5第十章 电磁感应(答案)
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1.如图1所示,匀强磁场的磁感应强度为B ,方向竖直向下,在磁场中有一个边长为L 的正方形刚性金属框,ab 边的质量为m ,电阻为R ,其他三边的质量和电阻均不计。
cd 边上装有固定的水平轴,将金属框自水平位置由静止释放,第一次转到竖直位置时,ab 边的速度为v ,不计一切摩擦,重力加速度为g ,则在这个过程中,下列说法正确的是( )图1A .通过ab 边的电流方向为a →bB. ab 边经过最低点时的速度v =2gLC .a 、b 两点间的电压逐渐变大D .金属框中产生的焦耳热为mgL -12m v 2 解析:ab 边向下摆动过程中,磁通量逐渐减小,根据楞次定律及右手定则可知感应电流方向为b →a ,选项A 错误;ab 边由水平位置到达最低点过程中,机械能不守恒,所以选项B 错误;金属框摆动过程中,ab 边同时受安培力作用,故当重力与安培力沿其摆动方向分力的合力为零时,a 、b 两点间电压最大,选项C 错误;根据能量转化和守恒定律可知,金属框中产生的焦耳热应等于此过程中机械能的损失,故选项D 正确。
答案:D2.(双选)矩形线圈abcd ,长ab =20 cm ,宽bc =10 cm ,匝数n =200,线圈回路总电阻R =5 Ω。
整个线圈平面内均有垂直于线圈平面的匀强磁场穿过。
若匀强磁场的磁感应强度B 随时间t 的变化规律如图2所示,则( ) 图2 A .线圈回路中感应电动势随时间均匀变化B .线圈回路中产生的感应电流为0.4 AC .当t =0.3 s 时,线圈的ab 边所受的安培力大小为0.016 ND .在1 min 内线圈回路产生的焦耳热为48 J解析:由E =n ΔΦΔt =nS ΔB t 可知,由于线圈中磁感应强度的变化率ΔB Δt =(20-5)×10-20.3T/s =0.5 T/s 为常数,则回路中感应电动势为E =n ΔΦΔt=2 V ,且恒定不变,故选项A 错误;回路中感应电流的大小为I =E R =0.4 A ,选项B 正确;当t =0.3 s 时,磁感应强度B =0.2 T ,则安培力为F =nBIl =200×0.2×0.4×0.2 N =3.2 N ,故选项C 错误;1 min 内线圈回路产生的焦耳热为Q =I 2Rt =0.42×5×60 J =48 J 。
第十章 电磁感应一、电磁感应现象1.产生感应电流的条件感应电流产生的条件是:穿过闭合电路的磁通量发生变化。
以上表述是充分必要条件。
不论什么情况,只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件,就必然产生感应电流;反之,只要产生了感应电流,那么电路一定是闭合的,穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。
当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时,电路中有感应电流产生。
这个表述是充分条件,不是必要的。
在导体做切割磁感线运动时用它判定比较方便。
2.感应电动势产生的条件感应电动势产生的条件是:穿过电路的磁通量发生变化。
这里不要求闭合。
无论电路闭合与否,只要磁通量变化了,就一定有感应电动势产生。
这好比一个电源:不论外电路是否闭合,电动势总是存在的。
但只有当外电路闭合时,电路中才会有电流。
3.关于磁通量变化在匀强磁场中,磁通量Φ=B ∙S ∙sin α(α是B 与S 的夹角),磁通量的变化ΔΦ=Φ2-Φ1有多种形式,主要有:①S 、α不变,B 改变,这时ΔΦ=ΔB ∙S sin α②B 、α不变,S 改变,这时ΔΦ=ΔS ∙B sin α③B 、S 不变,α改变,这时ΔΦ=BS (sin α2-sin α1)当B 、S 、α中有两个或三个一起变化时,就要分别计算Φ1、Φ2,再求Φ2-Φ1了。
磁通量是标量,但有方向(这里的方向只分为向里和向外两种),因此计算磁通量变化时要注意初、末状态的磁通量方向是否相同。
在非匀强磁场中,要熟悉各种常见磁体周围的磁通量分布(包括疏密和方向)。
例1.如图所示,矩形线圈沿a →b →c 在条形磁铁附近移动,试判断穿过线圈的磁通量如何变化?如果线圈M 沿条形磁铁从N 极附近向右移动到S 极附近,穿过该线圈的磁通量如何变化?解:⑴平行于磁铁上表面向右移动时,穿过线圈的磁通量由方向向上减小到零,再变为方向向下增大。
⑵在磁铁右端轴线附近由上到下移动时,穿过线圈的磁通量由方向向下减小到零,再变为方向向上增大。
第十章电磁感应第1讲电磁感应现象楞次定律选择题(本题共15小题,1~10题为单选,11~15题为多选)1.(2021·北京高三一模)用图中三套实验装置探究感应电流产生的条件,下列选项中能产生感应电流的操作是(B)A.甲图中,使导体棒AB顺着磁感线方向运动,且保持穿过ABCD中的磁感线条数不变B.乙图中,使条形磁铁匀速穿过线圈C.丙图中,开关S闭合后,A、B螺线管相对静止一起竖直向上运动D.丙图中,开关S保持闭合,使小螺线管A在大螺线管B中保持不动[解析]甲图中,使导体棒AB顺着磁感线方向运动,AB不切割磁感线,故不能产生感应电流,另外也可以从保持穿过ABCD中的磁感线条数不变的角度看,磁通量没变化,故也不产生感应电流,A错误;乙图中,使条形磁铁匀速穿过线圈,在磁铁从上向下穿过时,穿过线圈的磁通量会变化,故产生感应电流,B正确;丙图中,开关S闭合后,A、B螺线管相对静止一起竖直向上运动,两线圈没有相对运动,B中的磁通量没变化,故不产生感应电流,C错误;丙图中,开关S保持闭合,使小螺线管A在大螺线管B中保持不动时也不会使B中的磁通量变化,故也不能产生感应电流,D错误。
2.(2021·浙江高三一模)如图是漏电保护器的部分电路图,由金属环,线圈,控制器组成,其工作原理是控制器探测到线圈中有电流时会把入户线断开,即称电路跳闸,下列有关漏电保护器的说法正确的是(C)A.当接负载的电线中电流均匀变化时,绕在铁芯上的线圈中有稳定的电流B.当接负载的电线短路或电流超过额定值时,漏电保护器会发出信号使电路跳闸C.只有当接负载的电线漏电时,绕在铁芯上的线圈中才会有电流通过D.当接负载的电线中电流不稳定时,漏电保护器会发出信号使电路跳闸[解析]漏电保护器的工作原理是控制器探测到线圈中有电流时会把入户线断开,线圈的磁通量是由流入负载的导线中的电流和流出负载的导线中的电流在线圈中产生的磁通量的叠加,由于一般情况下,流入负载导线中的电流和流出负载导线中的电流等大反向,故线圈中的磁通量为零,无电流产生。
高考物理电磁学知识点之电磁感应图文答案一、选择题1.下图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图,线圈匝数为n ,面积为S .若在1t 到2t 时间内,匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈,其磁感应强度大小由1B 均匀增加到2B ,则该段时间线圈两端a 和b 之间的电势差a b ϕϕ-A .恒为2121()nS B B t t -- B .从0均匀变化到2121()nS B B t t --C .恒为2121()nS B B t t ---D .从0均匀变化到2121()nS B B t t --- 2.两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直。
