专题九　电磁感应中的电路和图像问题-高三物理二轮复习题.doc

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1、专题九电磁感应中的电路和图像问题时间:40分钟1.(多选)如图Z9-1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间都接有阻值R=10 的电阻.一阻值R=10 的导体棒ab以速度v=4 m/s匀速向左运动,导体棒与导轨垂直且接触良好,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()图Z9-1A.导体棒ab中电流的方向为由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Z9-2甲所示,矩形导线框abcd固定在匀强磁场中,磁场的方向与导线框所在的平面垂直,磁感应强度

2、B随时间变化的规律如图乙所示,规定垂直于纸面向里为磁场正方向,顺时针方向为感应电流i的正方向,水平向右为ad边所受安培力F的正方向,如图Z9-3所示的图像中正确的是()图Z9-2图Z9-33.如图Z9-4所示,一个各短边边长均为L、长边边长为3L的均匀导线框匀速通过宽度为L的匀强磁场区域,磁场方向垂直于纸面向里,线框沿纸面运动,开始时线框右侧短边ab恰好与磁场左边界重合,此过程中最右侧短边两端点a、b间电势差Uab随位移x变化关系图像正确的是图Z9-5中的()图Z9-4图Z9-54.如图Z9-6所示,光滑水平杆上套一导体圆环,条形磁铁平行于水平杆固定放置,t=0时刻,导体环在磁铁左侧O点获得一

3、个向右的初速度,经过t0时间停在磁铁右侧O1点,O、O1两点间距离为x0,且两点关于磁铁左右对称.上述过程中,穿过导体环的磁通量、导体环所受安培力F随位移x变化的关系图线,以及速度v、电流i随时间t变化的关系图线可能正确的是图Z9-7中的()图Z9-6图Z9-75.如图Z9-8所示,一等腰三角形闭合金属框架置于与匀强磁场方向垂直的平面内,其底边与磁场右边界平行,在把框架从磁场中水平向右匀速拉出的过程中,拉力F随框架顶点到磁场右边界距离x变化的图像正确的是图Z9-9中的()图Z9-8图Z9-96.一个匀强磁场的边界是MN,MN左侧无磁场,右侧是范围足够大的匀强磁场区域,如图Z9-10甲所示.现有

4、一个金属线框沿ab(abMN)方向以恒定速度从MN左侧垂直进入匀强磁场区域,线框中的电流随时间变化的I-t图像如图乙所示,则线框可能是图Z9-11中的()图Z9-10图Z9-117.(多选)如图Z9-12所示,平面直角坐标系的第一象限和第二象限分别有垂直于纸面向里和垂直于纸面向外的匀强磁场,且磁感应强度大小相同.现有一四分之一圆形线框OMN绕O点逆时针匀速转动,若规定顺时针方向为线框中感应电流I的正方向,从图示时刻开始计时,则感应电流I及ON边所受的安培力大小F随时间t的变化关系正确的是图Z9-13中的()图Z9-12图Z9-138. 如图Z9-14甲所示,矩形导体框架abcd水平固定放置,a

5、b平行于dc,bc边长L=0.20 m,框架上有定值电阻R=9 (其余电阻不计),导体框架处于磁感应强度大小B1=1.0 T、方向水平向右的匀强磁场中.有一匝数n=300匝、面积S=0.01 m2、电阻r=1 的线圈,通过导线和开关S与导体框架相连,线圈内充满沿其轴线方向的匀强磁场,其磁感应强度B2随时间t变化的关系如图乙所示.B1与B2互不影响.(1)求00.10 s内线圈中的感应电动势大小E;(2)t=0.22 s时刻闭合开关S,若bc边所受安培力方向竖直向上,判断bc边中电流的方向,并求此时其所受安培力的大小F;(3)从t=0时刻起闭合开关S,求00.25 s内电阻R中产生的焦耳热Q.图

6、Z9-14 挑战自我9.在同一水平面上的光滑平行金属导轨P、Q相距l=1 m,导轨左端接有如图Z9-15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R1=R2=12 ,R3=2 ,金属棒ab的电阻r=2 ,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m=110-14 kg、电荷量q=-110-14 C的微粒恰好静止不动.g取10 m/s2.在整个运动过程中金属棒与导轨始终保持垂直并接触良好,且速度恒定.求:(1)匀强磁场的方向;(2)ab棒两端的电压;(3)金属棒ab运动的速度

7、大小.图Z9-15专题训练(九)1.BD解析 由右手定则可判断,ab中电流方向为ab,A错误;导体棒ab切割磁感线产生的感应电动势E=Blv,ab为电源,cd间电阻R为外电路负载,de和cf间电阻中无电流,de和cf两端无电压,因此cd和fe两端电压相等,即U=E2RR=Blv2=1 V,B、D正确,C错误.2.BD解析 线框中的感应电流取决于磁感应强度B随t的变化率,由图像可知,01 s时间内,B增大,增大,感应磁场与原磁场方向相反(感应磁场的磁感应强度的方向向外),由右手螺旋定则可判断,感应电流沿逆时针方向,是负值,由于磁感应强度随时间均匀变化,所以产生的感应电流恒定,同理可分析,14 s

