届高考物理第二轮精讲精练检测30.docx

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届高考物理第二轮精讲精练检测30

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课时冲关练（十一）

电磁感应规律及其应用

（45分钟,100分）

一、选择题（本大题共8小题,每小题8分,共64分）

1.（2018·郑州一模）矩形导线框固定在匀强磁场中,如图甲所示。

磁感线的方向与导线框所在平面垂直,规定磁场的正方向为垂直纸面向里,磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示,则　（　　）

A.从0到t1时间内,导线框中电流的方向为abcda

B.从0到t1时间内,导线框中电流越来越小

C.从0到t2时间内,导线框中电流的方向始终为adcba

D.从0到t2时间内,导线框ab边受到的安培力越来越大

【解析】选C。

由楞次定律知,从0到t2时间内,导线框中电流的方向始终为adcba,选项A错误、C正确;由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律,从0到t1时间内,导线框中电流恒定,选项B错误;由安培力公式,从0到t2时间内,导线框ab边受到的安培力先减小后增大,选项D错误。

2.如图甲所示,匀强磁场垂直纸面向里,磁感应强度的大小为B,磁场在y轴方向足够宽,在x轴方向宽度为a。

一直角三角形导线框ABC（BC边的长度为a）从图示位置向右匀速穿过磁场区域,以逆时针方向为电流的正方向,在图乙中感应电流i、BC两端的电压UBC与线框移动的距离x的关系图像正确的是　（　　）

【解析】选D。

由楞次定律可知,线框刚进入磁场时产生的感应电流的磁场方向垂直纸面向外,故线框中的感应电流沿逆时针方向,为正,又因为线框做匀速运动,故感应电流随位移线性增大;同理可知线框离开磁场时,产生的感应电流大小随位移线性增大,方向为负,选项A、B错误;BC两端的电压UBC跟感应电流成正比,故选项C错误,D正确。

3.如图甲所示,固定在水平面内的光滑金属框架cdeg处于方向竖直向下的匀强磁场中,金属杆ab与金属框架接触良好。

在两根导轨的端点d、e之间连接一电阻,其他部分电阻忽略不计。

现用一水平向右的外力F作用在金属杆ab上,使金属杆在框架上由静止开始向右滑动,运动中杆ab始终垂直于框架。

图乙为一段时间内金属杆受到的安培力f随时间t的变化关系,则图丙中可以表示此段时间内外力F随时间t变化关系的图像是　（　　）

【解析】选B。

本题考查了安培力、电磁感应等知识。

安培力f=BIL=,由图乙可知安培力线性增大,故金属杆的速度也线性增加,金属杆做匀加速直线运动,所以F-f=定值,B正确。

4.（2018·莆田一模）矩形导线框abcd放在匀强磁场中,在外力控制下静止不动,磁感线方向与线圈平面垂直,磁感应强度B随时间t变化的图像如图所示。

t=0时刻,磁感应强度的方向垂直纸面向里。

在0～4s时间内,线框ab边所受磁场力F（规定向左为正方向）随时间t变化的图像是图中的　（　　）

【解析】选D。

由B-t图像知0～1s磁场均匀变化,产生顺时针方向的恒定电流,据左手定则ab边所受安培力向左,由于B均匀减小,由F=BIL得安培力均匀减小;1～2s产生顺时针方向恒定电流,由于B改变方向且逐渐增加,所以ab边所受安培力方向向右且均匀增大;2～3s产生逆时针方向的恒定电流,ab边所受安培力向左,B减小,则安培力均匀减小;3～4s产生逆时针方向电流,ab边所受安培力向右,大小均匀增加。

5.（2018·漳州一模）如图所示的电路中,L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈,D1、D2是两个完全相同的灯泡,E是内阻不计的电源。

电路稳定后在t1时刻断开开关S。

规定以电路稳定时流过D1、D2的电流方向为正方向,分别用i1、i2表示流过D1、D2的电流,则选项中能正确描述电流i1、i2随时间t变化关系的是　（　　）

【解析】选A。

在t1时刻断开开关S后,线圈储存的磁场能要转化成电能,通过线圈的电流方向不变,大小逐渐减小,B错误,A正确;而通过D2的电流则反向,大小逐渐减小到零,C、D错误。

6.（2018·西安二模）如图所示,两足够长平行金属导轨固定在水平面上,匀强磁场方向垂直导轨平面向下,金属棒ab、cd与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动,两金属棒ab、cd的质量之比为2∶1。

用一沿导轨方向的恒力F水平向右拉金属棒cd,经过足够长时间以后　（　　）

A.金属棒ab、cd都做匀速运动

B.金属棒ab上的电流方向是由a向b

C.金属棒cd所受安培力的大小等于

D.两金属棒间距离保持不变

【解析】选C。

对两金属棒ab、cd进行受力和运动分析可知,两金属棒最终将做加速度相同的匀加速直线运动,且金属棒ab速度小于金属棒cd速度,所以两金属棒间距离是变大的,由楞次定律判断金属棒ab上的电流方向是由b到a,A、B、D错误;以两金属棒整体为研究对象有:

F=3ma,隔离金属棒cd分析:

F-F安=ma,可求得金属棒cd所受安培力的大小F安=F,C正确。

【总结提升】导体棒切割问题的处理思路

（1）基本方法:

①用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。

②求回路中的电流。

③分析研究导体受力情况。

④列动力学方程或平衡方程求解。

（2）受力情况、运动情况的动态分析:

7.（2018·滁州二模）如图所示,一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极之间,铝框可以绕竖直的转动轴自由转动。