边长为0.1m 、总电阻为0.005Ω的正方形导线框abcd 位于纸面内,cd 边与磁场边界平行,如图甲所示。
已知导线框向右做匀速直线运动,cd 边于t =0时刻进入磁场。
导线框中感应电动势随时间变化的图线如图乙所示(规定感应电流的方向abcda 为正方向)。
下列说法正确的是( )A .磁感应强度的方向垂直纸面向内B .磁感应强度的大小为0.5TC .导线框运动速度的大小为0.05m/sD .在t =0.4s 至t =0.6s 这段时间内,导线框所受的安培力大小为0.04N3.如图所示,把金属圆环在纸面内拉出磁场,下列叙述正确的是( )A .将金属圆环向左拉出磁场时,感应电流方向为逆时针B .不管沿什么方向将金属圆环拉出磁场时,感应电流方向都是顺时针C .将金属圆环向右匀速拉出磁场时,磁通量变化率不变D.将金属圆环向右加速拉出磁场时,受到向右的安培力4.如图所示,铁芯P上绕着两个线圈A和B, B与水平光滑导轨相连,导体棒放在水平导轨上。
A中通入电流i(俯视线圈A,顺时针电流为正),观察到导体棒向右加速运动,则A中通入的电流可能是()A.B.C.D.5.如图所示,A、B是相同的白炽灯,L是自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈。
下面说法正确的是()A.闭合开关S瞬间,A、B灯同时亮,且达到正常B.闭合开关S瞬间,A灯比B灯先亮,最后一样亮C.断开开关S瞬间,P点电势比Q点电势低D.断开开关S瞬间,通过A灯的电流方向向左6.如图甲所示,矩形线圈位于一变化的匀强磁场内,磁场方向垂直线圈所在的平面(纸面)向里,磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示.用I表示线圈中的感应电流,取顺时针方向的电流为正.则下图中的I-t图像正确的是 ( )A .B .C .D .7.如图所示,将直径为d ,电阻为R 的闭合金属环从匀强磁场B 中拉出,这一过程中通过金属环某一截面的电荷量为( )A .24B d R π B .2Bd R π C .2Bd R D .2Bd Rπ 8.磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区,刷卡器中有检测线圈.当以速度v 0刷卡时,在线圈中产生感应电动势,其E -t 关系如图所示.如果只将刷卡速度改为02v ,线圈中的E -t 关系图可能是( )A.B.C.D.9.如图所示,一闭合直角三角形线框abc以速度v匀速向右穿过匀强磁场区域,磁场宽度大于ac边的长度.从bc边进入磁场区,到a点离开磁场区的过程中,线框内感应电流的情况(以逆时针方向为电流的正方向)是下图中的()A.B.C.D.10.有一种自行车,它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电机,其原理示意图如图甲所示,图中N,S是一对固定的磁极,磁极间有一固定的绝缘轴上的矩形线圈,转轴的一端有一个与自行车后轮边缘结束的摩擦轮.如图乙所示,当车轮转动时,因摩擦而带动摩擦轮转动,从而使线圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电.关于此装置,下列说法正确的是()A.自行车匀速行驶时线圈中产生的是直流电B .小灯泡亮度与自行车的行驶速度无关C .知道摩擦轮与后轮的半径,就可以知道后轮转一周的时间里摩擦轮转动的圈数D .线圈匝数越多,穿过线圈的磁通量的变化率越大11.如图所示,矩形线圈abcd 在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P 1和P 2以相同的角速度匀速转动,当线圈平面转到与磁场方向平行时( )A .线圈绕P 1转动时的电流等于绕P 2转动时的电流B .线圈绕P 1转动时的电动势小于绕P 2转动时的电动势C .线圈绕P 1和P 2转动时电流的方向相同,都是a →b →c →dD .线圈绕P 1转动时dc 边受到的安培力大于绕P 2转动时dc 边受到的安培力12.两块水平放置的金属板间的距离为d ,用导线与一个n 匝线圈相连,线圈电阻为r ,线圈中有竖直方向的磁场,电阻R 与金属板连接,如图所示,两板间有一个质量为m 、电荷量+q 的油滴恰好处于静止,则线圈中的磁感应强度B 的变化情况和磁通量的变化率分别是A .磁感应强度B 竖直向上且正增强,tφ∆=dmg nq B .磁感应强度B 竖直向下且正增强,t φ∆=dmg nq C .磁感应强度B 竖直向上且正减弱,t φ∆=()dmg R r nqR + D .磁感应强度B 竖直向下且正减弱,tφ∆=()dmgr R r nqR + 13.如图所示,绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路,在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环a ,下列各种情况中铜环a 中没有感应电流的是( )A.将电键突然断开的瞬间B.线圈中通以恒定的电流C.通电时,使滑动变阻器的滑片P做加速移动D.通电时,使滑动变阻器的滑片P做匀速移动14.如图所示,a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成,匝数均为10匝,边长l a=3l b,图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀增大,不考虑线圈之间的相互影响,则()A.两线圈内产生顺时针方向的感应电流B.a、b线圈中感应电动势之比为9∶1C.a、b线圈中感应电流之比为3∶4D.a、b线圈中电功率之比为3∶115.如图甲所示,竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路,导线所围区域内有一垂直纸面向里的匀强磁场,螺线管正下方水平桌面上有一导体圆环。
第1讲电磁感应现象楞次定律一、单项选择题:在每一小题给出的四个选项中,只有一项为哪一项符合题目要求的。
1.如下列图,一水平放置的N匝矩形线框面积为S,匀强磁场的磁感应强度为B,方向斜向上,与水平面成30°角,现假设使矩形框以左边的一条边为轴转到竖直的虚线位置,如此此过程中磁通量的改变量的大小是( C )A.3-12BS B.3+12NBSC.3+12BS D.3-12NBS[解析] sin θ磁通量与匝数无关,Φ=BS中,B与S必须垂直。
初态Φ1=B cos θ·S,末态Φ2=-B cos θ·S,磁通量的变化量大小ΔΦ=|Φ2-Φ1|=|BS(-cos 30°-sin30°)|=3+12BS,所以应选C项。
2.(2020·浙江诸暨模拟)有人设计了一种储能装置:在人的腰部固定一块永久磁铁,N 极向外;在手臂上固定一个金属线圈,线圈连接着充电电容器。
当手不停地前后摆动时,固定在手臂上的线圈能在一个摆动周期内,两次扫过别在腰部的磁铁,从而实现储能。
