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2019-2020年高考物理 6年高考母題精解精析專題09 電磁感應(yīng)
【xx高考】
5. (xx海南)如圖,一質(zhì)量為m的條形磁鐵用細(xì)線懸掛在天花板上,細(xì)線從一水平金屬環(huán)中穿過?,F(xiàn)將環(huán)從位置I釋放,環(huán)經(jīng)過磁鐵到達(dá)位置II。設(shè)環(huán)經(jīng)過磁鐵上端和下端附近時(shí)細(xì)線的張力分別為T1和T2,重力加速度大小為g,則
A.T1>mg,T2>mg B.T1
mg,T2mg
(xx福建)18、【原題】:如圖甲,一圓形閉合銅環(huán)由高處從靜止開始下落,穿過一根豎直懸掛的條形磁鐵,銅環(huán)的中心軸線與條形磁鐵的中軸始終保持重合。若取磁鐵中心O為坐標(biāo)原點(diǎn),建立豎直向下正方向的x軸,則圖乙中最能正確反映環(huán)中感應(yīng)電流i隨環(huán)心位置坐標(biāo)x變化的關(guān)系圖像是
(xx浙江)20、為了測量儲(chǔ)罐中不導(dǎo)電液體的高度,將與儲(chǔ)罐外面殼絕緣的兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容C置于儲(chǔ)罐中,電容器可通過開關(guān)S與線圈L或電源相連,如圖所示。當(dāng)開關(guān)從a撥到b時(shí),由L與C構(gòu)成的回路中產(chǎn)生周期的振蕩電流。當(dāng)罐中的液面上升時(shí)
A.電容器的電容減小
B. 電容器的電容增大
C. LC回路的振蕩頻率減小
D. LC回路的振蕩頻率增大
【答案】:BC
【解析】:由電容器決定式知,當(dāng)液面上升的時(shí)候,相當(dāng)于介電常數(shù)在變大,所以A錯(cuò)誤,B正確,所以振蕩周期變大,振蕩頻率在減小。C正確
【考點(diǎn)定位】電磁波、電容器
(xx四川)16.如圖所示,在鐵芯P上繞著兩個(gè)線圈a和b,則
A.繞圈a輸入正弦交變電流,線圈b可輸出恒定電流
B.繞圈a輸入恒定電流,穿過線圈b的磁通量一定為零
C.繞圈b輸出的交變電流不對線圈a的磁場造成影響
D.繞圈a的磁場變化時(shí),線圈b中一定有電場
【答案】:D
【解析】:繞圈a輸入正弦交變電流,線圈b可輸出同頻率的交變電流,A錯(cuò)誤。繞圈a
輸入恒定電流,產(chǎn)生的磁場穿過線圈b,穿過線圈b的磁通量不為零,B錯(cuò)誤。根據(jù)互感現(xiàn)象,繞圈b輸出的交變電流,對線圈a的磁場會(huì)造成影響,C錯(cuò)誤。根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,變化的磁場產(chǎn)生電場,繞圈a的磁場變化時(shí),線圈b中會(huì)產(chǎn)生電場,D正確。
【考點(diǎn)定位】本題考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象,互感現(xiàn)象,麥克斯韋電磁場理論。
(xx北京)19.物理課上,老師做了一個(gè)奇妙的“跳環(huán)實(shí)驗(yàn)”。如圖, 她把一個(gè)帶鐵芯的線圈L、開關(guān)S和電源用導(dǎo)線連接起來后。將一金屬套環(huán)置于線圈L上,且使鐵芯穿過套環(huán)。閉合開關(guān)S的瞬間,套環(huán)立刻跳起。
某同學(xué)另找來器材再探究此實(shí)驗(yàn)。他連接好電路,經(jīng)重復(fù)試驗(yàn),線圈上的套環(huán)均未動(dòng)。對比老師演示的實(shí)驗(yàn),下列四個(gè)選項(xiàng)中,導(dǎo)致套環(huán)未動(dòng)的原因可能是
A.線圈接在了直流電源上 B.電源電壓過高
C.所選線圈的匝數(shù)過多 D.所用套環(huán)的材料與老師的不同
(xx北京)15.一個(gè)小型電熱器若接在輸出電壓為10v的直流電源上,消耗電功率為P;若把它接在某個(gè)正弦交流電源上,其消耗的電功率為。如果電熱器電阻不變,則此交流電源輸出電壓的最大值為
A.5V B.5V C.5V D.10V
【答案】:C
【解析】: ,,解得Um=10V
【考點(diǎn)定位】本題考查了交流電的有效值的計(jì)算,屬于簡單題。
(xx全國新課標(biāo)卷)17.自耦變壓器鐵芯上只繞有一個(gè)線圈,原、副線圈都只取該線圈的某部分,一升壓式自耦調(diào)壓變壓器的電路如圖所示,其副線圈匝數(shù)可調(diào)。已知變壓器線圈總匝數(shù)為1900匝;原線圈為1100匝,接在有效值為220V的交流電源上。當(dāng)變壓器輸出電壓調(diào)至最大時(shí),負(fù)載R上的功率為2.0kW。設(shè)此時(shí)原線圈中電流有效值為I1,負(fù)載兩端電壓的有效值為U2,且變壓器是理想的,則U2和I1分別約為
A.380V和5.3A
B.380V和9.1A
C.240V和5.3A
D.240V和9.1A
【答案】 B
【解析】根據(jù)電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系:U1/U2=n1/n2可知:U2=380V,排除選項(xiàng)C、D;根據(jù)I1/I2= n2/ n1可知I1=9.1A,排除選項(xiàng)A,綜上所述,選項(xiàng)B正確。
【考點(diǎn)定位】本考點(diǎn)主要考查變壓器的基本原理。
(xx全國新課標(biāo)卷)19.如圖,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(dòng)半周,在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流?,F(xiàn)使線框保持圖中所示位置,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間線性變化。為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動(dòng)半周過程中同樣大小的電流,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率的大小應(yīng)為
