2020年高考物理一轮复习 第九章 电磁感应(第3课时)电磁感应中电路和图象问题习题

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2020年高考物理一轮复习 第九章 电磁感应(第3课时)电磁感应中电路和图象问题习题

‎(第3课时)电磁感应中电路和图象问题 ‎ 一、电磁感应中的电路问题 ‎1.内电路和外电路 ‎(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于电源.‎ ‎(2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的内阻,其余部分是外电路.‎ ‎2.电源电动势和路端电压 ‎(1)电动势:E=Blv或E=n ‎(2)路端电压:U=IR=E-Ir.‎ 二、电磁感应中的图象问题 ‎1.图象类型 ‎(1)随时间变化的图象如B-t图象、Φ-t图象、E-t图象和i-t图象.‎ ‎(2)随位移x变化的图象如E-x图象和i-x图象.‎ ‎2.问题类型 ‎(1)由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象.‎ ‎(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量.‎ ‎(3)利用给出的图象判断或画出新的图象.‎ ‎1.闭合电路的欧姆定律同样适用于电磁感应电路.(√)‎ ‎2.“相当于电源”的导体棒两端的电压一定等于电源的电动势.(×)‎ ‎3.电流一定从高电势流向低电势.(×)‎ ‎4.在有安培力的作用下,导体棒不能做加速运动.(×)‎ ‎5.电磁感应中求焦耳热时,均可直接用公式Q=I2Rt.(×)‎ ‎6.电路中的电能增加,外力一定克服安培力做了功.(√)‎ ‎1.(2020·长沙模拟)如图所示,在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框;在导线框右侧有一宽度为d(d>L)的条形匀强磁场区域,磁场的边界与导线框的一边平行,磁场方向竖直向下.导线框以某一初速度向右运动.t=0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合,随后导线框进入并通过磁场区域.下列v-t图象中,可能正确描述上述过程的是(  )‎ 解析:导体切割磁感线时产生感应电流,同时受到安培力阻碍导体运动,利用法拉第电磁感应定律、安培力公式及牛顿第二定律可确定线框在磁场中的运动特点.线框进入和离开磁场时,安培力的作用都是阻碍线框运动,使线框速度减小,‎ 由E=BLv、I=及F=BIL=ma可知安培力减小,加速度减小,当线框完全进入磁场后穿过线框的磁通量不再变化,不产生感应电流,不再受到安培力,线框做匀速直线运动,故选项D正确.‎ 答案:D ‎2.(2020·日照模拟)如图所示,两根相距为l的平行直导轨ab、cd,b、d间连有一固定电阻R,导轨电阻可忽略不计.MN为放在ab和cd上的一导体杆,与ab垂直,其电阻也为R.整个装置处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,磁场方向垂直于导轨所在平面(指向图中纸面内).现对MN施力使它沿导轨方向以速度v做匀速运动.令U表示MN两端电压的大小,则(  )‎ A.U=vBl B.U=vBl C.U=vBl D.U=2vBl 解析:电路中电动势为E=Blv,则MN两端电压大小U=·R=Blv,故A正确.‎ 答案:A ‎3.(2020·太原模拟)如图所示,闭合金属线框从一定高度自由下落进入匀强磁场中,磁场足够大,从ab边开始进入磁场到cd边刚进入磁场的这段时间内,线框运动的速度—时间图象不可能是图中的(  )‎ 解析:当ab边刚进入磁场时,若线框所受安培力等于重力,则线框在从ab边开始进入磁场到cd边刚进入磁场前做匀速运动,故A是可能的;当ab边刚进入磁场时,若线框所受安培力小于重力,则线框做加速度逐渐减小的加速运动,最后可能做匀速运动,故C情况也可能;当ab边刚进入磁场时,若线框所受安培力大于重力,则线框做加速度逐渐减小的减速运动,最后可能做匀速运动,故D可能;线框在磁场中不可能做匀变速运动,故B项是不可能的.