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1、第十二章第十二章 电磁感应电磁感应 第一部分第一部分 五年高考题荟萃五年高考题荟萃 20092009 年高考新题年高考新题 一、选择题一、选择题 1.1.(0909上海物理上海物理1313)如图,金属棒 ab 置于水平放置的 U 形光滑导轨上,在 ef 右侧存在有界匀强磁场 B,磁场方向 垂直导轨平面向下,在 ef 左侧的无磁场区域 cdef 内有一半 径很小的金属圆环 L,圆环与导轨在同一平面内。当金属棒 ab 在水平恒力 F 作用下从磁场左边界 ef 处由静止开始向右运动后,圆环 L 有 _(填收缩、扩张)趋势,圆环内产生的感应电流_(填变大、变 小、不变) 。 答案:收缩,变小 解析解析
2、:由于金属棒 ab 在恒力 F 的作用下向右运动,则 abcd 回路中产生逆时针方向的感应电 流,则在圆环处产生垂直于只面向外的磁场,随着金属棒向右加速运动,圆环的磁通量将增 大,依据楞次定律可知,圆环将有收缩的趋势以阻碍圆环的磁通量将增大;又由于金属棒向 右运动的加速度减小,单位时间内磁通量的变化率减小,所以在圆环中产生的感应电流不断 减小。 2.2.(0909上海上海99)信用卡的磁条中有一个个连续的相反极性的磁化区,每个磁化区代表了 二进制数 1 或 0,用以储存信息。刷卡时,当磁条以某一速度拉过信用 卡阅读器的检测头时, 在检测头的线圈中会产生变化的电压(如图 1 所示) 。当信用卡磁
3、条按图 2 所示方向以该速 度拉过阅读检测头时,在线圈中产生的电压随时间的变化关系正确的是 ( B ) 3.3.(0909山东山东2121)如图所示,一导线弯成半径为 a 的半圆形闭合回路。虚线 MN 右侧有磁 感应强度为 B 的匀强磁场。方向垂直于回路所在的平面。回路以速度 v 向右匀速进入磁场, 直径 CD 始络与 MN 垂直。从 D 点到达边界开始到 C 点进入磁场为止,下列结论正确的是 ( ACD ) A感应电流方向不变 BCD 段直线始终不受安培力 C感应电动势最大值 EBav D感应电动势平均值 1 4 EBav 解析解析:在闭合电路进入磁场的过程中,通过闭合电路的磁通量逐渐增大,
4、根据楞次定律可知 感应电流的方向为逆时针方向不变,A 正确。根据左手定则可以判断,受安培力向下,B 不 正确。当半圆闭合回路进入磁场一半时,即这时等效长度最大为 a,这时感应电动势最大 E=Bav,C 正确。感应电动势平均值 D 正确。 考点:楞次定律、安培力、感应电动势、左手定则、右手定则 提示:感应电动势公式E t 只能来计算平均值,利用感应电动势公式EBlv计算时,l 应是等效长度,即垂直切割磁感线的长度。 4.4.(0909重庆重庆2020)题 20 图为一种早期发电机原理示意图,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
5、过 程中,磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧AXOY运动, (O是线圈中心) ,则 ( D ) A从 X 到 O,电流由 E 经 G 流向 F,先增大再减小 B从 X 到 O,电流由 F 经 G 流向 E,先减小再增大 C从 O 到 Y,电流由 F 经 G 流向 E,先减小再增大 D从 O 到 Y,电流由 E 经 G 流向 F,先增大再减小 5.5.(0909福建福建1818)如图所示,固定位置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为 d,其右端接有阻值为 R 的电阻,整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中。 一质量为 m(质量分布均匀)的导体杆 ab 垂直于导轨放置,且与两
