2020年高考物理一轮复习 第九章 电磁感应（第3课时）电磁感应中电路和图象问题习题 24页

‎（第3课时）电磁感应中电路和图象问题 ‎ 一、电磁感应中的电路问题 ‎1．内电路和外电路 ‎(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于电源．‎ ‎(2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的内阻，其余部分是外电路．‎ ‎2．电源电动势和路端电压 ‎(1)电动势：E＝Blv或E＝n ‎(2)路端电压：U＝IR＝E－Ir．‎ 二、电磁感应中的图象问题 ‎1．图象类型 ‎(1)随时间变化的图象如B－t图象、Φ－t图象、E－t图象和i－t图象．‎ ‎(2)随位移x变化的图象如E－x图象和i－x图象．‎ ‎2．问题类型 ‎(1)由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象．‎ ‎(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量．‎ ‎(3)利用给出的图象判断或画出新的图象．‎ ‎1．闭合电路的欧姆定律同样适用于电磁感应电路．(√)‎ ‎2．“相当于电源”的导体棒两端的电压一定等于电源的电动势．(×)‎ ‎3．电流一定从高电势流向低电势．(×)‎ ‎4．在有安培力的作用下，导体棒不能做加速运动．(×)‎ ‎5．电磁感应中求焦耳热时，均可直接用公式Q＝I2Rt.(×)‎ ‎6．电路中的电能增加，外力一定克服安培力做了功．(√)‎ ‎1．(2020·长沙模拟)如图所示，在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框；在导线框右侧有一宽度为d(d>L)的条形匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的一边平行，磁场方向竖直向下．导线框以某一初速度向右运动．t＝0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合，随后导线框进入并通过磁场区域．下列v－t图象中，可能正确描述上述过程的是(　　)‎ 解析：导体切割磁感线时产生感应电流，同时受到安培力阻碍导体运动，利用法拉第电磁感应定律、安培力公式及牛顿第二定律可确定线框在磁场中的运动特点．线框进入和离开磁场时，安培力的作用都是阻碍线框运动，使线框速度减小，‎ 由E＝BLv、I＝及F＝BIL＝ma可知安培力减小，加速度减小，当线框完全进入磁场后穿过线框的磁通量不再变化，不产生感应电流，不再受到安培力，线框做匀速直线运动，故选项D正确．‎ 答案：D ‎2．(2020·日照模拟)如图所示，两根相距为l的平行直导轨ab、cd，b、d间连有一固定电阻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(指向图中纸面内)．现对MN施力使它沿导轨方向以速度v做匀速运动．令U表示MN两端电压的大小，则(　　)‎ A．U＝vBl B．U＝vBl C．U＝vBl D．U＝2vBl 解析：电路中电动势为E＝Blv，则MN两端电压大小U＝·R＝Blv，故A正确．‎ 答案：A ‎3．(2020·太原模拟)如图所示，闭合金属线框从一定高度自由下落进入匀强磁场中，磁场足够大，从ab边开始进入磁场到cd边刚进入磁场的这段时间内，线框运动的速度—时间图象不可能是图中的(　　)‎ 解析：当ab边刚进入磁场时，若线框所受安培力等于重力，则线框在从ab边开始进入磁场到cd边刚进入磁场前做匀速运动，故A是可能的；当ab边刚进入磁场时，若线框所受安培力小于重力，则线框做加速度逐渐减小的加速运动，最后可能做匀速运动，故C情况也可能；当ab边刚进入磁场时，若线框所受安培力大于重力，则线框做加速度逐渐减小的减速运动，最后可能做匀速运动，故D可能；线框在磁场中不可能做匀变速运动，故B项是不可能的．