高中物理高考物理一轮复习专题1018转动切割磁感线问题千题精练doc.docx

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高中物理高考物理一轮复习专题1018转动切割磁感线问题千题精练doc

专题10.18转动切割磁感线问题

一．选择题

1.（2018洛阳联考）1831年,法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机（图甲）.它是利用电磁感应的原理制成的,是人类历史上第一台发电机.图乙是这个圆盘发电机的示意图:

铜盘安装在水平的铜轴上,它的边缘正好在两磁极之间,两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘良好接触.使铜盘转动,电阻R中就有电流通过.若所加磁场为匀强磁场,回路的总电阻恒定,从左往右看,铜盘沿顺时针方向匀速转动,下列说法中正确的是

（　　）

A.铜片D的电势高于铜片C的电势

B.电阻R中有正弦式交变电流流过

C.铜盘转动的角速度增大1倍,流过电阻R的电流也随之增大1倍

D.保持铜盘不动,磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场,则铜盘中有电流产生

【参考答案】C

2.（2018·上海闵行区模拟）如图5所示，在外力的作用下，导体杆OC可绕O轴沿半径为r的光滑的半圆形框架在匀强磁场中以角速度ω匀速转动，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，A、O间接有电阻R，杆和框架电阻不计，则所施外力的功率为（　　）

图5

A.B.

C.D.

【答案】C

3．（2016·全国卷Ⅱ，20）（多选）法拉第圆盘发电机的示意图如图11所示。

铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。

圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。

圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是（　　）

图11

A.若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定

B.若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动

C.若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化

D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2倍

【答案】AB

4.（2015·新课标全国Ⅱ，15）如图12，直角三角形金属框abc放置的匀强磁场中，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（　　）

图12

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＝－Bl2ω，金属框中无电流

D.Ubc＝Bl2ω，金属框中电流方向沿a－c－b－a

【答案】C

【解析】金属框绕ab边转动时，闭合回路abc中的磁通量始终为零（即不变），所以金属框中无电流。

金属框在逆时针转动时，bc边和ac边均切割磁感线，由右手定则可知φb＜φc，φa＜φc，所以根据E＝Blv可知，Ubc＝Uac＝－Bl＝－Bl＝－Bl2ω。

由以上分析可知选项C正确。

5.如图所示是法拉第做成的世界上第一台发电机模型的原理图。

将铜盘放在磁场中，让磁感线垂直穿过铜盘；图中a、b导线与铜盘的中轴线处在同一竖直平面内；转动铜盘，就可以使闭合电路获得电流。

若图中铜盘半径为L，匀强磁场的磁感应强度为B，回路总电阻为R，铜盘以角速度ω逆时针匀速转动（从上往下看）。

则下列说法正确的是（　　）

A．回路中有大小和方向周期性变化的电流

B．回路中电流大小恒定，且等于

C．回路中电流方向不变，且从b导线流进灯泡，再从a导线流向旋转的铜盘

D．若将匀强磁场改为垂直穿过铜盘的按正弦规律变化的磁场，不转动铜盘，灯泡中一定有电流流过

【答案】BC　

6.如图所示为一圆环发电装置，用电阻R＝4Ω的导体棒弯成半径L＝0.2m的闭合圆环，圆心为O，COD是一条直径，在O、D间接有负载电阻R1＝1Ω。

整个圆环中均有B＝0.5T的匀强磁场垂直环面穿过。

电阻r＝1Ω的导体棒OA贴着圆环做匀速运动，角速度ω＝300rad/s，则（　　）

A.当OA到达OC处时，圆环的电功率为1W

B.当OA到达OC处时，圆环的电功率为2W

C.全电路最大功率为3W

D.全电路最大功率为4.5W

【参考答案】AD

7.如图所示，半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中，绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻R的电流的方向和大小是（金属圆盘的电阻不计）（　　）

