通用版2020版高考物理大一轮复习考点规范练33电磁感应现象中的电路和图像问题新人教版2.pdf

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1、考点规范练 33 电磁感应现象中的电路和图像问题考点规范练 33 电磁感应现象中的电路和图像问题 一、单项选择题 1 1.在自行车速度表中,条形磁铁与车轮的辐条连接,线圈固定在车架上,使轮子每转一圈磁铁就移过 它一次。当磁铁移过线圈时,在线圈中会感应出一个电流脉冲。下图中显示了磁铁正要移经线圈。 若以逆时针方向为正,下图中哪一个图显示的可能是所产生的电流脉冲( ) 答案 C 解析根据题图可知,当磁铁经过线圈时,穿过线圈的磁通量向外且增加,根据楞次定律可知,线圈中 产生顺时针方向的感应电流(负方向);当磁铁远离线圈时,穿过线圈的磁通量向外且减小,根据楞次 定律可知,线圈中产生逆时针方向的感应电流

2、(正方向),故 C 正确,A、B、D 错误。 2 2.如图所示,螺线管匝数n=1 500,横截面积S=20 cm2,螺线管导线电阻r=1 ,电阻R=4 ,磁感应 强度B随时间变化的B-t图像如图所示(以向右为正方向),下列说法正确的是( ) A.电阻R的电流方向是从A到C B.感应电流的大小逐渐增大 C.电阻R两端的电压为 6 V D.C点的电势为 4.8 V 答案 D 解析从题图可知磁通量在逐渐增大,根据楞次定律可得通过R的电流方向为从C到A,A 错误;根据 法拉第电磁感应定律,有E=n=n=15000.002V=6V,而感应电流大小为I= t SB t 6 - 2 2 E R + r =

3、6 4 + 1 A=1.2A,B 错误;根据闭合电路欧姆定律,有U=IR=1.24V=4.8V,C 错误;因为A端接地,电压为零,所 以C端的电势为 4.8V,D 正确。 3 3. 如图所示,竖直平面内有一粗细均匀的金属环,其半径为a,总电阻为 2r,磁感应强度为B0的匀强磁 场垂直穿过环平面,环的最高点A处用铰链连接长度为 2a、电阻为r的导体棒AB,AB由水平位置紧 贴环面摆下,当摆到竖直位置时,B点的线速度为v,则此时A、B两端的电压大小为( ) A.B0avB.B0av 1 3 1 6 C.B0avD.B0av 2 3 答案 A 解析棒摆到竖直位置时整根棒处在匀强磁场中,切割磁感线的长

4、度为 2a,导体棒切割磁感线产生的 感应电动势E=B02a ,而,得E=B02a=B0av。此时外电路的总电阻R=,根据闭vv = vA+ vB 2 0 + v 2 r 2 合电路欧姆定律I=,得总电流I=,A、B两端的电压大小U=IR=B0av,选项 A 正确。 E R + r 2B0av 3r 2B0av 3r r 2 = 1 3 4 4.如图所示,在平面直角坐标系xOy的第一、三象限内有垂直坐标平面向里的匀强磁场,二者磁感 应强度相同,圆心角为 90的扇形导线框OPQ以角速度绕O点在坐标平面内沿顺时针方向匀速 转动。规定图示时刻t=0,导线框中感应电流逆时针方向为正。则关于该导线框在转一

5、周的时间内 感应电流i随时间t的变化图像,下列选项正确的是( ) 答案 A 解析线框切割磁感线产生感应电动势,由E= BL2知,感应电动势大小为一定值,则感应电流大小不 1 2 变,故 B、D 错误;在内,由楞次定律判断可知线框中感应电流方向沿逆时针方向,为正,故 A 正确,C T 2 3T 4 错误。 5 5.如图所示,在水平面(纸面)内有三根相同的均匀金属棒ab、ac和MN,其中ab、ac在a点接触,构 成“V”字形导轨。空间存在垂直于纸面的均匀磁场。用力使MN向右匀速运动,从图示位置开始计 时,运动中MN始终与bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触。下列关于回路中电流i与时间t 的关系图

6、线,可能正确的是( ) 答案 A 解析设金属棒单位长度的电阻为R0,ab、ac与bac的平分线间的夹角都为,金属棒匀速运动的 速度为v,则t时刻金属棒产生的感应电动势为E=Bv2vttan,电路中的总电阻 R=(2vttan+)R0,电流I=,可以看出电流的大小不变。 2vt cos E R = Bvtan (tan + 1 cos)R0 二、多项选择题 6 6. 如图所示,在垂直纸面的正方形匀强磁场区域内,有一位于纸面且电阻均匀的正方形导体框abcd,现 将导体框分别朝两个方向以v、3v速度匀速拉出磁场,则导体框分别从两个方向移出磁场的过程中 ( ) A.导体框中产生的感应电流方向相同 B.