如下说法正确的答案是( D )A.该装置违反物理规律,不可能实现B.此装置会使手臂受到阻力而导致人走路变慢C.在手摆动的过程中,电容器极板的电性不变D.在手摆动的过程中,手臂受到的安培力方向交替变化[解析] D.在手摆动的过程中,线圈交替的进入或者离开磁场,使穿过线圈的磁通量发生变化,因而会产生感应电流,从而实现储能,该装置符合法拉第电磁感应定律,可能实现,选项A错误;此装置不会影响人走路的速度,选项B错误;在手摆动的过程中,感应电流的方向不断变化,如此电容器极板的电性不断改变。
选项C错误;在手摆动的过程中,感应电流的方向不断变化,手臂受到的安培力方向交替变化。
选项D正确。
3.如下列图,通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面,位置靠近ab且与线圈相互绝缘。
当MN中电流突然减小时,线圈所受安培力的合力方向( B )A.向左B.向右C.垂直纸面向外D.垂直纸面向里[解析] 解法一:当MN中电流突然减小时,单匝矩形线圈abcd垂直纸面向里的磁通量减小,根据楞次定律,线圈abcd中产生的感应电流方向为顺时针方向,由左手定如此可知ab边与cd边所受安培力方向均向右,所以线圈所受安培力的合力方向向右,B正确。
掌门1对1教育高中物理高中物理第十章法拉第电磁感应定律知识框架知识点一、感应电动势1.在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势,产生感应电动势的那部分导体相当于电源.2.在电磁感应现象中,既然闭合电路中有磁通量的变化,这个电路就一定有感应电流;电路断开时,虽然没有感应电流,但感应电动势依然存在.二、电磁感应定律1.定律内容:闭合电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比.2.表达式:E =ΔΦ/Δt(单匝线圈),E =n ΔΦΔt(n 匝线圈).三、导体切割磁感线时的感应电动势1.导体棒垂直于磁场运动,B 、l 、v 两两垂直时,如图,E =Blv. 2.导线的运动方向与导线本身垂直,但与磁感线方向夹角为θ时,如图E=Blvsin θ.四、反电动势2.电机转动时,由于切割磁感线,线圈中产生的反抗电源电动势作用的感应电动势.重点诠释Φ、ΔΦ和ΔΦΔt的比较 物理量单位物理意义计算公式磁通量Φ Wb 表示某时刻或某位置时穿过某一面积的磁感线条数的多少Φ=B·S ⊥物理量 单位 物理意义计算公式磁通量的 变化量ΔΦ Wb 表示在某一过程中穿过某一面积的磁通量变化的多少ΔΦ=Φ2-Φ1磁通量的 变化率Wb/s表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢特别提醒:(1)Φ、ΔΦ、ΔΦΔt均与线圈匝数无关.(2)磁通量和磁通量的变化率的大小没有直接关系,Φ很大时,ΔΦΔt 可能很小,也可能很大;Φ=0时,ΔΦΔt 可能不为零.对应题型下列说法正确的是( )A .线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大B .线圈中磁通量越大,线圈中产生的感应电动势一定越大C .线圈处在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大D .线圈中磁通量变化得越快,线圈中产生的感应电动势越大解析:选D.线圈中产生的感应电动势E =n ΔΦΔt ,即E 与ΔΦΔt 成正比,与Φ或ΔΦ的大小无直接关系.磁通量变化越快,即ΔΦΔt越大,产生的感应电动势越大,故只有D 正确.对公式E =Blvsin θ的理解1.对公式中各量的理解(1)对θ的理解当B 、l 、v 三个量方向互相垂直时,θ=90°,感应电动势最大,当有任意两个量的方向互相平行时,θ=0°,感应电动势为零.(2)对l 的理解式中的l 应理解为导线切割磁感线时的有效长度,如果导线不和磁场垂直, l 应是导线在磁场垂直方向投影的长度,如果切割磁感线的导线是弯曲的,如图所示,则应取与B 和v 垂直的等效直线长度,即ab 的弦长.(3)对v 的理解①公式中的v 应理解为导线和磁场间的相对速度,当导线不动而磁场运动时,也有电磁感应现象产生. ②公式E =Blv 一般用于导线各部分切 割磁感线速度相同的情况,若导线各 部分切割磁感线的速度不同,可取其 平均速度求电动势.如图所示,导体棒在磁场中绕A 点在纸面内以角速度ω匀速转动,磁感应强度为B ,要求AC 在切割磁感线时产生的感应电动势,应取平均切割速度, 即v =v 0/2=ωl 2,故E =12B ·ωl 2.2.公式E =Blvsin θ与E =n ΔΦΔt 的对比重点诠释电磁感应现象中的电路问题1.分析电路在电磁感应现象中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势.若回路闭合,则产生感应电流,感应电流引起热效应等,所以电磁感应问题常与电路知识综合考查.解决与电路相了解的电磁感应问题的基本方法是:(1)明确哪部分导体或电路产生感应电动势,该导体或电路就是电源,其他部分是外电路. (2)用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小,用楞次定律确定感应电动势的方向. (3)画等效电路图.分清内外电路,画出等效电路图是解决此类问题的关键. (4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立求解.2.一个常用的结论电磁感应现象中通过闭合电路某截面的电量q =I Δt ,而I =ER =n ΔΦΔtR ,则q =n ΔΦR ,所以q 只和线圈匝数、磁通量变化量ΔΦ及总电阻有关,与完成该过程需要的时间无关. 对应题型如图所示,在宽为0.5 m 的平行导轨上垂直导轨放置一个有效电阻为r =0.6 Ω的直导体棒,在导轨的两端分别连接两个电阻R1=4 Ω、R2=6 Ω,其他电阻不计.整个装置处在垂直导轨向里的匀强磁场中,磁感应强度B =0.1 T .当直导体棒在导轨上以v=6 m/s 的速度向右运动时,求:直导体棒两端的电压和流过电阻R1和R2的电流大小. 解析:由题意可画出如图所示的电路图,则感应电动势 E =Blv =0.1×0.5×6 V =0.3 V U 外=ER 外R 外+r =0.3×2.42.4+0.6V =0.24 V , I 1=U 外R 1=0.06 AI 2=U 外R 2=0.04 A.答案:0.24 V 0.06 A 0.04 A知识点感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.右手定则1.适用范围:适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的情况.2.内容:伸出右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内,让磁感线从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向.重点诠释对楞次定律的理解1.因果关系:闭合导体回路中磁通量的变化是因,产生感应电流是果;原因产生结果,结果又反过来影响原因.2.“阻碍”的含义特别提醒:“阻碍”的实质,是实现了其他形式的能向电能的转化,这和能的转化与守恒相吻合.如果不是“阻碍”,将违背能量守恒,可以得出总能量同时增加的错误结论.3.应用楞次定律的思路(1)明确研究的是哪一个闭合电路.(2)明确原磁场的方向.