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专题十一 电磁感应考点1电磁感应现象及楞次定律的应用1.2017湖北荆州期末如图所示,大圆导线环A中通有逆时针方向的电流,另在导线环所在平面内有一个圆B,它的一半面积在A环内,另一半面积在A环外,则穿过圆B的磁通量()A.为零B.垂直环面向里C.垂直环面向外D.条件不足,无法判断2.2017广州结业考试如图所示,正方形线圈abcd位于纸面内,边长为L,匝数为N,过ab中点和cd中点的连线OO恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上,磁感应强度为B,此时穿过线圈的磁通量为,若线圈绕OO轴逆时针转过60的过程中,磁通量的变化量为,则和的大小是()A.BL22,BL24B.NBL22,NBL24 C.BL2,BL22 D.NBL2,NBL223.2018湖北部分重点中学检测如图所示,紫铜做的圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中,圆盘圆心处固定一个摇柄,边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴,用导线将电刷与电流表连接起来形成回路.转动摇柄,使圆盘以角速度逆时针匀速转动,下列说法正确的是()A.回路中不会产生感应电流B.回路中会产生大小不变、方向变化的感应电流C.回路中电流的大小和方向都周期性变化,周期为2D.回路中电流方向不变,从b导线流进电流表4.2014大纲卷,20,6分很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放,形成一根长的竖直圆筒.一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置,其下端与圆筒上端开口平齐.让条形磁铁从静止开始下落.条形磁铁在圆筒中的运动速率()A.均匀增大B.先增大,后减小C.逐渐增大,趋于不变D.先增大,再减小,最后不变5.如图所示为“研究电磁感应现象”的实验装置.(1)将图中所缺的导线补接完整.(2)多选如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么合上开关后,下列说法正确的是()A.将原线圈迅速插入副线圈的过程中,电流计指针向右偏转B.将原线圈插入副线圈后,电流计指针一直偏在零点右侧C.原线圈插入副线圈后,将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动时,电流计指针将向右偏转D.原线圈插入副线圈后,将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动时,电流计指针将向左偏转6.物理课上,老师做了一个奇妙的“跳环实验”.如图所示,她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后,将一金属套环置于线圈L上,且使铁芯穿过套环.闭合开关S的瞬间,套环立刻跳起.某同学另找来器材再探究此实验.他连接好电路,经重复实验,线圈上的套环均未动.对比老师演示的实验,下列四个选项中,导致套环未动的原因可能是()A.线圈接在了直流电源上B.电源电压过高C.所选线圈的匝数过多D.所用套环的材料与老师的不同7.如图为一种早期发电机的原理示意图,该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成,两磁极相对于线圈平面对称,在磁极绕转轴匀速转动的过程中,磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧XOY运动(O是线圈中心).则()A.从X到O,电流由E经G流向F,线圈的面积有收缩的趋势B.从X到O,电流由F经G流向E,线圈的面积有扩张的趋势C.从O到Y,电流由F经G流向E,线圈的面积有收缩的趋势D.从O到Y,电流由E经G流向F,线圈的面积有扩张的趋势8.多选如图所示,在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中,有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd,用绝缘轻质细杆悬挂在O点,并可绕O点左右摆动.金属线框从图示位置的右侧某一位置由静止释放,在摆动到左侧最高点的过程中,细杆和金属线框平面始终处于同一平面,且垂直纸面.则下列说法中正确的是()A.线框中感应电流的方向先是dcbad,后是abcdaB.线框中感应电流的方向是dcbadC.穿过线框的磁通量先变大后变小D.