2014年高考物理一轮复习-章节训练-电磁感应规律的综合应用.doc

2014年高考一轮复习章节训练之电磁感应规律的综合应用
时间：45分钟　　满分：100分
一、选择题(8×8′＝64′)

1．如图所示是两个互连的金属圆环，小金属环的电阻是大金属环电阻的二分之一，磁场垂直穿过大金属环所在区域．当磁感应强度随时间均匀变化时，在大环内产生的感应电动势为E，则a、b两点间的电势差为(　　)
A.E B.E
C.E D．E
解析：a、b间的电势差等于路端电压，而小环电阻占电路总电阻的，故Uab＝E，B正确．
答案：B
2．如图所示，EF、GH为平行的金属导轨，其电阻可不计，R为电阻器，C为电容器，AB为可在EF和GH上滑动的导体横杆．有均匀磁场垂直于导轨平面．若用I1和I2分别表示图中该处导线中的电流，则当横杆AB(　　)

A．匀速滑动时，I1＝0，I2＝0
B．匀速滑动时，I1≠0，I2≠0
C．加速滑动时，I1＝0，I2＝0
D．加速滑动时，I1≠0，I2≠0
解析：匀速滑动时，感应电动势恒定，故I1≠0，I2＝0；加速滑动时，感应电动势增加，故电容器不断充电，即I1≠0，I2≠0.
答案：D
3.

物理实验中，常用一种叫“冲击电流计”的仪器测定通过电路的电荷量．如图所示，探测线圈和冲击电流计串联后可用来测定磁场的磁感应强度．已知线圈的匝数为n，面积为S，线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R.把线圈放在被测匀强磁场中，开始线圈平面与磁场垂直，现把探测线圈翻转180°，冲击电流计测出通过线圈的电荷量为q，由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为(　　)
A. B.
C. D.
解析：当线圈翻转180°，线圈中的磁通量发生变化ΔΦ＝2BS，E＝n，线圈中的平均感应电流＝，通过线圈的电荷量q＝Δt，由以上各式得B＝.故正确选项为C.
答案：C

4．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程为y＝x2，其下半部的抛物线处在水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y＝a的直线(图中虚线所示)，一个小金属块从抛物线y＝b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长则金属块在曲面上滑动过程中产生的焦耳热总量是(　　)
A．mgb B.mv2
C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋mv2
解析：金属块在进入或离开磁场的过程中，穿过金属块的磁通量发生变化，产生感应电流，然后生热，机械能要减少，上升的高度不断降低．最后，金属块在高为a的曲面上往复运动．由能量守恒定律得，减少的机械能为Q＝ΔE＝mg(b－a)＋mv2.
答案：D
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＝＝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；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，而这两个半圆圈的电阻是并联关系，故外电路总的电阻为，所以外电路电压为Uba＝E＝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
D．圆形导线中的电热功率为(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＝，C项正确；圆形导线的电热功率等于I2r＝()2r＝r，D项错误．
答案：ABC
二、计算题(3×12′＝36′)
9．如下图所示，金属杆ab可在平行金属导轨上滑动，金属杆电阻R0＝0.5 Ω，长L＝0.3 m，导轨一端串接一电阻R＝1 Ω，匀强磁场磁感应强度B＝2 T，当ab以v＝5 m/s向右匀速运动过程中，求：

(1)ab间感应电动势E和ab间的电压U；
(2)所加沿导轨平面的水平外力F的大小；
(3)在2 s时间内电阻R上产生的热量Q.
解析：(1)根据公式：E＝BLv＝3 V
I＝，U＝IR＝2 V.
(2)F＝F安，F安＝BIL＝1.2 N.
(3)2秒内产生的总热量Q等于安培力做的功，Q＝F安·v·t＝12 J
电阻R上产生的热量为QR＝Q＝8 J.
答案：(1)3 V　2 V　(2)1.2 N　(3)8 J
10．如下图所示，电动机牵引一根原来静止的、长L为1 m、质量m为0.1 kg的导体棒MN上升，导体棒的电阻R为1 Ω，架在竖直放置的框架上，它们处于磁感应强度B为1 T的匀强磁场中，磁场方向与框架平面垂直．当导体棒上升h＝3.8 m时，获得稳定的速度，导体棒上产生的热量为2 J，电动机牵引棒时，电压表、电流表的读数分别为7 V、1 A，电动机内阻r为1 Ω，不计框架电阻及一切摩擦，求：

(1)棒能达到的稳定速度；
(2)棒从静止至达到稳定速度所需要的时间．
解析：(1)电动机的输出功率为：P出＝IU－I2r＝6 W
电动机的输出功率就是电动机牵引棒的拉力的功率，所以有P出＝Fv①
其中F为电动机对棒的拉力，当棒达稳定速度时F＝mg＋BI′L②
感应电流I′＝＝③
由①②③式解得，棒达到的稳定速度为v＝2 m/s.
(2)从棒由静止开始运动至达到稳定速度的过程中，电动机提供的能量转化为棒的机械能和内能，由能量守恒定律得P出t＝mgh＋mv2＋Q，解得t＝1 s.
答案：(1)2 m/s　(2)1 s

11．(2012·浙江理综)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＝.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＝①
ΔΦ＝BΔS＝B(rΔθ－rΔθ)②
由①②式并代入数值得：
E＝＝Bω(r－r)＝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＋R＝R⑤
ab两端电势差
Uab＝E－IR＝E－R＝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＝＝ s⑦
t2＝＝ s⑧
设轮子转一圈的时间为T，
T＝＝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
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