2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 第二部分 熱點(diǎn)訓(xùn)練七 電磁感應(yīng)與電路

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1、熱點(diǎn)七　電磁感應(yīng)與電路 電磁感應(yīng)，交直流電路是電磁學(xué)較為重要的內(nèi)容，也是高考命題頻率較高的內(nèi)容之一，本部分題型主要是選擇題和計(jì)算題，選擇題主要考查法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律、交流電的有效值、電路的動態(tài)分析以及有關(guān)圖像問題，計(jì)算題以考查電磁感應(yīng)中的電路問題，動力學(xué)問題和能量問題為主。 考向一　電路的動態(tài)分析 　如圖1所示的交流電路中，理想變壓器輸入電壓為u1＝U1msin 100πt(V)，輸入功率為P1，輸出功率為P2，電壓表讀數(shù)為U2，各交流電表均為理想電表，由此可知 圖1 A．燈泡中電流方向每秒鐘改變100次 B．變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為U1m∶U2 C．當(dāng)滑動變

2、阻器R的滑動頭向下移動時各個電表讀數(shù)均變大 D．當(dāng)滑動變阻器R的滑動頭向上移動時P1變大，且始終P1＝P2 [解析]　由u1＝U1msin 100πt(V)，可知交變電源頻率為50 Hz，燈泡中電流方向每秒鐘改變100次，選項(xiàng)A正確；變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為U1m∶U2，選項(xiàng)B錯誤；電壓表的示數(shù)只與原線圈電壓和變壓器原、副線圈匝數(shù)比有關(guān)，在只改變滑動變阻器接入電路的電阻時，電壓表讀數(shù)不變，選項(xiàng)C錯誤；當(dāng)滑動變阻器R的滑動頭向上移動時，變壓器輸出電流減小，輸出功率減小。根據(jù)變壓器功率的制約關(guān)系，P1變小，且始終有P1＝P2，選項(xiàng)D錯誤。 [答案]　A 考向二　電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用 　如

3、圖2，均勻磁場中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導(dǎo)線框，半圓直徑與磁場邊緣重合；磁場方向垂直于半圓面(紙面)向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0。使該線框從靜止開始繞過圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動半周，在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流。現(xiàn)使線框保持圖中所示位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時間線性變化。為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動半周過程中同樣大小的電流，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化率的大小應(yīng)為 圖2 A.　　　　　　　　　B. C. D. [解析]　當(dāng)導(dǎo)線框勻速轉(zhuǎn)動時，設(shè)半徑為r，導(dǎo)線框電阻為R，當(dāng)線框轉(zhuǎn)動時電動勢E＝B0r2ω，當(dāng)磁場變化時，E′＝＝·S＝·πr2，E＝E′，故＝，C對。 [答案]　C 考向三　電

4、磁感應(yīng)中的圖像問題 　某空間中存在一個有豎直邊界的水平方向的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，現(xiàn)將一個等腰梯形閉合導(dǎo)線圈從圖示位置垂直于磁場方向以速度v勻速拉過磁場區(qū)域，尺寸如圖3所示，取向右為力的正方向。下圖中能正確反映該過程中線圈所受安培力F隨時間t變化的圖像是 圖3 [解析]　設(shè)線圈的電阻為R，線圈切割磁感線的有效長度為l，則安培力的大小為F＝，方向一直沿x軸負(fù)方向，在0～這段時間內(nèi)，有效長度l增大，所以F增大且F－t圖線的斜率的絕對值增大；在～這段時間內(nèi)，有效長度l＝L不變，所以F大小不變且t＝時刻F突然變?。辉凇@段時間內(nèi)，有效長度l增大，所以F增大且F－t圖線的斜率的絕對值增大；綜上