A. B. C. D.
(xx全國新課標(biāo)卷)20.如圖,一載流長直導(dǎo)線和一矩形導(dǎo)線框固定在同一平面內(nèi),線框在長直導(dǎo)線右側(cè),且其長邊與長直導(dǎo)線平行。已知在t=0到t=t1的時(shí)間間隔內(nèi),直導(dǎo)線中電流i發(fā)生某種變化,而線框中感應(yīng)電流總是沿順時(shí)針方向;線框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。設(shè)電流i正方向與圖中箭頭方向相同,則i隨時(shí)間t變化的圖線可能是
(xx浙江)25、(22分)為了提高自行車夜間行駛的安全性,小明同學(xué)設(shè)計(jì)了一種“閃爍”裝置,如圖所示,自行車后輪由半徑r1=5.0╳10-2m的金屬內(nèi)圈、半徑r2=0.40m的金屬內(nèi)圈和絕緣輻條構(gòu)成。后輪的內(nèi)、外圈之間等間隔地接有4根金屬條,每根金屬條的中間均串聯(lián)有一電阻值為R的小燈泡。在支架上裝有磁鐵,形成了磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.10T、方向垂直紙面向外的“扇形”勻強(qiáng)磁場,其內(nèi)半徑為r1、外半徑為r2、張角θ=π/6。后輪以角速度ω=2π rad/s相對于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。若不計(jì)其它電阻,忽略磁場的邊緣效應(yīng)。
(1)當(dāng)金屬條ab進(jìn)入“扇形” 磁場時(shí),求感應(yīng)電動(dòng)勢E,并指出ab上的電流方向;
(2)當(dāng)金屬條ab進(jìn)入“扇形” 磁場時(shí),畫出“閃爍”裝置的電路圖;
(3)從金屬條ab進(jìn)入“扇形” 磁場開始,經(jīng)計(jì)算畫出輪子轉(zhuǎn)一圈過程中,內(nèi)圈與外圈之間電勢差Uab-t圖象;
(4)若選擇的是“1.5V、0.3A”的小燈泡,該“閃爍”裝置能否正常工作?有同學(xué)提出,通過改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B、后輪外圈半徑r2、角速度ω和張角θ等物理量的大小,優(yōu)化前同學(xué)的設(shè)計(jì)方案,請給出你的評價(jià)。
設(shè) ab離開磁場區(qū)域的時(shí)刻為,下一條金屬條進(jìn)入磁場區(qū)域的時(shí)刻為
⑦
⑧
設(shè)輪子轉(zhuǎn)一圈的周期為T,則
T=1s⑨
在T=1s內(nèi),金屬條四次進(jìn)出磁場,后三次與第一次一樣。
由上面4式可畫出如下圖圖像
(4)“閃爍“裝置不能正常工作。(金屬條的電動(dòng)勢遠(yuǎn)小于小燈泡的額定電壓,因此無法正常工作)
B增大,E增大,但有限度
r2增大,E增大,但有限度
ω增大,E增大,但有限度
θ增大,E不變。
【考點(diǎn)定位】電磁感應(yīng)、電路、此題最后一問為開放性試題。
(xx江蘇)13. (15 分)某興趣小組設(shè)計(jì)了一種發(fā)電裝置,如圖所示. 在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場區(qū)域的圓心角琢均為49仔,磁場均沿半徑方向. 匝數(shù)為N 的矩形線圈abcd 的邊長ab =cd =、bc =ad =2. 線圈以角速度棕繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),bc和ad 邊同時(shí)進(jìn)入磁場. 在磁場中,兩條邊所經(jīng)過處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向始終與兩邊的運(yùn)動(dòng)方向垂直. 線圈的總電阻為r,外接電阻為R. 求:
(1)線圈切割磁感線時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢的大小Em;
(2)線圈切割磁感線時(shí),bc 邊所受安培力的大小F;
(3)外接電阻上電流的有效值I.
(xx安徽)23.(16分)圖1是交流發(fā)電機(jī)模型示意圖。在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場中,有一矩形線圖可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸轉(zhuǎn)動(dòng),由線圈引起的導(dǎo)線和分別與兩個(gè)跟線圈一起繞轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬圈環(huán)相連接,金屬圈環(huán)又分別與兩個(gè)固定的電刷保持滑動(dòng)接觸,這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中就可以保持和外電話電阻形成閉合電路。圖2是線圈的住視圖,導(dǎo)線和分別用它們的橫截面來表示。已知長度為, 長度為,線圈以恒定角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。(只考慮單匝線圈)
(1)線圈平面處于中性面位置時(shí)開始計(jì)時(shí),試推導(dǎo)t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢的表達(dá)式;
(2)線圈平面處于與中性面成夾角位置時(shí)開始計(jì)時(shí),如圖3所示,試寫出t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢的表達(dá)式;
(3)若線圈電阻為r,求線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱。(其它電阻均不計(jì))
有效電流R上的功率: 轉(zhuǎn)動(dòng)一周電流在R上做功:
【考點(diǎn)定位】功、電磁感應(yīng)
(xx上海)33.(14分)如圖,質(zhì)量為M的足夠長金屬導(dǎo)軌abcd放在光滑的絕緣水平面上。一電阻不計(jì),質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒PQ放置在導(dǎo)軌上,始終與導(dǎo)軌接觸良好,PQbc構(gòu)成矩形。棒與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,棒左側(cè)有兩個(gè)固定于水平面的立柱。導(dǎo)軌bc段長為L,開始時(shí)PQ左側(cè)導(dǎo)軌的總電阻為R,右側(cè)導(dǎo)軌單位長度的電阻為R0。以ef為界,其左側(cè)勻強(qiáng)磁場方向豎直向上,右側(cè)勻強(qiáng)磁場水平向左,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。在t=0時(shí),一水平向左的拉力F垂直作用在導(dǎo)軌的bc邊上,使導(dǎo)軌由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度為a。
(1)求回路中感應(yīng)電動(dòng)勢及感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的表達(dá)式;
(2)經(jīng)過多長時(shí)間拉力F達(dá)到最大值,拉力F的最大值為多少?
(3)某過程中回路產(chǎn)生的焦耳熱為Q,導(dǎo)軌克服摩擦力做功為W,求導(dǎo)軌動(dòng)能的增加量。
(2)導(dǎo)軌受外力F,安培力FA摩擦力f。其中
FA=BIL=
Ff=mFN=m(mg+BIL)=m(mg+)
由牛頓定律F-FA-Ff=Ma,
F=Ma+FA+Ff=Ma+mmg+(1+m)
上式中當(dāng)=R0at
即t=時(shí)外力F取最大值,
F max=Ma+mmg+(1+m)B2L2,
(xx上海)26.(4分)為判斷線圈繞向,可將靈敏電流計(jì)G與線圈L連接,如圖所示。己知線圈由a端開始繞至b端:當(dāng)電流從電流計(jì)G左端流入時(shí),指針向左偏轉(zhuǎn)。
(1)將磁鐵N極向下從線圈上方豎直插入L時(shí),發(fā)現(xiàn)指針向左偏轉(zhuǎn)。俯視線圈,其繞向?yàn)開___________(填:“順時(shí)針”或“逆時(shí)針”)。
(2)當(dāng)條形磁鐵從圖中的虛線位置向右遠(yuǎn)離L時(shí),指針向右偏轉(zhuǎn)。俯視線圈,其繞向?yàn)開___________(填:“順時(shí)針”或“逆時(shí)針”)。
【答案】(1)順時(shí)針,(2)逆時(shí)針,
【解析】(1)由題可知在螺線管內(nèi)電流從b流向a,而根據(jù)楞次定律(增反減同)螺線管中產(chǎn)生的磁場與原磁場方向相反(向上)再根據(jù)右手螺旋定則可知電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向(俯視線圈),因此從a向b看導(dǎo)線繞向?yàn)轫槙r(shí)針方向
(2)由題可知在螺線管內(nèi)電流從a流向b,而根據(jù)楞次定律(增反減同)螺線管中產(chǎn)生的磁場與原磁場方向相同(向上)再根據(jù)右手螺旋定則可知感應(yīng)電流方向與(1)相同,而電流的流向與(1)相反,因此繞向一定與此(1)相反為逆時(shí)針方向(俯視線圈)。
【考點(diǎn)定位】電磁感應(yīng)
【xx高考】
1 (廣東卷第15題).將閉合多匝線圈置于僅隨時(shí)間變化的磁場中,線圈平面與磁場方向垂直,關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流,下列表述正確的是
A.感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)
B.穿過線圈的磁通量越大,感應(yīng)電動(dòng)勢越大
C.穿過線圈的磁通量變化越快,感應(yīng)電動(dòng)勢越大
D.感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同
2(xx江蘇卷第2題).如圖所示,固定的水平長直導(dǎo)線中通有電流I,矩形線框與導(dǎo)線在同一豎直平面內(nèi),且一邊與導(dǎo)線平行。線框由靜止釋放,在下落過程中
A.穿過線框的磁通量保持不變
B.線框中感應(yīng)電流方向保持不變
C.線框所受安掊力的合力為零
D.線框的機(jī)械能不斷增大
4(福建第17題). 如圖,足夠長的U型光滑金屬導(dǎo)軌平面與水平面成角(0<<90),其中MN平行且間距為L,導(dǎo)軌平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直,導(dǎo)軌電阻不計(jì)。金屬棒由靜止開始沿導(dǎo)軌下滑,并與兩導(dǎo)軌始終保持垂直且良好接觸,棒接入電路的電阻為R,當(dāng)流過棒某一橫截面的電量為q時(shí),它的速度大小為,則金屬棒在這一過程中
A.F運(yùn)動(dòng)的平均速度大小為
B.平滑位移大小為
C.產(chǎn)生的焦?fàn)枱釣?
