2022年2021届黑龙江大庆喇中高考物理二轮复习知识点突破电磁感应 .pdf

- 1 - 电磁感应练习1、图 2 所示，边长为 L 的正方形线框，在拉力F的作用下，进入宽度为a 的匀强磁场，且 aL.分析在以下几种情况下产生内能的多少？（1）线框在拉力 F作用下匀速进入磁场；（2）线框在拉力 F作用下加速进入磁场；（3）线框在拉力 F作用下减速进入磁场 . 2、如图 3 所示，金属棒 a 从 h 高处自静止沿光滑弧形轨道下滑，进入轨道的水平部以后，在自上而下的匀强磁场中运动，水平轨道也是光滑的，磁场磁感应强度是 B.在轨道的水平部分原来静止地放着一根金属棒b， 已知两棒质量相等且等于m ，如果 a 棒始终没有跟 b 棒相接触，求整个过程中导轨及两棒组成的回路消耗的电能. 3、如图 1 所示，水平放置的光滑金属导轨由宽、窄两部分组成，宽部分的宽度是窄部分的两倍，有一范围足够大的匀强磁场垂直于该金属导轨. 两根金属杆甲、乙均垂直导轨且质量相等，现给甲杆以水平向右的初速度v0，乙固定不动 . 在两金属导杆和导轨电阻均不计的情况下，求两金属杆最后的稳定速度为多少. 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 2 - 4、如图 B-10 所示，粗细均匀的金属环的电阻为R ，可以绕轴 O转动的金属杆 OA的电阻为 R/4，杆长为 L，A端与环相接触，一阻值为R/2 的定值电阻分别与杆的端点及环的边缘连接， 杆 OA在垂直于环面向里的、 磁感应强度为 B的匀强磁场中，以角速度 顺时针转动，求电路中总电流的变化范围. 5、如图 A-3 所示，边长为 0.5m、电阻为 10 的正方形线框 ABCD 绕 AB边为轴在匀强磁场中匀速转动， AB边和磁场垂直，转速为每秒50转，磁感应强度为0.4T. （1）试求正方形线框中感应电流的最大值；（2）试写出正方形线框中感应电流的瞬时表达式；（3）在转动过程中，当穿过线框的磁通量为0.05Wb 时，感应电流的瞬时值为多大？6、如图 C-1 所示，在两磁极间存在均匀的辐向磁场，一面积为S、电阻为 R的矩形线框处于两磁极间，绕其固定轴以角速度 匀速转动，其轴心位于辐向磁场的名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 3 - 中心. 由于转动使线框切割磁感线而产生感应电动势，已知线框切割处的磁感应强度大小均为 B，从图示位置开始计时 . （1）试作出线框中感应电动势随时间变化的图象；（2）试求线框的电功率 . 7、如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为r00.10/m，导轨的端点 P、 Q用电阻可忽略的导线相连， 两导轨间的距离 l 0.20m。有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感强度B与时间 t 的关系为 Bkt ，比例系数 k0.020T/s ，一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直，在t 0 时刻，金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t 6.0s 时金属杆所受的安培力。8、如图：两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感强度B0.50T 的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计。导轨间的距离l 0.20m。两根质量均为m 0.10kg 的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R0.50。在 t 0 时刻，两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行，大小为0.20N 的恒力 F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动。经过t 5.0s ，金属杆甲的加速度为a1.37m/s2，问此时两金属杆的速度各为多少？名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 4 - 9、曾经流行过一种自行车车头灯供电的小型交流发电机，图1 为其结构示意图。图中 N 、S是一对固定的磁极， abcd 为固定的转轴上的矩形线框，转轴过bc 边中点，与 ab 边平行，它的一端有一半径ro=1.0 cm 的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图2 所示。当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动。设线框由N=800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S=20 cm2，磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感强度B=0.010T，自行车车轮的半径R1=35 cm，小齿轮的半径 R2=4.0 cm，大齿轮的半径 R3=10.0 cm（见图 2）。现从静止开始使大齿轮加速转动， 问大齿轮的角速度为多大才能使发电机输出电压的有效值U=3.2 V?（假设摩擦小轮与自行车轮之间无相对滑动）10、如图所示， OACO 为置于水平面内的光滑闭合金属导轨，O 、C处分别接有短电阻丝（图中粗线表法）， R14、 R28（导轨其它部分电阻不计）。导轨OAC的形状满足方程（单位： m ）。