(3)判断闭合回路内原磁场的磁通量是增加还是减少.(4)由“增反减同”判断感应电流的磁场方向.(5)由安培定则判断感应电流的方向.4.楞次定律含义的推广(1)若由于相对运动导致电磁感应现象,则感应电流的效果阻碍该相对运动,简称口诀:“来拒去留”.(2)若电磁感应致使回路的面积有收缩或扩张的趋势,则收缩或扩张是为了阻碍回路磁通量的变化,即磁通量增大时,面积有收缩趋势,磁通量减少时,面积有增大趋势,简称口诀:“增缩减扩”.特别提醒:判断回路面积的变化趋势时,若穿过闭合回路的磁感线皆朝同一方向,既可由一般步骤判断,也可根据楞次定律的推广含义判断,若闭合回路所围面积内存在两个方向的磁场,则不宜采用楞次定律的推广含义判断、应根据一般步骤判断.楞次定律与右手定则的区别及了解楞次定律右手定则区别研究对象整个闭合回路闭合回路的一部分,即做切割磁感线运动的导体适用范围各种电磁感应现象只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况应用用于磁感应强度B随时间变化而产生的电磁感应现象较方便用于导体切割磁感线产生电磁感应的现象较方便了解右手定则是楞次定律的特例特别提醒:(1)楞次定律判断的电流方向也是电路中感应电动势的方向,右手定则判断的电流方向也是做切割磁感线运动的导体上感应电动势的方向.若电路是开路,可假设电路闭合,应用楞次定律或右手定则确定电路中假想电流的方向即为感应电动势的方向.(2)在分析电磁感应现象中电势高低时,一定要明确产生感应电动势的那部分电路就是电源.在电源内部,电流方向从低电势处流向高电势处.对应题型如图所示,一个有界匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向外.一个矩形闭合导线框abcd沿纸面由位置1(左)匀速运动到位置2.则()A.导线框进入磁场时,感应电流方向为a→b→c→d→aB.导线框离开磁场时,感应电流方向为a→d→c→b→aC.导线框离开磁场时,受到的安培力方向水平向右D.导线框进入磁场时,受到的安培力方向水平向左解析:选D.导线框进入磁场时,cd边切割磁感线,由右手定则可知,电流方向沿a→d→c →b→a,这时cd边受到的安培力由左手定则可判断其受力方向水平向左,A错、D对;在导线框离开磁场时,ab边处于磁场中且在做切割磁感线运动,同样用右手定则和左手定则可以判断电流方向为a→b→c→d→a,这时安培力的方向仍然水平向左,B、C错.友情提示:部分文档来自网络整理,供您参考!文档可复制、编制,期待您的好评与关注!。
能力提升课第三讲电磁感应中的电路和图象问题热点一电磁感应中的电路问题(师生共研)1.电磁感应中电路知识的关系图2.解决电磁感应中的电路问题三部曲[典例1]如图所示,在匀强磁场中竖直放置两条足够长的平行导轨,磁场方向与导轨所在平面垂直,磁感应强度大小为B0,导轨上端连接一阻值为R的电阻和开关S,导轨电阻不计,两金属棒a和b的电阻都为R,质量分别为m a=0.02 kg和m b=0.01 kg,它们与导轨接触良好,并可沿导轨无摩擦地运动.若将b棒固定,开关S断开,用一竖直向上的恒力F拉a棒,稳定后a棒以v1=10 m/s的速度向上匀速运动,此时再释放b棒,b 棒恰能保持静止.(g取10 m/s2)(1)求拉力F的大小;(2)若将a棒固定,开关S闭合,让b棒自由下滑,求b棒滑行的最大速度v2的大小;(3)若将a棒和b棒都固定,开关S断开,使磁感应强度从B0随时间均匀增加,经0.1 s 后磁感应强度增大到2B 0时,a棒受到的安培力大小正好等于a棒的重力,求两棒间的距离.解析:(1)法一:a棒做切割磁感线运动,产生的感应电动势为E=B0L v1,a棒与b棒构成串联闭合电路,电流为I=E2R,a棒、b棒受到的安培力大小为F a=ILB0,F b=ILB0依题意,对a棒有F=F a+G a对b棒有F b=G b所以F=G a+G b=0.3 N.法二:a、b棒都是平衡状态,所以可将a、b棒看成一个整体,整体受到重力和一个向上的力F,所以F=G a+G b=0.3 N.(2)a棒固定、开关S闭合后,当b棒以速度v2匀速下滑时,b棒滑行速度最大,b棒做切割磁感线运动,产生的感应电动势为E1=B0L v2,等效电路图如图所示.所以电流为I1=E1 1.5Rb棒受到的安培力与b棒的重力平衡,有G b=B20L2v2 1.5R由(1)问可知G b=F b=B20L2v1 2R联立可得v2=7.5 m/s.(3)当磁场均匀变化时,产生的感应电动势为E2=ΔB·LhΔt,回路中电流为I2=E22R依题意有F a2=2B0I2L=G a,代入数据解得h=1 m. 答案:(1)0.3 N(2)7.5 m/s(3)1 m[反思总结]电磁感应中电路问题的题型特点闭合电路中磁通量发生变化或有部分导体做切割磁感线运动,在回路中将产生感应电动势和感应电流.从而考题中常涉及电流、电压、电功等的计算,也可能涉及电磁感应与力学、电磁感应与能量的综合分析.1-1.[E =n ΔΦΔt 在电路中的应用] (多选)在如图甲所示的电路中,螺线管匝数n =1 500匝,横截面积S =20 cm 2.螺线管导线电阻r =1 Ω,R 1=4 Ω,R 2=5 Ω,C =30 μF.在一段时间内,穿过螺线管的磁场的磁感应强度B 按如图乙所示的规律变化,则下列说法中正确的是( )A .螺线管中产生的感应电动势为1.2 VB .闭合S ,电路中的电流稳定后电容器上极板带正电C .电路中的电流稳定后,电阻R 1的电功率为5×10-2 WD .S 断开后,通过R 2的电荷量为1.8×10-5 C解析:由法拉第电磁感应定律可知,螺线管内产生的电动势为E =n ΔB Δt S =1 500×0.82×20×10-4 V =1.2 V ,故A 正确;根据楞次定律,当穿过螺线管的磁通量增加时,螺线管下部可以看成电源的正极,则电容器下极板带正电,故B 错误;电流稳定后,电流为I =E R 1+R 2+r = 1.24+5+1A =0.12 A ,电阻R 1上消耗的功率为P =I 2R 1=0.122×4 W =5.76×10-2 W ,故C 错误;开关断开后通过电阻R 2的电荷量为Q =CU =CIR 2=30×10-6×0.12×5 C =1.8×10-5 C ,故D 正确.答案:AD1-2.[E =Bl v 在电路中的应用] (2017·江苏卷)如图所示,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v 0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:(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 . 解析:(1)感应电动势E =Bd v 0感应电流I =ER , 解得I =Bd v 0R .(2)安培力F =BId 牛顿第二定律F =ma 解得a =B 2d 2v 0mR .(3)金属杆切割磁感线的速度v ′=v 0-v ,则 感应电动势E =Bd (v 0-v ),电功率P =E 2R 解得P =B 2d 2(v 0-v )2R.答案:(1)I =Bd v 0R (2)a =B 2d 2v 0mR (3)P =B 2d 2(v 0-v )2R热点二 电磁感应中的图象问题 (师生共研)1.图象问题的求解类型2.