D.受到的最大安培力大小為
5(海南第6題).如圖,EOF和為空間一勻強(qiáng)磁場的邊界,其中EO∥,F(xiàn)O∥,且EO⊥OF;為∠EOF的角平分線,間的距離為l;磁場方向垂直于紙面向里。一邊長為l的正方形導(dǎo)線框沿方向勻速通過磁場,t=0時(shí)刻恰好位于圖示位置。規(guī)定導(dǎo)線框中感應(yīng)電流沿逆時(shí)針方向時(shí)為正,則感應(yīng)電流i與實(shí)踐t的關(guān)系圖線可能正確的是 ( B )
7(xx廣東第15題).將閉合多匝線圈置于僅隨時(shí)間變化的磁場中,線圈平面與磁場方向垂直,關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流,下列表述正確的是
A.感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)
B.穿過線圈的磁通量越大,感應(yīng)電動(dòng)勢越大
C.穿過線圈的磁通量變化越快,感應(yīng)電動(dòng)勢越大
D.感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同
解析:由E=,AB錯(cuò),C正確。B原與B感的方向可相同亦可相反。D錯(cuò)。選C
9 (xx上海第13題).如圖,均勻帶正電的絕緣圓環(huán)a與金屬圓環(huán)b同心共面放置,當(dāng)a繞O點(diǎn)在其所在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí),b中產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流,且具有收縮趨勢,由此可知,圓環(huán)a
(A)順時(shí)針加速旋轉(zhuǎn) (B)順時(shí)針減速旋轉(zhuǎn)
(C)逆時(shí)針加速旋轉(zhuǎn) (D)逆時(shí)針減速旋轉(zhuǎn)
10(xx上海第20題).如圖,磁場垂直于紙面,磁感應(yīng)強(qiáng)度在豎直方向均勻分布,水平方向非均勻分布。一銅制圓環(huán)用絲線懸掛于點(diǎn),將圓環(huán)拉至位置后無初速釋放,在圓環(huán)從擺向的過程中
(A)感應(yīng)電流方向先逆時(shí)針后順時(shí)針再逆時(shí)針
(B)感應(yīng)電流方向一直是逆時(shí)針
(C)安培力方向始終與速度方向相反
(D)安培力方向始終沿水平方向
11(201山東第22題).
如圖甲所示,兩固定的豎直光滑金屬導(dǎo)軌足夠長且電阻不計(jì)。兩質(zhì)量、長度均相同的導(dǎo)體棒、,置于邊界水平的勻強(qiáng)磁場上方同一高度處。磁場寬為3,方向與導(dǎo)軌平面垂直。先由靜止釋放,剛進(jìn)入磁場即勻速運(yùn)動(dòng),此時(shí)再由靜止釋放,兩導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌始終保持良好接觸。用表示的加速度,表示的動(dòng)能,、分別表示、相對釋放點(diǎn)的位移。圖乙中正確的是
12(xx上海第28題).在“研究回路中感應(yīng)電動(dòng)勢大小與磁通量變化快慢的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)(見圖(a))中,得到圖線如圖(b)所示。
(1)(多選題)在實(shí)驗(yàn)中需保持不變的是( )
(A)擋光片的寬度 (B)小車的釋放位置
(C)導(dǎo)軌傾斜的角度 (D)光電門的位置
(2)線圈匝數(shù)增加一倍后重做該實(shí)驗(yàn),在圖(b)中畫出實(shí)驗(yàn)圖線。
(1) A,D (3分)
(2)見圖 (2分)
13(xx全國卷1第24題).(15分)
如圖,兩根足夠長的金屬導(dǎo)軌ab、cd豎直放置,導(dǎo)軌間距離為L1電阻不計(jì)。在導(dǎo)軌上端并接兩個(gè)額定功率均為P、電阻均為R的小燈泡。整個(gè)系統(tǒng)置于勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與導(dǎo)軌所在平面垂直?,F(xiàn)將一質(zhì)量為m、電阻可以忽略的金屬棒MN從圖示位置由靜止開始釋放。金屬棒下落過程中保持水平,且與導(dǎo)軌接觸良好。已知某時(shí)刻后兩燈泡保持正常發(fā)光。重力加速度為g。求:
(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小:
(2)燈泡正常發(fā)光時(shí)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速率。
解析:每個(gè)燈上的額定電流為額定電壓為:
(1)最后MN勻速運(yùn)動(dòng)故:B2IL=mg求出:
(2)U=BLv得:
14(xx海南第16題).如圖,ab和cd是兩條豎直放置的長直光滑金屬導(dǎo)軌,MN和是兩根用細(xì)線連接的金屬桿,其質(zhì)量分別為m和2m。豎直向上的外力F作用在桿MN上,使兩桿水平靜止,并剛好與導(dǎo)軌接觸;兩桿的總電阻為R,導(dǎo)軌間距為。整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向與導(dǎo)軌所在平面垂直。導(dǎo)軌電阻可忽略,重力加速度為g。在t=0時(shí)刻將細(xì)線燒斷,保持F不變,金屬桿和導(dǎo)軌始終接觸良好。求
(1)細(xì)線少斷后,任意時(shí)刻兩桿運(yùn)動(dòng)的速度之比;
(2)兩桿分別達(dá)到的最大速度。
15(xx天津第11題).(18分)
如圖所示,兩根足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ間距為l=0.5m,其電阻不計(jì),兩導(dǎo)軌及其構(gòu)成的平面均與水平面成30角。完全相同的兩金屬棒ab、cd分別垂直導(dǎo)軌放置,每棒兩端都與導(dǎo)軌始終有良好接觸,已知兩棒的質(zhì)量均為0.02kg,電阻均為R=0.1Ω,整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.2T,棒ab在平行于導(dǎo)軌向上的力F作用下,沿導(dǎo)軌向上勻速運(yùn)動(dòng),而棒cd恰好能保持靜止。取g=10m/s2,問:
(1)通過cd棒的電流I是多少,方向如何?
(2)棒ab受到的力F多大?
(3)棒cd每產(chǎn)生Q=0.1J的熱量,力F做的功W是多少?
16(xx浙江第23題).(16分)
如圖甲所示,在水平面上固定有長為L=2m、寬為d=1m的金屬“U”型軌導(dǎo),在“U”型導(dǎo)軌右側(cè)l=0.5m范圍內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示。在t=0時(shí)刻,質(zhì)量為m=0.1kg的導(dǎo)體棒以v0=1m/s的初速度從導(dǎo)軌的左端開始向右運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.1,導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒單位長度的電阻均為,不計(jì)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的接觸電阻及地球磁場的影響(取)。
(1)通過計(jì)算分析4s內(nèi)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況;
(2)計(jì)算4s內(nèi)回路中電流的大小,并判斷電流方向;
(3)計(jì)算4s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱。
17(xx上海第32題).(14 分)
電阻可忽略的光滑平行金屬導(dǎo)軌長S=1.15m,兩導(dǎo)軌間距L=0.75 m,導(dǎo)軌傾角為30,導(dǎo)軌上端ab接一阻值R=1.5Ω的電阻,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8T的勻強(qiáng)磁場垂直軌道平面向上。阻值r=0.5Ω,質(zhì)量m=0.2kg的金屬棒與軌道垂直且接觸良好,從軌道上端ab處由靜止開始下滑至底端,在此過程中金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱。(取)求:
(1)金屬棒在此過程中克服安培力的功;
(2)金屬棒下滑速度時(shí)的加速度.