穿过线框的磁通量先变小后变大考点2法拉第电磁感应定律及其应用9.2017广西南宁模拟下列图中能产生感应电流的是()10.2018福建龙岩检测如图所示,圆形导体线圈a平放在水平桌面上,在a的正上方固定一竖直螺线管b,二者轴线重合,螺线管与电源和滑动变阻器连接成闭合回路.若将滑动变阻器的滑片P向下滑动,下列表述正确的是()A.线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流B.穿过线圈a的磁通量变小C.线圈a有扩张的趋势D.线圈a对水平桌面的压力FN将增大11.2017黑龙江哈尔滨检测多选某电磁冲击钻的原理图如图所示,若突然发现钻头M向右运动,则可能是()A.开关S闭合瞬间B.开关S由闭合到断开的瞬间C.开关S已经是闭合的,滑动变阻器滑片P向左迅速滑动D.开关S已经是闭合的,滑动变阻器滑片P向右迅速滑动12.多选如图所示,矩形线框abcd由静止开始运动,若要使线框中产生感应电流,则线框的运动情况应该是()A.向右平动(ad边还没有进入磁场)B.向上平动(ab边还没有离开磁场)C.以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)D.以ab边为轴转动(转角不超过90)13.多选如图所示,两个线圈套在同一个铁芯上,线圈的绕向在图中已经标出.左线圈连着平行导轨M和N,导轨电阻不计,在垂直导轨方向上放着金属棒ab,金属棒处在垂直于纸面向外的匀强磁场中,下列说法中正确的是()A.当金属棒ab向右匀速运动时,a点电势高于b点,c点电势高于d点B.当金属棒ab向右匀速运动时,b点电势高于a点,c点与d点等电势C.当金属棒ab向右加速运动时,b点电势高于a点,c点电势高于d点D.当金属棒ab向右加速运动时,b点电势高于a点,d点电势高于c点14.2017福建师大附中阶段测试在半径为r、电阻为R的圆形导线框内,以直径为界,左、右两侧分别存在着方向如图甲所示的匀强磁场.以垂直纸面向外的磁场为正,两部分磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律分别如图乙所示,则0t0时间内导线框中()A.没有感应电流B.感应电流方向为逆时针C.感应电流大小为r2B0t0RD.感应电流大小为2r2B0t0R15.2017北京海淀区期中如图所示,A、B、C是3个完全相同的灯泡,L是一个自感系数较大的线圈(直流电阻可忽略不计),则()A.S闭合时,A灯立即亮,然后逐渐熄灭B.S闭合时,B灯立即亮,然后逐渐熄灭C.电路接通稳定后,3个灯亮度相同D.电路接通稳定后,S断开时,C灯立即熄灭16.2013海南高考,10,5分多选如图所示,在水平光滑桌面上,两相同的矩形刚性小线圈分别叠放在固定的绝缘矩形金属框的左右两边上,且每个小线圈都各有一半面积在金属框内.在金属框接通逆时针方向电流的瞬间()A.两小线圈会有相互靠拢的趋势B.两小线圈会有相互远离的趋势C.两小线圈中感应电流都沿顺时针方向D.左边小线圈中感应电流沿顺时针方向,右边小线圈中感应电流沿逆时针方向17.2015上海高考,24,4分如图所示,一无限长通电直导线固定在光滑水平面上,金属环质量为0.02 kg,在该平面上以v0=2 m/s、与导线成60角的初速度运动,其最终的运动状态是,环中最多能产生J的电能.考点3电磁感应中的四大问题（电路、图象、动力学及能量）18.2018陕西第一次摸底检测多选半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内,一长为r、电阻为R的均匀金属棒AB置于圆导轨上面,BA的延长线通过圆导轨中心O,装置的俯视图如图所示,整个装置位于一匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,方向竖直向下.在两环之间接阻值为R的定值电阻和电容为C的电容器.金属棒在水平外力作用下以角速度绕O逆时针匀速转动,在转动过程中始终与导轨保持良好接触,导轨电阻不计.下列说法正确的是()A.金属棒中电流从B流向AB.金属棒两端电压为34Br2C.电容器的M板带负电D.电容器所带电荷量为32CBr219.2017豫南九校第五次质检多选如图所示,用粗细均匀的电阻丝绕制的矩形导线框abcd处于匀强磁场中,另一种材料的导体棒MN可与导线框保持良好的接触并做无摩擦滑动,导体棒MN在外力作用下从导线框左端开始做切割磁感线的匀速运动,一直滑到右端,在这个过程中导线框上消耗的电功率的变化情况可能为()A.逐渐增大B.先增大后减小C.先减小后增大D.先增大后减小,再增大,接着再减小20.2017山西晋中检测如图所示,匝数n=100匝、横截面积S=0.2 m2、电阻r=0.5 的圆形线圈MN处于垂直纸面向里的匀强磁场内,磁感应强度随时间按B=(0.6+0.02t)T的规律变化.