68高考物理二轮复习专题训练：电磁感应规律的综合应用(含答案详解)新人教版68

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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＝eq \f(1,2)vBl B．U＝eq \f(1,3)vBl
C．U＝vBl D．U＝2vBl
2.如图2所示，两个完全相同的矩形导线框A、B在靠得很近的竖直平面内，线框的对应边相互平行。线框A固定且通有电流I，线框B从图示位置由静止释放，在运动到A下方的过程中( )
A．穿过线框B的磁通量先变小后变大
B．线框B中感应电流的方向先顺时针后逆时针 图2
C．线框B所受安培力的合力为零
D．线框B的机械能一直减小
3.两块水平放置的金属板间的距离为d，用导线与一个n匝线圈相连，线圈电阻为r，线圈中有竖直方向的磁场，电阻R与金属板连接，如图所示，两板间有一个质量为m、电荷量为+q的油滴恰好处于静止，则线圈中的磁感应强度B的变化情况和磁通量的变化率分别是( )
A.磁感应强度B竖直向上且正增强,
B.磁感应强度B竖直向下且正增强，
C.磁感应强度B竖直向上且正减弱，
D.磁感应强度B竖直向下且正减弱，
4.如图甲所示，光滑导轨水平放置在与水平方向夹角60°斜向下的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B随时间的变化规律如图乙所示，规定斜向下为正方向，导体棒ab垂直导轨放置，除电阻R的阻值外，其余电阻不计，导体棒ab在水平外力作用下始终处于静止状态.规定a→b的方向为电流的正方向，水平向右的方向为外力的正方向，则在0～t时间内，能正确反映流过导体棒ab的电流i和导体棒ab所受水平外力F随时间t变化的图象是( )
5．如下图所示，在一均匀磁场中有一U形导线框abcd，线框处于水平面内，磁场与线框平面垂直，R为一电阻，ef为垂直于ab的一根导体杆，它可在ab、cd上无摩擦地滑动．杆ef及线框中导线的电阻都可不计．
开始时，给ef一个向右的初速度，则( )
A．ef将减速向右运动，但不是匀减速
B．ef将匀减速向右运动，最后停止
C．ef将匀速向右运动
D．ef将往返运动
解析：杆ef向右运动，切割磁感线，产生感应电动势和感应电流，会受到向左的安培力而做减速运动，直到停止，但不是匀减速，由F＝BIL＝eq \f(B2L2v,R)＝ma知，ef做的是加速度减小的减速运动．
答案：A
6．如图所示，粗细均匀的、电阻为r的金属圆环放在图示的匀强磁场中，磁感应强度为B，圆环直径为L.长为L、电阻为eq \f(r,2)的金属棒ab放在圆环上，以v0向左匀速运动，当棒ab运动到图示虚线位置时，金属棒两端的电势差为( )
A．0 B．BLv0
C．BLv0/2 D．BLv0/3
解析：当金属棒ab以速度v0向左运动到题图所示虚线位置时，根据公式可得产生的感应电动势为E＝BLv0，而它相当于一个电源，并且其内阻为eq \f(r,2)；金属棒两端电势差相当于外电路的路端电压．外电路半个圆圈的电阻为eq \f(r,2)，而这两个半圆圈的电阻是并联关系，故外电路总的电阻为eq \f(r,4)，所以外电路电压为Uba＝eq \f(1,3)E＝eq \f(1,3)BLv0.
答案：D
7．如下图所示，等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场，它的底边在x轴上且长为2L，高为L.纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域，在t＝0时刻恰好位于图中所示的位置．以顺时针方向为导线框中电流的正方向，在下面下图中能够正确表示电流—位移(I－x)关系的是( )
解析：线圈向x轴正方向运动L位移的过程中，有效切割长度均匀增加；在位移大于L且小于2L的过程中，线圈右边有效切割长度均匀减小，线圈左边有效切割长度均匀增加，因此整个线圈有效切割长度减小，且变化率为前一段时间的两倍；在位移大于2L且小于3L的过程中，与第一段运动中线圈产生的感应电流等大反向，故A项对．
答案：A
8．一个闭合回路由两部分组成，如图所示，右侧是电阻为r的圆形导线，置于竖直方向均匀变化的磁场B1中；左侧是光滑的倾角为θ的平行导轨，宽度为d，其电阻不计．磁感应强度为B2的匀强磁场垂直导轨平面向上，且只分布在左侧，一个质量为m、电阻为R的导体棒此时恰好能静止在导轨上，分析下述判断正确的是( )
A．圆形导线中的磁场，可以方向向上均匀增强，也可以方向向下均匀减弱
B．导体棒ab受到的安培力大小为mgsinθ
C．回路中的感应电流为eq \f(mgsinθ,B2d)
D．圆形导线中的电热功率为eq \f(m2g2sin2θ,B\\al(2,2)d2)(r＋R)