‎ 答案：B ‎4．(2020·北京西城区模拟)如图甲所示，线圈ABCD固定于匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向外，当磁场变化时，线圈AB边所受安培力向右且变化规律如图乙所示，则磁场的变化情况可能是下图中的(　　)‎ 解析：根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律，可得E＝S，I＝，线圈AB边所受安培力大小F＝BIL＝BSL，由于F和不变，则B不变；力F的方向向右，根据楞次定律可知：此时通过线圈的磁通量是增加的，故磁感应强度B增大，而是减小的，故选项D正确，选项A、B、C错误．‎ 答案：D 一、单项选择题 ‎1．(2020·连云港模拟)很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的竖直圆筒．一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐．让条形磁铁从静止开始下落．条形磁铁在圆筒中的运动速率(　　)‎ A．均匀增大 B．先增大，后减小 C．逐渐增大，趋于不变 D．先增大，再减小，最后不变 解析：条形磁铁在下落过程中受到向上的排斥力，绝缘铜环内产生感应电流，导致条形磁铁做加速度逐渐减小的加速运动，故其速率逐渐增大，最后趋于不变，选项C正确，选项A、B、D错误．‎ 答案：C ‎2．(2020·保定模拟)如图所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ为其边界，OO′为其对称轴，一导线折成边长为L的正方形闭合线框abcd，线框在外力作用下由纸面内图示位置从静止开始向右做匀加速运动，若电流以逆时针方向为正方向，则从线框开始运动到ab边刚进入到PQ右侧磁场的过程中，能反映线框中感应电流随时间变化规律的图象是(　　)‎ 解析：由法拉第电磁定律知ab边运动到MN边界的过程中感应电动势E＝2BLv＝2Blat，感应电流为i＝＝∝t，C、D错；在ab边从MN边界运动到PQ边界的过程中，产生的感应电动势为E＝BLv＝BLat，感应电流为I＝＝∝t，即刚过MN边界时感应电动势、感应电流均减小一半，所以A错，B对．‎ 答案：B ‎3．(2020·运城模拟)如图所示，MN、PQ是间距为L的平行金属导轨，置于磁感应强度为B，方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中，M、P间接有一阻值为R的电阻．一根与导轨接触良好、有效阻值为的金属导线ab垂直导轨放置，并在水平外力F的作用下以速度v向右匀速运动，则(不计导轨电阻)(　　)‎ A．通过电阻R的电流方向为P→R→M B．a、b两点间的电压为BLv C．a端电势比b端高 D．外力F做的功等于电阻R上发出的焦耳热 解析：由右手定则可知通过金属导线的电流由b到a，即通过电阻R的电流方向为M→R→P，A错误；金属导线产生的电动势为BLv，而a、b两点间的电压为等效电路路端电压，由闭合电路欧姆定律可知，a、b两点间电压为BLv，B错误；金属导线可等效为电源，在电源内部，电流从低电势流向高电势，所以a端电势高于b端电势，C正确；根据能量守恒定律可知，外力做功等于电阻R和金属导线产生的焦耳热之和，D错误．‎ 答案：C ‎4．(2020·郑州模拟)如图所示，单匝圆形金属线圈电阻恒定不变，在线圈的圆形区域内有垂直向里的匀强磁场，在时间t1内要使线圈中产生大小、方向恒定不变的电流，匀强磁场的磁感应强度应按下列哪种情况变化(　　)‎ 解析：根据法拉第电磁感应定律E＝＝和闭合电路欧姆定律I＝，得线圈中电流I＝，要使电流的大小和方向不变，要求磁感应强度的变化率一定，即B－t图线的斜率一定但不为0，可知选项A正确，其他选项错误．‎ 答案：A ‎5．