磁感强度 B0.2T 的匀强磁场方向垂名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 5 - 直于导轨平面。 一足够长的金属棒在水平外力F作用下，以恒定的速率 v5.0m/s水平向右在导轨上从O点滑动到 C点，棒与导思接触良好且始终保持与OC 导轨垂直，不计棒的电阻。求：（ 1）外力 F的最大值；（）属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗的最大功率；（3）在滑动过程中通过金属棒的电流I 与时间 t 的关系。11、如图所示，两条互相平行的光滑金属导轨位于水平面内，距离为l 0.2 米，在导轨的一端接有阻值为R 0.5 欧的电阻，在 X0处有一与水平面垂直的均匀磁场，磁感强度 B0.5 特斯拉。一质量为m 0.1 千克的金属直杆垂直放置在导轨上，并以 v02 米/ 秒的初速度进入磁场，在安培力和一垂直于杆的水平外力F的共同作用下作匀变速直线运动，加速度大小为a2 米/ 秒2、方向与初速度方向相反。设导轨和金属杆的电阻都可以忽略，且接触良好。求：（1）电流为零时金属杆所处的位置；（2）电流为最大值的一半时施加在金属杆上外力F的大小和方向；（3）保持其他条件不变，而初速度v0取不同值，求开始时F 的方向与初速度 v0取值的关系。12、如图 1 所示. 一对平行光滑轨道放置在水平面上，两轨道间距l 0.20m，电阻 R1.0；有一导体杆静止地放在轨道上，与两轨道垂直，杆及轨道的电阻皆可忽略不计，整个装置处于磁感强度B0.50T 的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 6 - 面向下 . 现用一外力 F沿轨道方向拉杆，使之做匀加速运动，测得力F与时间 t的关系如图 2 所示. 求杆的质量 m的加速度 a . 13、半径为 a的圆形区域内有均匀磁场，磁感强度为B0.2T，磁场方向垂直纸面向里，半径为 b 的金属圆环与磁场同心地放置，磁场与环面垂直，其中a0.4m，b0.6m，金属环上分别接有灯L1、L2，两灯的电阻均为R02，一金属棒 MN与金属环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计（1）若棒以 v05m/s 的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径OO 的瞬时（如图所示） MN中的电动势和流过灯L1的电流。（2）撤去中间的金属棒MN 将右面的半圆环OL2O 以 OO 为轴向上翻转 90o，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为B/t （ 4 /3.14 ）T/s ，求 L1的功率。14、如图所示，固定水平桌面上的金属框架cdef ，处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒 ab 搁在框架上， 可无摩擦滑动， 此时 adeb 构成一个边长为的正方形， 棒的电阻为，其余部分电阻不计，开始时磁感强度为。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 7 - （1）若从时刻起，磁感强度均匀增加，每秒增量为，同时保持棒静止，求棒中的感应电流，在图上标出感应电流的方向。（2）在上述（ 1）情况中，始终保持棒静止，当秒末时需加的垂直于棒的水平拉力为多大？（3）若从时刻起，磁感强度逐渐减小， 当棒以恒定速度向右作匀速运动时，可使棒中不产生感应电流， 则磁感强度应怎样随时间变化 （写出 B与 的关系式）？15、如图所示，在x 轴上方有垂直于 xy 平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B；在 x 轴下方有沿 y 轴负方向的匀强电场，场强为E。一质量为 m ，电量为 -q 的粒子从坐标原点 O沿着 y 轴正方向射出。射出之后，第三次到达x 轴时，它与点 O的距离为 L。求此粒子射出时的速度v 和运动的总路程 s（重力不计）。16、某种超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起，同时通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力其推进原理可以简化为如图所示的模型：在水平面上相距b 的两根平行直导轨间，有竖直方向等距离分布的匀强磁场 B1和 B2，且 B1=B2=B，每个磁场的长都是a，相间排列，所有这些磁场都以速度 v 向右匀速运动 这时跨在两导轨间的长为a 宽为 b 的金属框 MNQP（悬浮在导轨正上方）在磁场力作用下也将会向右运动设金属框的总电阻为R，运动中所受到的阻力恒为f ，求：名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 8 - （1）列车在运动过程中金属框产生的最大电流；（2）列车能达到的最大速度；（3）简述要使列车停下可采取哪些可行措施？17、 如图甲所示，相距为 L 的光滑平行金属导轨水平放置， 导轨一部分处在以OO 为右边界匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直导轨平面向下，导轨右侧接有定值电阻R，导轨电阻忽略不计 . 在距边界 OO 也为 L 处垂直导轨放置一质量为 m 、电阻 r 的金属杆 ab. （1）若 ab 杆在恒力作用下由静止开始向右运动3L 距离，其速度一位移的关系图象如图乙所示（图中所示量为已知量）. 求此过程中电阻R上产生的焦耳 QR及 ab杆在刚要离开磁场时的加速度大小a. （2）若 ab杆固定在导轨上的初始位置，使匀强磁场保持大小不变，绕OO 轴匀速转动 . 