处于磁场外的电阻R1=3.5 ,R2=6 ,电容C=30 F,开关S开始时未闭合,求:(1)闭合S后,线圈两端M、N两点间的电压UMN和电阻R2消耗的电功率;(2)闭合S一段时间后又断开S,则S断开后通过R2的电荷量为多少?21.2015上海高考,32,14分如图(a),两相距L=0.5 m的平行金属导轨固定于水平面上,导轨左端与阻值R=2 的电阻连接,导轨间虚线右侧存在垂直导轨平面的匀强磁场.质量m=0.2 kg的金属杆垂直置于导轨上,与导轨接触良好,导轨与金属杆的电阻可忽略.杆在水平向右的恒定拉力作用下由静止开始运动,并始终与导轨垂直,其v-t图象如图(b)所示.在15 s时撤去拉力,同时使磁场随时间变化,从而保持杆中电流为0.求:(1)金属杆所受拉力的大小F;(2)015 s内匀强磁场的磁感应强度大小B0;(3)1520 s内磁感应强度随时间的变化规律.图(a) 图(b)22.2017宁夏银川模拟如图所示,金属轨道分为粗糙的水平段和光滑的圆弧段两部分,O点为圆弧的圆心,半径R=1 m.两轨道之间的宽度为0.5 m,匀强磁场方向竖直向上,磁感应强度大小为0.5 T.质量为0.05 kg、长为0.5 m的金属细杆置于轨道上的M点,当在金属细杆内通以恒为2 A的电流时,金属细杆沿轨道由静止开始运动.已知金属细杆与水平段轨道间的动摩擦因数=0.6,N、P为导轨上的两点,ON竖直、OP水平,且|MN|=1 m,g取10 m/s2,则()A.金属细杆开始运动时的加速度大小为4 m/s2B.金属细杆运动到P点时的速度大小为2 m/sC.金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为8 m/s2D.金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为 0.75 N23.2017辽宁沈阳模拟如图所示,水平地面上方正方形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场,两个边长相等的单匝闭合正方形线圈和,分别用相同材料、不同粗细的导线绕制(为细导线)而成.两线圈在距磁场上边界h高处由静止开始自由下落,再进入磁场,最后落到地面.运动过程中,线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界.设线圈、落地时的速度大小分别为v1、v2,在磁场中运动时产生的热量分别为Q1、Q2.不计空气阻力,则()A.v1 v2,Q1 Q2B.v1 =v2,Q1= Q2 C.v1 Q2D.v1 =v2,Q1a,又由E=Blv可知ab产生的感应电动势不断增大,那么左回路中的感应电流也不断增大,由安培定则可判断铁芯中的磁感线方向沿逆时针方向,并且磁感应强度不断增强,所以右线圈中向上的磁通量不断增加,由楞次定律可判断,从上向下看右线圈中的感应电流方向应沿顺时针方向,因此d点电势高于c点.故选项B、D正确.14.C由右手定则,可知左、右两侧产生的感应电动势为串联,感应电流方向为顺时针,A、B错误.回路的感应电动势E=E1+E2,E1=r22B0t0=E2,即E=r2B0t0,则感应电流大小I= ER = r2B0t0R,故C正确,D错误.15.A因线圈L的直流电阻可忽略不计,S闭合时,A灯立即亮,然后逐渐熄灭,A正确.S闭合时,B灯先不太亮,然后亮,B错误.电路接通稳定后,B、C灯亮度相同,A灯不亮,C错误.电路接通稳定后,S断开时,C灯逐渐熄灭,D错误.16.BC电流接通瞬间,金属框周围磁场从无到有,且内强外弱,小线圈为阻碍磁通量的增加有向外运动的趋势,所以两小线圈会有相互远离的趋势,A错误,B正确.根据磁场叠加原理,可知两侧小线圈中的磁场方向竖直向上,由楞次定律,可知两侧小线圈中的感应电流都沿顺时针方向,C正确,D错误.17.匀速直线运动0.03解析:由无限长通电直导线周围的磁场分布可知,圆环在垂直导线的方向上受安培力,做减速运动,在沿导线方向上受力平衡,做匀速直线运动,最终圆环沿导线方向做匀速直线运动,最多能产生的电能为W=Ek=12m(v0sin 60)2 J=0.03 J.18.AB根据右手定则可知金属棒中电流从B流向A,选项A正确;金属棒转动时产生的电动势为E=Brr+2r2=32Br2,切割磁感线的金属棒相当于电源,金属棒两端电压相当于电源的路端电压,因而U=RR+RE=34Br2,选项B正确;金属棒A端相当于电源正极,电容器M板带正电,选项C错误;由C=QU可得电容器所带电荷量为Q=34CBr2,选项D错误.19.BCD导体棒MN相当于电源,等效电路图如图甲所示.由于导体棒MN的运动,外电路的电阻是变化的,设导体棒MN左侧电阻为R1,右侧电阻为R2,导线框的总电阻为R=R1+R2,所以外电路的并联总电阻R外=R1R2R1+R2=R1R2R,由于R1+R2=R为定值,故当R1=R2时,R外最大.