2017年高考题和高考模拟题物理分项版汇编专题10 电磁感应

2017年高考题和高考模拟题物理分项版汇编专题10 电磁感应

专题10 电磁感应 ‎1.（15江苏卷）某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律，实验装置如题11-1图所示，打点计时器的电源为50Hz的交流电 ‎（1）下列实验操作中，不正确的有________‎ A．将铜管竖直地固定在限位孔的正下方 B．纸带穿过限位孔，压在复写纸下面 C．用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落 D．在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源 ‎（2）该同学按照正确的步骤进行试验（记为“实验①”），将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为O点，每隔一个计时点取一个计数点，标为1、2、3…….8，用刻度尺量出各计数点的相邻计时点到O点的距离，记录在纸带上，如题11-2图所示 计算相邻计时点间的平均速度，粗略地表示各计数点的速度，抄入下表，请将表中的数据补充完整 ‎（3）分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是 ‎________;磁铁受到阻尼作用的变化情况是____________.‎ ‎（4）该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作（记为实验②），结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同，请问实验②是为了说明说明？对比实验①和②的结果得到什么结论？‎ 答案：‎ ‎（1）CD ‎（2）39.0‎ ‎（3）逐渐增大到39.8 cm/ s 逐渐增大到等于重力 ‎（4）为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用，磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用.‎ 解析：根据速度计算速度.‎ ‎2.（15北京卷）如图所示，足够长的平行光滑金属导轨水平放置，宽度 L = 0.4 m，一端连接 R=1 Ω 的电阻，导轨所在的空间存在竖直向下的匀强磁场， 磁感应强度B = 1 T， 导体棒 MN 放在导轨上， 其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好.导轨和导体棒的电阻均可忽略不计.在平行于导轨的拉力 F 作用下，导体棒沿导轨向右匀速运动，速度 v = 5 m/s ，求：‎ ‎( 1 ) 感应电动势 E 和感应电流 I；‎ ‎( 2 ) 在 0.1 s 时间内，拉力的冲量的大小；‎ ‎( 3 ) 若将 MN 换为电阻为 r = 1Ω的导体棒，其它条件不变，求导体棒两端的电压 U.‎ 解析：‎ ‎（1）根据动生电动势公式得E=BLv = 1T ×0.4m ×5m /s =2.0 V ①‎ 故感应电流I= ②‎ ‎（2）金属棒匀速运动过程中，所受的安培力大小为F安= BIL =0.8N, 因为是匀速直线运动，所以导体棒所受拉力F = F安 = 0.8N ③‎ 所以拉力的冲量 IF =F t=0.8 N× 0.1 s=0.08 ④‎ 导体棒两端电压U= ⑤‎ ‎3.（15海南卷）如图，空间有一匀强磁场，一直金属棒与磁感应强度方向垂直，当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时，棒两端的感应电动势大小ε，将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折弯，置于磁感应强度相垂直的平面内，当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时，棒两端的感应电动势大小为，则等于（ ）‎ A.1/2 B. C.1 D.‎ 答案：B 解析：设折弯前导体切割磁感线的长度为，折弯后，导体切割磁场的有效长度为，故产生的感应电动势为，所以，B正确；‎ ‎4.（15海南卷）如图，两平行金属导轨位于同一水平面上，相距，左端与一电阻R相连；整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向竖直向下.一质量为m的导体棒置于导轨上，在水平外力作用下沿导轨以速度匀速向右滑动，滑动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好.已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为，重力加速度大小为g，导轨和导体棒的电阻均可忽略.求 ‎（1）电阻R消耗的功率；‎ ‎（2）水平外力的大小.‎ 解析：（1）导体切割磁感线运动产生的电动势为，‎ 根据欧姆定律，闭合回路中的感应电流为 电阻R消耗的功率为，联立可得 ‎（2）对导体棒受力分析，受到向左的安培力和向左的摩擦力，向右的外力，三力平衡，故有，，故 ‎5.（15四川卷）18分） 如图所示，金属导轨MNC和PQD，MN与PQ平行且间距为L，所在平面与水平面夹角为α，N、Q连线与MN垂直，M、P间接有阻值为R的电阻；光滑直导轨NC和QD在同一水平面内，与NQ的夹角都为锐角θ.