(3)為求金屬棒下滑的最大速度,有同學(xué)解答如下:由動(dòng)能定理,……。由此所得結(jié)果是否正確?若正確,說明理由并完成本小題;若不正確,給出正確的解答。
答案.(1)下滑過程中安培力的功即為在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱,由于,因此
(1分)
∴ (2分)
上式表明,加速度隨速度增加而減小,棒作加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)。無論最終是否達(dá)到勻速,當(dāng)棒到達(dá)斜面底端時(shí)速度一定為最大。由動(dòng)能定理可以得到棒的末速度,因此上述解法正確。
(2分)
(1分)
∴ (1分)
18(四川第24題).(19分)
如圖所示,間距l(xiāng)=0.3m的平行金屬導(dǎo)軌a1b1c1和a2b2c2分別固定在兩個(gè)豎直面內(nèi),在水平面a1b1b2a2區(qū)域內(nèi)和傾角=的斜面c1b1b2c2區(qū)域內(nèi)分別有磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=0.4T、方向豎直向上和B2=1T、方向垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場。電阻R=0.3、質(zhì)量m1=0.1kg、長為l 的相同導(dǎo)體桿K、S、Q分別放置在導(dǎo)軌上,S桿的兩端固定在b1、b2點(diǎn),K、Q桿可沿導(dǎo)軌無摩擦滑動(dòng)且始終接觸良好。一端系于K桿中點(diǎn)的輕繩平行于導(dǎo)軌繞過輕質(zhì)滑輪自然下垂,繩上穿有質(zhì)量m2=0.05kg的小環(huán)。已知小環(huán)以a=6 m/s2的加速度沿繩下滑,K桿保持靜止,Q桿在垂直于桿且沿斜面向下的拉力F作用下勻速運(yùn)動(dòng)。不計(jì)導(dǎo)軌電阻和滑輪摩擦,繩不可伸長。取g=10 m/s2,sin=0.6,cos=0.8。求
(1)小環(huán)所受摩擦力的大??;
(2)Q桿所受拉力的瞬時(shí)功率。
根據(jù)歐姆定律有 ⑥
且 ⑦
瞬時(shí)功率表達(dá)式為 ⑧
聯(lián)立以上各式得 ⑨
【答案】(1);(2)。
19(重慶第23題).(16分)
有人設(shè)計(jì)了一種可測速的跑步機(jī),測速原理如題23圖所示,該機(jī)底面固定有間距為、長度為的平行金屬電極。電極間充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,且接有電壓表和電阻,絕緣橡膠帶上鍍有間距為的平行細(xì)金屬條,磁場中始終僅有一根金屬條,且與電極接觸良好,不計(jì)金屬電阻,若橡膠帶勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),電壓表讀數(shù)為,求:
(1)橡膠帶勻速運(yùn)動(dòng)的速率;
(2)電阻R消耗的電功率;
(3)一根金屬條每次經(jīng)過磁場區(qū)域克服安培力做的功。
解:
(l)設(shè)電動(dòng)勢為,橡膠帶運(yùn)動(dòng)速率為v
由:
得:
【xx高考】
1. xx全國卷Ⅱ18如圖,空間某區(qū)域中有一勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平,且垂直于紙面向里,磁場上邊界b 和下邊界d水平。在豎直面內(nèi)有一矩形金屬統(tǒng)一加線圈,線圈上下邊的距離很短,下邊水平。線圈從水平面a開始下落。已知磁場上下邊界之間的距離大于水平面a、b之間的距離。若線圈下邊剛通過水平面b、c(位于磁場中)和d時(shí),線圈所受到的磁場力的大小分別為、和,則
A.>>
B. <<
C. >>
D. <<
2. xx江蘇物理2一矩形線框置于勻強(qiáng)磁場中,線框平面與磁場方向垂直,先保持線框的面積不變,將磁感應(yīng)強(qiáng)度在1 s 時(shí)間內(nèi)均勻地增大到原來的兩倍,接著保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變,在1 s 時(shí)間內(nèi),再將線框的面積均勻地減小到原來的一半,先后兩個(gè)過程中,線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的比值為
(A) (B)1 (C)2 (D)4
答案:B
3. xx新課標(biāo)14
4. xx新課標(biāo)21如圖所示,兩個(gè)端面半徑同為R的圓柱形鐵芯同軸水平放置,相對的端面之間有一縫隙,鐵芯上繞導(dǎo)線并與電源連接,在縫隙中形成一勻強(qiáng)磁場.一銅質(zhì)細(xì)直棒ab水平置于縫隙中,且與圓柱軸線等高、垂直.讓銅棒從靜止開始自由下落,銅棒下落距離為0.2R時(shí)銅棒中電動(dòng)勢大小為,下落距離為0.8R時(shí)電動(dòng)勢大小為,忽略渦流損耗和邊緣效應(yīng).關(guān)于、的大小和銅棒離開磁場前兩端的極性,下列判斷正確的是
A、>,a端為正 B、>,b端為正
C、<,a端為正 D、<,b端為正
5. xx上海物理19如右圖,一有界區(qū)域內(nèi),存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為,方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強(qiáng)磁場,磁場寬度均為,邊長為的正方形框的邊緊靠磁場邊緣置于桌面上,使線框從靜止開始沿軸正方向勻加速通過磁場區(qū)域,若以逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较?,能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是圖
6.xx海南物理2一金屬圓環(huán)水平固定放置?,F(xiàn)將一豎直的條形磁鐵,在圓環(huán)上方沿圓環(huán)軸線從靜止開始釋放,在條形磁鐵穿過圓環(huán)的過程中,條形磁鐵與圓環(huán)
A.始終相互吸引
B.始終相互排斥
C.先相互吸引,后相互排斥
D.先相互排斥,后相互吸引
【答案】D
【解析】由楞次定律可知,當(dāng)條形磁鐵靠近圓環(huán)時(shí),感應(yīng)電流阻礙其靠近,是排斥力;當(dāng)磁鐵穿過圓環(huán)遠(yuǎn)離圓環(huán)時(shí),感應(yīng)電流阻礙其遠(yuǎn)離,是吸引力,D正確。
7.xx海南物理7下列說法正確的是
A.當(dāng)線圈中電流不變時(shí),線圈中沒有自感電動(dòng)勢
B.當(dāng)線圈中電流反向時(shí).線圈中自感電動(dòng)勢的方向與線圈中原電流的方向相反
C.當(dāng)線圈中電流增大時(shí),線圈中自感電動(dòng)勢的方向與線圈中電流的方向相反
D.當(dāng)線圈中電流減小時(shí),線圈中自感電動(dòng)勢的方向與線圈中電流的方向相反
【答案】AC
【解析】由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,當(dāng)線圈中電流不變時(shí),不產(chǎn)生自感電動(dòng)勢,A對;當(dāng)線圈中電流反向時(shí).相當(dāng)于電流減小,線圈中自感電動(dòng)勢的方向與線圈中原電流的方向相同,B錯(cuò);當(dāng)線圈中電流增大時(shí),自感電動(dòng)勢阻礙電流的增大,線圈中自感電動(dòng)勢的方向與線圈中電流的方向相反,C對;當(dāng)線圈中電流減小時(shí),自感電動(dòng)勢阻礙電流的減小,線圈中自感電動(dòng)勢的方向與線圈中電流的方向相同,D錯(cuò)。
8.xx天津11如圖所示,質(zhì)量m1=0.1kg,電阻R1=0.3Ω,長度l=0.4m的導(dǎo)體棒ab橫放在U型金屬框架上??蚣苜|(zhì)量m2=0.2kg,放在絕緣水平面上,與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,相距0.4m的MM’、NN’相互平行,電阻不計(jì)且足夠長。電阻R2=0.1Ω的MN垂直于MM’。整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T。垂直于ab施加F=2N的水平恒力,ab從靜止開始無摩擦地運(yùn)動(dòng),始終與MM’、NN’保持良好接觸,當(dāng)ab運(yùn)動(dòng)到某處時(shí),框架開始運(yùn)動(dòng)。設(shè)框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,g取10m/s2.
