力F,撤力后电路中产生焦耳热为,撤去拉力F后导体棒在导轨上滑行的距离【答案】见解析【解析】(1)导体棒 切割磁感线产生的电动势为: (2分)外电路的电阻为: (2分)由闭合电路欧姆定律得: (2分)以导体棒为研究对象: 由电路知识: (2分) 由物体平衡条件: (2分)联立解得: (2分) (2)以导体棒为研究对象: 由能量守恒定律: (4分)解得: (

22、2分)18.(2013·天津宝坻高三模拟,11题)(18分)如图甲所示,平行金属导轨竖直放置,导轨间距为L1m,上端接有电阻R13,下端接有电阻R26,虚线OO下方是垂直于导轨平面的匀强磁场现将质量m0.1 kg、电阻不计的金属杆ab,从OO上方某处垂直导轨由静止释放,杆下落0.2 m过程中始终与导轨保持良好接触,加速度a与下落距离h的关系图象如图乙所示. 求:(1)磁感应强度B;(2)杆下落0.2 m过程中通过金属杆的电荷量q. 【答案】见解析【解析】(1)由图象知,杆自由下落距离是0.05 m,当地重力加速度g10 m/s2,则杆进入磁场时的速度v1 m/s (2分)由图象知,杆进入磁场时加速度

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