转动手柄使磁铁绕竖直的转动轴旋转,观察到铝框会随之转动。

对这个实验现象的描述和解释,下列说法中正确的是　（　　）

A.铝框的转动方向与蹄形磁铁的转动方向一定是相同的

B.铝框的转动快慢与蹄形磁铁的转动快慢总是一致的

C.铝框转动到其平面与磁场方向垂直的位置时,铝框中的感应电流最大

D.铝框转动到其平面与磁场方向平行的位置时,铝框两个竖直边受到的磁场力均为零

【解析】选A。

由楞次定律知铝框与蹄形磁铁之间的相互作用力总是要阻碍它们之间的相对运动,A正确;铝框中必须有感应电流才能与磁铁发生相互作用,而铝框中存在着感应电流就要求铝框与磁铁不能处于相对静止状态,B错误;从切割磁感线的角度来看,当铝框转动到其平面与磁场方向垂直的位置时,铝框与转动轴平行的两边速度方向与磁感线平行,不切割磁感线,铝框中电流应为零,而铝框转动到其平面与磁场方向平行的位置时,铝框两个竖直边垂直切割磁感线,铝框中感应电流最大,两竖直边受到的磁场力最大,C、D皆错误。

8.（2018·漳州模拟）如图甲所示,质量为2kg的绝缘板静止在粗糙水平地面上,质量为1kg、边长为1m、电阻为0.1Ω的正方形金属框ABCD位于绝缘板上,E、F分别为BC、AD的中点。

某时刻起在ABEF区域内有竖直向下的磁场,其磁感应强度B1的大小随时间变化的规律如图乙所示,AB边恰在磁场边缘以外;FECD区域内有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B2=0.5T,CD边恰在磁场边缘以内。

假设金属框受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,两磁场均有理想边界,g取10m/s2。

则

　（　　）

A.金属框中产生的感应电动势大小为1V

B.金属框受到向左的安培力大小为1N

C.金属框中的感应电流方向沿ADCB方向

D.如果金属框与绝缘板间的动摩擦因数为0.3,则金属框可以在绝缘板上保持静止

【解析】选D。

根据法拉第电磁感应定律可得金属框中产生的感应电动势大小为0.5V,根据楞次定律可知金属框中的感应电流方向沿ABCD方向,A、C错;由F=BIL可得金属框受到向右的安培力,大小为2.5N,小于金属框与绝缘板间的最大静摩擦力,B错、D对。

二、计算题（本大题共2小题,共36分。

需写出规范的解题步骤）

9.（18分）（2018·重庆高考）小明在研究性学习中设计了一种可测量磁感应强度的实验,其装置如图所示。

在该实验中,磁铁固定在水平放置的电子测力计上,此时电子测力计的读数为G1,磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场,其余区域磁场不计。

直铜条AB的两端通过导线与一电阻连接成闭合回路,总阻值为R。

若让铜条水平且垂直于磁场,以恒定的速率v在磁场中竖直向下运动,这时电子测力计的读数为G2,铜条在磁场中的长度为L。

（1）判断铜条所受安培力的方向,G1和G2哪个大?

（2）求铜条匀速运动时所受安培力的大小和磁感应强度的大小。

【解题指南】解答本题可按以下思路进行分析:

（1）右手定则判感应电流方向,左手定则判安培力方向。

（2）根据法拉第电磁感应定律求感应电动势。

（3）结合闭合电路的欧姆定律及安培力公式求解。

【解析】

（1）铜条竖直向下运动,由右手定则可知铜条中感应电流方向由B→A,由左手定则,可知铜条所受F安的方向竖直向上。

　（3分）

对磁铁受力分析,开始时:

G1=mg　（2分）

铜条向下运动时:

G2=mg+F安　（2分）

故G2>G1　（2分）

（2）由

（1）可得F安=G2-G1　（2分）

又F安=BIL　（1分）

由闭合电路的欧姆定律I=　（2分）

由法拉第电磁感应定律E=BLv　（2分）

联立以上各式,解得B=　（2分）

答案:

（1）竖直向上　G2>G1

（2）G2-G1　

10.（18分）（2018·福州一模）如图甲所示,平行光滑金属导轨水平放置,两轨相距L=0.4m、导轨一端与阻值R=0.3Ω的电阻相连,导轨电阻不计。

导轨x>0一侧存在沿x方向均匀增大的磁场,其方向垂直导轨平面向下,磁感应强度B随位置x变化如图乙所示。

一根质量m=0.2kg、电阻r=0.1Ω的金属棒置于导轨上,并与导轨垂直,棒在外力作用下从x=0处以初速度v0=2m/s沿导轨向右做变速运动,且金属棒在运动过程中电阻R上消耗的功率不变。

求:

（1）金属棒在x=0处回路中的电流大小I。

（2）金属棒在x=2m处的速度大小v1。

（3）金属棒从x=0运动到x=2m过程中,安培力所做的功W。

【解析】

（1）x=0处磁感应强度B0=0.5T（1分）

金属棒切割磁感线产生电动势E0=B0Lv0　（2分）

由闭合电路欧姆定律得回路电流I=　（2分）

联立解得I=1A（1分）

（2）由功率公式P=I2R

依题意得,金属棒中电流I不变,金属棒电动势不变E=E0　（2分）

x=2m处B1=1.5T（1分）

金属棒切割磁感线产生电动势E0=B1Lv1　（1分）

联立解得v1=0.67m/s（1分）

（3）棒所受的安培力F=BxIL　（2分）

Bx=B0+kx　（1分）

代入数据,得F=0.2+0.2x　（1分）

F-x图像为一条倾斜的直线,图线围成的面积就是金属棒克服安培力所做的功

x=0时,F=0.2N;x=2m时,F=0.6N

安培力做功

W=-x=-×2J=-0.8J（3分）

答案:

（1）1A　

（2）0.67m/s　（3）-0.8J

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