A.由c到d，I＝

B.由d到c，I＝

C.由c到d，I＝

D.由d到c，I＝

【参考答案】D

【名师解析】由右手定则判定通过电阻R的电流的方向是由d到c；而金属圆盘产生的感应电动势E＝Br2ω，所以通过电阻R的电流大小是I＝。

选项D正确。

8.（2018河南八市重点高中联考）如图所示，导体杆OP在作用于OP中点且垂直于OP的力作用下，绕O轴沿半径为r的光滑半圆形框架在匀强磁场中以一定的角速度转动，磁场的磁感应强度为B，AO间接有电阻R，杆和框架电阻不计，回路中的总电功率为P，则

A．外力的大小为2Br

B．外力的大小为2Br

C．导体杆旋转的角速度为

D．导体杆旋转的角速度为

【参考答案】C

9.如图所示，长为L的轻金属软导线下悬挂一质量为m的小球，在竖直向上的匀强磁场中做圆锥摆运动，圆锥的偏角为θ，，磁感应强度为B，则

A．摆球转动的角速度为ω=

B．摆球转动的角速度为ω=．

C．金属导线中产生的感应电动势的大小E=BL2sin2θ

D．金属导线中产生的感应电动势的大小E=BLsin2θ

【参考答案】AC

10.（2018湖南长郡中学实验班选拔考试）如图所示，x轴上方第一象限和第二象限分别有垂直纸面向里和垂直纸面向外的匀强磁场，且磁感应强度大小相同，现有四分之一圆形线框OMN绕O点逆时针匀速转动，若规定线框中感应电流I顺时针方向为正方向，从图示时刻开始计时，则感应电流I及ON边所受的安培力大小F随时间t的变化示意图正确的是

【参考答案】AD

【名师解析】在0~t0时间内，OM边切割第I象限中磁场的磁感线产生感应电动势和感应电流，由楞次定律可判断出感应电流方向为逆时针方向（为负值）；在t0~2t0时间内，OM边切割第II象限中磁场的磁感线，ON边切割第I象限中磁场的磁感线产生感应电动势和感应电流，由楞次定律可判断出感应电流方向为顺时针方向（为正值），且大小为在0~t0时间内产生的2倍；在2t0~3t0时间内，ON边切割第II象限中磁场的磁感线产生感应电动势和感应电流，由楞次定律可判断出感应电流方向为逆时针方向（为负值），且大小为在0~t0时间内产生感应电流大小。

因此感应电流I随时间t的变化示意图选项A正确B错误；在0~t0时间内，ON边虽然有电流但没有进入磁场区域，所受安培力为零；在t0~2t0时间内，感应电流大小为在2t0~3t0时间内产生的2倍，ON边所受安培力为在2t0~3t0时间内的2倍，ON边所受的安培力大小F随时间t的变化示意图C错误D正确。

11.（2016·河北正定模拟）如图所示为感应式发电机，a、b、c、d是空间四个可用电刷与铜盘边缘接触的点，O1、O2是铜盘轴线导线的接线端，M、N是电流表的接线端。

现在将铜盘转动，能观察到感应电流的是（　　）

A.将电流表的接线端M、N分别连接a、c位置

B.将电流表的接线端M、N分别连接O1、a位置

C.将电流表的接线端M、N分别连接O1、O2位置

D.将电流表的接线端M、N分别连接c、d位置

【参考答案】B

12.如图所示为一圆环发电装置，用电阻R＝4Ω的导体棒弯成半径L＝0.2m的闭合圆环，圆心为O，COD是一条直径，在O、D间接有负载电阻R1＝1Ω。

整个圆环中均有B＝0.5T的匀强磁场垂直环面穿过。

电阻r＝1Ω的导体棒OA贴着圆环做匀速运动，角速度ω＝300rad/s，则（　　）

A.当OA到达OC处时，圆环的电功率为1W

B.当OA到达OC处时，圆环的电功率为2W

C.全电路最大功率为3W

D.全电路最大功率为4.5W

【参考答案】AD

13.如图所示，半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中，绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻R的电流的方向和大小是（金属圆盘的电阻不计）（　　）

