讲练测高考物理一轮复习 专题41 法拉第电磁感.docx
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讲练测高考物理一轮复习专题41法拉第电磁感
专题41法拉第电磁感应定律(练)
1.如图所示,电源的电动势为E,内阻为r,A、B是两个相同的小灯泡,L是一个自感系数很大的线圈。
关于这个电路的以下说法正确的是:
()
A.开关闭合到电路中电流稳定的时间内,A灯立刻亮,而后逐渐变暗,最后亮度稳定
B.开关闭合到电路中电流稳定的时间内,B灯立刻亮,而后逐渐变暗,最后亮度稳定
C.开关由闭合到断开瞬间,A灯闪亮以下再熄灭
D.开关由闭合到断开瞬间,电流自左向右通过A灯
【答案】A
【名师点睛】在判断此类型题目时,如果开关由断开到闭合,需要判断线圈和谁串联,则线圈对该电器有影响,对其他的没有影响,如果开关是从闭合到断开,此时线圈相当于一个电源,则需要判断哪些用电器和线圈能形成一个闭合回路.
2.(多选)如图所示,金属杆ab以恒定的速率v在光滑平行金属导轨上向右滑行,设整个电路总电阻保持不变,匀强磁场与导轨所在平面垂直,下列叙述正确的是:
()
A.ab杆中的电流强度与速率v成正比
B.电路产生的电热功率与速率v成正比
C.磁场作用于ab杆的安培力与速率v的平方成正比
D.外力对ab杆做功的功率与速率v的平方成正比
【答案】AD
【名师点睛】本题考查电磁感应中切割类问题,则ab棒是电源,外电路是电阻R,由法拉第电磁感应定律求出电动势,再由闭合电路的欧姆定律及电功、电功率的知识进行计算,安培力的计算要注意通过导体棒的电流、有效长度。
3.(多选)转笔(PenSpinning)是一项用不同的方法与技巧、以手指来转动笔的休闲活动,如图所示。
转笔深受广大中学生的喜爱,其中也包含了许多的物理知识,假设某转笔高手能让笔绕其上的某一点O做匀速圆周运动,下列有关该同学转笔中涉及到的物理知识的叙述正确的是:
()
A.笔杆上的点离O点越近的,做圆周运动的向心加速度越小
B.笔杆上的各点做圆周运动的向心力是由万有引力提供的
C.若该同学使用中性笔,笔尖上的小钢珠有可能因快速的转动做离心运动被甩走
D.若该同学使用的是金属笔杆,且考虑地磁场的影响,由于笔杆中不会产生感应电流,因此金属笔杆两端一定不会形成电势差。
【答案】AC
【名师点睛】本题属于容易题,易得分。
考查向心加速度公式,掌握向心力的来源,理解离心现象的条件及电磁感应现象,注意形成感应电流的条件,这些仍是高考要考查的核心知识点。
利用生活中经常用到的物品来考查物理基本规律,显出新瓶装旧酒的意味。
4.(多选)如图甲所示,光滑的平行水平金属导轨MN、PQ相距L,在M、P之间接一个阻值为R的电阻,在两导轨间cdfe矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上、宽为d的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、电阻为r、长度也刚好为L的导体棒ab垂直搁在导轨上,与磁场左边界相距d0.现用一个水平向右的力F拉棒ab,使它由静止开始运动,棒ab离开磁场前已做匀速直线运动,棒ab与导轨始终保持良好接触,导轨电阻不计,F随ab与初始位置的距离x变化的情况如图乙所示,F0已知.下列判断正确的是:
()
A.棒ab在ac之间的运动是匀加速直线运动
B.棒ab在ce之间不可能一直做匀速运动
C.棒ab在ce之间可能先做加速度减小的运动,再做匀速运动
D.棒ab经过磁场的过程中,通过电阻R的电荷量为
【答案】AC
【解析】棒ab在ac之间运动时,由于穿过线圈的磁通量为零,所以没有感应电流,故只受拉力F作用,并且在