在闭合电路中,外电路上消耗的电功率P外与外电阻R外有关,P外=ER外+r2R外=E2(R外-r)2R外+4r.可见,当R外=r时,P外有最大值,P外随R外的变化图象如图乙所示.根据题意,在R外由零到Rmax再到零的过程中,结合图象讨论P外变化的情况有:(1)若R外的最大值Rmaxr,且R外的最小值Rminr,则导线框上消耗的电功率先减小后增大.综上所述,B、C、D正确. 图甲 图乙20.(1)0.38 V9.610-3 W(2)7.210-6 C解析:(1)线圈产生的感应电动势E=nt=nBtS=1000.020.2 V=0.4 V回路中的电流I=ER1+R2+r=0.43.5+6+0.5 A=0.04 A线圈两端M、N两点间的电压UMN=0.4 V-0.040.5 V=0.38 V电阻R2消耗的电功率P2=I2R2=0.0426 W=9.610-3 W.(2)闭合S一段时间后,电路稳定,电容器相当于开路,其两端电压UC等于R2两端的电压,即UC=IR2=0.046 V=0.24 V电容器充电后所带电荷量Q=CUC=3010-60.24 C=7.210-6 C当S再次断开后,电容器放电,通过R2的电荷量为7.210-6 C.21.(1)0.24 N(2)0.4 T(3)B(t)=2050-(t-15)(t-25)(T)解析:(1)由v-t关系图可知在010 s时间内杆尚未进入磁场,因此F-mg=ma1由题图(b)可得a1=0.4 m/s2由题意可知在1520 s时间内杆仅在摩擦力作用下运动则有mg=ma2由题图(b)可知a2=0.8 m/s2联立并代入数据解得F=0.24 N.(2)在1015 s时间内杆在磁场中做匀速直线运动,因此有F=mg+B02L2vR,把F=0.24 N,mg=0.16 N代入解得B0=0.4 T.(3)由题意可知在1520 s时间内通过回路的磁通量不变,设杆在1015 s内运动距离为d,15 s后运动距离为x.B(t)L(d+x)=B0Ld,其中d=20 mx=4(t-15)-0.4(t-15)2(m)由此可得B(t)=B0dd+x=2050-(t-15)(t-25)(T).22.D金属细杆在水平方向受到安培力作用,安培力大小F安=BIL=0.520.5 N=0.5 N,金属细杆开始运动的加速度为a=F安m=10 m/s2,A错误;对金属细杆从M点到P点的运动过程,安培力做功W=F安(MN+OP)=1 J,重力做功WG=-mgON=-0.5 J,由动能定理得W+WG=12mv2,解得金属细杆运动到P点时的速度大小为v=20 m/s,B错误;金属细杆运动到P点时的加速度可分解为水平方向的向心加速度和竖直方向的加速度,水平方向的向心加速度大小为a=v2r=20 m/s2,C错误;在P点金属细杆受到轨道水平向左的作用力F,水平向右的安培力F安,由牛顿第二定律得F-F安=mv2r,解得F=1.5 N,每一条轨道对金属细杆的作用力大小为0.75 N,由牛顿第三定律可知金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为 0.75 N,D正确. 23.D由于从同一高度下落,故两线圈到达磁场上边界时具有相同的速度v,线圈下端的边切割磁感线产生感应电流,同时受到安培力F=B2l2vR的作用,又R=4lS(为材料的电阻率,l为线圈的边长),所以安培力F=B2lvS4,此时线圈加速度a=g-Fm,且m=0S4l(0为材料的密度),所以加速度a=g-B2v160是定值,与线圈质量无关,故线圈和同步运动,落地时速度大小相等,即v1 =v2.由能量守恒定律可得Q=mg(h+H)-12mv2(H是磁场区域的高度),线圈为细导线,则质量m小,故产生的热量小,所以Q1 Q2,D符合题意.24.AD金属棒从弹簧原长位置由静止释放时,金属棒的加速度a=g,如果没有磁场,根据简谐运动的规律,金属棒在最低点的加速度大小与释放时的加速度大小相等,即a=g;有磁场时,由于电磁感应,金属棒下落过程中会受到安培力的阻碍作用,金属棒的下落高度小于没有磁场时下落的高度,弹簧的弹力小于没有磁场时弹簧的弹力,因此金属棒在最低点的加速度大小小于g,选项A正确.根据能量守恒定律得知,回路中产生的总热量等于金属棒重力势能的减少量与弹簧弹性势能增加量之差,选项B错误.金属棒向下运动的过程中,受到重力、弹簧的弹力和安培力三个力作用,当三力平衡时,速度最大,即当弹簧弹力、安培力之和等于金属棒的重力时,金属棒下落速度最大,选项C错误.由于产生内能,由能量守恒定律得知,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,选项D正确.
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