‎ 答案:B ‎4.(2020·北京西城区模拟)如图甲所示,线圈ABCD固定于匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向外,当磁场变化时,线圈AB边所受安培力向右且变化规律如图乙所示,则磁场的变化情况可能是下图中的(  )‎ 解析:根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律,可得E=S,I=,线圈AB边所受安培力大小F=BIL=BSL,由于F和不变,则B不变;力F的方向向右,根据楞次定律可知:此时通过线圈的磁通量是增加的,故磁感应强度B增大,而是减小的,故选项D正确,选项A、B、C错误.‎ 答案:D 一、单项选择题 ‎1.(2020·连云港模拟)很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放,形成一很长的竖直圆筒.一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置,其下端与圆筒上端开口平齐.让条形磁铁从静止开始下落.条形磁铁在圆筒中的运动速率(  )‎ A.均匀增大 B.先增大,后减小 C.逐渐增大,趋于不变 D.先增大,再减小,最后不变 解析:条形磁铁在下落过程中受到向上的排斥力,绝缘铜环内产生感应电流,导致条形磁铁做加速度逐渐减小的加速运动,故其速率逐渐增大,最后趋于不变,选项C正确,选项A、B、D错误.‎ 答案:C ‎2.(2020·保定模拟)如图所示,空间存在两个磁场,磁感应强度大小均为B,方向相反且垂直纸面,MN、PQ为其边界,OO′为其对称轴,一导线折成边长为L的正方形闭合线框abcd,线框在外力作用下由纸面内图示位置从静止开始向右做匀加速运动,若电流以逆时针方向为正方向,则从线框开始运动到ab边刚进入到PQ右侧磁场的过程中,能反映线框中感应电流随时间变化规律的图象是(  )‎ 解析:由法拉第电磁定律知ab边运动到MN边界的过程中感应电动势E=2BLv=2Blat,感应电流为i==∝t,C、D错;在ab边从MN边界运动到PQ边界的过程中,产生的感应电动势为E=BLv=BLat,感应电流为I==∝t,即刚过MN边界时感应电动势、感应电流均减小一半,所以A错,B对.‎ 答案:B ‎3.(2020·运城模拟)如图所示,MN、PQ是间距为L的平行金属导轨,置于磁感应强度为B,方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中,M、P间接有一阻值为R的电阻.一根与导轨接触良好、有效阻值为的金属导线ab垂直导轨放置,并在水平外力F的作用下以速度v向右匀速运动,则(不计导轨电阻)(  )‎ A.通过电阻R的电流方向为P→R→M B.a、b两点间的电压为BLv C.a端电势比b端高 D.外力F做的功等于电阻R上发出的焦耳热 解析:由右手定则可知通过金属导线的电流由b到a,即通过电阻R的电流方向为M→R→P,A错误;金属导线产生的电动势为BLv,而a、b两点间的电压为等效电路路端电压,由闭合电路欧姆定律可知,a、b两点间电压为BLv,B错误;金属导线可等效为电源,在电源内部,电流从低电势流向高电势,所以a端电势高于b端电势,C正确;根据能量守恒定律可知,外力做功等于电阻R和金属导线产生的焦耳热之和,D错误.‎ 答案:C ‎4.(2020·郑州模拟)如图所示,单匝圆形金属线圈电阻恒定不变,在线圈的圆形区域内有垂直向里的匀强磁场,在时间t1内要使线圈中产生大小、方向恒定不变的电流,匀强磁场的磁感应强度应按下列哪种情况变化(  )‎ 解析:根据法拉第电磁感应定律E==和闭合电路欧姆定律I=,得线圈中电流I=,要使电流的大小和方向不变,要求磁感应强度的变化率一定,即B-t图线的斜率一定但不为0,可知选项A正确,其他选项错误.‎ 答案:A ‎5.