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- 2021-05-27 发布
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电磁感应规律及其应用
(限时:40分钟)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分.在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题有多项符合题目要求.全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分.)
1.(2016·河南重点中学联考)如图1121甲所示,绝缘的水平桌面上放置一金属圆环,在圆环的正上方放置一个螺线管,在螺线管中通入如图乙所示的电流,电流从螺线管a端流入为正,以下说法正确的是( )
图1121
A.从上往下看,0~1 s内圆环中的感应电流沿顺时针方向
B.0~1 s内圆环面积有扩张的趋势
C.第3 s末圆环对桌面的压力小于圆环的重力
D.1~2 s内和2~3 s内圆环中的感应电流方向相反
A [由图乙知,0~1 s内螺线管中电流逐渐增大,穿过圆环向上的磁通量增大,由楞次定律知圆环中感应电流的磁场向下,圆环面积有缩小的趋势,从上往下看,0~1 s内圆环中的感应电流沿顺时针方向,选项A正确,B错误;同理可得1~2 s内和2~3 s内圆环中的感应电流方向相同,选项D错误;第3 s末电流的变化率为0,螺线管中磁感应强度的变化率为0,在圆环中不产生感应电流,圆环对桌面的压力等于圆环的重力,选项C错误.]
2.(2016·咸阳二模)如图1122所示,一呈半正弦形状的闭合线框abc,ac=l,匀速穿过边界宽度也为l的相邻磁感应强度大小相同的匀强磁场区域,整个过程线框中感应电流图象为(取顺时针方向为正方向)( )
【导学号:19624141】
图1122
B [线框从左边磁场进入右边磁场的过程中,两边都切割磁感线,磁通量变化得更快,感应电动势更大,感应电流方向沿逆时针,为负,选项B正确.]
3.(2016·北京高考)如图1123所示,匀强磁场中有两个导体圆环a、b,磁场方向与圆环所在平面垂直.磁感应强度B随时间均匀增大.两圆环半径之比为2∶1,圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb.不考虑两圆环间的相互影响.下列说法正确的是( )
图1123
A.Ea∶Eb=4∶1,感应电流均沿逆时针方向
B.Ea∶Eb=4∶1,感应电流均沿顺时针方向
C.Ea∶Eb=2∶1,感应电流均沿逆时针方向
D.Ea∶Eb=2∶1,感应电流均沿顺时针方向
B [由楞次定律知,题中圆环感应电流产生的磁场与原磁场方向相反,故感应电流沿顺时针方向.由法拉第电磁感应定律知E===,由于两圆环半径之比Ra∶Rb=2∶1,所以Ea∶Eb=4∶1,选项B正确.]
4.(2017·衡水市冀州中学一模)如图1124甲所示,光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成θ角,M、P两端接一电阻R,整个装置处于方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中.t=0时对金属棒施加一平行于导轨的外力F,使金属棒由静止开始沿导轨向上运动,金属棒电阻为r,导轨电阻忽略不计.已知通过电阻R的感应电流I随时间t变化的关系如图乙所示.下列关于棒运动速度v、外力F、流过R的电量q以及闭合回路中磁通量的变化率随时间变化的图象正确的是( )
【导学号:19624142】
图1124
B [根据如图乙所示的It图象可知I=kt,其中k为比例系数,由闭合电路欧姆定律可得:I==kt,可推出:E=kt(R+r),由E=BLv,所以v=t,vt图象是一条过原点斜率大于零的直线,说明了导体棒做的是初速度为零的匀加速直线运动,即v=at,故A错误;
E=,所以有:=kt(R+r),t图象是一条过原点斜率大于零的直线,故B正确;
对导体棒在沿导轨方向列出动力学方程F-BIL-mgsin θ=ma,
而I=,v=at得到F=t+ma+mgsin θ,
可见Ft图象是一条斜率大于零且与F轴正半轴有交点的直线,故C错误;
q=Δt===t2,qt图象是一条开口向上的抛物线,故D错误.]
5.(2017·温州中学模拟)如图1125所示,在水平界面EF、GH、JK间,分布着两个匀强磁场,两磁场方向水平且相反,大小均为B,两磁场高均为L,宽度无限.一个框面与磁场方向垂直、质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形金属框abcd,从某一高度由静止释放,当ab边刚进入第一个磁场时,金属框恰好做匀速直线运动,当ab边下落到GH和JK
之间的某位置时,又恰好开始做匀速直线运动.整个过程中空气阻力不计.则( )
图1125
A.金属框穿过匀强磁场过程中,所受的安培力保持不变
B.金属框从ab边始进入第一个磁场至ab边刚到达第二个磁场下边界JK过程中产生的热量为2mgL
C.金属框开始下落时ab边距EF边界的距离h=
D.当ab边下落到GH和JK之间做匀速运动的速度v2=
D [线框向下运动,由楞次定律可知,安培力总是阻碍线框的运动,线框受到的安培力方向与运动方向相反,即线框受到的安培力方向始终向上,所受安培力方向始终保持不变,但是安培力大小随速度的变化而变化,即安培力要发生变化,故A错误;设金属框ab边刚进入磁场时的速度为v1,当ab边下落到GH和JK之间的某位置时,又恰好开始做匀速直线运动的速度为v2,由题意知,v2B2).现将质量为m的金属杆ab,从MM′上方某处由静止释放,金属杆在下落的过程中与导轨保持良好接触,且始终保持水平,已知ab棒到达NN′和PP′之前已经匀速运动.则ab棒从MM′运动到PP′这段时间内的vt图可能正确的是( )
【导学号:19624144】
图1127
BC [导体棒ab到MM′切割磁感线运动时,若安培力大于重力,导体棒做加速度减小的减速运动,若安培力等于重力,导体棒一直做匀速运动,若安培力小于重力,则做加速度减小的加速运动;当导体棒ab到NN′时,由于磁感应强度减小,安培力变小,小于重力,导体棒做加速度减小的加速运动.可知B、C正确,A、D错误.]
