届高三物理优化专题之电磁感应附答案.docx
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届高三物理优化专题之电磁感应附答案
优化专题十电磁感应
知识内容
考试要求
困惑
必考
加试
电磁感应定律
b
楞次定律
c
法拉第电磁感应定律
d
电磁感应现象的两类情况
b
互感和自感
b
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
b
1.法拉第“磁生电”这一伟大的发现引领人类进入了电气时代。
下列实验现象,不属于电磁感应现象的是( )
2.物理课上,老师做了一个奇妙的“跳环实验”。
如图所示,她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后,将一金属套环置于线圈L上,且使铁芯穿过套环。
闭合S瞬间,套环立刻跳起。
某同学另找来器材再探究此实验,他连接好电路,经重复实验,线圈上的套环均未动。
对比老师演示的实验,这位同学在实验时可能存在的问题是( )
A.电源电压低
B.线圈匝数过多
C.线圈接在直流电源上
D.套环的材料与老师的不同
3.如图(a)、(b)所示的电路中,电阻R和自感线圈L的电阻值都很小,且小于灯A的电阻,接通S,使电路达到稳定,灯泡A发光,则( )
A.电路(a)中,断开S,A将渐渐变暗
B.电路(a)中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗
C.电路(b)中,断开S,A将渐渐变暗
D.电路(b)中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗
4.如图所示是研究通电自感实验的电路图,A1、A2是两个规格相同的小灯泡,闭合电键调节电阻R,使两个灯泡的亮度相同,调节可变电阻R1,使它们都正常发光,然后断开电键S。
重新闭合电键S,则( )
A.闭合瞬间,A1立刻变亮,A2逐渐变亮
B.闭合瞬间,A2立刻变亮,A1逐渐变亮
C.稳定后,L和R两端电势差一定相同
D.稳定后,A1和A2两端电势差一定相同
5.左图是用电流传感器(相当于电流表,其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电路,图中两个电阻的阻值均为R,L是一个自感系数足够大的自感线圈,其直流电阻值也为R。
右图是某同学画出的在t0时刻开关S切换前后,通过传感器的电流随时间变化图象。
关于这些图象说法正确的是()
A.图甲是开关S由断开变为闭合,通过传感器1的电流随时间变化的情况
B.图乙是开关S由断开变为闭合,通过传感器1的电流随时间变化的情况
C.图丙是开关S由闭合变为断开,通过传感器2的电流随时间变化的情况
D.图丁是开关S由闭合变为断开,通过传感器2的电流随时间变化的情况
6.在“探究电磁感应的产生条件”实验中,如图所示,线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上,线圈B连接到电流表上,线圈A插在B的里面,下列说法正确的是()
A.开关闭合瞬间,电流表指针发生偏转
B.开关断开瞬间,电流表指针不发生偏转
C.开关闭合后,将线圈A从B中拔出时,电流表指针
不发生偏转
D.开关闭合后,移动滑动变阻器的滑片P时,电流表
指针不发生偏转
7.在“探究感应电流的方向规律”实验中,竖直放置的线圈固定不动,将磁铁从线圈上方插入或拔出,线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流。
各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况,正确的是( )
8.下图是做“探究电磁感应的产生条件”实验的器材及示意图。
(1)在图中用实线代替导线把它们连成实验电路。
(2)假设在开关闭合的瞬间,灵敏电流计的指针
向左偏转,则当螺线管A向上拔出的过程中,
灵敏电流计的指针向________偏转。
(3)某同学在连接好的电路中做实验。
第一次将
螺线管A从螺线管B中快速抽出,第二次将
螺线管A从螺线管B中慢慢抽出,发现灵敏
电流计的指针摆动的幅度大小不同,第一次比
第二次的幅度________(填“大”或“小”),原因是线圈中的 (填“磁通量”或“磁通量的变化”或“磁通量变化率”)第一次比第二次的大。
9.如图甲所示,在水平面上固定有长L=2m、宽d=1m的金属“U”型导轨,在“U”型导轨右侧l=0.5m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示。
在t=0时刻,质量m=0.1kg的导体棒以v0=1m/s的初速度从导轨的左端开始向右运动,导体棒与导轨之间的动摩擦因数μ=0.1,导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ=0.1Ω/m,不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响。
(1)通过计算分析4s内导体棒的运动情况;
(2)计算4s内回路中电流的大小,并判断电流方向;