区间内F恒定,故在ac之间做匀加速直线运动,A正确;当导体棒进入磁场后,若开始拉力大于安培力,在做加速运动,由于速度在增大,所以安培力在增大,所以加速度在减小,当安培力等于拉力时做匀速直线运动,若开始拉力等于安培力,则一直做匀速直线运动,若开始进入磁场时,拉力小于安培力,则做减速运动,速度减小,安培力减小,加速度减小,直到安培力等于拉力后,做匀速直线运动,B错误C正确;根据公式
,
,
,联立可得
,故D错误;
【名师点睛】棒ab在ac之间运动时,水平方向只受到水平拉力的作用,做匀加速运动;进入磁场后受到水平拉力和安培力的作用,根据两个力的大小关系,可能存在三种情况;
金属棒通过磁场的过程通过R上的电量
5.(多选)如图所示,足够长的平行光滑导轨固定在水平面上,导轨间距为L=1m,其右端连接有定值电阻R=2Ω,整个装置处于垂直导轨平面磁感应强度B=1T的匀强磁场中.一质量m=2kg的金属棒在恒定的水平拉力F=10N的作用下,在导轨上由静止开始向左运动,运动中金属棒始终与导轨垂直.导轨及金属棒的电阻不计,下列说法正确的是:
()
A.产生的感应电流方向在金属棒中由a指向b
B.金属棒向左做先加速后减速运动直到静止
C.金属棒的最大加速度为5m/s2
D.水平拉力的最大功率为200W
【答案】ACD
【名师点睛】由右手定则判断感应电流的方向.金属棒在拉力和安培力作用下运动,通过分析安培力的变化,判断加速度的变化,即可确定最大加速度.当拉力等于安培力时,速度达到最大,结合切割产生的感应电动势公式、闭合电路欧姆定律以及安培力大小公式求出最大速度的大小.由
求解拉力的最大功率.
1.(多选)如图所示,两光滑平行导轨水平放置在匀强磁场中,磁场垂直导轨在平面,金属棒
可沿导轨自由滑行,导轨一端跨接一个定值电阻R,导轨电阻不计。
现将金属棒沿导轨由静止向右拉,若保持拉力F恒定,经时间
后速度为
,加速度为
,最终以速度
做匀速运动;若保持拉力的功率P恒定,棒由静止经时间
后速度为
,加速度为
,最终也以速度
做匀速运动,则:
()
A.
B.
C.
D.
【答案】BD
【名师点睛】分析清楚两种情况下的运动形式区别,然后根据牛顿第二定律和运动学规律求解,注意两种情况下导体棒最终匀速运动时所受拉力大小是相同的;本题可以和机车启动的两种方式进行类比解答,只不过机车启动时阻力不变,而该题中阻力为安培力,是不断变化的。
2.(多选)如图所示,在半径为R的半圆形区域内,有磁感应强度为B的垂直纸面向里的有界匀强磁场,PQM为圆内接三角形,且PM为圆的直径,三角形的各边由材料相同的细软导线组成(不考虑导线中电流间的相互作用)。
设线圈的总电阻为r且不随形状改变,此时∠PMQ=37°,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8。
则下列说法正确的是:
()
A.穿过线圈PQM的磁通量为Ф=0.96BR2
B.若磁场方向不变,只改变磁感应强度B的大小,且B=B0+kt(k为常数,k>0),则线圈中产生的感应电流大小为
C.保持P、M两点位置不变,将Q点沿圆弧顺时针移动到接近M点的过程中,线圈中感应电流的方向先沿逆时针,后沿顺时针
D.保持P、M两点位置不变,将Q点沿圆弧顺时针移动到接近M点的过程中,线圈中不会产生焦耳热
【答案】ABC
故B正确.保持P、M两点位置不变,将Q点沿圆弧顺时针移动到接近M点的过程中,△PQM的面积先增大后减小,穿过线圈的磁通量先增大后减小,线圈中将产生感应电流,根据楞次定律可知,感应电流方向先沿逆时针方向后沿顺时针方向,线圈中有感应电流,线圈要产生焦耳热,故C正确,D错误.故选ABC.