A.由c到d，I＝B.由d到c，I＝

C.由c到d，I＝D.由d到c，I＝

【参考答案】D

【名师解析】由右手定则判定通过电阻R的电流的方向是由d到c；而金属圆盘产生的感应电动势E＝Br2ω，所以通过电阻R的电流大小是I＝。

选项D正确。

14（2016河南八市重点高中联考）如图所示，导体杆OP在作用于OP中点且垂直于OP的力作用下，绕O轴沿半径为r的光滑半圆形框架在匀强磁场中以一定的角速度转动，磁场的磁感应强度为B，AO间接有电阻R，杆和框架电阻不计，回路中的总电功率为P，则

A．外力的大小为2Br

B．外力的大小为2Br

C．导体杆旋转的角速度为

D．导体杆旋转的角速度为

【参考答案】C

【命题意图】本题考查了电磁感应、闭合电路欧姆定律、电功率，圆周运动等知识点。

二．计算题

15．（14分）（2018济南二模）如图所示，半径为l的金属圆环水平放置，圆心处及圆环边缘通过导线分别与两条平行的倾斜金属轨道相连．圆环区域内分布着磁感应强度为B，方向竖直向下的匀强磁场，圆环上放置一金属棒a，一端在圆心处，另一端恰好搭在圆环上，可绕圆心转动．倾斜轨道部分处于垂直轨道平面向下的匀强磁场中，磁感应强度大小也为B，金屑棒b放置在倾斜平行导轨上，其长度与导轨间距均为2l。

当棒a绕圆心以角速度ω顺时针（俯视）匀速旋转时，棒b保持静止．已知棒b与轨道间的动摩擦因数为μ＝0.5，可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力；棒b的质量为m，棒a、b的电阻分别为R、2R，其余电阻不计；斜面倾角为θ＝37°，sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度为g，求

（1）金属棒b两端的电压

（2）为保持b棒始终静止，棒a旋转的角速度大小的范围。

15．解：

（1）………………………………①1分

………………………………②2分

………………………………③1分

由①②③式联立，解得：

………………………………④2分

（2）………………………………⑤1分

………………………………⑥2分

由①②⑤⑥式联立，解得：

………………………………⑦

为保持b棒始终静止，棒a旋转的角速度最小设为，最大为：

………………………………⑧2分

………………………………⑨2分

………………………………⑩1分

16（14分）（2018上海二模）如图（甲）所示，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面，在纸面内固定一条以O点为圆心、半径为L的圆弧形金属导轨，长也为L的导体棒OA绕O点以角速度ω匀速转动，棒的A端与导轨接触良好，OA、导轨、电阻R构成闭合电路。

（1）试根据法拉第电磁感应定律En，证明导体棒产生的感应电动势EBL2。

（2）某同学设计了一种带有闪烁灯的自行车后轮，如图（乙）所示。

车轮与轮轴之间均匀地连接4根金属条，每根金属条中间都串接一个小灯，阻值为R=0.3Ω并保持不变，车轮半径r1=0.4m，轮轴半径可以忽略。

车架上固定一个强磁铁，可形成圆心角为θ=60°的扇形匀强磁场区域，磁感应强度B=2.0T，方向如图（乙）所示。

若自行车前进时，后轮顺时针转动的角速度恒为ω=10rad/s，不计其它电阻和车轮厚度。

求金属条ab进入磁场时，ab中感应电流的大小和方向。

（3）上问中，已知自行车牙盘半径r2=12cm，飞轮半径r3=6cm，如图（丙）所示。

若该同学骑车时每分钟踩踏脚板60圈，车辆和人受到外界阻力的大小恒为10N，他骑车10分钟的时间内一共需要对自行车做多少功？

【名师解析】

（1）设金属棒OA