(3)计算4s内回路产生的焦耳热。
10.如图所示,光滑水平面上停着一辆小车,车上固定一边长L=0.5m的正方形金属线框abcd,线框平面与纸面重合,总电阻R=0.25Ω,线框和车的总质量M=0.5kg。
在小车右侧有一宽度大于L、具有理想边界的匀强磁场,磁感应强度B=1.0T,方向垂直纸面向里。
现给小车一水平向右的初速度,使其向右运动并穿过磁场。
已知线框的ab边刚进磁场时,小车的加速度a=10m/s2。
求:
(1)线框的ab边刚进磁场时,小车的速度大小;
(2)线框穿过磁场的整个过程中,其上产生的焦耳热。
11.如图所示,两根足够长的固定平行金属导轨位于同一水平面内,间距为L。
导轨上垂直放置两根金属棒ab和cd,质量均为m,电阻均为R。
整个装置处于磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。
开始时ab棒和cd棒均有方向相反的水平初速度,大小分别为v0和2v0。
不计导轨的电阻和摩擦,求:
(1)从两棒开始运动到最终稳定的过程中,回路中产生的焦耳热;
(2)当ab棒的速度大小为0.5v0时,cd棒消耗的电功率。
12.如图所示,水平面上固定两根平行导轨MN、PQ,间距为d,并处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中。
两根完全相同的金属杆1和2间隔一定距离均垂直放置在导轨上,与导轨接触良好。
已知两金属杆的质量均为m,电阻均为R,导轨光滑且电阻不计。
现给金属杆1一个方向水平向右、大小为I的瞬间冲量。
(1)求金属杆1获得的初速度大小;
(2)若金属杆2固定,为使两杆在运动过程中不相碰,求两杆开始放置时的距离至少多大?
(3)若金属杆不固定,为使两杆在运动过程中不相碰,求两杆开始放置时的距离至少多大?
13.某同学设计一个发电测速装置,工作原理如图所示。
一个半径为R=0.1m的圆形金属导轨固定在竖直平面上,一根长为R的金属棒OA,A端与导轨接触良好,O端固定在圆心处的转轴上。
转轴的左端有一个半径为r=R/3的圆盘,圆盘和金属棒能随转轴一起转动。
圆盘上绕有不可伸长的细线,下端挂着一个质量为m=0.5kg的铝块。
在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T。
a点与导轨相连,b点通过电刷与O端相连。
测量a、b两点间的电势差U可算得铝块速度。
铝块由静止释放,下落h=0.3m时,测得U=0.15V。
(细线与圆盘间没有滑动,金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计)
(1)测U时,a点相接的是电压表的“正极”还是“负极”?
(2)求此时铝块的速度大小;
(3)求此下落过程中铝块机械能的损失。
14.为了探究电动机转速与弹簧伸长量之间的关系,小明设计了如图所示的装置。
半径为l的圆形金属导轨固定在水平面上,一根长也为l、电阻为R的金属棒ab一端与导轨接触良好,另一端固定在圆心处的导电转轴OO′上,由电动机A带动旋转。
在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面,大小为B1、方向竖直向下的匀强磁场。
另有一质量为m、电阻为R的金属棒cd用轻质弹簧悬挂在竖直平面内,并与固定在竖直平面内的“U”型导轨保持良好接触,导轨间距为l,底部接阻值也为R的电阻,处于大小为B2、方向垂直导轨平面向里的匀强磁场中。
从圆形金属导轨引出导线和通过电刷从转轴引出导线经开关S与“U”型导轨连接。
当开关S断开,棒cd静止时,弹簧伸长量为x0;当开关S闭合,电动机以某一转速匀速转动,棒cd再次静止时,弹簧伸长量变为x(不超过弹性限度)。
不计其余电阻和摩擦等阻力,求此时
(1)通过棒cd的电流Icd;
(2)电动机对该装置的输出功率P;
(3)电动机转动角速度ω与弹簧伸长量
x之间的函数关系。
15.为了提高自行车夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种“闪烁”装置。
如图所示,自行车后轮由半径r1=5.0×10-2m的金属内圈、半径r2=0.40m的金属外圈和绝缘辐条构成。
后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条,每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡。
在支架上装有磁铁,形成了磁感应强度B=0.10T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁
场,其内半径为r1、外半径为r2,张角θ=
。
后轮以角速度ω=2πrad/s相对于转轴转动。
若不计其它电阻,忽略磁场的绝缘效应。
(1)当金属条ab进入“扇形”磁场时,求感应电动势E,并指出ab上的电流方向;
(2)当金属条ab进入“扇形”磁场时,画出“闪烁”装置的电路图;
(3)从金属条ab进入“扇形”磁场时开始,经计算画出轮子转一圈过程中,内圈与外圈之间电势差Uab随时间t变化的图象;
(4)若选择的是“1.5V,0.3A”的小灯泡,该“闪烁”装置能否正常工作?