【名师点睛】本题要掌握磁通量公式Φ=BS,法拉第电磁感应定律、楞次定律,就能正确分析.其中还用到数学上几何知识分析线圈面积的变化,确定磁通量的变化;此题是中等题,意在考查学生对基本理论的掌握程度及运用能力。
3.(多选)某学校操场上有如图所示的运动器械:
两根长金属链条将一根金属棒ab悬挂在固定的金属架上.静止时ab水平且沿东西方向.已知当地的地磁场方向自南向北斜向下跟竖直方向成45°,现让ab随链条荡起来,跟竖直方向最大偏角45°,则下列说法正确的是:
()
A.当ab棒自南向北经过最低点时,ab中感应电流的方向是自西向东
B.当链条与竖直方向成45°时,回路中感应电流一定为零
C.当ab棒自南向北经过最低点时,安培力的方向与水平向南的方向成45°斜向下
D.在ab棒运动过程中,不断有磁场能转化为电场能
【答案】BC
【解析】当ab棒自南向北经过最低点时,由右手定则知电流方向自东向西,故A错误;当ab运动方向与B方向垂直时感应电流最大,当链条偏南与竖直方向成45°时,ab运动方向(沿圆轨迹的切线方向)与磁场方向平行,此时感应电流为零,最小,故B正确;当ab棒自南向北经过最低点时,由左手定则知安培力的方向与水平向南的方向成45°斜向下,C正确;在ab棒运动过程中,不断有机械能转化为电场能,故D错误;
【名师点睛】本题属于左手定则和右手安培定则的应用,判断力的方向用左手,判断其它物理量的方向用右手.
4.如图所示,光滑的长直金属杆上套两个金属环与一个完整正弦图像的金属导线ab连接,其余部分未与杆接触。
杆电阻不计,导线电阻为R,ab间距离为2L,导线组成的正弦图形顶部或底部到杆距离都是d,在导线和杆平面内有一有界磁场区域,磁场的宽度为L,磁感应强度为B,现在外力F作用下导线沿杆以恒定的速度v向右运动,t=0时刻导线开始进入磁场,直到全部穿过磁场过程中,外力F所做功为:
()
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【名师点睛】该题是以另外一种形式考察了交变电流的做功问题,解决此题的关键是把整个过程进行合理分段,分别求出各段的电动势的有效值,即可求出全过程的电功了.难度较大.
5.(多选)如图甲所示,两条足够长得光滑平行金属导轨竖直放置,导轨间距为L=1m,两导轨上端接有电阻,阻值R=2Ω,虚线
下方存在垂直于导轨平面向里的匀强磁场,磁场的磁感应强度为2T,现将质量为m=0.1kg、电阻不计的金属杆ab,从
上方某处由静止释放,金属杆在下落的过程中与导轨保持良好接触,且始终保持水平,不计导轨的电阻,已知金属杆下落0.3m的过程中加速度a与下落距离h的关系如图乙所示,重力加速度
,则:
()
A.金属杆刚进入磁场时的速度为1m/s
B.下落了0.3m时速度为5m/s
C.金属杆下落0.3m的过程中,在电阻R上产生的热量为0.2875J
D.金属杆下落0.3m的过程中,通过电阻R的电荷量为0.05C
【答案】AC
杆自由下落的距离满足
,解得
,所以杆在磁场中运动的距离
,根据法拉第电磁感应定律可得:
通过电阻R的电荷量
,解得
,D错误;
【名师点睛】本题要根据图象的信息读出加速度和杆的运动状态,由牛顿第二定律、安培力、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、能量守恒等多个知识综合求解,综合较强.