解析：根据左手定则，导体棒上的电流从b到a，根据电磁感应定律可得A项正确；根据共点力平衡知识，导体棒ab受到的安培力大小等于重力沿导轨向下的分力，即mgsinθ，B项正确；根据mgsinθ＝B2Id，解得I＝eq \f(mgsinθ,B2d)，C项正确；圆形导线的电热功率等于I2r＝(eq \f(mgsinθ,B2d))2r＝eq \f(m2g2sin2θ,B\\al(2,2)d2)r，D项错误．
答案：ABC
9.两根足够长的平行光滑导轨竖直固定放置，顶端接一电阻R，导轨所在平面与匀强磁场垂直。将一金属棒与下端固定的轻弹簧的上端拴接，金属棒和导轨接触良好，重力加速度为g，如图10所示。现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则( )
A．金属棒在最低点的加速度小于g
B．回路中产生的总热量等于金属棒重力势能的减少量 图10
C．当弹簧弹力等于金属棒的重力时，金属棒下落速度最大
D．金属棒在以后运动过程中的最大高度一定低于静止释放时的高度
10.如图11所示，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于竖直平面内的导体框，水平导体棒MN可沿两侧足够长的光滑导轨下滑而不分离，除R外，装置的其余部分电阻都可忽略不计，将导体棒MN无初速度释放，要使电流稳定后R的热功率变为原来的两倍，在其他条件不变的情况下，可以采用的办法有( )
A．导体棒MN质量不变，导体框宽度减为原来的eq \f(1,\r(2)) 图11
B．电阻R变为原来的一半
C．磁感应强度B变为原来的eq \r(2)倍
D．导体棒MN质量增加为原来的2倍
11.如图12所示，水平的平行虚线间距为d，其间有磁感应强度为B的匀强磁场。一个长方形线圈的边长分别为L1、L2，且L2(1)线圈刚进入磁场时的感应电流的大小；
(2)线圈从下边缘刚进磁场到下边缘刚出磁场(图中两虚线框所示位置)的过程做何种运动，求出该过程最小速度v； 图12
(3)线圈进出磁场的全过程中产生的总焦耳热Q总。
12．为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了一种“闪烁”装置．如右图所示，自行车后轮由半径r1＝5.0×10－2 m的金属内圆、半径r2＝0.40 m的金属外圆和绝缘辐条构成．后轮的内、外圆之间等间隔地接有4根金属条，每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡．在支架上装有磁铁，形成了磁感应强度B＝0.10 T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场，其内半径为r1、外半径为r2、张角θ＝eq \f(π,6).后轮以角速度ω＝2πrad/s相对于转轴转动．若不计其他电阻，忽略磁场的边缘效应．
(1)当金属条ab进入“扇形”磁场时，求感应电动势E，并指出ab上的电流方向；
(2)当金属条ab进入“扇形”磁场时，画出“闪烁”装置的电路图；
(3)从金属条ab进入“扇形”磁场时开始，经计算画出轮子转一圈过程中，内圈与外圈之间电势差Uab随时间t变化的Uab－t图象；
(4)若选择的是“1.5 V、0.3 A”的小灯泡，该“闪烁”装置能否正常工作？有同学提出，通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度ω和张角θ等物理量的大小，优化前同学的设计方案，请给出你的评价．
解析：(1)金属条ab在磁场中切割磁感线时，所构成的回路的磁通量变化．设经过时间Δt，磁通量变化量为ΔΦ，由法拉第电磁感应定律
E＝eq \f(ΔΦ,Δt)①
ΔΦ＝BΔS＝B(eq \f(1,2)req \\al(2,2)Δθ－eq \f(1,2)req \\al(2,1)Δθ)②
由①②式并代入数值得：
E＝eq \f(ΔΦ,Δt)＝eq \f(1,2)Bω(req \\al(2,2)－req \\al(2,1))＝4.9×10－2V③
根据右手定则(或楞次定律)，可得感应电流方向为b→a.④
(2)通过分析，可得电路图为
(3)设电路中的总电阻为R总，根据电路图可知，
R总＝R＋eq \f(1,3)R＝eq \f(4,3)R⑤
ab两端电势差
Uab＝E－IR＝E－eq \f(E,R总)R＝eq \f(1,4)E＝1.2×10－2 V⑥
设ab离开磁场区域的时刻为t1，下一根金属条进入磁场区域的时刻为t2，
t1＝eq \f(θ,ω)＝eq \f(1,12) s⑦
t2＝eq \f(\f(π,2),ω)＝eq \f(1,4) s⑧
设轮子转一圈的时间为T，
T＝eq \f(2π,ω)＝1 s⑨
在T＝1 s内，金属条有四次进出，后三次与第一次相同．
由⑥⑦⑧⑨⑩可画出如下Uab－t图象．
(4)“闪烁”装置不能正常工作．(金属条的感应电动势只有4.9×10－2 V，远小于小灯泡的额定电压，因此无法工作．)
B增大，E增大，但有限度；
r2增大，E增大，但有限度；
ω增大，E增大，但有限度；
θ增大，E不变．
答案：(1)4.9×10－2 V b→a (2)(3)(4)见解析