2020届高考物理二轮复习 疯狂专练17 电磁感应中的图象与电路问题（含解析）

电磁感应中的图象与电路问题专练十七电磁感应中的图象与电路问题一、考点内容(1)法拉第电磁感应定律；(2)电磁感应的图象；(3)电磁感应与电路。二、考点突破1如图所示，Q是单匝金属线圈，MN是一个螺线管，它的绕线方向没有画出，Q的输出端a、b和MN的输入端c、d之间用导线相连，P是在MN的正下方水平放置的用细导线绕制的软弹簧线圈。若在Q所处的空间加上与环面垂直的变化磁场，发现在t1至t2时间段内弹簧线圈处在收缩状态，则所加磁场的磁感应强度的变化情况可能是()2面积S4102m2，匝数n100匝的线圈，放在匀强磁场中且磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示，下列判断正确的是()A在开始的2 s内穿过线圈的磁通量变化率等于0.08 Wb/sB在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零C在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势等于0.08 VD在第3 s末线圈中的感应电动势等于零3如图所示，在平面直角坐标系xOy的第、象限内有垂直该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点在图示坐标平面内沿顺时针方向匀速转动。规定与图中导线框的位置相对应的时刻为t0，导线框中感应电流逆时针为正。则关于该导线框转一周的时间内感应电流i随时间t的变化图象，下列正确的是()4如图甲所示，矩形导线框abcd固定在变化的磁场中，产生了如图乙所示的电流(电流方向abcda为正方向)。若规定垂直纸面向里的方向为磁场正方向，能够产生如图乙所示电流的磁场为()5(多选)如图所示，电阻不计、间距为l的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中，导轨左端接一定值电阻R。质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上，受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动，外力F与金属棒速度v的关系是FF0kv(F0、k是常量)，金属棒与导轨始终垂直且接触良好。金属棒中感应电流为i，受到的安培力大小为FA，电阻R两端的电压为UR，感应电流的功率为P，它们随时间t变化图象可能正确的有()6(多选)如图所示，在水平面内有两个光滑金属“V”字型导轨，空间中存在垂直于水平面的匀强磁场，其中导轨bac固定不动，用外力F使导轨edf向右匀速运动，导轨间接触始终良好，从图示位置开始计时，下列关于回路中的电流I的大小和外力F的大小随时间的变化关系正确的是()7(多选)如图所示，固定在倾角为30的斜面内的两根平行长直光滑金属导轨的间距为d1 m，其底端接有阻值为R2 的电阻，整个装置处在垂直斜面向上、磁感应强度大小为B2 T的匀强磁场中。一质量为m1 kg(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触。现杆在沿斜面向上、垂直于杆的恒力F10 N作用下从静止开始沿导轨向上运动距离L6 m时，速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)。设杆接入电路的电阻为r2 ，导轨电阻不计，重力加速度大小为g10 m/s2。则此过程()A杆的速度最大值为5 m/sB流过电阻R的电量为6 CC在这一过程中，整个回路产生的焦耳热为17.5 JD流过电阻R电流方向为由c到d8如图甲中，两平行光滑金属导轨放置在水平面上且间距为L，左端接电阻R，导轨电阻不计。整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中。将质量为m、电阻为r的金属棒ab置于导轨上。当ab受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动时，F与金属棒速度v的关系如图乙所示。已知ab与导轨始终垂直且接触良好，设ab中的感应电流为I，ab受到的安培力大小为F安，R两端的电压为UR，R的电功率为P，则下图中正确的是()9(多选)半径为r、带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置，在圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板A、B连接，两板间距为d且足够宽，如图1甲所示。