5、所述，A項(xiàng)正確。 [答案]　A 考向四　電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題 　如圖4甲所示，兩根完全相同的光滑平行導(dǎo)軌固定，每根導(dǎo)軌均由兩段與水平面成θ＝30°的長直導(dǎo)軌和一段圓弧導(dǎo)軌平滑連接而成，導(dǎo)軌兩端均連接電阻，阻值R1＝R2＝2 Ω，導(dǎo)軌間距L＝0.6 m。在右側(cè)導(dǎo)軌所在斜面的矩形區(qū)域M1M2P2P1內(nèi)分布有垂直右側(cè)導(dǎo)軌平面向上的磁場，磁場上下邊界M1P1、M2P2的距離d＝0.2 m，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示，t＝0時刻，在右側(cè)導(dǎo)軌斜面上與M1P1距離s＝0.1 m處，有一根阻值r＝2 Ω的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌由靜止釋放，恰好獨(dú)立勻速通過整個磁場區(qū)域，取重力加速度g＝

6、10 m/s2，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，求： 圖4 (1)ab在磁場中運(yùn)動的速度大小v； (2)在t1＝0.1 s時刻和t2＝0.25 s時刻電阻R1的電功率的比； (3)電阻R2產(chǎn)生的總熱量Q總。 [解析]　(1)由mgs·sin θ＝mv2得v＝＝1 m/s。 (2)棒從釋放到運(yùn)動至M1P1的時間t＝＝0.2 s 在t1＝0.1 s時，棒還沒進(jìn)入磁場，有E1＝＝Ld＝0.6 V 此時，R2與金屬棒并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，R總＝3 Ω， U1＝R1＝0.4 V 由圖乙可知，t＝0.2 s后磁場保持不變，ab經(jīng)過磁場的時間t′＝＝0.2 s，故在t2＝0.25 s時ab還在磁場中運(yùn)動

7、，電動勢E2＝BLv＝0.6 V 此時R1與R2并聯(lián)，R ′總＝3 Ω，得R1兩端電壓U1′＝0.2 V電功率P＝ 故在t1＝0.1 s和t2＝0.25 s時刻電阻R1的電功率的比值＝＝。 (3)設(shè)ab的質(zhì)量為m，ab在磁場中運(yùn)動時，通過ab的電流I＝，ab受到的安培力FA＝BIL 又mgsin θ＝BIL 解得m＝0.024 kg 在0～0.2 s時間內(nèi)，R2兩端的電壓U2＝0.2 V，產(chǎn)生的熱量Q1＝t＝0.004 J ab最終將在M2P2下方的軌道區(qū)域內(nèi)往返運(yùn)動，到M2P2的速度為零，由功能關(guān)系可得在t＝0.2 s后，整個電路最終產(chǎn)生的熱量Q＝mgd·sin θ＋mv2＝0

8、.036 J，由電路關(guān)系可得R2產(chǎn)生的熱量Q2＝Q＝0.006 J 故R2產(chǎn)生的總熱量Q總＝Q1＋Q2＝0.01 J。 [答案]　(1)1 m/s　(2)4∶1　(3)0.01 J 1．(多選)如圖5所示電路，已知電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，R0為定值電阻，當(dāng)滑動變阻器R的觸頭向下移動時，下列論述正確的是 圖5 A．燈泡L一定變亮 B．電流表的示數(shù)變小 C．電壓表的示數(shù)變小 D．R0消耗的功率變小 答案　ABD 2．如圖6甲所示，理想變壓器的原線圈匝數(shù)n1＝100匝，副線圈匝數(shù)n2＝50匝，電阻R＝10 Ω，V是理想電壓表，原線圈加上如圖乙所示的交流電，則下列說法正

9、確的是 圖6 A．流經(jīng)電阻R的電流的頻率為100 Hz B．電壓表V的示數(shù)為10 V C．流經(jīng)R的電流方向每秒改變50次 D．電阻R上每秒產(chǎn)生的熱量為10 J 答案　D 3.如圖7所示，勻強(qiáng)磁場中有兩個導(dǎo)體圓環(huán)a、b，磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間均勻增大。兩圓環(huán)半徑之比為2∶1，圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢分別為Ea和Eb，不考慮兩圓環(huán)間的相互影響。下列說法正確的是 圖7 A．Ea∶Eb＝4∶1，感應(yīng)電流均沿逆時針方向 B．Ea∶Eb＝4∶1，感應(yīng)電流均沿順時針方向 C．Ea∶Eb＝2∶1，感應(yīng)電流均沿逆時針方向 D．Ea∶Eb＝2∶1，感應(yīng)電流均沿