8、内感应电流情况,故A错误,B正确;01 s时间内,ad边感应电流是向下的,ad边所受的安培力F=BIL,根据左手定则可判断,安培力方向向右,为正值,由于B随时间均匀增大,I不变,所以安培力F随时间t均匀增大,同理可分析14 s内F的变化情况,故C错误,D正确.3.D解析 0L过程中,ab边切割磁感线产生的感应电动势E1=BLv,a点电势高于b点,则Uab=910BLv;L2L过程中,感应电动势E2=2BLv,a点电势低于b点,则Uab=-1102BLv=-15BLv;2L3L过程中,最左边切割磁感线产生的感应电动势E3=3BLv,a点电势高于b点,则Uab=1103BLv=310BLv,故D正

9、确,A、B、C错误.4.D解析 根据条形磁铁磁场的对称性,导体环在O处和O1处的磁通量等大同向,故A错误;根据楞次定律可判断,导体环受到的阻力一直与速度方向相反,故受力一直向左,不存在力反向的情况,故B错误;导体环在OO1中点时的磁通量变化率为0,故在该点受安培力大小为0,加速度为0,故C错误;开始导体环靠近磁极磁通量增加,磁通量变化率可能会增加,电流增大,之后磁通量变化率会变小,电流减小,过了OO1中点,磁通量减少,因此感应电流反向,磁通量变化率可能继续增加,故电流反向增大,靠近O1时,随着速度减小,磁通量变化率逐渐减至0,电流也逐渐减小到0,故D正确.5.D解析 设等腰三角形的顶角为2,此

10、过程产生的感应电动势为E=BLv=B2xtan v=2Bvtan x,感应电流为I=ER=2BvtanxR,框架受到的安培力为F安=BIL=B2BvtanxR2xtan =4B2vx2tan2R,框架做匀速直线运动,由平衡条件得F=F安,由数学知识可知选项D正确,A、B、C错误.6.D解析 线框切割磁感线产生的感应电动势E=BLv,设线框总电阻是R,则感应电流I=ER=BLvR,由图乙所示图像可知,感应电流先均匀变大,后均匀变小,由于B、v、R是定值,故有效切割长度L应先变大后变小,且L随时间均匀变化.闭合圆环匀速进入磁场时,有效长度L先变大后变小,但L随时间不是均匀变化,不符合题意,故A错误

11、;正方形线框进入磁场时,有效长度L不变,感应电流不变,不符合题意,故B错误;梯形线框匀速进入磁场时,有效长度L先均匀增加,后不变,再均匀减小,不符合题意,故C错误;三角形线框匀速进入磁场时,有效长度L先增加后减小,且随时间均匀变化,符合题意,故D正确.7.AD解析 在0t0时间内,由楞次定律可判断出感应电流方向为逆时针方向(为负值);在t02t0时间内,由楞次定律可判断出感应电流方向为顺时针方向(为正值),且大小为在0t0时间内产生的电流大小的2倍;在2t03t0时间内,由楞次定律可判断出感应电流方向为逆时针方向(为负值),且大小与在0t0时间内产生的感应电流大小相等.因此感应电流I随时间t的

12、变化图线与选项A中图像相符,选项A正确,B错误.在0t0时间内,ON边虽然有电流但没有进入磁场区域,所受安培力为零;在t02t0时间内,感应电流大小为在2t03t0时间内产生的2倍,ON边所受安培力为在2t03t0时间内的2倍,因此ON边所受的安培力大小F随时间t的变化图线与选项D中图像相符,选项C错误,D正确.8.(1)30 V(2)bc1.2 N(3)24.3 J解析 (1)由法拉第电磁感应定律得E1=nt=nSB2t=30 V(2)由左手定则得bc边中电流方向为bcE2=nSB2t=2E1=60 V由闭合电路的欧姆定律得I2=E2R+r=6 A安培力大小F=I2LB1=1.2 N(3)由

13、闭合电路的欧姆定律得I1=E1R+r=3 AQ=I12Rt1+I22Rt2=24.3 J9.(1)竖直向下(2)0.4 V(3)1 m/s解析 (1)带负电的微粒受到重力和电场力的作用而处于静止状态,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,等效于电源,感应电流方向由b流向a,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而处于静止状态,根据平衡条件得mg=E|q|又E=UMNd所以UMN=mgd|q|=0.1 VR3两端电压与电容器两端电压相等,由欧姆定律得通过R3的电流为I=UMNR3=0.05 A则ab棒两端的电压为Uab=UMN+IR1R2R1+R2=0.4 V.(3)设金属棒ab运动的速度为v,由法拉第电磁感应定律得感应电动势E感=Blv由闭合电路欧姆定律得E感=Uab+Ir=0.5 V联立解得v=1 m/s.