弄清初始条件、正负方向的对应变化范围、所研究物理量的函数表达式、进出磁场的转折点等是解决此类问题的关键.3.解决图象问题的一般步骤(1)明确图象的种类,即是B-t图还是Φ-t图,或者E-t图、I-t图等;(2)分析电磁感应的具体过程;(3)用右手定则或楞次定律确定方向的对应关系;(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出函数关系式;(5)根据函数关系式,进行数学分析,如分析斜率的变化、截距等;(6)画图象或判断图象.4.电磁感应中图象类选择题的两个常用方法排除法定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化),特别是分析物理量的正负,以排除错误的选项.函数法根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系,然后由函数关系对图象进行分析和判断.1.F安-t图象[典例2]将一段导线绕成图甲所示的闭合回路,并固定在水平面(纸面)内.回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中.回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ,以向里为磁场Ⅱ的正方向,其磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示.用F表示ab边受到的安培力,以水平向右为F的正方向,能正确反映F随时间t变化的图象是()解析:0~T2时间内,根据法拉第电磁感应定律及楞次定律可得回路的圆环形区域产生大小恒定的、顺时针方向的感应电流,根据左手定则,ab边在匀强磁场Ⅰ中受到水平向左的恒定的安培力;同理可得T2~T时间内,ab边在匀强磁场Ⅰ中受到水平向右的恒定的安培力,故B正确.答案:B2.v-t图象[典例3]如图,矩形闭合导体线框在匀强磁场上方,由不同高度静止释放,用t1、t2分别表示线框ab边和cd边刚进入磁场的时刻.线框下落过程形状不变,ab边始终保持与磁场水平边界线OO′平行,线框平面与磁场方向垂直.设OO′下方磁场区域足够大,不计空气阻力影响,则下列哪一个图象不可能反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律()A B C D解析:由题意可知,线框先做自由落体运动,最终做匀加速直线运动.若ab边刚进入磁场时,速度较小,线框内产生的感应电流较小,线框所受安培力小于重力,则线圈进入磁场的过程做加速度逐渐减小的加速运动,图象C有可能;若线框进入磁场时的速度较大,线框内产生的感应电流较大,线框所受安培力大于重力,则线框进入磁场时做加速度逐渐减小的减速运动,图象B有可能;若线框进入磁场时的速度合适,线框所受安培力等于重力,则线框匀速进入磁场,图象D有可能;由分析可知选A.答案:A3.E-t图象[典例4]在竖直向上的匀强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,规定线圈中感应电流的正方向如图甲所示,当磁场的磁感应强度B随时间t按如图乙所示规律变化时,下列选项中正确表示线圈中感应电动势E变化的是()解析:根据楞次定律得,0~1 s内,感应电流为正方向;1~3 s内,无感应电流;3~5 s 内,感应电流为负方向;再由法拉第电磁感应定律得,0~1 s内的感应电动势为3~5 s 内的二倍,故A正确.答案:A4.i-t图象[典例5]如图所示,两个垂直纸面的匀强磁场方向相反,磁感应强度的大小均为B,磁场区域的宽度为a,一正三角形(高为a)导线框ABC从图示位置沿图示方向匀速穿过两磁场区域,以逆时针方向为电流的正方向,线框中感应电流i与线框移动距离x的关系图是下图中的()A B C D解析:x在a~2a范围,线框穿过两磁场分界线时,BC、AC边在右侧磁场中切割磁感线,有效切割长度逐渐增大,产生的感应电动势E1增大,AB边在左侧磁场中切割磁感线,产生的感应电动势E2不变,两个电动势串联,总电动势E=E1+E2增大,故A错误;x 在0~a范围,线框穿过左侧磁场时,根据楞次定律,感应电流方向为逆时针,为正值,故B错误;x在2a~3a范围,线框穿过右侧磁场时,根据楞次定律,感应电流方向为逆时针,为正值,故C正确,D错误.答案:C5.综合图象[典例6](多选)如图所示为三个有界匀强磁场,磁感应强度大小均为B,方向分别垂直纸面向外、向里和向外,磁场宽度均为L.在磁场区域的左侧边界处有一边长为L的正方形导体线框,总电阻为R,且线框平面与磁场方向垂直.现用外力F使线框以速度v匀速穿过磁场区域,以初始位置为计时起点,规定电流沿逆时针方向时的电动势E为正,磁感线垂直纸面向里时的磁通量Φ为正值,外力F向右为正.则以下能反映线框中的磁通量Φ、感应电动势E、外力F和电功率P随时间变化规律的图象是()解析:在0~L v 时间内,磁通量Φ=BL v t ,为负值,逐渐增大;在t =3L2v 时磁通量为零,当t =2L v 时,磁通量Φ=BL 2为最大正值,在2L v ~5L2v 时间内,磁通量为正,逐渐减小,t =5L 2v 时,磁通量为零,5L 2v ~3L v 时间内,磁通量为负,逐渐增大,t =3Lv 时,磁通量为负的最大值,3L v ~4L v 时间内,磁通量为负,逐渐减小,由此可知A 正确.在0~Lv 时间内,E =BL v ,为负值;在L v ~2Lv 时间内,两个边切割磁感线,感应电动势E =2BL v ,为正值;在2L v ~3L v 时间内,两个边切割磁线,感应电动势E =2Bl v ,为负值;在3L v ~4Lv 时间内,一个边切割磁感线,E =BL v ,为正值,B 正确.0~Lv 时间内,安培力向左、外力向右,F 0=F 安=BI 0L ,电功率P 0=I 20R =B 2L 2v 2R,L v~2L v时间内,外力向右,F 1=2B ·2I 0L =4F 0,电功率P 1=I 21R =4B 2L 2v 2R=4P 0;2L v~3L v时间内,外力向右,F 2=2B ·2I 0L =4F 0,电功率P 2=I 22R =4B 2L 2v 2R=4P 0;在3L v~4L v时间内,外力向右,F 3=BI 0L =F 0,电功率P 3=I 20R =B 2L 2v 2R=P 0,C 错误,D 正确. 答案:ABD1. (多选)如图所示,两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置,间距为l =1 m ,cd 间、de 间、cf 间分别接着阻值R =10 Ω的电阻.一阻值R =10 Ω的导体棒ab 以速度v =4 m/s 匀速向左运动,导体棒与导轨接触良好;导轨所在平面存在磁感应强度大小B =0.5 T 、方向竖直向下的匀强磁场.下列说法中正确的是( BD )A.导体棒ab中电流的流向为由b到aB.cd两端的电压为1 VC.de两端的电压为1 VD.fe两端的电压为1 V2.(多选)如图甲所示,MN、PQ两平行金属光滑导轨固定在绝缘水平面上,其左端接一电容为C的电容器,导轨范围内存在竖直向下的匀强磁场,导体棒ab垂直MN放在导轨上,在水平拉力的作用下从静止开始向右运动.电容器两极板间的电势差随时间变化的图象如图乙所示,不计导体棒及导轨电阻.下列关于导体棒ab运动的速度v、导体棒ab 受到的外力F随时间变化的图象可能正确的是( BD )3.