2020高考物理 月刊专版 专题09 交变电流和电磁感应电磁感应专题

交变电流和电磁感应 1.如图所示，一根长导线弯曲成“”，通以直流电I，正中间用绝缘线悬挂一金属环C，环与导线处于同一竖直平面内。在电流I增大的过程中，下列叙述正确的是（BCD）A金属环中无感应电流产生B金属环中有逆时针方向的感应电流C悬挂金属环C的竖直线中拉力变大D金属环C仍能保持静止状态3如图所示，在方向竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中，有两条足够长的平行金属导轨，其电阻不计，间距为L，导轨平面与磁场方向垂直。ab、cd为两根垂直导轨放置的、由牛顿第二定律 FBILma得 F= （4分）（2）细线拉断时满足BIL=f +T0 （3分） +T0t= （4分）4.如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.2m，电阻R=0.4，导轨上停放一质量m=0.1kg、电阻r=0.1的金属杆，导轨电阻可忽略不计，整个装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。现用一外力F沿水平方向拉杆，使之由静止开始运动，若理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图乙所示。闭合电路欧姆定律知，棒上产生的电动势也是随时间均匀变化的。因此由E=BLv可知，金属杆所做的运动为匀变速直线运动 由问中的式有 所以 所以4s末时的速度 所以4s末时电路中的电流为 因 5、如图，光滑平行的水平金属导轨MN、PQ相距l，在M点和P点间接一个阻值为R的电阻，在两导轨间OO1O1O矩形区域内有垂直导轨平面竖直向下、宽为d的匀强磁场，磁感强度为B。一质量为m，电阻为r的导体棒ab，垂直搁在导轨上，与磁场左边界相距d0。现用一大小为F、水平向右的恒力拉ab棒，使它由静止开始运动，棒ab在离开磁场前已经做匀速直线运动（棒ab与导轨始终保持良好的接触，导轨电阻不计）。求：（1）棒ab在离开磁场右边界时的速度；（2）棒ab通过磁场区的过程中整个回路所消耗的电能； 对ab棒 FBIl0 解得 （2）由能量守恒可得： 解得： （3）设棒刚进入磁场时速度为v 由： 可得： 棒在进入磁场前做匀加速直线运动，在磁场中运动可分三种情况讨论：若（或），则棒做匀速直线运动；若（或F），则棒先加速后匀速；若（或F，则棒先减速后匀速。6如图所示在水平面上有两条相互平行的光滑绝缘导轨，两导轨间距工L=1m，导轨的虚线范围内有一垂直导轨平面的匀强磁场，磁感应强度B=0.2T，磁场宽度S大于L，左、右两边界与导轨垂直有一质量m=0.2kg，电阻 r=0.1边长也为L正方形金属框以某一初速度，沿导轨向右进入匀强磁场(1)若最终金属框只能有半面积离开磁场区域，试求金属框左边刚好进入磁场时的速度(2)若金属框右边剐要离开磁场时，虚线范围内磁插的磁感应强度以K=0.1T/s的变化率均匀减小。为使金属框此后能匀速离开磁场，对其平行于导轨方向加一水平外力，求金属框有一半面积离开磁场区域时水平外力的大小解：(1)金属框左边刚好进入磁场区域时的运动速度为v，在磁场中作匀速运动设离开磁场运动过程的时间为t，此过程中的平均感应电动势为： (1分) (1分)所受平均安培力：安= ： (1分)由动量定理有： -安t=0-mv (2分)解得： v= l ms (2分)(2)金属框开始匀速离开磁场到有一半面积离开磁场区域的时间为： (1分)当线框一半面积离开磁场时，左边因切割磁感线而产生的电动势为：E1=(B-kt)Lv (2分)因磁场变化而产生的感应电动势为：E2= (2分)此回路产生逆时针方向的感应电流为： (分)则此时水平向右的外力大小为：F=F安=(B-kt)IL (1分)代人数据，解得： F=0.3N7一电阻为R的金属圆环，放在匀强磁场中，磁场与圆环所在平面垂直，如图(a)所示已知通过圆环的磁通量随时间t的变化关系如图(b)所示，图中的最大磁通量0和变化周期T都是已知量，求 E1= 在以上时段内，环中的电流为 I 1= 则在这段时间内通过金属环某横截面的电量 q= I 1 t 联立求解得 (2)在到和在到t =T时间内，环中的感应电动势E 1= 0 在和在时间内，环中的感应电动势 E 3= 由欧姆定律可知在以上时段内，环中的电流为 I 3 = 在t=0到t=2T时间内金属环所产生的电热Q=2(I 12 R t 3+ I 32 R t 3) 联立求解得Q= 8如图（甲）所示，一正方形金属线框放置在绝缘的光滑水平面上，并位于一竖直向下的有界匀强磁场区域内，线框的右边紧贴着磁场的边界，从t0时开始，对线框施加一水平向右的外力F，使线框从静止开始做匀加速直线运动，在时刻穿出磁场已知外力F随时间变化的图像如图（乙）所示，且线框的质量m、电阻R、图（乙）中的、均为已知量试线框离开磁场时的速度 线框的边长 线框离开磁场时所受到的磁场力 离开磁场时线框中的感应电动势 离开磁场时线框中的感应电流 由牛顿定律知 联立求解可得 离开磁场时线框中的感应电动势 离开磁场时线框中的感应电流 在拉出过程中通过线框某截面的电量 9如图所示，两条光滑的绝缘导轨，导轨的水平部分与圆弧部分平滑连接，两导轨间距为L，导轨的水平部分有n段相同的匀强磁场区域（图中的虚线范围），磁场方向竖直向上，磁场的磁感应强度为B，磁场的宽度为S，相邻磁场区域的间距也为S，S大于L，磁场左、右两边界均与导轨垂直。现有一质量为m，电阻为r，边长为L的正方形金属框，由圆弧导轨上某高度处静止释放，金属框滑上水平导轨，在水平导轨上滑行一段时间进入磁场区域，最终线框恰好完全通过n段磁场区域。地球表面处的重力加速度为g，感应电流的磁场可以忽略不计，求：（1）刚开始下滑时，金属框重心离水平导轨所在平面的高度匀强磁场区域的过程中，线框中产生平均感应电动势为 .1分平均电流强度为（不考虑电流方向变化） .1分由动量定理得： .1分同理可得：（3）金属框穿过第（k1）个磁场区域后，由动量定理得：.2分金属框完全进入第k个磁场区域的过程中，由动量定理得：.1分解得：.1分功率：.2分10如图(1)所示，一个足够长的“U”形金属导轨NMPQ固定在水平面内，MN、PQ两导轨间的宽为L=0.50m一根质量为m=0.50kg的均匀金属导体棒ab静止在导轨上且接触良好，abMP恰好围成一个正方形该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节的竖直向上的匀强磁场中ab棒的电阻为R=0.10，其他各部分电阻均不计开始时，磁感应强度B0=0.50T(1)若保持磁感应强度B0的大小不变，从t=0时刻开始，给ab棒施加一个水平向右的拉力，使它做匀加速直线运动此拉力T的大小随时间t变化关系如图(2)所示求匀加因为IB0lv/R v=at 联立可解得将数据代入，可解得a=4m/s2 f=1N(2)以ab棒为研究对象，当磁培应强度均匀增大时，闭合电路中有恒定的感应电流I，以ab棒为研究对象，它受到的安培力逐渐增大，静摩擦力也随之增大，当磁感应强度增大到ab所受安培力F与最大静摩擦力fm相等时开始滑动.由以上各式求出，经时间t=17.5s后ab棒开始滑动，此时通过ab棒的电流大小为I=0.5A 根据楞决定律可判断出，电流的方向为从b到a