(1)求框架開始運(yùn)動(dòng)時(shí)ab速度v的大?。?
(2)從ab開始運(yùn)動(dòng)到框架開始運(yùn)動(dòng)的過程中,MN上產(chǎn)生的熱量Q=0.1J,求該過程ab位移x的大小。
(2)閉合回路中產(chǎn)生的總熱量
⑨
由能量守恒定律,得
⑩
代入數(shù)據(jù)解得
⑾
9.xx江蘇物理13如圖所示,兩足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置,相距為L, 一理想電流表與兩導(dǎo)軌相連,勻強(qiáng)磁場與導(dǎo)軌平面垂直。一質(zhì)量為m、有效電阻為R的導(dǎo)體棒在距磁場上邊界h處靜止釋放。導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場后,流經(jīng)電流表的電流逐漸減小,最終穩(wěn)定為I。整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中,導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好,且始終保持水平,不計(jì)導(dǎo)軌的電阻。求:
(1) 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B;
(2) 電流穩(wěn)定后, 導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)速度的大小v;
(3) 流經(jīng)電流表電流的最大值
答案:
10.xx福建21如圖所示,兩條平行的光滑金屬導(dǎo)軌固定在傾角為的絕緣斜面上,導(dǎo)軌上端連接一個(gè)定值電阻。導(dǎo)體棒a和b放在導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌垂直并良好接觸。斜面上水平虛線PQ以下區(qū)域內(nèi),存在著垂直穿過斜面向上的勻強(qiáng)磁場。現(xiàn)對a棒施以平行導(dǎo)軌斜向上的拉力,使它沿導(dǎo)軌勻速向上運(yùn)動(dòng),此時(shí)放在導(dǎo)軌下端的b棒恰好靜止。當(dāng)a棒運(yùn)動(dòng)到磁場的上邊界PQ處時(shí),撤去拉力,a棒將繼續(xù)沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)一小段距離后再向下滑動(dòng),此時(shí)b棒已滑離導(dǎo)軌。當(dāng)a棒再次滑回到磁場邊界PQ處時(shí),又恰能沿導(dǎo)軌勻速向下運(yùn)動(dòng)。已知a棒、b棒和定值電阻的阻值均為R,b棒的質(zhì)量為m,重力加速度為g,導(dǎo)軌電阻不計(jì)。求
(1) a棒在磁場中沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)的過程中,a棒中的電流強(qiáng)度I,與定值電阻R中的電流強(qiáng)度IR之比;
(2) a棒質(zhì)量ma;
(3) a棒在磁場中沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的拉力F。
答案:
11. xx上海物理32如圖,寬度L=0.5m的光滑金屬框架MNPQ固定板個(gè)與水平面內(nèi),并處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=0.4T,方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,框架的電阻非均勻分布,將質(zhì)量m=0.1kg,電阻可忽略的金屬棒ab放置在框架上,并且框架接觸良好,以P為坐標(biāo)原點(diǎn),PQ方向?yàn)閤軸正方向建立坐標(biāo),金屬棒從處以的初速度,沿x軸負(fù)方向做的勻減速直線運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)中金屬棒僅受安培力作用。求:
(1)金屬棒ab運(yùn)動(dòng)0.5m,框架產(chǎn)生的焦耳熱Q;
(2)框架中aNPb部分的電阻R隨金屬棒ab的位置x變化的函數(shù)關(guān)系;
(3)為求金屬棒ab沿x軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)0.4s過程中通過ab的電量q,某同學(xué)解法為:先算出金屬棒的運(yùn)動(dòng)距離s,以及0.4s時(shí)回路內(nèi)的電阻R,然后代入q=求解。指出該同學(xué)解法的錯(cuò)誤之處,并用正確的方法解出結(jié)果。
【xx高考】
一、選擇題
1.(09上海物理13)如圖,金屬棒ab置于水平放置的U形光滑導(dǎo)軌上,在ef右側(cè)存在有界勻強(qiáng)磁場B,磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向下,在ef左側(cè)的無磁場區(qū)域cdef內(nèi)有一半徑很小的金屬圓環(huán)L,圓環(huán)與導(dǎo)軌在同一平面內(nèi)。當(dāng)金屬棒ab在水平恒力F作用下從磁場左邊界ef處由靜止開始向右運(yùn)動(dòng)后,圓環(huán)L有__________(填收縮、擴(kuò)張)趨勢,圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流_______________(填變大、變小、不變)。
2.(09上海9)信用卡的磁條中有一個(gè)個(gè)連續(xù)的相反極性的磁化區(qū),每個(gè)磁化區(qū)代表了二進(jìn)制數(shù)1或0,用以儲(chǔ)存信息。刷卡時(shí),當(dāng)磁條以某一速度拉過信用 卡閱讀器的檢測頭時(shí),在檢測頭的線圈中會(huì)產(chǎn)生變化的電壓(如圖1所示)。當(dāng)信用卡磁條按圖2所示方向以該速度拉過閱讀檢測頭時(shí),在線圈中產(chǎn)生的電壓隨時(shí)間的變化關(guān)系正確的是 ( B )
3.(09山東21)如圖所示,一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路。虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場。方向垂直于回路所在的平面?;芈芬运俣葀向右勻速進(jìn)入磁場,直徑CD始絡(luò)與MN垂直。從D點(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場為止,下列結(jié)論正確的是 ( ACD )
A.感應(yīng)電流方向不變
B.CD段直線始終不受安培力
C.感應(yīng)電動(dòng)勢最大值E=Bav
D.感應(yīng)電動(dòng)勢平均值
解析:在閉合電路進(jìn)入磁場的過程中,通過閉合電路的磁通量逐漸增大,根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向不變,A正確。根據(jù)左手定則可以判斷,受安培力向下,B不正確。當(dāng)半圓閉合回路進(jìn)入磁場一半時(shí),即這時(shí)等效4.(09重慶20)題20圖為一種早期發(fā)電機(jī)原理示意圖,該發(fā)電機(jī)由固定的圓形線圈和一對用鐵芯連接的圓柱形磁鐵構(gòu)成,兩磁極相對于線圈平面對稱,在磁極繞轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,磁極中心在線圈平面上的投影沿圓弧運(yùn)動(dòng),(是線圈中心),則 ( D )
A.從X到O,電流由E經(jīng)G流向F,先增大再減小
B.從X到O,電流由F經(jīng)G流向E,先減小再增大
C.從O到Y(jié),電流由F經(jīng)G流向E,先減小再增大
D.從O到Y(jié),電流由E經(jīng)G流向F,先增大再減小
5.(09福建18)如圖所示,固定位置在同一水平面內(nèi)的兩根平行長直金屬導(dǎo)軌的間距為d,其右端接有阻值為R的電阻,整個(gè)裝置處在豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中。一質(zhì)量為m(質(zhì)量分布均勻)的導(dǎo)體桿ab垂直于導(dǎo)軌放置,且與兩導(dǎo)軌保持良好接觸,桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為u?,F(xiàn)桿在水平向左、垂直于桿的恒力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)距離L時(shí),速度恰好達(dá)到最大(運(yùn)動(dòng)過程中桿始終與導(dǎo)軌保持垂直)。設(shè)桿接入電路的電阻為r,導(dǎo)軌電阻不計(jì),重力加速度大小為g。則此過程 ( BD )
A.桿的速度最大值為
B.流過電阻R的電量為
C.恒力F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動(dòng)能的變化量
D.恒力F做的功與安倍力做的功之和大于桿動(dòng)能的變化量
6.(09浙江17)如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,有一質(zhì)量為、阻值為的閉合矩形金屬線框用絕緣輕質(zhì)細(xì)桿懸掛在點(diǎn),并可繞點(diǎn)擺動(dòng)。金屬線框從右側(cè)某一位置靜止開始釋放,在擺動(dòng)到左側(cè)最高點(diǎn)的過程中,細(xì)桿和金屬線框平面始終處于同一平面,且垂直紙面。則線框中感應(yīng)電流的方向是 ( B )
A.