均匀金属棒ab和ef质量均为m，长均为L，ab棒初始位置在水平导轨上与NQ重合；ef 棒垂直放在倾斜导轨上，与导轨间的动摩擦因数为μ（μ较小），由导轨上的小立柱1和2阻挡而静止.空间有方向竖直的匀强磁场（图中未画出）.两金属棒与导轨保持良好接触.不计所有导轨和ab棒的电阻，ef棒的阻值为R，最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，忽略感应电流产生的磁场，重力加速度为g.‎ ‎（1）若磁感应强度大小为B，给ab棒一个垂直于NQ、水平向右的速度v1，在水平导轨上沿运动方向滑行一段距离后停止，ef棒始终静止，求此过程ef棒上产生的热量；‎ ‎（2）在（1）问过程中，ab棒滑行距离为d，求通过ab棒某横截面的电量；‎ ‎（3）若ab棒以垂直于NQ的速度v2在水平导轨上向右匀速运动，并在NQ位置时取走小立柱1和2，且运动过程中ef棒始终静止.求此状态下最强磁场的磁感应强度及此磁场下ab棒运动的最大距离.‎ 解析：（1）由于ab棒做切割磁感线运动，回路中产出感应电流，感应电流流经电阻R和ef棒时，电流做功，产生焦耳热，根据功能关系及能的转化与守恒有：＝QR＋Qef ①‎ 根据并联电路特点和焦耳定律Q＝I2Rt可知，电阻R和ef棒中产生的焦耳热相等，即QR＝Qef ②‎ 由①②式联立解得ef棒上产生的热量为：Qef＝‎ ‎（2）设在ab棒滑行距离为d时所用时间为t，其示意图如下图所示：‎ 该过程中回路变化的面积为：ΔS＝[L＋（L－2dcotθ）]d ③‎ 根据法拉第电磁感应定律可知，在该过程中，回路中的平均感应电动势为：‎ ‎＝ ④‎ 根据闭合电路欧姆定律可知，流经ab棒平均电流为：‎ ‎＝ ⑤‎ 根据电流的定义式可知，在该过程中，流经ab棒某横截面的电量为：‎ q＝ ⑥‎ 由③④⑤⑥式联立解得：q＝‎ ‎⑶由法拉第电磁感应定律可知，当ab棒滑行x距离时，回路中的感应电动势为：‎ e＝B（L－2xcotθ）v2 ⑦‎ 根据闭合电路欧姆定律可知，流经ef棒的电流为：i＝ ⑧‎ 根据安培力大小计算公式可知，ef棒所受安培力为：F＝iLB ⑨‎ 由⑦⑧⑨式联立解得：F＝ ⑩‎ 由⑩式可知，当x＝0且B取最大值，即B＝Bm时，F有最大值Fm，ef棒受力示意图如下图所示：‎ 根据共点力平衡条件可知，在沿导轨方向上有：Fmcosα＝mgsinα＋fm ⑪‎ 在垂直于导轨方向上有：FN＝mgcosα＋Fmsinα ⑫‎ 根据滑动摩擦定律和题设条件有：fm＝μFN ⑬‎ 由⑩⑪⑫⑬式联立解得：Bm＝‎ 显然此时，磁感应强度的方向竖直向上或竖直向下均可 由⑩式可知，当B＝Bm时，F随x的增大而减小，即当F最小为Fmin时，x有最大值为xm，此时ef棒受力示意图如下图所示：‎ 根据共点力平衡条件可知，在沿导轨方向上有：Fmincosα＋fm＝mgsinα ⑭‎ 在垂直于导轨方向上有：FN＝mgcosα＋Fminsinα ⑮‎ 由⑩⑬⑭⑮式联立解得：xm＝‎ ‎6.（15安徽卷）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 ‎× × × × × × × × ×× × × × × × × × ×× × × × × × × × ×× × × × × × × × ×‎ v θ c d a b M N l 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 答案：B 解析：金属棒的有效切割长度为l，电路中感应电动势的大小，选项A错误；金属棒的电阻，根据欧姆定律电路中感应电流的大小，选项B正确；金属杆所受安培力的大小，选项C错误；根据焦耳定律，金属杆的发热功率为，选项D错误．答案为B．‎ ‎7.（15重庆卷）题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，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.‎ ‎7．（2015·全国新课标Ⅱ）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=-1/2Bl²ω，金属框中无电流 D．Ubc=1/2Bl²w，金属框中电流方向沿a-c-b-a 答案：C 解析：当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，穿过直角三角形金属框abc的磁通量恒为0，所以没有感应电流，由右手定则可知，c点电势高，，故C正确，A、B、D错误.‎ ‎8、（2015·全国新课标Ⅰ）1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示.实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后.下列说法正确的是 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 答案：AB 解析：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对，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，选项B对.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.圆盘本身呈现电中性，不会产生环形电流，选项D错.‎