在水平桌面上,一个面积为S的圆形金属框置于匀强磁场中,线框平面与磁场垂直,磁感应强度B随时间t的变化关系如图甲所示,0~1 s内磁场方向垂直线框平面向下,圆形金属框与两根水平的平行金属导轨相连接,导轨上放置一根导体棒,导体棒的长为L、电阻为R,且与导轨接触良好,导体棒处于另一匀强磁场中,如图乙所示.若导体棒始终保持静止,则其所受的静摩擦力F f随时间变化的图象是下图中的(设向右的方向为静摩擦力的正方向)( B )4.如图所示,金属杆ab 、cd 置于平行轨道MN 、PQ 上,可沿轨道滑动,两轨道间距l =0.5 m ,轨道所在空间有垂直于轨道平面的匀强磁场,磁感应强度B =0.5 T ,用力F =0.25 N 向右水平拉杆ab ,若ab 、cd 与轨道间的滑动摩擦力分别为F f1=0.15 N 、F f2=0.1 N ,两杆的有效电阻R 1=R 2=0.1 Ω,设导轨电阻不计,ab 、cd 的质量关系为2m 1=3m 2,且ab 、cd 与轨道间的最大静摩擦力与滑动摩擦力相等.求: (1)此两杆之间的稳定速度差;(2)若F =0.3 N ,两杆间稳定速度差又是多少?解析:因F >F f1,故ab 由静止开始做加速运动,ab 中将出现不断变大的感应电流,致使cd 受到安培力F 2作用,当F 2>F f2时,cd 也开始运动,故cd 开始运动的条件是:F -F f1-F f2>0.(1)当F =0.25 N 时,F -F f1-F f2=0,故cd 保持静止,两杆的稳定速度差等于ab 的最终稳定速度v max ,故此种情况有:电流I m =E m R 1+R 2=Bl v max R 1+R 2,安培力F m =BI m l ,则有F -F m -F f1=0,由此得v max =0.32 m/s.(2)当F =0.3 N >F f1+F f2,对ab 、cd 组成的系统,ab 、cd 所受安培力大小相等,方向相反,合力为零,则系统受的合外力为F 合=F -F f1-F f2=0.05 N .对系统有F 合=(m 1+m 2)a ,因为2m 1=3m 2,则F 合=52m 2a .取cd 为研究对象,F 安-F f2=m 2a ,F 安=BIl ,I =Bl Δv R 1+R 2,联立各式解得Δv =R 1+R 2B 2l 2(25F 合+F f2)=0.384 m/s. 答案:(1)0.32 m/s (2)0.384 m/s[A组·基础题]1. 如图所示,纸面内有一矩形导体线框abcd,置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外,线框的ab边平行磁场边界MN,线框以垂直于MN的速度匀速地完全进入磁场,线框上产生的热量为Q1,通过线框导体横截面的电荷量为q1,现将线框进入磁场的速度变为原来的两倍,线框上产生的热量为Q2,通过线框导体横截面的电荷量为q2,则有( C )A.Q2=Q1q2=q1B.Q2=2Q1q2=2q1C.Q2=2Q1q2=q1D.Q2=4Q1q2=2q12. (2016·浙江卷)如图所示,a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成,匝数均为10匝,边长l a=3l b,图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀增大,不考虑线圈之间的相互影响,则( B )A.两线圈内产生顺时针方向的感应电流B.a、b线圈中感应电动势之比为9∶1C.a、b线圈中感应电流之比为3∶4D.a、b线圈中电功率之比为3∶13.如图甲所示,一闭合圆形线圈水平放置,穿过它的竖直方向的匀强磁场磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示,规定B的方向以向上为正方向,感应电流以俯视顺时针的方向为正方向,在0~4t时间内感应电流随时间变化的图象正确的是( D )4.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所示的哪一个( D )5.(多选) 如图所示,光滑导轨倾斜放置,下端连一灯泡,匀强磁场垂直于导轨平面,当金属棒ab(电阻不计)沿导轨下滑达到稳定状态时,灯泡的电功率为P,导轨和导线电阻不计.要使灯泡在金属棒稳定运动状态下的电功率为2P,则下面选项中符合条件的是( AC )A.将导轨间距变为原来的2 2B.换一电阻值减半的灯泡C.换一质量为原来2倍的金属棒D.将磁场磁感应强度B变为原来的2倍6.(多选)如图甲所示,圆形的刚性金属线圈与一平行板电容器连接,线圈内存在垂直于线圈平面的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示(以图示方向为正方向).t=0时刻,平行板电容器间一带正电的粒子(重力不计)由静止释放,假设粒子运动过程中未碰到极板,不计线圈内部磁场变化时对外部空间的影响,下列粒子在板间运动的速度图象和位移图象(以向上为正方向)中,正确的是( BC )7.(多选) 如图所示,两根电阻不计的平行光滑金属导轨在同一水平面内放置,左端与定值电阻R相连,导轨x>0一侧存在着沿x轴方向均匀增大的磁场,磁感应强度与x的关系是B=0.5+0.5x(T),在外力F作用下一阻值为r的金属棒从A1运动到A3,此过程中电路中的电功率保持不变.A1的坐标为x1=1 m,A2的坐标为x2=2 m,A3的坐标为x3=3 m,下列说法正确的是( BD )A.回路中的电动势既有感生电动势又有动生电动势B.在A1与A3处的速度之比为2∶1C.A1到A2与A2到A3的过程中通过导体横截面的电荷量之比为3∶4D.A1到A2与A2到A3的过程中产生的焦耳热之比为5∶7[B组·能力题]8.(多选) (2016·四川卷)如图所示,电阻不计、间距为l的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中,导轨左端接一定值电阻R.质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上,受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动,外力F与金属棒速度v的关系是F=F0+k v(F0、k是常量),金属棒与导轨始终垂直且接触良好.金属棒中感应电流为i,受到的安培力大小为F A,电阻R两端的电压为U R,感应电流的功率为P,它们随时间t变化图象可能正确的有( BC )9.某兴趣小组用电流传感器测量某磁场的磁感应强度.实验装置如图甲,不计电阻的足够长光滑金属导轨竖直放置在匀强磁场中,导轨间距为d ,其平面与磁场方向垂直.电流传感器与阻值为R 的电阻串联接在导轨上端.质量为m 、有效阻值为r 的导体棒AB 由静止释放沿导轨下滑,该过程中电流传感器测得电流随时间变化规律如图乙所示,电流最大值为I m .棒下滑过程中与导轨保持垂直且良好接触,不计电流传感器内阻及空气阻力,重力加速度为g .(1)求该磁场磁感应强度的大小; (2)求在t 1时刻棒AB 的速度大小;(3)在0~t 1时间内棒AB 下降了h ,求此过程电阻R 产生的电热. 解析:(1)电流为I m 时棒做匀速运动, 对棒:F 安=BI m d F 安=mg 解得B =mg I md .