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1、浙江省2013年高考物理 能力突破 9.3电磁感应规律的综合应用浙江2013年物理高考能力突破：9.3电磁感应规律的综合应用(40分钟 100分)一、单项选择题(本题共4小题，每小题7分，共28分，每小题只有一个选项符合题意)1.(预测题)在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一个面积不变的单匝金属圆形线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图甲所示，取线圈中磁场方向向上为正，当磁感应强度B随时间t如图乙变化时，下列选项中能正确表示线圈中感应电流变化的是( )2.(2012福州模拟)如图所示，在x0的区域内存在匀强磁场，磁场的方向垂直于xOy平面(纸面)向里.具有一定电阻的矩形线框abcd位于xOy平面内
2、，线框的ab边与y轴重合.令线框从t=0时刻起由静止开始沿x轴正方向做匀加速运动，则线框中的感应电流I(取逆时针方向为电流正方向)随时间t的变化图线I-t图可能是图中的( )3.(易错题)两块水平放置的金属板间的距离为d，用导线与一个n匝线圈相连，线圈电阻为r，线圈中有竖直方向的磁场，电阻R与金属板连接，如图所示，两板间有一个质量为m、电荷量为+q的油滴恰好处于静止，则线圈中的磁感应强度B的变化情况和磁通量的变化率分别是( )A.磁感应强度B竖直向上且正增强, B.磁感应强度B竖直向下且正增强，C.磁感应强度B竖直向上且正减弱，D.磁感应强度B竖直向下且正减弱，4.(创新题)A和B是两个大小相
3、同的环形线圈，将两线圈平行共轴放置，如图甲所示，当线圈A中的电流i1随时间变化的图象如图乙所示时，若规定两电流方向如图甲所示的方向为正方向，则线圈B中的电流i2随时间t变化的图象是图中的( )二、不定项选择题(本题共3小题，每小题7分，共21分，每小题至少一个选项符合题意)5.(2012温州模拟)如图甲所示，光滑导轨水平放置在与水平方向夹角60斜向下的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B随时间的变化规律如图乙所示，规定斜向下为正方向，导体棒ab垂直导轨放置，除电阻R的阻值外，其余电阻不计，导体棒ab在水平外力作用下始终处于静止状态.规定ab的方向为电流的正方向，水平向右的方向为外力的正方向，则在
4、0t时间内，能正确反映流过导体棒ab的电流i和导体棒ab所受水平外力F随时间t变化的图象是( )6.(易错题) 矩形线圈abcd,长ab=20 cm,宽bc=10 cm，匝数n=200，线圈回路总电阻R=5 ,整个线圈平面内均有垂直于线圈平面的匀强磁场穿过.若匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图所示，则( )A.线圈回路中感应电动势随时间均匀变化B.线圈回路中产生的感应电流为0.4 AC.当t=0.3 s时，线圈的ab边所受的安培力大小为0.016 ND.在1 min内线圈回路产生的焦耳热为48 J7.(2012宁波模拟)如图(a)所示，在光滑水平面上用恒力F拉质量为1 kg的单匝均匀
5、正方形铜线框，在1位置以速度v0=3 m/s进入匀强磁场时开始计时t=0，此时线框中感应电动势为1 V，在t=3 s时刻线框到达2位置开始离开匀强磁场.此过程中v-t图象如图(b)所示，那么( )A.t=0时,线框右侧的边两端M、N间电压为0.25 VB.恒力F的大小为1.0 NC.线框完全离开磁场的位置3的瞬时速度为2 m/sD.线框完全离开磁场的位置3的瞬时速度为1 m/s三、计算题(本大题共3小题，共51分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)8.(2012舟山模拟)(15分)如图甲所示，MN左侧有一垂直纸面向里的匀强磁场.现将一边长为l、质量为m、电阻为R的正方形金属
6、线框置于该磁场中，使线框平面与磁场方向垂直，且bc边与磁场边界MN重合.当t=0时，对线框施加一水平拉力F,使线框由静止开始向右做匀加速直线运动；当t=t0时，线框的ad边与磁场边界MN重合.图乙为拉力F随时间t变化的图线.求：(1)匀加速运动的加速度a和t0时刻线框的速率v的大小；(2)磁场的磁感应强度B的大小；(3)线框穿出磁场的过程中，通过线框的感应电量q.9.(创新题)(16分)如图所示，水平面上固定一个间距L=1 m的光滑平行金属导轨，整个导轨处在竖直方向的磁感应强度B=1 T的匀强磁场中,导轨一端接阻值R=9 的电阻.导轨上有质量m=1 kg、电阻r=1 、长度也为1 m的导体棒，
7、在外力的作用下从t=0开始沿平行导轨方向运动，其速度随时间的变化规律是，不计导轨电阻.求：(1)t=4 s时导体棒受到的安培力的大小;(2)请在如图所示的坐标系中画出电流平方与时间的关系(I2-t)图象.10.(20分)如图甲所示，水平面上的两光滑金属导轨平行固定放置，间距d=0.5 m，电阻不计，左端通过导线与阻值R=2 的电阻连接，右端通过导线与阻值RL=4 的小灯泡L连接.在CDFE矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，CE长，有一阻值r=2 的金属棒PQ放置在靠近磁场边界CD处.CDFE区域内磁场的磁感应强度B随时间变化规律如图乙所示.在t=0至t=4 s内，金属棒PQ保持静止，在t=4 s