8.[2017·高三第一次全国大联考(江苏卷)]如图1128所示,在水平面上有两条足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ,导轨间距为d,匀强磁场垂直于导轨所在的平面向下,磁感应强度大小为B.两根金属杆间隔一定的距离摆放在导轨上,且与导轨垂直,已知两金属杆质量均为m,电阻均为R,两杆与导轨接触良好,导轨电阻不计,现将杆1以初速度v0向右滑向杆2,在运动过程中两杆始终不碰撞,则( )
图1128
A.杆1将做匀减速运动,杆2将做匀加速运动
B.杆1、杆2最终均以速度0.5v0做匀速运动
C.杆1上总共产生mv的热量
D.通过杆2上的电荷量为
BCD [杆1向右运动时,由于切割磁感线,回路中将产生感应电流,在安培力的作用下,杆1做减速运动,杆2做加速运动,由于杆的速度变化,回路中的感应电动势变化,感应电流随着变化,导致两杆所受安培力大小发生变化,加速度大小随之改变,故选项A错误;由于两杆所受安培力等大反向,两杆所组成的系统动量守恒,由mv0=mv1+mv2最终两杆速度相等时,杆间距不再变化,感应电流随之消失,即v1=v2,可得v1=v2=0.5v0,故选项B正确;两杆中电流时刻相等,杆相同,因此两杆产生的热量相等,根据能量守恒定律可知,2Q=mv-2×
mv2,解得Q=mv,故选项C正确;根据电流强度的定义式可知,通过杆2上的电荷量为:q=t,根据加速度定义式可知:==,由牛顿第二定律可知:=,由安培力大小计算公式有:=dB,解得:q=,故选项D正确.]
二、计算题(本题共2小题,共32分)
9.(14分)(2017·南通模拟)如图1129所示,一无限长的光滑金属平行导轨置于磁场强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面,导轨平面竖直且与地面绝缘,导轨上M、N间接一电阻R,P、Q端接一对沿水平方向的平行金属板,导体棒ab置于导轨上,其电阻为3R,导轨电阻不计,棒长为L,平行金属板间距为d.今让导体棒通过定滑轮在一物块拉动下开始运动,稳定后棒的速度为v,不计一切摩擦阻力.此时有一带电量为q的液滴恰能在两板间做半径为r的匀速圆周运动,且速率也为v.求:
图1129
(1)棒向右运动的速度v;
(2)物块的质量m.
【导学号:19624145】
【解析】 (1)设平行金属板间电压为U.液滴在平行金属板间做匀速圆周运动,
重力与电场力必定平衡,设液滴质量为m0.则有:
q=m0g
由qvB=m0,
得:m0=
联立解得:U=
则棒产生的感应电动势为:E=·(R+3R)=
由E=BLv,得:v=2.
(2)棒中电流为:I==
ab棒匀速运动,外力与安培力平衡,则有:F=BIL=
而外力等于物块的重力,即为:mg=
解得:m=.
【答案】 (1)2 (2)
10.(18分)(2017·江苏高考)如图1130所示,两条相距d
的平行金属导轨位于同一水平面内,其右端接一阻值为R的电阻.质量为m的金属杆静置在导轨上,其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B、方向竖直向下.当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后,金属杆的速度变为v.导轨和金属杆的电阻不计,导轨光滑且足够长,杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触.求:
图1130
(1)MN刚扫过金属杆时,杆中感应电流的大小I;
(2)MN刚扫过金属杆时,杆的加速度大小a;
(3)PQ刚要离开金属杆时,感应电流的功率P.
【导学号:19624146】
【解析】 (1)MN刚扫过金属杆时,金属杆的感应电动势E=Bdv0①
回路的感应电流I= ②
由①②式解得I=. ③
(2)金属杆所受的安培力F=Bid ④
由牛顿第二定律得,对金属杆F=ma⑤
由③④⑤式得a=. ⑥
(3)金属杆切割磁感线的相对速度v′=v0-v⑦
感应电动势E=Bdv′ ⑧
感应电流的电功率P= ⑨
由⑦⑧⑨式得P=. ⑩
【答案】 (1) (2) (3)