2020高考物理 月刊专版 专题09 交变电流和电磁感应电磁感应专题

2020高考物理 月刊专版 专题09 交变电流和电磁感应电磁感应专题

交变电流和电磁感应 ‎ ‎1.如图所示，一根长导线弯曲成“п”，通以直流电I，正中间用绝缘线悬挂一金属环C，环与导线处于同一竖直平面内。在电流I增大的过程中，下列叙述正确的是（BCD）‎ A．金属环中无感应电流产生 B．金属环中有逆时针方向的感应电流 C．悬挂金属环C的竖直线中拉力变大 D．金属环C仍能保持静止状态 ‎3．如图所示，在方向竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中，有两条足够长的平行金属导轨，其电阻不计，间距为L，导轨平面与磁场方向垂直。ab、cd为两根垂直导轨放置的、‎ 由牛顿第二定律 F－BIL＝ma 得 F= ‎ ‎（4分）‎ ‎（2）细线拉断时满足 BIL=f +T0 （3分）‎ ‎ +T0‎ t= （4分）‎ ‎4.如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L=‎0.2m，电阻R=0.4Ω，导轨上停放一质量m=‎0.1kg、电阻r=0.1Ω的金属杆，导轨电阻可忽略不计，整个装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。现用一外力F沿水平方向拉杆，使之由静止开始运动，若理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图乙所示。‎ 闭合电路欧姆定律知，棒上产生的电动势也是随时间均匀变化的。因此由E=BLv可知，金属杆所做的运动为匀变速直线运动 ……………………………⑤‎ 由⑴问中的④式有 ‎ 所以 ……………………………⑥‎ 所以4s末时的速度 ……………………………⑦‎ 所以4s末时电路中的电流为 ……………………⑧‎ 因 ‎ ‎ ……………………⑨‎ ‎5、如图，光滑平行的水平金属导轨MN、PQ相距l，在M点和P点间接一个阻值为R的电阻，在两导轨间OO1O1′O′矩形区域内有垂直导轨平面竖直向下、宽为d的匀强磁场，磁感强度为B。一质量为m，电阻为r的导体棒ab，垂直搁在导轨上，与磁场左边界相距d0。现用一大小为F、水平向右的恒力拉ab棒，使它由静止开始运动，棒ab在离开磁场前已经做匀速直线运动（棒ab与导轨始终保持良好的接触，导轨电阻不计）。求：‎ ‎（1）棒ab在离开磁场右边界时的速度；‎ ‎（2）棒ab通过磁场区的过程中整个回路所消耗的电能；‎ ‎　‎ ‎　 　 ①‎ ‎　 ②‎ ‎　对ab棒　 F－BIl＝0 ③‎ ‎　　 解得　 ④‎ ‎（2）由能量守恒可得：　　 ⑤‎ 解得： ⑥‎ ‎（3）设棒刚进入磁场时速度为v ‎　　　 由： ⑦‎ 可得： ⑧‎ 棒在进入磁场前做匀加速直线运动，在磁场中运动可分三种情况讨论：‎ ‎①若（或），则棒做匀速直线运动；‎ ‎②若（或F＞），则棒先加速后匀速；‎ ‎③若（或F＜＝，则棒先减速后匀速。‎ ‎6．如图所示在水平面上有两条相互平行的光滑绝缘导轨，两导轨间距工L=‎‎1m ‎，导轨的虚线范围内有一垂直导轨平面的匀强磁场，磁感应强度B=0.2T，磁场宽度S大于L，左、右两边界与导轨垂直．有一质量m=‎0.2kg，电阻 r=0.1边长也为L正方形金属框以某一初速度，沿导轨向右进入匀强磁场．‎ ‎(1)若最终金属框只能有—半面积离开磁场区域，试求金属框左边刚好进入磁场时的速度．‎ ‎(2)若金属框右边剐要离开磁场时，虚线范围内磁插的磁感应强度以K=0.1T/s的变化率均匀减小。为使金属框此后能匀速离开磁场，对其平行于导轨方向加一水平外力，求金属框有一半面积离开磁场区域时水平外力的大小．‎ 解：(1)金属框左边刚好进入磁场区域时的运动速度为v，在磁场中作匀速运动．设离开磁场 运动过程的时间为t，此过程中的平均感应电动势为： (1分)‎ ‎ (1分)‎ 所受平均安培力：安= ： (1分)‎ 由动量定理有： -安t=0-mv (2分)‎ 解得： v= l m／s (2分)‎ ‎(2)金属框开始匀速离开磁场到有一半面积离开磁场区域的时间为：‎ ‎ (1分)‎ 当线框一半面积离开磁场时，左边因切割磁感线而产生的电动势为：‎ E1=(B-ktˊ)Lv (2分)‎ 因磁场变化而产生的感应电动势为：E2= (2分)‎ 此回路产生逆时针方向的感应电流为：‎ ‎ ('分)‎ 则此时水平向右的外力大小为：F=F安=(B-ktˊ)IL (1分)‎ 代人数据，解得： F=0.3N ‎7．