(2020·青岛模拟)粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框原先整个置于有界匀强磁场内,磁场方向垂直于线框平面,其边界与正方形线框的边平行,现使线框沿四个不同方向以相同速率v匀速平移出磁场,如图所示,线框移出磁场的整个过程(  )‎ A.四种情况下ab两端的电势差都相同 B.①图中流过线框的电荷量与v的大小无关 C.②图中线框的电功率与v的大小成正比 D.③图中磁场力对线框做的功与v2成正比 解析:由法拉第电磁感应定律E=,闭合电路欧姆定律I=,电流定义式I=可得q=,线框沿四个不同方向移出磁场,流过线框的电荷量与v的大小无关,选项B正确.四种情况下ab两端的电势差不相同,选项A错误.②图中线框的电功率P=,E=BLv,P与v的二次方大小成正比,选项C错误;③图中磁场力F=BIL,I=,E=BLv,磁场力对线框做功W=FL,磁场力对线框做的功与v成正比,选项D错误.‎ 答案:B ‎6.(2020·济宁模拟)如图所示,空间某区域中有一匀强磁场,磁感应强度方向水平,且垂直于纸面向里,磁场上边界b和下边界d水平.在竖直面内有一矩形金属线圈,线圈上下边的距离很短,下边水平.线圈从水平面a开始下落.已知磁场上下边界之间的距离大于水平面a、b之间的距离.若线圈下边刚通过水平面b、c(位于磁场中)和d时,线圈所受到的磁场力的大小分别为Fb、Fc和Fd,则(  )‎ A.Fd>Fc>Fb B.FcFb>Fd D.Fcvb,当线圈在进入和离开磁场时,穿过线圈的磁通量变化,线圈中产生感应电流,受磁场力作用,其大小为:F=BIl=Bl=,因vd>vb,所以Fd>Fb>Fc,选项D正确.‎ 答案:D 二、多项选择题 ‎7.(2020·黄冈模拟)如图所示,边长为L、不可形变的正方形导线框内有半径为r的圆形磁场区域,其磁感应强度B随时间t的变化关系为B=kt(常量k>0).回路中滑动变阻器R的最大阻值为R0,滑动片P位于滑动变阻器中央,定值电阻R1=R0、R2=.闭合开关S,电压表的示数为U,不考虑虚线MN右侧导体的感应电动势,则(  )‎ A.R2两端的电压为 B.电容器的a极板带正电 C.滑动变阻器R的热功率为电阻R2的5倍 D.正方形导线框中的感应电动势为kL2‎ 解析:根据串、并联电路特点,虚线MN右侧回路的总电阻R=R0.回路的总电流 I==,通过R2的电流I2==,所以R2两端电压U2=I2R2=·=U,选项A正确;根据楞次定律知回路中的电流为逆时针方向,即流过R2的电流方向向左,所以电容器b极板带正电,选项B错误;根据P=I2R,滑动变阻器R的热功率P=I2+=I2R0,电阻R2的热功率P2=R2=I2R0=P,选项C正确;根据法拉第电磁感应定律得,线框中产生的感应电动势E==S=kπr2,选项D错误.‎ 答案:AC ‎8.(2020·淄博模拟)如图所示,匀强磁场的方向垂直于电路所在平面,导体棒ab与电路接触良好.当导体棒ab在外力F作用下从左向右做匀加速直线运动时,若不计摩擦和导线的电阻,整个过程中,灯泡A未被烧毁,电容器C未被击穿,则该过程中(  )‎ A.感应电动势将变大 B.灯泡A的亮度变大 C.电容器C的上极板带负电 D.电容器两极板间的电场强度将减小 解析:当导体棒ab在外力F作用下从左向右做匀加速直线运动时,由右手定则知,导体棒a端的电势高,电容器C的上极板带正电;由公式E=BLv知,感应电动势将变大,导体棒两端的电压变大,灯泡A的亮度变大,由于场强E=电容器两极板间的电场强度将变大.故A、B正确,C、D错.‎ 答案:AB ‎9.(2020·长沙模拟)如图所示为一匀强磁场,磁场方向垂直纸面,规定向里的方向为正,在磁场中有一细金属圆环,线圈位于纸面内,如图甲所示.现令磁感应强度值B随时间t变化,先按图乙所示的oa图线变化,后来又按bc和cd变化,令E1、E2、E3分别表示这三段变化过程中感应电动势的大小,I1、I2、I3分别表示对应的感应电流(  )‎ A.E1>E2,I1沿逆时针方向,I2沿顺时针方向 B.E1
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