7、导体框中产生的焦耳热相同 C.导体框ad边两端电势差相同 D.通过导体截面的电荷量相同 答案 AD 解析由右手定则可知两种情况导体框中产生的感应电流方向相同,A 项正确;热量Q=I2Rt=R( Blv R) 2 l v ,导体框产生的焦耳热与运动速度有关,B 项错误;电荷量q=It=,电荷量与速度= B2l3v R Blv R l v = Bl2 R 无关,即两种速度下电荷量相同,D 项正确;以速度v拉出时,Uad= Blv,以速度 3v拉出时,Uad= Bl3v,C 1 4 3 4 项错误。 7 7.图甲为手机及无线充电板。图乙为充电原理示意图。充电板接交流电源,对充电板供电,充电板 内的送

8、电线圈可产生交变磁场,从而使手机内的受电线圈产生交变电流,再经整流电路转变成直流 后对手机电池充电。为方便研究,现将问题做如下简化:设受电线圈的匝数为n,面积为S,若在t1 到t2时间内,磁场垂直于受电线圈平面向上穿过线圈,其磁感应强度由B1均匀增加到B2,下列说法 正确的是( ) 甲 乙 A.c点的电势低于d点的电势 B.受电线圈中感应电流方向由d到c C.c、d之间的电势差为- n(B2- B1)S t2- t1 D.c、d之间的电势差为 n(B2- B1) t2- t1 答案 AC 解析根据楞次定律可知,受电线圈内部产生的感应电流方向俯视为顺时针,受电线圈中感应电流方 向由c到d,所以c

9、点的电势低于d点的电势,A 正确,B 错误;根据法拉第电磁感应定律可得c、d之 间的电势差为Ucd=E=-,C 正确,D 错误。 t n(B2- B1)S t2- t1 8 8.磁场中有一固定的圆形导体闭合线圈,如图甲所示,图中所示的磁感应强度和电流的方向为设定 的正方向,已知线圈中感应电流I随时间t变化的图像如图乙所示。则在下列图像中表示磁感应强 度B随时间t变化可能正确的是( ) 答案 BD 解析由题图甲知,以线圈中顺时针方向的感应电流方向、垂直纸面向里的磁感应强度方向为正,则 由题图乙可知,线圈中在 00.5s 内产生了逆时针方向的感应电流,由楞次定律可知,磁通量为向里 增加,或者向外减

10、小,即正方向增加或者负方向减小,故选项 A 排除;而在 0.51.5s 内,结合感应电 流方向和楞次定律可得磁场方向为垂直向里(正方向)减小,或者垂直向外(负方向)增加,故 C 错 误,B、D 正确。 9 9.在光滑水平面上,有一个粗细均匀的边长为l的单匝正方形闭合线框abcd,在水平外力的作用下, 从静止开始沿垂直磁场边界方向做匀加速直线运动,穿过匀强磁场,如图甲所示,测得线框中产生的 感应电流I的大小和运动时间t的变化关系如图乙所示,则( ) A.线框开始运动时ab边到磁场左边界的距离为 l 3 B.线框边长与磁场宽度的比值为 38 C.离开磁场的时间与进入磁场的时间之比为1 (3 - 2

11、2) D.离开磁场的过程中外力做的功与进入磁场的过程中外力做的功相等 答案 AB 解析由题图乙知,线框做初速度为零的匀加速直线运动,在磁场外运动时间 2s,位移为x;进入磁场 用时 2s,位移为l,所以x=,故 A 正确;在磁场中运动的时间也是 2s,所以在磁场中运动的位移 l 3 x0=5x=,磁场的宽度d=x0+l=,故 B 正确;由题图乙知,在进入与离开磁场过程线框中电流大小不同, 5l 3 8l 3 所以线框受安培力大小不等,再根据F-BIl=ma知,两个过程拉力大小不等,而进入和离开磁场的位 移相同,所以做的功不同,故 D 错误;设加速度为a,进入磁场过程有l=v1t1+ 1 2at