1.【2016·北京卷】如图所示,匀强磁场中有两个导体圆环a、b,磁场方向与圆环所在平面垂直。
磁感应强度B随时间均匀增大。
两圆环半径之比为2:
1,圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb。
不考虑两圆环间的相互影响。
下列说法正确的是:
()
A.Ea:
Eb=4:
1,感应电流均沿逆时针方向
B.Ea:
Eb=4:
1,感应电流均沿顺时针方向
C.Ea:
Eb=2:
1,感应电流均沿逆时针方向
D.Ea:
Eb=2:
1,感应电流均沿顺时针方向
【答案】B
【考点定位】法拉第电磁感应定律、楞次定律的应用
【方法技巧】对于楞次定律,一定要清楚是用哪个手判断感应电流方向的,也可以从两个角度理解,一个是增反减同,一个是来拒去留,对于法拉第电磁感应定律,需要灵活掌握公式,学会变通。
2.【2015·安徽·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
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.金属杆的热功率为
【答案】B
【名师点睛】电磁感应选择题是高考每年必出的,导体棒切割磁感线应该是有效长度,容易出错,而算安培力时则必须是实际长度,另外不要忘记公式.
3.【2015·重庆·4】题图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图,线圈匝数为
,面积为
.若在
到
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
均匀增加到
,则该段时间线圈两端a和b之间的电势差
:
()
A.恒为
B.从0均匀变化到
C.恒为
D.从0均匀变化到
【答案】C
【解析】穿过线圈的磁场均匀增加,将产生大小恒定的感生电动势,由法拉第电磁感应定律得
,而等效电源内部的电流由楞次定理知从
,即b点是等效电源的正极,即
,故选C。
【考点定位】法拉第电磁感应定律、楞次定律。
【规律总结】电磁感应共分两种情况:
动生问题(棒切割磁感线)产生的电动势
,方向由右手定则;感生问题(磁感应强度的变化)的电动势
,方向由楞次定律。
而电流方向都是等效电源内部负极流向正极的方向。
4.【2014·四川·6】(多选)如图所示,不计电阻的光滑U形金属框水平放置,光滑、竖直玻璃挡板H、P固定在框上,H、P的间距很小。
质量为0.2kg的细金属杆CD恰好无挤压地放在两挡板之间,与金属框接触良好并围成边长为1m的正方形,其有效电阻为0.1Ω。
此时在整个空间加方向与水平面成30°角且与金属杆垂直的匀强磁场,磁感应强度随时间变化规律是B=(0.4-0.2t)T,图示磁场方向为正方向。
框、挡板和杆不计形变。
则:
()
A.t=1s时,金属杆中感应电流方向从C至D
B.t=3s时,金属杆中感应电流方向从D至C
C.t=1s时,金属杆对挡板P的压力大小为0.1N
D.t=3s时,金属杆对挡板H的压力大小为l.2N
【答案】AC
【考点定位】法拉第电磁感应定律欧姆定律物体平衡安培力
【方法技巧】理解楞次定律的“增反减同”的原理,以及安培力的计算公式F=BIL。
5.【2016·全国新课标Ⅰ卷】(14分)如图,两固定的绝缘斜面倾角均为θ,上沿相连。
两细金属棒ab(仅标出a端)和cd(仅标出c端)长度均为L,质量分别为2m和m;用两根不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路abdca,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平。
右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上。
已知两根导线刚好不在磁场中,回路电阻为R,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为μ,重力加速度大小为g,已知金属棒ab匀速下滑。
求
(1)作用在金属棒ab上的安培力的大小;
(2)金属棒运动速度的大小。
【答案】
(1)mg(sinθ–3μcosθ)
(2)(sinθ–3μcosθ)
【考点定位】导体切割磁感线、共点力平衡
【名师点睛】本题是电磁感应与电路、力学相结合的综合题,应用E=BLv、欧姆定律、安培力公式、共点力作用下的平衡即可正确解题。
解决本题时,还要特别注意cd棒的重力沿斜面的分力和滑动摩擦力的影响。
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