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高考物理练习题及答案-电磁感应规律及其应用

来源:龙8游戏平台官方     时间:2016-01-28     

电磁感应现象是指放在变化磁通量中的导体,会产生电动势,下面是高考物理练习题及答案-电磁感应规律及其应用,请考生认真练习。

一、选择题(共8小题,每小题4分,共32分。在每小题给出的四个选项中,第1~6题只有一项符合题目要求,第7~8题有多项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分。)

1.(2015·新课标全国卷,15)如图,直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时,a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc。已知bc边的长度为l。下列判断正确的是(  )

A.Ua>Uc,金属框中无电流

B.Ub>Uc,金属框中电流方向沿a-b-c-a

C.Ubc=-Bl2ω,金属框中无电流

D.Ubc=Bl2ω,金属框中电流方向沿a-c-b-a

2.(2015·重庆理综,4)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t1到t2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B1均匀增加到B2,则该段时间线圈两端a和b之间的电势差φa-φb(

A.恒为

B.从0均匀变化到

C.恒为-

D.从0均匀变化到-

3.(2015·安徽理综,19)如图所示,abcd为水平放置的平行“”形光滑金属导轨,间距为l,导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,导轨电阻不计。已知金属杆MN倾斜放置,与导轨成θ角,单位长度的电阻为r,保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)。则(  )

A.电路中感应电动势的大小为

B.电路中感应电流的大小为

C.金属杆所受安培力的大小为

D.金属杆的发热功率为

4.(2015·福建理综,18)如图,由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd,固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中。一接入电路电阻为R的导体棒PQ,在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动,滑动过程PQ始终与ab垂直,且与线框接触良好,不计摩擦。在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中(  )

A.PQ中电流先增大后减小

B.PQ两端电压先减小后增大

C.PQ上拉力的功率先减小后增大

D.线框消耗的电功率先减小后增大

5.(2015·山东理综,19)如图甲,R0为定值电阻,两金属圆环固定在同一绝缘平面内。左端连接在一周期T0的正弦交流电源上,经二极管整流后,通过R0的电流i始终向左,其大小按图乙所示规律变化。规定内圆环a端电势高于b端时,a、b间的电压uab为正,下列uab-t图象可能正确的是(  )

6.(2014·新课标全国卷,18)如图(a),线圈ab、cd绕在同一软铁芯ab线圈中通以变化的电流。用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示。已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比,则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中,可能正确的是(  )

7.(2015·新课标全国卷,19) 1824年,法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验(  )

A.圆盘上产生了感应电动势

B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动

C.在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化

D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动

8.(2015·山东理综,17)如图,一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动。现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场,圆盘开始减速。在圆盘减速过程中,以下说法正确的是(  )

A.处于磁场中的圆盘部分,靠近圆心处电势高

B.所加磁场越强越易使圆盘停止转动

C.若所加磁场反向,圆盘将加速转动

D.若所加磁场穿过整个圆盘,圆盘将匀速转动

二、计算题(本题共2小题,共28分。写出必要的文字说明,方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不得分。)

9.(2015·浙江理综,24)(14分)小明同学设计了一个“电磁天平”,如图1所示,等臂天平的左臂为挂盘,右臂挂有矩形线圈,两臂平衡。线圈的水平边长L=0.1 m,竖直边长H=0.3 m,匝数为N1。线圈的下边处于匀强磁场内,磁感应强度B0=1.0 T,方向垂直线0~2.0 A范围内调节的电流I。挂盘放上待测物体后,调节线圈中电流使天平平衡,测出电流即可测得物体的质量。(重力加速度取g=10 m/s2)

(1)为使电磁天平的量程达到0.5 kg,线圈的匝数N1至少为多少?

(2)进一步探究电磁感应现象,另选N2=100匝、形状相同的线圈,总电阻R=10 Ω,不接外电流,两臂平衡。如图2所示,保持B0B随时间均匀变大,磁场区域宽度d=0.1 m。当挂盘中放质量为0.01 kg的物体时,天平平衡,求此时磁感应强度的变化率。

10.(2015·天津理综,11)(14分)如图所示, “凸”字形硬质金属线框质量为m,相邻各边互相垂直ab边长为l,cd边长为2l,ab与cd平行,间距为2l。匀强磁场区域的上下边界均水平,磁场方向垂直于线框所在平面。开始时,cd边到磁场上边界的距离为2l,线框由静止释放,从cd边进入磁场直到ef、pq边进入磁场前,线框做匀速运动,在ef、pq边离开磁场后,ab边离开磁场之前,线框又做匀速运动。线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q。线框在下落过程中始终处于原竖直平面内,且ab、cd边保持水平,重力加速度为g。求:

(1)线框ab边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍;

(2)磁场上下边界间的距离H。

导航卷十 电磁感应规律及其应用

1.C [金属框绕ab边转动时,闭合回路abc中的磁通量始终为零(即不变),所以金属框中无电流。金属框在逆时针转动时,bc边和ac边均切割磁感线,由右手定则可知φb<φc,φa<φcE=Blv可知,Ubc=Uac=-Bl=-Bl=-Bl2ω。由以上分析可知选项C正确。]