B.
C.先是,后是
D.先是,后是
解析:由楞次定律,一開始磁通量減小,后來磁通量增大,由“增反”“減同”可知電流方向是。
7.(09海南物理4)一長直鐵芯上繞有一固定線圈M,鐵芯右端與一木質(zhì)圓柱密接,木質(zhì)圓柱上套有一閉合金屬環(huán)N,N可在木質(zhì)圓柱上無摩擦移動(dòng)。M連接在如圖所示的電路中,其中R為滑線變阻器,和為直流電源,S為單刀雙擲開關(guān)。下列情況中,可觀測到N向左運(yùn)動(dòng)的是 ( C )
A.在S斷開的情況下, S向a閉合的瞬間
B.在S斷開的情況下,S向b閉合的瞬間
C.在S已向a閉合的情況下,將R的滑動(dòng)頭向c端移動(dòng)時(shí)
D.在S已向a閉合的情況下,將R的滑動(dòng)頭向d端移動(dòng)時(shí)
二、非選擇題
8.(09全國卷Ⅱ24))如圖,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面向里,大小隨時(shí)間的變化率, 為負(fù)的常量。用電阻率為、橫截面積為的硬導(dǎo)線做成一邊長為的方框。將方框固定于紙面內(nèi),其右半部位于磁場區(qū)域中。求
(1)導(dǎo)線中感應(yīng)電流的大小;
(2)磁場對方框作用力的大小隨時(shí)間的變化。
(1);(2)。
9.(09北京23)(18分)單位時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面的液體體積叫做液體的體積流量(以下簡稱流量)。由一種利用電磁原理測量非磁性導(dǎo)電液體(如自來水、啤酒等)流量的裝置,稱為電磁流量計(jì)。它主要由將流量轉(zhuǎn)換為電壓信號的傳感器和顯示儀表兩部分組成。
傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示,圓筒形測量管內(nèi)壁絕緣,其上裝有一對電極和c,a,c間的距離等于測量管內(nèi)徑D,測量管的軸線與a、c的連接放像以及通過電線圈產(chǎn)生的磁場方向三者相互垂直。當(dāng)導(dǎo)電液體流過測量管時(shí),在電極a、c的間出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢E,并通過與電極連接的儀表顯示出液體流量Q。設(shè)磁場均勻恒定,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。
(1)已知,設(shè)液體在測量管內(nèi)各處流速相同,試求E的大小(去3.0)
(2)一新建供水站安裝了電磁流量計(jì),在向外供水時(shí)流量本應(yīng)顯示為正值。但實(shí)際顯示卻為負(fù)值。經(jīng)檢查,原因是誤將測量管接反了,既液體由測量管出水口流入,從如水口流出。因?yàn)橐鸭訅撼錆M管道。不便再將測量管拆下重裝,請你提出使顯示儀表的流量指示變?yōu)檎钡暮啽惴椒ǎ?
(3)顯示儀表相當(dāng)于傳感器的負(fù)載電阻,其阻值記為 a、c間導(dǎo)電液體的電阻r隨液體電阻率色變化而變化,從而會(huì)影響顯示儀表的示數(shù)。試以E、R。r為參量,給出電極a、c間輸出電壓U的表達(dá)式,并說明怎樣可以降低液體電阻率變化對顯示儀表示數(shù)的影響。
輸入顯示儀表是a、c間的電壓U,流量示數(shù)和U一一對應(yīng), E 與液體電阻率無關(guān),而r隨電阻率的變化而變化,由③式可看出, r變化相應(yīng)的U也隨之變化。在實(shí)際流量不變的情況下,儀表顯示的流量示數(shù)會(huì)隨a、c間的電壓U的變化而變化,增大R,使R>>r,則U≈E,這樣就可以降低液體電阻率的變化對顯示儀表流量示數(shù)的影響。
10.(09上海物理24)(14分)如圖,光滑的平行金屬導(dǎo)軌水平放置,電阻不計(jì),導(dǎo)軌間距為l,左側(cè)接一阻值為R的電阻。區(qū)域cdef內(nèi)存在垂直軌道平面向下的有界勻強(qiáng)磁場,磁場寬度為s。一質(zhì)量為m,電阻為r的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,受到F=0.5v+0.4(N)(v為金屬棒運(yùn)動(dòng)速度)的水平力作用,從磁場的左邊界由靜止開始運(yùn)動(dòng),測得電阻兩端電壓隨時(shí)間均勻增大。(已知l=1m,m=1kg,R=0.3W,r=0.2W,s=1m)
(1)分析并說明該金屬棒在磁場中做何種運(yùn)動(dòng);
(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??;
(3)若撤去外力后棒的速度v隨位移x的變化規(guī)律滿足v=v0-x, 且棒在運(yùn)動(dòng)到ef處時(shí)恰好靜止,則外力F作用的時(shí)間為多少?