(2020·青岛模拟)粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框原先整个置于有界匀强磁场内，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行，现使线框沿四个不同方向以相同速率v匀速平移出磁场，如图所示，线框移出磁场的整个过程(　　)‎ A．四种情况下ab两端的电势差都相同 B．①图中流过线框的电荷量与v的大小无关 C．②图中线框的电功率与v的大小成正比 D．③图中磁场力对线框做的功与v2成正比 解析：由法拉第电磁感应定律E＝，闭合电路欧姆定律I＝，电流定义式I＝可得q＝，线框沿四个不同方向移出磁场，流过线框的电荷量与v的大小无关，选项B正确．四种情况下ab两端的电势差不相同，选项A错误．②图中线框的电功率P＝，E＝BLv，P与v的二次方大小成正比，选项C错误；③图中磁场力F＝BIL，I＝，E＝BLv，磁场力对线框做功W＝FL，磁场力对线框做的功与v成正比，选项D错误．‎ 答案：B ‎6．(2020·济宁模拟)如图所示，空间某区域中有一匀强磁场，磁感应强度方向水平，且垂直于纸面向里，磁场上边界b和下边界d水平．在竖直面内有一矩形金属线圈，线圈上下边的距离很短，下边水平．线圈从水平面a开始下落．已知磁场上下边界之间的距离大于水平面a、b之间的距离．若线圈下边刚通过水平面b、c(位于磁场中)和d时，线圈所受到的磁场力的大小分别为Fb、Fc和Fd，则(　　)‎ A．Fd>Fc>Fb B．FcFb>Fd D．Fcvb，当线圈在进入和离开磁场时，穿过线圈的磁通量变化，线圈中产生感应电流，受磁场力作用，其大小为：F＝BIl＝Bl＝，因vd>vb，所以Fd>Fb>Fc，选项D正确．‎ 答案：D 二、多项选择题 ‎7．(2020·黄冈模拟)如图所示，边长为L、不可形变的正方形导线框内有半径为r的圆形磁场区域，其磁感应强度B随时间t的变化关系为B＝kt(常量k>0)．回路中滑动变阻器R的最大阻值为R0，滑动片P位于滑动变阻器中央，定值电阻R1＝R0、R2＝.闭合开关S，电压表的示数为U，不考虑虚线MN右侧导体的感应电动势，则(　　)‎ A．R2两端的电压为 B．电容器的a极板带正电 C．滑动变阻器R的热功率为电阻R2的5倍 D．正方形导线框中的感应电动势为kL2‎ 解析：根据串、并联电路特点，虚线MN右侧回路的总电阻R＝R0.回路的总电流 I＝＝，通过R2的电流I2＝＝，所以R2两端电压U2＝I2R2＝·＝U，选项A正确；根据楞次定律知回路中的电流为逆时针方向，即流过R2的电流方向向左，所以电容器b极板带正电，选项B错误；根据P＝I2R，滑动变阻器R的热功率P＝I2＋＝I2R0，电阻R2的热功率P2＝R2＝I2R0＝P，选项C正确；根据法拉第电磁感应定律得，线框中产生的感应电动势E＝＝S＝kπr2，选项D错误．‎ 答案：AC ‎8．(2020·淄博模拟)如图所示，匀强磁场的方向垂直于电路所在平面，导体棒ab与电路接触良好．当导体棒ab在外力F作用下从左向右做匀加速直线运动时，若不计摩擦和导线的电阻，整个过程中，灯泡A未被烧毁，电容器C未被击穿，则该过程中(　　)‎ A．感应电动势将变大 B．灯泡A的亮度变大 C．电容器C的上极板带负电 D．电容器两极板间的电场强度将减小 解析：当导体棒ab在外力F作用下从左向右做匀加速直线运动时，由右手定则知，导体棒a端的电势高，电容器C的上极板带正电；由公式E＝BLv知，感应电动势将变大，导体棒两端的电压变大，灯泡A的亮度变大，由于场强E＝电容器两极板间的电场强度将变大．故A、B正确，C、D错．‎ 答案：AB ‎9．(2020·长沙模拟)如图所示为一匀强磁场，磁场方向垂直纸面，规定向里的方向为正，在磁场中有一细金属圆环，线圈位于纸面内，如图甲所示．现令磁感应强度值B随时间t变化，先按图乙所示的oa图线变化，后来又按bc和cd变化，令E1、E2、E3分别表示这三段变化过程中感应电动势的大小，I1、I2、I3分别表示对应的感应电流(　　)‎ A．E1>E2，I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向 B．E1