有同学提出,通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度ω和张角θ等物理量的大小,优化前同学的设计方案,请给出你的评价。
16.小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示,两根平行金属导轨相距l=0.50m,倾角θ=53º,导轨上端串接一个R=0.05Ω的电阻。
在导轨间长d=0.56m的区域内,存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度B=2.0T。
质量m=4.0kg的金属棒CD水平置于导轨上,用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连。
CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s=0.24m。
一位健身者用恒力F=80N拉动GH杆,CD棒由静止开始运动,上升过程中CD棒始终保持与导轨垂直。
当CD棒到达磁场上边界时健身者松手,触发恢复装置使CD棒回到初始位置。
重力加速度g=10m/s2,sin53º=0.8,不计其它电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量。
求:
(1)CD棒进入磁场时速度v的大小;
(2)CD棒进入磁场时所受的安培力F的大小;
(3)在拉升CD棒的过程中,健身者所做的功W和电阻产生的焦耳热Q。
17.间距为l的两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成,如图所示。
倾角为θ的导轨处于大小为B1、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间I中。
水平导轨上的无磁场区间静止放置一质量为3m的“联动双杆”(由两根长为l的金属杆cd和ef,用长为L的刚性绝缘杆连接构成),在“联动双杆”右侧存在大小为B2、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间II,其长度大于L。
质量为m、长为l的金属杆ab从倾斜导轨上端释放,达到匀速后进入水平导轨(无能量损失),杆ab与“联动双杆”发生碰撞,碰后杆ab和cd合在一起形成“联动三杆”。
“联动三杆”继续沿水平导轨进入磁场区间II并从中滑出。
运动过程中,杆ab、cd和ef与导轨始终接触良好,且保持与导轨垂直。
已知杆ab、cd和ef电阻均为R=0.02Ω,m=0.1kg,l=0.5m,L=0.3m,θ=30°,B1=0.1T,B2=0.2T。
不计摩擦阻力和导轨电阻,忽略磁场边界效应。
求:
(1)杆ab在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小v0;
(2)“联动三杆”进入磁场区间II前的速度大小v;
(3)“联动三杆”滑过磁场区间II产生的焦耳热Q。
参考答案
1.ABD
2.AD
3.AD
4.BC
5.BC
6.A
7.CD
8.
(1)略
(2)右(3)大,磁通量变化率
9.
(1)0~1s内做匀减速直线运动,1~4s内静止
(2)0~2s内I=0,2~4s内I=0.2A,方向顺时针
(3)0.04J
10.
(1)5m/s
(2)4J
11.
(1)
mv02
(2)0或
12.
(1)
(2)
(3)
13.
(1)正极
(2)2m/s(3)0.5J
14.
(1)
(2)
(3)
15.
(1)0.049V,b→a
(2)略(3)略(4)增大B,增大r2,增大ω,减小r1均可以,但每个量的改变均有一定的限度
16.
(1)2.4m/s
(2)48N(3)26.88J
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- 届高三 物理 优化 专题 电磁感应 答案
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