(4)若在棒未出磁場區(qū)域時(shí)撤去外力,畫出棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中速度隨位移的變化所對應(yīng)的各種可能的圖線。
(4)可能圖線如下:
11.(09廣東物理18)(15分)如圖18(a)所示,一個(gè)電阻值為R ,匝數(shù)為n的圓形金屬線與阻值為2R的電阻R1連結(jié)成閉合回路。線圈的半徑為r1 . 在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域存在垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線如圖18(b)所示。圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0 . 導(dǎo)線的電阻不計(jì)。求0至t1時(shí)間內(nèi)
(1)通過電阻R1上的電流大小和方向;
(2)通過電阻R1上的電量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量。
【xx高考】
1.(全國卷Ⅰ-20).矩形導(dǎo)線框abcd固定在勻強(qiáng)磁場中,磁感線的方向與導(dǎo)線框所在平面垂直,規(guī)定磁場的正方向垂直低面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示.若規(guī)定順時(shí)針方向?yàn)楦袘?yīng)電流I的正方向,下列各圖中正確的是
a
b
2.(全國卷Ⅱ-21)如圖,一個(gè)邊長為l的正方形虛線框內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場; 一個(gè)邊長也為l的正方形導(dǎo)線框所在平面與磁場方向垂直; 虛線框?qū)蔷€ab與導(dǎo)線框的一條邊垂直,ba的延長線平分導(dǎo)線框.在t=0時(shí), 使導(dǎo)線框從圖示位置開始以恒定速度沿ab方向移動(dòng),直到整個(gè)導(dǎo)線框離開磁場區(qū)域.以i表示導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的強(qiáng)度,取逆時(shí)針方向?yàn)檎铝斜硎緄-t關(guān)系的圖示中,可能正確的是
答案:C
解析:從正方形線框下邊開始進(jìn)入到下邊完全進(jìn)入過程中,線框切割磁感線的有效長度逐漸增大,所以感應(yīng)電流也逐漸拉增大,A項(xiàng)錯(cuò)誤;從正方形線框下邊完全進(jìn)入至下邊剛穿出磁場邊界時(shí),切割磁感線有效長度不變,故感應(yīng)電流不變,B項(xiàng)錯(cuò);當(dāng)正方形線框下邊離開磁場,上邊未進(jìn)入磁場的過程比正方形線框上邊進(jìn)入磁場過程中,磁通量減少的稍慢,故這兩個(gè)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢不相等,感應(yīng)電流也不相等,D項(xiàng)錯(cuò),故正確選項(xiàng)為C。
3.(四川卷-17)在沿水平方向的勻強(qiáng)磁場中,有一圓形金屬線圈可繞沿其直徑的豎直軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。開始時(shí)線圈靜止,線圈平面與磁場方向既不平行也不垂直,所成的銳角為α。在磁場開始增強(qiáng)后的一個(gè)極短時(shí)間內(nèi),線圈平面
A.維持不動(dòng)
B.將向使α減小的方向轉(zhuǎn)動(dòng)
C.將向使α增大的方向轉(zhuǎn)動(dòng)
D.將轉(zhuǎn)動(dòng),因不知磁場方向,不能確定α?xí)龃筮€是會(huì)減小
E
K
a
b
c
L1
L2
4.(江蘇卷-8)如圖所示的電路中,三個(gè)相同的燈泡a、b、c和電感L1、L2與直流電源連接,電感的電阻忽略不計(jì).電鍵K從閉合狀態(tài)突然斷開時(shí),下列判斷正確的有
A.a先變亮,然后逐漸變暗
B.b先變亮,然后逐漸變暗
C.c先變亮,然后逐漸變暗
D.b、c都逐漸變暗
答案:AD
解析:考查自感現(xiàn)象。電鍵K閉合時(shí),電感L1和L2的電流均等于三個(gè)燈泡的電流,斷開電鍵K的瞬間,電感上的電流i突然減小,三個(gè)燈泡均處于回路中,故b、c燈泡由電流i逐漸減小,B、C均錯(cuò),D對;原來每個(gè)電感線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢均加載于燈泡a上,故燈泡a先變亮,然后逐漸變暗,A對。本題涉及到自感現(xiàn)象中的“亮一下”現(xiàn)象,平時(shí)要注意透徹理解。
5.(重慶卷-18)如題18圖,粗糙水平桌面上有一質(zhì)量為m的銅質(zhì)矩形線圈.當(dāng)一豎直放置的條形磁鐵從線圈中線AB正上方等高快速經(jīng)過時(shí),若線圈始終不動(dòng),則關(guān)于線圈受到的支持力FN及在水平方向運(yùn)動(dòng)趨勢的正確判斷是
A.FN先小于mg后大于mg,運(yùn)動(dòng)趨勢向左
B.FN先大于mg后小于mg,運(yùn)動(dòng)趨勢向左
C.FN先大于mg后大于mg,運(yùn)動(dòng)趨勢向右
D.FN先大于mg后小于mg,運(yùn)動(dòng)趨勢向右
v
a
b
c
d
P
Q
r
R
6.(寧夏卷-16)如圖所示,同一平面內(nèi)的三條平行導(dǎo)線串有兩個(gè)最阻R和r,導(dǎo)體棒PQ與三條導(dǎo)線接觸良好;勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里。導(dǎo)體棒的電阻可忽略。當(dāng)導(dǎo)體棒向左滑動(dòng)時(shí),下列說法正確的是
A.流過R的電流為由d到c,流過r的電流為由b到a
B.流過R的電流為由c到d,流過r的電流為由b到a
C.流過R的電流為由d到c,流過r的電流為由a到b
D.流過R的電流為由c到d,流過r的電流為由a到b
答案:B
【解析】:本題考查右手定則的應(yīng)用。根據(jù)右手定則,可判斷PQ作為電源,Q端電勢高,在PQcd回路中,電流為逆時(shí)針方向,即流過R的電流為由c到d,在電阻r的回路中,電流為順時(shí)針方向,即流過r的電流為由b到a。當(dāng)然也可以用楞次定律,通過回路的磁通量的變化判斷電流方向。
7.(山東卷-22)兩根足夠長的光滑導(dǎo)軌豎直放置,間距為L ,底端接阻值為R 的電阻。將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在一個(gè)固定的輕彈簧下端,金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 的勻強(qiáng)磁場垂直,如圖所示。除電阻R 外其余電阻不計(jì)。現(xiàn)將金屬棒從彈簧原長位置由靜止釋放.則
A.釋放瞬間金屬棒的加速度等于重力加速度g
B.金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí),流過電阻R的電流方向?yàn)閍→b
C.金屬棒的速度為v時(shí).所受的安培力大小為F =
D.電阻R 上產(chǎn)生的總熱量等于金屬棒重力勢能的減少
答案:AC
【解析】:在釋放的瞬間,速度為零,不受安培力的作用,只受到重力,A對。由右手定則可得,電流的方向從b到a,B錯(cuò)。當(dāng)速度為時(shí),產(chǎn)生的電動(dòng)勢為,受到的安培力為,計(jì)算可得,C對。在運(yùn)動(dòng)的過程中,是彈簧的彈性勢能、重力勢能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化,D錯(cuò)。
8.(上海卷-10)如圖所示,平行于y軸的導(dǎo)體棒以速度v向右勻速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)過半徑為R、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域,導(dǎo)體棒中的感應(yīng)電動(dòng)勢ε與導(dǎo)體棒位置x關(guān)系的圖像是
9.(海南卷-1)法拉第通過靜心設(shè)計(jì)的一系列試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律,將歷史上認(rèn)為各自獨(dú)立的學(xué)科“電學(xué)”與“磁學(xué)”聯(lián)系起來.在下面幾個(gè)典型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想中,所作的推論后來被實(shí)驗(yàn)否定的是
A.既然磁鐵可使近旁的鐵塊帶磁,靜電荷可使近旁的導(dǎo)體表面感應(yīng)出電荷,那么靜止導(dǎo)線上的穩(wěn)恒電流也可在近旁靜止的線圈中感應(yīng)出電流
B.既然磁鐵可在近旁運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體中感應(yīng)出電動(dòng)勢,那么穩(wěn)恒電流也可在近旁運(yùn)動(dòng)的線圈中感應(yīng)出電流
C.既然運(yùn)動(dòng)的磁鐵可在近旁靜止的線圈中感應(yīng)出電流,那么靜止的磁鐵也可在近旁運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體中感應(yīng)出電動(dòng)勢
D.既然運(yùn)動(dòng)的磁鐵可在近旁的導(dǎo)體中感應(yīng)出電動(dòng)勢,那么運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線上的穩(wěn)恒電流也可在近旁的線圈中感應(yīng)出電流