12、1 2 ,v1=at0,t0=2s,t1=2s;离开磁场过程有l=v2t3+,v2=at2,t2=6s,求得t2=(4-6)s,故 C 错误。 1 2at3 2 3 1010. 如图所示,边长为l、不可形变的正方形导线框内有半径为r的圆形磁场区域,其磁感应强度B随时 间t的变化关系为B=kt(常量k0)。回路中滑动变阻器R的最大阻值为R0,滑片P位于滑动变阻器 中央,定值电阻R1=R0、R2=。闭合开关 S,电压表的示数为U,不考虑虚线MN右侧导体的感应电动势, R0 2 则( ) A.R2两端的电压为 U 7 B.电容器的a极板带正电 C.滑动变阻器R的热功率为电阻R2的 5 倍 D.正方形

13、导线框中的感应电动势为kl2 答案 AC 解析由法拉第电磁感应定律E=n=nS有E=kr2,D 错误;因k0,由楞次定律知线框内感应电流 t B t 沿逆时针方向,故电容器b极板带正电,B 错误;由题图知外电路结构为R2与R的右半部并联,再与 R的左半部、R1相串联,故R2两端电压U2=U=,A 正确;设R2消耗的功率为P=IU2,则R R0 2 1 2 R0+ R0 2 + R0 2 1 2 U 7 消耗的功率P=2I2U2+IU2=5P,C 正确。 三、非选择题 1111. 如图所示,PN与QM两平行金属导轨相距 1 m,电阻不计,两端分别接有电阻R1和R2,且R1=6 ,ab 杆的电阻为

14、 2 ,可在导轨上无摩擦地滑动,垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为 1 T。 现ab杆以恒定速度v=3 m/s 匀速向右移动,这时ab杆上消耗的电功率与R1、R2消耗的电功率之和 相等。 (1)求R2的阻值; (2)R1与R2消耗的电功率分别为多少? (3)拉ab杆的水平向右的外力F为多大? 答案(1)3 (2)0.375 W 0.75 W (3)0.75 N 解析(1)由题意知,ab杆相当于电源,由于内外功率相等,则内外电阻相等, =2,解得R2=3。 6 R2 6 + R2 (2)电动势E=Blv=113V=3V,总电流 I=A=0.75A,路端电压U=IR外=0.752V=1.5V

15、,R1 E R总 = 3 4 消耗的电功率P1=W=0.375W,R2消耗的电功率 P2=W=0.75W。 U2 R1 = 1.52 6 U2 R2 = 1.52 3 (3)ab杆受的安培力F安=IlB=0.7511N=0.75N。 因为ab杆匀速运动,所以ab杆受的外力大小F=F安=0.75N。 1212.在周期性变化的匀强磁场中有一圆形闭合线圈,线圈平面与磁场垂直,如图甲所示,规定图中磁 场方向为正。已知线圈的半径为r、匝数为N,总电阻为R,磁感应强度的最大值为B0,变化周期为T, 磁感应强度按图乙所示规律变化。 (1)求在 0内线圈产生的感应电流I1的大小; T 6 (2)规定甲图中感应

16、电流的方向为正方向,在图丙中画出一个周期内的i-t图像,已知I0=; 3r2NB0 RT (3)求在一个周期T内线圈产生的电热Q。 答案(1) (2)图像见解析 6Nr2B0 RT (3) 18(Nr2B0)2 RT 解析(1)在 0内感应电动势E1=N,磁通量的变化 1=B0r2,解得E1=,线圈中感应电流 T 6 1 t1 6Nr2B0 T 大小I1=。 E1 R = 6Nr2B0 RT (2)根据楞次定律可知,0时间内感应电流为正,大小为 2I0;在时间内,感应电流为负,大小 T 6 T 6 T 2 为I2=,E2=N,所以I2=I0;同理可得出在时间内和T时间内的电流,其变化规律见图。 E2 R 2 t2 T 2 5T 6 5T 6 (3)在 0T两个时间段内产生的热量相同,有Q1=Q3=R ,在时间内产生的热量Q2= T 6和 5T 6 I12 T 6 T 6 5T 6 R ,一个周期内产生的总热量Q=Q1+Q2+Q3=。I22 4T 6 18(Nr2B0)2 RT

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