(2)t 1时刻,对回路有: E =Bd v I m =Bd vR +r解得v =I 2m (R +r )mg .(3)电路中产生的总电热:Q =mgh -12m v 2,电阻R 上产生的电热:Q R =R R +rQ 解得Q R =mghR R +r -I 4m R (R +r )2mg 2.答案:(1)mg I md (2)I 2m (R +r )mg(3)mghR R +r-I 4m R (R +r )2mg 2 10.在同一水平面上的光滑平行导轨P 、Q 相距l =1 m ,导轨左端接有如图所示的电路.其中水平放置的平行板电容器两极板M 、N 相距d =10 mm ,定值电阻R 1=R 2=12 Ω,R 3=2 Ω,金属棒ab 的电阻r =2 Ω,其他电阻不计.磁感应强度B =0.5 T 的匀强磁场竖直穿过导轨平面,当金属棒ab 沿导轨向右匀速运动时,悬浮于电容器两极板之间的质量为m =1×10-14 kg 、电荷量为q =-1×10-14 C 的微粒恰好静止不动.取g =10 m/s 2,在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好,且速度保持恒定.试求:(1)匀强磁场的方向; (2)ab 两端的电压;(3)金属棒ab 运动的速度大小.解析:(1)负电荷受到重力和电场力的作用处于静止状态,因为重力竖直向下,所以电场力竖直向上,故M 板带正电.ab 棒向右做切割磁感线运动产生感应电动势,ab 棒等效于电源,感应电流方向由b →a ,其a 端为电源的正极,由右手定则可判断,磁场方向竖直向下.(2)微粒受到重力和电场力的作用处于静止状态,根据平衡条件有mg =Eq 又E =U MN d所以U MN =mgdq =0.1 VR 3两端电压与电容器两端电压相等,由欧姆定律得通过R 3的电流为I =U MNR 3=0.05 A则ab 棒两端的电压为U ab =U MN +I R 1R 2R 1+R 2=0.4 V .(3)由法拉第电磁感应定律得感应电动势E =Bl v由闭合电路欧姆定律得E=U ab+Ir=0.5 V 联立解得v=1 m/s.答案:(1)竖直向下(2)0.4 V(3)1 m/s。
第10章 电磁感应与电磁场一、选择题1、一导体圆线圈在均匀磁场中运动,在下列情况下,会产生感应电流的是( D )A .线圈沿磁场方向平移B .线圈以自身直径为轴转动,轴与磁场方向平行C .线圈沿垂直于磁场方向平移D .线圈以自身直径为轴转动,轴与磁场方向垂直 2、将磁铁从迅速插入和缓慢插入金属环,若两种情况下磁铁的起始位置和终了位置均相同,则关于两种情况环中的感应电动势和感生电量的说法正确的是( C )A .感应电动势不同;感生电量也不同B .感应电动势相同,感生电量也相同;C .感应电动势不同,感生电量相同;D .感应电动势相同,感生电量不同. 3、如图所示,A 为闭合的导体环,B 为有间隙的导体环,则当磁铁分别移近A 和B 时,关于A 和B 的运动描述正确的是( A )A .A 环被排斥,B 环不动 B .A 环被吸引,B 环不动C .A 环被吸引,B 环被吸引D .A 环被排斥,B 环被排斥4、在感应电场中电磁感应定律可写成⎰-=•L K dtdl d E φ ,式中K E 为感应电场的电场强度。
此式表明( D )A. 闭合曲线L 上K E处处相等 B. 感应电场是保守力场。
C .感应电场的电力线不是闭合曲线D .在感应电场中不能像对静电场那样引入电势的概念 5、关于长直螺线管线圈的自感,以下说法正确的是( D ) A 、螺线管中通有的电流越大,自感也越大; B 、螺线管横截面通过的磁通量越大,自感也越大C 、在单位长度匝数不变的情况下,真空中螺线管长度越长,自感就越大;D 、在单位长度匝数不变的情况下,真空中螺线管体积越大,自感就越大6、如图,矩形区域为均匀稳恒磁场,半圆形闭合导线回路在纸面内绕轴O 作逆时钟方向匀角速度转动,O 点是圆心且恰好落在磁场的边缘上,半圆形闭合导线完全在磁场外时开始计时。
图(A)--(D)的t -ε函数图像中哪一条属于半圆形导线回路中产生的感应电动势(A )7、如图所示的闭合线圈abcda 均位于匀强磁场中,当磁场不断减小时,回路中不产生感应电流的是( B )8、如图所示,两个圆环形导体a 、b 互相垂直地放置,且圆心重合,当它们的电流I 1、和I 2同时发生变化时,则( D )(A) a 导体产生自感电流,b 导体产生互感电流(B) 两导体同时产生自感电流和互感电流(C) b 导体产生自感电流,a 导体产生互感电流;(D)两导体只产生自感电流,不产生互感电流。
高二物理期末(四)----电磁感应
一、单项选择题
1 某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律.当条形磁铁自上而下穿过固定的
线圈时,通过电流计的感应电流方向是 ( D )
A .a →G →b
B .先a →G →b ,后b →G →a
C .b →G →a
D .先b →G →a ,后a →G →b
2. 如图所示,光滑导电圆环轨道竖直固定在匀强磁场中,磁场方向与轨道所在平面垂直,导体棒ab 的两端可始终不离开轨道无摩擦地滑动,当ab 由图示位置释放,直到滑到右侧虚线位置的过程中,关于ab 棒中的感应电流情况,正确的是 ( D )
A .先有从a 到b 的电流,后有从b 到a 的电流
B .先有从b 到a 的电流,后有从a 到b 的电流
C .始终有从b 到a 的电流
D .始终没有电流产生
3.2011年秋季,北约战机“幻影-2000”曾在利比亚班加西(北纬31°附近)上空盘旋,由于地磁场的存在,飞机在一定高度水平飞行时,其机翼就会切割磁感线,机翼的两端之间会有一定的电势差.则从飞行员的角度看,机翼左端的电势比右端的电势 ( B )
A .低
B .高
C .相等
D .以上情况都有可能 D .先b →G →a ,后a →G →b
4.关于电磁感应,下述说法正确的是 ( D )
A .穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大
B .穿过线圈的磁通量为零,感应电动势一定为零
C .穿过线圈的磁通量变化越大,感应电动势越大
D .穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大
5.(2010·江苏单科·2)一矩形线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场方向垂直.先保持线框的面积不变,将磁感应强度在1 s 时间内均匀地增大到原来的两倍.接着保持增大后的磁感应强度不变,在1 s 时间内,再将线框的面积均匀地减小到原来的一半.先后两个过程中,线框中感应电动势的比值为 ( B )
A.12 B .1 C .2 D .4
6.图中a ~d 所示分别为穿过某一闭合回路的磁通量Φ随时间t 变化的图象,关于回路中产生的感应电动势下列论述正确的是 ( D )
A .图a 中回路产生的感应电动势恒定不变
B .图b 中回路产生的感应电动势一直在变大
C .图c 中回路在0~t 1时间内产生的感应电动势小于在t 1~t 2时间内产生的感应电动势
D .图d 中回路产生的感应电动势先变小再变大