2.C [由于磁感应强度均匀增大,故φa-φb为定值,由楞次定律可得φa<φb,故由法拉第电磁感应定律得φa-φb=-C项正确。]

3.B [电路中的感应电动势E=Blv,感应电流I===故A错误,B正确;金属杆所受安培力大小F=BI=,故C错误;金属杆的发热功率P=I2R=I2 r=,故D错误。]

4.C [设PQ左侧电路的电阻为Rx,则右侧电路的电阻为3R-Rx,所以外电路的总电阻为R外=,外电路电阻先增大后减小,路端电压先增大后减小,所以B错误;电路的总电阻先增大后减小,再根据闭合电路的欧姆定律可得PQ中的电流I=,先减小后增大,故A错误;由于导体棒做匀速运动,拉力等于安F=BIL,拉力的功率P=BILv,故先减小后增大,所以C正确;外电路的总电阻R外=,最大值为R,小于导体棒的电阻R,又外电阻先增大后减小,由电源的输出功率与外电阻的关系图象可知,线框消耗的电功率先增大后减小,故D错误.]

5.C [在第一个0.25T0时间内,通过大圆环的电流为瞬时针逐渐增加,由楞次定律和a端电势高于b端,因电流的变化率逐渐减小,故内环的电动势逐渐减小;同理在第0.25 T0~0.5 T0时间内,通过大圆环的电流为瞬时针逐渐减小,由楞次定律和右手螺旋定则可判断内环的a端电势低于b端,因电流的变化率逐渐变大故内环的电动势逐渐变大,故选项C正确。]

6.C [由题图(b)可知c、d间的电压大小是不变化的,根据法拉第电磁感应定律可判断出线圈cd中磁通量的变化率是不变的,又因已知线圈内部的磁场与流经线ab中的电流是均匀变化的,选项C正确,A、B、D均错误。]

7.AB [圆盘运动过程中,半径方向的金属条在切割磁感线,在圆心和边缘之间产生了感应电动势,选项A正确;圆盘在径向的辐条切割磁感线过程中,内部距离圆心远近不同的点电势不等而形成涡流,产生的磁场又导致磁针转动,选项B正确;圆盘转动过程中,圆盘位置、圆盘面积和磁场都没有发生变化,所以没有磁通量的变化,选项C错误;圆盘本身呈现电中性,不会产生环形电流,选项D

8.ABD [由右手定则可知,处于磁场中的圆盘部分,靠近圆心处电势高,选项A正确;根据E=BLv可知所加磁场越强,则感应电动势越大,感应电流越大,产生的阻碍圆盘转动的安培力越大,则圆盘越容易停止转动,选项B正确;若加反向磁场,根据楞次定律可知安培力阻碍圆盘的转动,故圆盘仍减速转动,选项C错误;若所加磁场穿过整个圆盘,则圆盘中无感应电流,不产生安培力,圆盘匀速转动,选项D正确。]

9.(1)题中“电磁天平”中的线圈受到安培力

F=N1B0IL①

由天平平衡可知:mg=N1B0IL②

代入数据解得:N1=25匝③

(2)由电磁感应定律得:E=N2=N2Ld④

由欧姆定律得:I′=⑤

线圈受到的安培力F′=N2B0I′L⑥

由天平平衡可得:m′g=NB0·⑦

代入数据可得=0.1 T/s⑧

答案 (1)25匝 (2)0.1 T/s

10.【详细分析】(1)设磁场的磁感应强度大小为B,cd边刚进入磁场时,线框做匀速运动的速度为v1,cd边上的感应电动势为E1,由法拉第电磁感应定律,有E1=2Blv1①

设线框总电阻为R,此时线框中电流为I1,由闭合电路欧姆定律,有I1=②

设此时线框所受安培力为F1,有F1=2I1lB③

由于线框做匀速运动,其受力平衡,有mg=F1④

由①②③④式得v1=⑤

设ab边离开磁场之前,线框做匀速运动的速度为v2,同理可得

v2=⑥

由⑤⑥式v2=4v1⑦

(2)线框自释放直到cd边进入磁场前,由机械能守恒定律,有2mgl=mv⑧

线框完全穿过磁场的过程中,由能量守恒定律,有

mg(2l+H)=mv-mv+Q⑨

由⑦⑧⑨式得H=+28l⑩

答案 (1)4倍 (2)+28l

1.电磁感应中动力学问题的分析方法

(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。

(2)求回路的电流。

(3)分析导体受力情况(包含安培力在内的全面受力分析)。

(4)根据平衡条件或牛顿第二定律列方程。

2.两种状态处理

(1)导体处于平衡态——静止或匀速直线运动状态。

处理方法:根据平衡条件合外力等于零列式分析。

(2)导体处于非平衡态——加速度不为零。

处理方法:根据牛

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