若从磁场方向由图示位置开始转过的过程中，电路中产生的焦耳热为Q2. 则磁场转动的角速度 大小是多少？名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 9 - 18、如图所示，光滑的平行长直金属导轨置于水平面内，间距为L、导轨左端接有阻值为 R的电阻，质量为m的导体棒垂直跨接在导轨上。导轨和导体棒的电阻均不计，且接触良好。在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B开始时，导体棒静止于磁场区域的右端，当磁场以速度v0匀速向右移动时，导体棒随之开始运动，同时受到水平向左、大小为恒定阻力求(1) 导体棒的最大加涑度（2）导体棒能够达到的最大速度vm19、矩形线圈面积为5，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，当线圈由图示位置转过90的过程中求：(1) 电阻 R产生的焦耳热 Q (2) 通过电阻 R的电量 q20、如图所示，两根足够长固定平行金属导轨位于倾角的斜面上，导轨上、下端各接有阻值的电阻，导轨电阻忽略不计， 导轨宽度，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度。质量名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 10 - 、 连入电路的电阻的金属棒在较高处由静止释放， 当金属棒下滑高度时，速度恰好达到最大值。金属棒在下滑过程中始终与导轨垂直且与导轨良好接触取。求：（1）金属棒由静止至下滑高度为3m的运动过程中机械能的减少量。（2）金属棒由静止至下滑高度为3m的运动过程中导轨上端电阻中产生的热量。答案1、由法拉第电磁感应定律可知，在线框进入磁场的过程中，有感应电动势产生. （1）当线框在拉力作用下匀速进入磁场时，由于线框的机械能保持不变，则在进入的过程中，拉力F做了多少功，转变成的电能就为多少. 电能又转化为内能 . 所以在进入的过程中产生的内能等于力F所做的功 . 即 Q=FL （2）当线框在拉力作用下加速进入磁场时由能量守恒可知拉力做的功 =线框增加的动能 +线框产生的内能 . 即FL=EK+Q 故在这个过程中QFL 2、a、b 棒最终以同样的速度在水平轨道部分运动，由于系统在水平方向上不受外名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 11 - 力，由动量守恒可得 mav0=（ma+mb）v a 棒在下滑的过程中机械能守恒，则 magh=ma联合式，根据能量转化与守恒定律，整个过程中回路消耗的电能为Q=ma- （ma+mb）v2 =mgh 3、设上述过程中所用时间为t ，甲金属杆最后的速度为v，则乙金属杆的速度为 2v，对甲、乙金属杆分别运用动能定理得2Ft=mv0- mv Ft=2mv由式得v=4、解：设 OA杆转到题所示位置时，金属环A、D间的电阻分别为 Rx、Ry，其等效电路图如图 3，则电路中的总电流为 I=其中 R并=，因为 Rx+Ry=R为定值，故当 Rx=Ry=R/2 时，R并有最大值；当 Rx=0或Ry=0时，R并有最小值，故名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 11 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 12 - 所以5、 （1）3.14A； （2）i=3.14sin314t； （3）2.72A 简解： （1）感应电动势的最大值Emax=BS ，所以感应电流的最大值Imax=，解得 Imax=3.14A；（2）e=BS sin t ， i=，所以感应电流的瞬时表达式i=3.14sin314t （3）磁通量随时间变化的关系式为=BScos t=0.1cos314tWb ，所以当穿过线框的磁通量为 0.05Wb时，有 cos314t=，即线框转过的角度为60，所以这时感应电流的瞬时值为i=3.14sin60 =2.72A.6、（1）如图 4 所示；（ 2）P=. 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 12 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 13 - 简解：（ 1）线框的两条边始终垂直切割磁感线，所以感应电动热的大小不变，即 e=BS ，利用右手定则可确定从图示位置转过90的瞬时，感应电动势的方向要发生变化 . 因此线框中产生方波形交变电流. （2）因感应电动势的大小不变，所以P=7、 解： 以表示金属杆运动的加速度， 在 时刻，金属杆与初始位置的距离此时杆的速度，这时，杆与导轨构成的回路的面积，回路中的感应电动势回路的总电阻回路中的感应电流作用于杆的安培力解得，代入数据为8、设任一时刻 t 两金属杆甲、乙之间的距离为x，速度分别为 v1和 v2，经过很短时间 t ，杆甲移动距离 v1t ，杆乙移动距离v2t ，回路面积改变 : S （xv2t ）v1tl lx （v1v2）l t由法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势: BS/t回路中的电流 : i/2R杆甲的运动方程 : F Bli ma 由于作用于杆甲和杆乙的安培力总是大小相等、方向相反，所以两杆的动量（t 0 时为 0）等于外力 F的冲量 : Ft mv1mv2联立以上各式解得v11/2Ft/m 2R(Fma)/(B2l2) v21/2Ft/m 2R(Fma)/(B2l2) 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 13 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 14 - 代入数据得 v18.15m/s v21.85m/s 9、解：当自行车车轮转动时，通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动，线框中产生一正弦交流电动势，其最大值0BSN 式中 0为线框转动的角速度，即摩擦小轮转动的角速度。