答案:A
【解析】:對A選項(xiàng),靜止的導(dǎo)線上的穩(wěn)恒電流附近產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,通過旁邊靜止的線圈不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,A被否定;穩(wěn)恒電流周圍的穩(wěn)定磁場是非勻強(qiáng)磁場,運(yùn)動(dòng)的線圈可能會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,B符合事實(shí);靜止的磁鐵周圍存在穩(wěn)定的磁場,旁邊運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體棒會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,C符合;運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)線上的穩(wěn)恒電流周圍產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的磁場,即周圍磁場變化,在旁邊的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,D符合。
10.(海南卷-10)一航天飛機(jī)下有一細(xì)金屬桿,桿指向地心.若僅考慮地磁場的影響,則當(dāng)航天飛機(jī)位于赤道上空
A.由東向西水平飛行時(shí),金屬桿中感應(yīng)電動(dòng)勢的方向一定由上向下
B.由西向東水平飛行時(shí),金屬桿中感應(yīng)電動(dòng)勢的方向一定由上向下
C.沿經(jīng)過地磁極的那條經(jīng)線由南向北水平飛行時(shí),金屬桿中感應(yīng)電動(dòng)勢的方向一定由下向上
D.沿經(jīng)過地磁極的那條經(jīng)線由北向南水平飛行時(shí),金屬桿中一定沒有感應(yīng)電動(dòng)勢
11.(上海卷理科綜合-6)老師做了一個(gè)物理小實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生觀察:一輕質(zhì)橫桿兩側(cè)各固定一金屬環(huán),橫桿克繞中心點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng),老師拿一條形磁鐵插向其中一個(gè)小環(huán),后又取出插向另一個(gè)小環(huán),同學(xué)們看到的現(xiàn)象是( )
A.磁鐵插向左環(huán),橫桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)
(二)、計(jì)算題
12.(全國卷Ⅱ-24)
(19分)如圖,一直導(dǎo)體棒質(zhì)量為m、長為l、電阻為r,其兩端放在位于水平面內(nèi)間距也為l的光滑平行導(dǎo)軌上,并與之密接;棒左側(cè)兩導(dǎo)軌之間連接一可控制的負(fù)載電阻(圖中未畫出);導(dǎo)軌置于勻強(qiáng)磁場中,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于導(dǎo)軌所在平面。開始時(shí),給導(dǎo)體棒一個(gè)平行于導(dǎo)軌的初速度v0。在棒的運(yùn)動(dòng)速度由v0減小至v1的過程中,通過控制負(fù)載電阻的阻值使棒中的電流強(qiáng)度I保持恒定。導(dǎo)體棒一直在磁場中運(yùn)動(dòng)。若不計(jì)導(dǎo)軌電阻,求此過程中導(dǎo)體棒上感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值和負(fù)載電阻上消耗的平均功率。
【解析】:導(dǎo)體棒所受的安培力為:F=BIl ① (3分)
由題意可知,該力的大小不變,棒做勻減速運(yùn)動(dòng),因此在棒的速度從v0減小到v1的過程中,平均速度為:
② (3分)
當(dāng)棒的速度為v時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢的大小為:E=Blv ③ (3分)
棒中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為: ④ (2分)
綜合②④式可得: ⑤ (2分)
導(dǎo)體棒中消耗的熱功率為: ⑥ (2分)
負(fù)載電阻上消耗的熱功率為: ⑦ (2分)
由以上三式可得: ⑧ (2分)
13.(北京卷-22)
14.(天津卷-25)
(22分)磁懸浮列車是一種高速低耗的新型交通工具。它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡化為如下模型,固定在列車下端的動(dòng)力繞組可視為一個(gè)矩形純電阻金屬框,電阻為R,金屬框置于xOy平面內(nèi),長邊MN長為l,平行于y軸,寬為d的NP邊平行于x軸,如圖1所示。列車軌道沿Ox方向,軌道區(qū)域內(nèi)存在垂直于金屬框平面的磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿Ox方向按正弦規(guī)律分布,其空間周期為λ,最大值為B0,如圖2所示,金屬框同一長邊上各處的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同,整個(gè)磁場以速度v0沿Ox方向勻速平移。設(shè)在短暫時(shí)間內(nèi),MN、PQ邊所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化可以忽略,并忽略一切阻力。列車在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作用下沿Ox方向加速行駛,某時(shí)刻速度為v(vV,所以在Δt時(shí)間內(nèi)MN邊掃過磁場的面積:
S=(v0-v)lΔt ①
在此時(shí)間內(nèi),MN邊左側(cè)穿過S的磁通移進(jìn)金屬框而引起框內(nèi)磁通量變化:
ΔΦMN=B0l (v0-v)Δt ?、?
同理,該時(shí)間內(nèi),PQ邊左側(cè)移出金屬框的磁通引起框內(nèi)磁通量變化
ΔΦPQ=B0l (v0-v)Δt ?、?
故在內(nèi)金屬框所圍面積的磁通量變化
ΔΦ=ΔΦMN+ΔΦPQ ?、?
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,金屬框中的感應(yīng)電動(dòng)勢大小
15.(江蘇卷-15)
(16分)如圖所示,間距為L的兩條足夠長的平行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為θ,導(dǎo)軌光滑且電阻忽略不計(jì).場強(qiáng)為B的條形勻強(qiáng)磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直,磁場區(qū)域的寬度為d1,間距為d2.兩根質(zhì)量均為m、有效電阻均為R的導(dǎo)體棒a和b放在導(dǎo)軌上,并與導(dǎo)軌垂直. (設(shè)重力加速度為g)
(1)若a進(jìn)入第2個(gè)磁場區(qū)域時(shí),b以與a同樣的速度進(jìn)入第1個(gè)磁場區(qū)域,求b穿過第1個(gè)磁場區(qū)域過程中增加的動(dòng)能△Ek;
(2)若a進(jìn)入第2個(gè)磁場區(qū)域時(shí),b恰好離開第1個(gè)磁場區(qū)域;此后a離開第2個(gè)磁場區(qū)域時(shí),b 又恰好進(jìn)入第2個(gè)磁場區(qū)域.且a.b在任意一個(gè)磁場區(qū)域或無磁場區(qū)域的運(yùn)動(dòng)時(shí)間均相.求b穿過第2個(gè)磁場區(qū)域過程中,兩導(dǎo)體棒產(chǎn)生的總焦耳熱Q;
(3)對于第(2)問所述的運(yùn)動(dòng)情況,求a穿出第k個(gè)磁場區(qū)域時(shí)的速率。
磁場區(qū)域1
磁場區(qū)域2
磁場區(qū)域3
磁場區(qū)域4
磁場區(qū)域5
B
B
B
B
θ
d1
d2
d1
d2
d1
d1
d2
d1
B
棒b
棒a
答案:(1)穿過地1個(gè)磁場區(qū)域過程中增加的動(dòng)能;
(2);
(3)
(3) 在無磁場區(qū)域:
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ……⑤
且平均速度 ……⑥
有磁場區(qū)域:
棒a受到的合力 ……⑦
16.(上海卷-24)
(14分)如圖所示,豎直平面內(nèi)有一半徑為r、內(nèi)阻為R1、粗細(xì)均勻的光滑半圓形金屬球,在M、N處與相距為2r、電阻不計(jì)的平行光滑金屬軌道ME、NF相接,EF之間接有電阻R2,已知R1=12R,R2=4R。在MN上方及CD下方有水平方向的勻強(qiáng)磁場I和II,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B?,F(xiàn)有質(zhì)量為m、電阻不計(jì)的導(dǎo)體棒ab,從半圓環(huán)的最高點(diǎn)A處由靜止下落,在下落過程中導(dǎo)體棒始終保持水平,與半圓形金屬環(huán)及軌道接觸良好,高平行軌道中夠長。已知導(dǎo)體棒ab下落r/2時(shí)的速度大小為v1,下落到MN處的速度大小為v2。
(1)求導(dǎo)體棒ab從A下落r/2時(shí)的加速度大小。
(2)若導(dǎo)體棒ab進(jìn)入磁場II后棒中電流大小始終不變,求磁場I和II之間的距離h和R2上的電
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