有一变化的磁场垂直于纸面，规定向内为正，变化规律如图乙所示。在平行金属板A、B正中间有质量未知、电荷量为q的带电液滴，液滴在00.1 s处于静止状态，已知重力加速度为g。则以下说法正确的是()甲乙A液滴带正电B液滴的质量为C第0.3 s时液滴的运动方向改变D第0.4 s时液滴距初始位置距离为0. 08g(单位：米)10(1)如图甲所示，两根足够长的平行导轨，间距L0.3 m，在导轨间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B10.5 T。一根直金属杆MN以v2 m/s的速度向右匀速运动，杆MN始终与导轨垂直且接触良好。杆MN的电阻r11 ，导轨的电阻可忽略。求杆MN中产生的感应电动势E1。(2)如图乙所示，一个匝数n100的圆形线圈，面积S10.4 m2，电阻r21 。在线圈中存在面积S20.3 m2垂直线圈平面(指向纸外)的匀强磁场区域，磁感应强度B2随时间t变化的关系如图丙所示。求圆形线圈中产生的感应电动势E2。(3)将一个R2 的电阻分别与图甲和图乙中的a、b端相连接，然后b端接地。试判断以上两种情况中，哪种情况a端的电势较高？并求出较高的电势a。11如图所示，一足够长矩形金属框架宽L0.4 m，与水平面夹角37，上、下两端各有一个电阻R2.0 ，框架其他部分的电阻忽略不计。图中D为一理想二极管，当加在D上的反向电压超过它的最大承受值U1.2 V时，二极管就会被击穿，形成短路。垂直于框架平面有一向上的匀强磁场，磁感应强度B1.0 T。ab为金属杆，其质量m0.3 kg、电阻r1.0 ，杆ab与框架始终垂直接触良好，二者之间动摩擦因数0.5，杆ab从框架的上端由静止开始下滑。已知sin 370.6，cos 370. 8，取g10 m/s2。求：(1)二极管被击穿前瞬间杆ab的速度v0的大小；(2)杆ab下滑的最大速度及此时上端电阻R的瞬时功率。答案二、考点突破1【答案】D【解析】在t1至t2时间段内弹簧线圈处在收缩状态，根据楞次定律的另一种表述，知螺线管MN中产生的磁场在增加，即螺线管中的电流增大，根据法拉第电磁感应定律，EnnS，知增大，故D正确，A、B、C错误。2【答案】A【解析】磁通量的变化率为，A正确；磁通量的变化为，B错误；感应电动势应为磁通量的变化率乘以线圈的匝数，为8V，C错误；在第3 s末，磁场的大小为零，但是此时磁通量的变化率不为零，故此时的感应电动势不为零，D错误。3【答案】A【解析】在线框切割磁感线产生感应电动势时，由EBL2知，感应电动势一定，感应电流大小不变，故B、D错误；在TT内，由楞次定律判断可知线框中感应电动势方向沿逆时针方向，为正，故A正确，C错误。4【答案】D【解析】由题图乙可知，0t1内，线圈中的电流的大小与方向都不变，根据法拉第电磁感应定律可知，线圈中的磁通量的变化率相同，故0t1内磁感应强度与时间的关系是一条斜线，A、B错误；又由于0t1时间内电流的方向为正，即沿abcda方向，由楞次定律可知，电路中感应电流的磁场方向向里，故0t1内原磁场方向向里减小或向外增大，因此D正确，C错误。5【答案】BC【解析】设某时刻金属棒的速度为v，根据牛顿第二定律FFAma，即F0kvma，即F0vma，如果k，则加速度与速度成线性关系，且随着速度增大，加速度越来越大，即金属棒运动的vt图象的切线斜率越来越大，由于FA，FAt图象的切线斜率也越来越大，感应电流、电阻两端的电压及感应电流的功率也会随时间变化得越来越快，B项正确；如果k，则金属棒做匀加速直线运动，电动势随时间均匀增大，感应电流、电阻两端的电压、安培力均随时间均匀增大，感应电流的功率与时间的二次方成正比，没有选项符合；如果kb0，题图乙中ab0，所以当电阻R与题图甲中的导轨相连接时，a端的电势较高。此时通过电阻R的电流I电阻R两端的电势差abIRa端的电势aIR0.2 V。11【解析】(1)设二极管被击穿前瞬间杆ab的运动速度为v0，产生的感应电动势为：EBLv0此时下端断路，根据闭合电路欧姆定律有：由部分电路欧姆定律有：UIR解得：v04.5 m/s。(2)二极管被击穿后处于短路状态，两个电阻R并联，整个电路的等效电阻：设杆ab的最大速度为v，产生的感应电动势：EmBLvm根据闭合电路欧姆定律，通过杆ab的电流：则杆ab的安培力为：FBImL，方向沿框架向上由题意分析，当杆ab速度最大时，有：mgsin mgcos F0此时通过上端电阻R的电流为：此时上端电阻R的瞬时功率：PRmIR2R联立解得：vm7.5 m/s，PRm1.125 W。8