7.(2010·北京理综·19)在如图所示的电路中,两个相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R.闭合开关S后,调整R,使L1和L2发光的亮度一样,此时流过两个灯泡的电流均为I.然后,断开S.若t′时刻再闭合S,则在t′前后的一小段时间内,正确反映流过L1的电流i1、流过L2的电流i2随时间t变化的图象是(B)
8.(2011·海南单科·6)如图,EOF和E′O′F′为空间一匀强磁场的边界,
其中EO∥E′O′,FO∥F′O′,且EO⊥OF;OO′为∠EOF的角平分
线,OO′间的距离为l;磁场方向垂直于纸面向里.一边长为l的正方形导
线框沿O′O方向匀速通过磁场,t=0时刻恰好位于图示位置.规定导线
框中感应电流沿逆时针方向时为正,则感应电流i与时间t的关系图线可能
正确的是(B)
9.用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导体线框a、b、c、d,以相同的速度匀速进入右侧匀强
磁场,如图所示.在每个线框进入磁场的过程中,M、N两点间的电
压分别为U a、U b、U c和U d.下列判断正确的是(B)
A.U a<U b<U c<U d B.U a<U b<U d<U c
C.U a=U b<U c=U d D.U b<U a<U d<U c
10.如图所示,在坐标系xOy中,有边长为a的正方形金属线框abcd,其一条对角线
ac和y轴重合、顶点a位于坐标原点O处.在y轴的右侧的Ⅰ、Ⅳ象限内有一垂直纸
面向里的匀强磁场,磁场的上边界与线框的ab边刚好完全重合,左边界与y轴重合,
右边界与y轴平行.t=0时刻,线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场上边界的方向穿过磁
场区域.取沿a→b→c→d→a的感应电流方向为正,则在线圈穿越磁场区域的过程中,
感应电流i随时间t变化的图线是下列选项中的(A)
二、双项选择题
11.如图所示,质量为m的铜质小闭合线圈静置于粗糙水平桌面上.当一个竖直放
置的条形磁铁贴近线圈,沿线圈中线由左至右从线圈正上方等高、快速经过时,线圈
始终保持不动.则关于线圈在此过程中受到的支持力F N和摩擦力f的情况,以下判
断正确的是(AD)
A.F N先大于mg,后小于mg B.F N一直大于mg
C.f先向左,后向右D.f一直向左
12.两根相互平行的金属导轨水平放置于图8所示的匀强磁场中,在导轨上接触良好的导体棒AB和CD 可以自由滑动.当AB在外力F作用下向右运动时,下列说法中正确的是(BD) A.导体棒CD内有电流通过,方向是D→C
B.导体棒CD内有电流通过,方向是C→D
C.磁场对导体棒CD的作用力向左
D.磁场对导体棒AB的作用力向左
13.如图(a)、(b)所示的电路中,电阻R和自感线圈L的电阻值都很小,且小于灯A的电阻,接通S,使电路达到稳定,灯泡A发光,则(AD)
A.在电路(a)中,断开S,A将渐渐变暗
B.在电路(a)中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗
C.在电路(b)中,断开S,A将渐渐变暗
D.在电路(b)中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗
14.(2010·全国Ⅰ·17)某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下,大小为
4.5×10-5 T.一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸,河宽100 m,该河段涨
潮和落潮时有海水(视为导体)流过.设落潮时,海水自西向东流,流速为 2 m/s.
下列说法正确的是(BD)
A.电压表记录的电压为5 mV B.电压表记录的电压为9 mV
C.河南岸的电势较高D.河北岸的电势较高
15.如图所示,垂直纸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v、3v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(AD)
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
16.如图所示,电阻为R,其他电阻均可忽略,ef是一电阻可不计的水平放置的导
体棒,质量为m,棒的两端分别与ab、cd保持良好接触,又能沿框架无摩擦下滑,
整个装置放在与框架垂直的匀强磁场中,当导体棒ef从静止下滑一段时间后闭合开
关S,则S闭合后(AD)
A.导体棒ef的加速度可能大于g
B .导体棒ef 的加速度一定小于g
C .导体棒ef 最终速度随S 闭合时刻的不同而不同
D .导体棒ef 的机械能与回路内产生的电能之和一定守恒
三、计算题:
17.在范围足够大,方向竖直向下的匀强磁场中,B =0.2 T ,有一水平放置的光滑框架,宽度为l =0.4 m ,如图5所示,框架上放置一质量为0.05 kg 、电阻为1 Ω的金属杆cd ,框架电阻不计.若杆cd 以恒定加速度a =2 m/s 2,由静止开始做匀变速运动,则:
(1)在5 s 内平均感应电动势是多少?
(2)第5 s 末,回路中的电流多大?
(3)第5 s 末,作用在cd 杆上的水平外力多大?
(1)0.4 V (2)0.8 A (3)0.164 N
18.如图所示,用质量为m 、电阻为R 的均匀导线做成边长为l 的单匝正方形线框MNPQ ,线框每一边的电阻都相等.将线框置于光滑绝缘的水平面上.在线框的右侧存在竖直方向的有界匀强磁场,磁场边界间的距离为2l ,磁感应强度为B ,在垂直MN 边的水平拉力作用下,线框以垂直磁场边界的速度v 匀速穿过磁场.在运动过程中线框平面水平,且MN 边与磁场的边界平行.求:
(1)线框MN 边刚进入磁场时,线框中感应电流的大小;
(2)线框MN 边刚进入磁场时,M 、N 两点间的电压U MN ;
(3)在线框从MN 边刚进入磁场到PQ 边刚穿出磁场的过程中,水平拉力
对线框所做的功W .
(1)Bl v R (2)34
Bl v (3)2B 2l 3v R 19.如图13甲所示,两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨相距为L =1 m ,导轨平面与水平面成θ=30°角,上端连接R =1.5 Ω的电阻;质量为m =0.2 kg 、阻值r =0.5 Ω的金属棒ab 放在两导轨上,距离导轨最上端为d =4 m ,棒与导轨垂直并保持良好接触.整个装置处于匀强磁场中,该匀强磁场方向与导轨平面垂直,磁感应强度大小随时间变化的情况如图乙所示.前4 s 内为B =kt .前4 s 内,为保持ab 棒静止,在棒上施加了一平行于导轨平面且垂直于ab 棒的外力F ,已知当t =2 s 时,F 恰好为零.若g 取10 m/s 2,求:
(1)磁感应强度大小随时间变化的比例系数k ;
(2)t =3 s 时,电阻R 的热功率P R ;
(3)前4 s 内,外力F 随时间t 的变化规律;
(4)从第4 s 末开始,外力F 拉着导体棒ab 以速度v 沿斜面向下作匀速直线运动,且F 的功率恒为P =6 W ,求v 的大小.
(1)0.5 T/s (2)1.5 W (3)F =(1-0.5t ) N (4)2 m/s。