发电机两端电压的有效值 U/2 m设自行车车轮转动的角速度为1，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，有 R11R00小齿轮转动的角速度与自行车轮转动的角速度相同，也为1。设大齿轮转动的角速度为 ，有 R3R21由以上各式解得： (U/BSN)(R2r0/R3r1) 代入数据得 : 3.2s110、解：（1）金属棒匀速运动I /R总F外BILB2L2v/R总（2）（3）金属棒与导轨接触点间的长度随时间变化且，11、解：（ 1）感应电动势 Blv ，I /R I 0 时 v 0 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 14 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 15 - x v02/2a 1（米）（2）最大电流Blv0/R I /2 Blv0/2R 安培力 f I BlB2l2v0/2R 0.02（牛）向右运动时 F f ma Fma f 0.18 （牛）方向与 x 轴相反向左运动时 Ff ma Fma f 0.22 （牛）方向与 x 轴相反（3）开始时 v v0， f Bl B2l2v0/R Ff ma ， Fma f ma B2l2v0/R 当 v0maR/B2l210 米/ 秒 时，F0 方向与 x 轴相反当 v0maR/B2l210 米/ 秒 时，F0 方向与 x 轴相同12、解：导体杆在轨道上做匀加速直线运动，用表示其速度， t 表示时间，则有：=at 杆切割磁力线，将产生感应电动热：=Bl 在杆、轨道和电阻的闭合回路中产生电流：杆受到的安培力的：f=Ibl 根据牛顿第二定律，有： Ff=ma 联立以上各式，得：名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 15 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 16 - 由图线上取两点代入式，可解得：a=10m/s，m=0.1kg 13、解：（ 1）1B2av0.20.85 0.8V I11/R0.8/2 0.4A （2）2/ t 0.5a2B/t 0.32V P1(2/2)2/R1.28102W 1 ，28 *10-214、（1）感应电动势感应电流方向：逆时针（见右图）（2）秒时，（3）总磁通量不变15、解：粒子运动路线如图示有名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 16 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 17 - L4R 粒子初速度为 v，则有： qvB=mv2/R 由、式可算得： v=qBL/4m 设粒子进入电场作减速运动的最大路程为l ，加速度为a，v2=2al qE=ma 粒子运动的总路程 s=2 R+2l由、式，得：s=L/2+qB2L2/ （16mE ）16、（1）开始时金属框产生的电流最大，设为（2）分析列车受力可得：当列车速度增大时，安培力变小，加速度变小，当a=0时，列车速度达到最大，有：而解得：（3）切断电源、改变磁场的方向、增大阻力17、（1）ab 杆离起起始位置的位移从L 到 3L 的过程中，由动能定理可得名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 17 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 18 - ab 杆在磁场中由起始位置发生位移L的过程， 根据功能关系，恒力 F做的功等于 ab杆杆增加的动能与回路产生的焦耳热之和，则联立解得， R 上产生热量 ab 杆刚要离开磁场时， 水平向上受安培力F总和恒力 F作用，安培力为：由牛顿第二定律可得：解得（2）磁场旋转时，可等效为矩形闭合电路在匀强磁场中反方向匀速转动，所以闭合电路中产生正弦式电流，感应电动势的峰值有效值而18、(1) 开始时，导体棒中感应电流最大，加速度最大由牛顿第二定律：(2) 导体棒最终匀速运动，速度达最大，这时感应电流为名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 18 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 19 - BIL=19、(1) 电动势最大值： Em=NBS感应电流有效值： I= R 上产生焦耳热 Q=I2Rt=I2R =(2) 电动势平均值：平均电流流过 R电量 q=20、解：（ 1）金属棒机械能的减少量（2）速度最大时金属棒产生的电动势产生的电流此时的安培力由题意可知，受摩擦力名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 19 页，共 20 页 - - - - - - - - - - 20 - 由能量守恒得，损失的机械能等于金属棒克服摩擦力做功和产生的电热之和电热上端电阻中产生的热量联立式得：名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 20 页，共 20 页 - - - - - - - - -