8、时使金属棒PQ以某一速度进入磁场区域并保持匀速运动.已知从t=0开始到金属棒运动到磁场边界EF处的整个过程中，小灯泡的亮度没有发生变化.求：(1)通过小灯泡的电流.(2)金属棒PQ在磁场区域中运动的速度大小.答案解析1.【解析】选A.由法拉第电磁感应定律和楞次定律可知,在，感应电流的方向应与图示方向相反，即为负方向，故B、C错误;在，原磁场为反方向且磁场在增强,可判断感应电流方向与图示方向相反，为负方向，且其大小为时间内的2倍，故A正确，D错误.2.【解析】选D.线框匀加速向右运动时，cd边切割磁感线，由右手定则知电流方向为顺时针，方向为负; ,故D项正确.3.【解题指南】解答本题应把握以下三
9、点：(1)由平衡条件判断金属板的电性. (2)根据楞次定律判断磁场的方向及磁感应强度的变化情况.(3)由平衡条件、闭合电路欧姆定律、法拉第电磁感应定律综合求解磁通量的变化率.【解析】选C.由平衡条件知,下金属板带正电，故电流应从线圈下端流出，等效电路如图所示，由楞次定律可以判定磁感应强度B为竖直向上且正减弱或竖直向下且正增强，A、D错误;因,联立可求得,故只有C项正确.4.【解析】选D.在第一阶段原电流减少，线圈B中的磁场减弱，感应电流产生磁场与A中电流产生磁场方向相同;在第二阶段，A中电流反向增大，线圈B中的磁场增强，感应电流磁场与A中电流产生磁场方向相反.因i1的斜率变小，在B中产生的i2
10、在变小，方向为负方向.故D正确.5.【解析】选B、D.由楞次定律可判定回路中的电流始终为ba方向,为负值，由法拉第电磁感应定律可判定回路电流大小恒定，故A错误，B正确;由F安=BIL可得F安随B的变化而变化，在0t0时间内，F安方向向右，故外力F与F安等值反向，方向向左为负值;在t0t时间内，磁场方向改变，F安方向改变，故外力F方向也改变为正值，其大小随B的增大而增大，D项正确，C错误.【总结提升】电磁感应图象问题“四注意”(1)注意图象的初始条件.(2)注意物理量的方向与正负的对应关系.(3)注意物理量的变化趋势.(4)注意物理量的增减或方向正、负的转折点.6.【解析】选B、D.由可知,由于
11、线圈中磁感应强度的变化率为常数,则回路中感应电动势为，且恒定不变，故选项A错误;回路中感应电流的大小为,选项B正确;当t=0.3 s时，磁感应强度B=0.2 T，则安培力为，故选项C错误;1 min内线圈回路产生的焦耳热为Q=I2Rt=0.42560 J=48 J,选项D正确.7.【解析】选C.MN边切割磁感线，相当于电源，其两端的电压是路端电压，根据闭合电路欧姆定律可知，线框右侧的边两端M、N间电压为，A错误;根据13 s时间内线框做匀加速直线运动可知，这段时间线框中没有感应电流，线框所受合力为F，根据牛顿第二定律可知F=ma=0.5 N,B错误;根据图线可知线框进入磁场和离开磁场时的初速度
12、和受力情况都一样，所以线框离开时的速度和t=1 s时刻的相同，即为2 m/s,C正确，D错误.【变式备选】如图所示，两条平行虚线之间存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，虚线间的距离为，金属圆环的直径也是.圆环从左边界进入磁场，以垂直于磁场边界的恒定速度v穿过磁场区域.则下列说法正确的是( )A.感应电流的大小是先增大后减小再增大再减小B.感应电流的方向先逆时针后顺时针C.金属圆环受到的安培力先向左后向右D.进入磁场的过程中感应电动势的平均值为【解析】选A、B.在圆环进入磁场的过程中，通过圆环的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向，感应电动势,圆环切割磁感线的有效长度先增大
13、后减小，所以感应电流先增大后减小.同理可以判断圆环出磁场时的情况,A、B正确;根据楞次定律的推广可知，圆环进入磁场和出磁场时所受安培力都向左，C错误;圆环进入磁场时感应电动势的平均值为，D错误.8.【解析】(1)由t=0时线框静止，则线框所受的合外力为拉力F0.根据牛顿第二定律得a=(2分)由匀变速直线运动的速度公式得t0时刻线框的速率v=at0=(2分)(2)t0时刻，由牛顿第二定律得3F0-F安=ma(2分)F安=BIl(1分)I=(1分)解式得B=(2分)(3)线框穿出磁场的过程中，E=(1分)(1分)q=(1分)由式可解得q= (2分)答案：(1) (2) (3)9.【解析】(1)4 s时导体棒的速度是 (3分)感应电动势E=BLv(2分)感应电流 (1分)此时导体棒受到的安培力F安=BIL=0.4 N(3分)(2)由(1)可得 (3分)作出图象如图所示.(4分)答案：(1)0.4 N(2)见解析图10.【解析】(1)04 s内，电路中的感应电动势 (4分)此时灯泡中的电流 (4分)(2)由于灯泡亮度没有变化，故IL没变化.根据E=Bdv(3分) (3分) (2分) (2分)解得v=1 m/s (2分)答案：(1)0.1 A(2)1 m/s10 / 10