一电阻为R的金属圆环，放在匀强磁场中，磁场与圆环所在平面垂直，如图(a)所示．已知通过圆环的磁通量随时间t的变化关系如图(b)所示，图中的最大磁通量φ0和变化周期T 都是已知量，求 ‎ E1= ①‎ 在以上时段内，环中的电流为 I 1= ②‎ 则在这段时间内通过金属环某横截面的电量 q= I 1 t ③‎ 联立求解得 ④‎ ‎(2)在到和在到t =T时间内，环中的感应电动势 E 1= 0 ⑤‎ 在和在时间内，环中的感应电动势 E 3= ⑥‎ 由欧姆定律可知在以上时段内，环中的电流为 I 3 = ⑦‎ ‎ 在t=0到t=2T时间内金属环所产生的电热 Q=2(I 12 R t 3+ I 32 R t 3) ⑧‎ 联立求解得 Q= ⑨‎ ‎8．如图（甲）所示，一正方形金属线框放置在绝缘的光滑水平面上，并位于一竖直向下的有界匀强磁场区域内，线框的右边紧贴着磁场的边界，从t＝0时开始，对线框施加一水平向右的外力F，使线框从静止开始做匀加速直线运动，在时刻穿出磁场．已知外力F随时间变化的图像如图（乙）所示，且线框的质量m、电阻R、图（乙）中的、均为已知量．试 线框离开磁场时的速度　　　　　　　 ②‎ 线框的边长　　　　　　　　　　　　 ③‎ 线框离开磁场时所受到的磁场力　　　 ④‎ 离开磁场时线框中的感应电动势　　　 ⑤‎ 离开磁场时线框中的感应电流　　　　 ⑥‎ 由牛顿定律知　　　　　　　　　　 ⑦‎ 联立求解可得　　　　　　　　　　 ⑧‎ 离开磁场时线框中的感应电动势　　 ⑨‎ 离开磁场时线框中的感应电流　　　 ⑩‎ 在拉出过程中通过线框某截面的电量　 ⑾‎ ‎9．如图所示，两条光滑的绝缘导轨，导轨的水平部分与圆弧部分平滑连接，两导轨间距为L，导轨的水平部分有n段相同的匀强磁场区域（图中的虚线范围），磁场方向竖直向上，磁场的磁感应强度为B，磁场的宽度为S，相邻磁场区域的间距也为S，S大于L，磁场左、右两边界均与导轨垂直。现有一质量为m，电阻为r，边长为L的正方形金属框，由圆弧导轨上某高度处静止释放，金属框滑上水平导轨，在水平导轨上滑行一段时间进入磁场区域，最终线框恰好完全通过n段磁场区域。地球表面处的重力加速度为g，感应电流的磁场可以忽略不计，求：‎ ‎（1）刚开始下滑时，金属框重心离水平导轨所在平面的高度．‎ 匀强磁场区域的过程中，线框中产生平均感应电动势为 ‎ ...............................1分 平均电流强度为（不考虑电流方向变化）‎ ‎ ...........................................1分 由动量定理得：　　 .............................1分 ‎　　　　　　　‎ ‎　　　　　　　‎ 同理可得：　　　　‎ ‎　　　　　　　　　‎ ‎　　　　　　　　　　　……‎ ‎（3）金属框穿过第（k－1）个磁场区域后，由动量定理得：‎ ‎......................2分 金属框完全进入第k个磁场区域的过程中，由动量定理得：‎ ‎　　.....................1分 解得：　　　.........................1分 功率：...............................2分 ‎10．如图(1)所示，一个足够长的“U”形金属导轨NMPQ固定在水平面内，MN、PQ两导轨间的宽为L=‎0.50m．一根质量为m=‎0.50kg的均匀金属导体棒ab静止在导轨上且接触良好，abMP恰好围成一个正方形．该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节的竖直向上的匀强磁场中．ab棒的电阻为R=0.10，其他各部分电阻均不计．开始时，磁感应强度B0=0.50T ‎(1)若保持磁感应强度B0的大小不变，从t=0时刻开始，给ab棒施加一个水平向右的拉力，使它做匀加速直线运动．此拉力T的大小随时间t变化关系如图(2)所示．求匀加 因为I＝B0lv/R v=at 联立可解得 将数据代入，可解得a=‎4m/s‎2 f=1N ‎(2)以ab棒为研究对象，当磁培应强度均匀增大时，闭合电路中有恒定的感应电流I，以ab 棒为研究对象，它受到的安培力逐渐增大，静摩擦力也随之增大，当磁感应强度增大到ab所受安培力F与最大静摩擦力fm相等时开始滑动.‎ 由以上各式求出，经时间t=17.5s后ab棒开始滑动，此时通过ab棒的电流大小为I=‎0.5A 根据楞决定律可判断出，电流的方向为从b到a．‎