10、順時針方向 解析　由題意可知＝k，導(dǎo)體圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝＝·S＝·πr2，因ra∶rb＝2∶1，故Ea∶Eb＝4∶1。由楞次定律知感應(yīng)電流的方向均沿順時針方向，選項(xiàng)B正確。 答案　B 4.(多選)空間內(nèi)存在一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁場區(qū)域的橫截面為等腰直角三角形，底邊水平，其斜邊長度為L。一正方形導(dǎo)體框邊長也為L，開始時正方形導(dǎo)體框的ab邊與磁場區(qū)域橫截面的斜邊剛好重合，如圖8所示。從圖示位置開始計(jì)時，正方形導(dǎo)體框以平行于bc邊的速度v勻速穿越磁場。若導(dǎo)體框中的感應(yīng)電流為i，a、b兩點(diǎn)間的電壓為uab，感應(yīng)電流取逆時針方向?yàn)檎?，則在導(dǎo)體框穿越磁場的過程中，下列關(guān)于i、uab隨時

11、間的變化規(guī)律正確的是 圖8 解析　由楞次定律可以判斷出導(dǎo)體框進(jìn)磁場時電流方向?yàn)槟鏁r針，出磁場時電流方向?yàn)轫槙r針，由E＝Blv可得i＝＝，進(jìn)、出磁場時導(dǎo)體框切割磁感線的有效長度l均由大變小，所以電流也是從大變小，選項(xiàng)A正確，B錯誤；進(jìn) 磁場時ab為電源，uab＜0且uab＝－Blv，出磁場時ab不是電源，電流從b到a，uab＜0且uab＝－，選項(xiàng)C錯誤，D正確。 答案　AD 5.(多選)如圖9所示，足夠長的光滑水平直導(dǎo)軌的間距為l，電阻不計(jì)，垂直軌道平面有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，導(dǎo)軌上相隔一定距離放置兩根長度均為l的金屬棒，a棒質(zhì)量為m，電阻為R，b棒質(zhì)量為2 m，電阻為2R

12、，現(xiàn)給a棒一個水平向右的初速度v0，已知a棒在以后的運(yùn)動過程中沒有與b棒發(fā)生碰撞，當(dāng)a棒的速度減為時，b棒剛好碰到了障礙物立即停止運(yùn)動，而a棒仍繼續(xù)運(yùn)動，則下列說法正確的是 圖9 A．b棒碰到障礙物前瞬間的速度為 B．在b棒停止運(yùn)動前b棒產(chǎn)生的焦耳熱為Qb＝mv C．b棒停止運(yùn)動后，a棒繼續(xù)滑行的距離為 D．b棒停止運(yùn)動后，a棒繼續(xù)滑行的距離為 解析　設(shè)b棒碰到障礙物前瞬間的速度為v2，之前兩棒組成的系統(tǒng)動量守恒，則mv0＝m＋2mv2，解得v2＝，所以選項(xiàng)A錯誤；在b棒停止運(yùn)動前，根據(jù)能量守恒定律可知a棒和b棒產(chǎn)生的總焦耳熱Q＝Qa＋Qb＝mv－m()2－×2mv＝mv，Qb＝2Qa，解得Qb＝mv，所以選項(xiàng)B正確；a棒單獨(dú)向右滑行的過程中，當(dāng)其速度為v時，所受的安培力大小為F安＝BIl＝v，根據(jù)動量定理有－F安Δt＝mΔv，所以有(－v·Δt)＝(m·Δv)，可得x＝m，b棒停止運(yùn)動后a棒繼續(xù)前進(jìn)的距離x＝，所以選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯誤。 答案　BC 6