6、导轨保持良好接触,杆 与导轨之间的动摩擦因数为 u。现杆在水平向左、垂直于杆的恒力 F 作用下从静止开始沿导 轨运动距离 L 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 r,导轨电阻不计,重力加速度大小为 g。则此过程 ( BD ) A.杆的速度最大值为 B.流过电阻 R 的电量为 C.恒力 F 做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量 D.恒力 F 做的功与安倍力做的功之和大于杆动能的变化量 解析解析:当杆达到最大速度vm时,0 22 rR vdB mgF m 得 22d B rRmgF vm ,A 错; 由公式 rR BdL rR SB rR q ,
7、B 对;在棒从开始到达到最大速度的过程中由动能定 理有: KfF EWWW 安 ,其中mgWf,QW 安 ,恒力F做的功与摩擦力做 的功之和等于杆动能的变化量与回路产生的焦耳热之和,C 错;恒力F做的功与安倍力做的 功之和等于于杆动能的变化量与克服摩擦力做的功之和,D 对。 6.6.(0909浙江浙江1717)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点摆动。 金属线框从右侧某一位置静止开始释放,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。则线框中感应电流
8、的方向是 ( B ) Aadcba Bdabcd C先是dabcd,后是adcba D先是adcba,后是dabcd 解析解析:由楞次定律,一开始磁通量减小,后来磁通量增大,由“增反” “减同”可知电流方 向是dabcd。 7.7.(0909海南物理海南物理44)一长直铁芯上绕有一固定线圈 M,铁芯右端与一木质圆柱密接,木质圆柱上套有一闭 合金属环 N,N 可在木质圆柱上无摩擦移动。M 连接在 如图所示的电路中,其中 R 为滑线变阻器, 1 E和 2 E为 直流电源,S 为单刀双掷开关。下列情况中,可观测到 N 向左运动的是 ( C ) A在 S 断开的情况下, S 向 a 闭合的瞬间 B在
9、S 断开的情况下,S 向 b 闭合的瞬间 C在 S 已向 a 闭合的情况下,将 R 的滑动头向 c 端移动时 D在 S 已向 a 闭合的情况下,将 R 的滑动头向 d 端移动时 二、非选择题二、非选择题 8.8.(0909全国卷全国卷2424))如图,匀强磁场的磁感应强度方向 垂直于纸面向里,大小随时间的变化率 B k t ,k 为负的 常量。用电阻率为、横截面积为S的硬导线做成一边长为 l的方框。将方框固定于纸面内,其右半部位于磁场区域中。 求 (1)导线中感应电流的大小; (2)磁场对方框作用力的大小随时间的变化。 (1) 8 kls I ;(2) 2 2 8 k l s 。 解析解析:本
10、题考查电磁感应现象.(1)线框中产生的感应电动 势kl t sB t 2 2 1 / 在线框产生的感应电流, R I s l R 4 , 联立得 8 kls I (2)导线框所受磁场力的大小为BIlF ,它随时间的变化率为 t B Il t F ,由以上式联立可 得 8 22 slk t F 。 9.9.(0909北京北京2323) (18 分)单位时间内流过管道横 截面的液体体积叫做液体的体积流量(以下简称流量) 。 由一种利用电磁原理测量非磁性导电液体(如自来水、 啤酒等)流量的装置,称为电磁流量计。它主要由将 流量转换为电压信号的传感器和显示仪表两部分组成。 传感器的结构如图所示,圆筒形
11、测量管内壁绝缘,其 上装有一对电极a和 c,a,c 间的距离等于测量管内径 D,测量管的轴线与 a、c 的连接放像以 及通过电线圈产生的磁场方向三者相互垂直。当导电液体流过测量管时,在电极 a、c 的间出 现感应电动势 E,并通过与电极连接的仪表显示出液体流量 Q。设磁场均匀恒定,磁感应强 度为 B。 (1)已知 33 0.40 ,205 10,0.12 /Dm BT Qs ,设液体在测量管内各处流速相同,试 求 E 的大小(去 3.0) (2)一新建供水站安装了电磁流量计,在向外供水时流量本应显示为正值。但实际显示却 为负值。经检查,原因是误将测量管接反了,既液体由测量管出水口流入,从如水口
12、流出。 因为已加压充满管道。不便再将测量管拆下重装,请你提出使显示仪表的流量指示变为正直 的简便方法; (3)显示仪表相当于传感器的负载电阻,其阻值记为.R a、c 间导电液体的电阻 r 随液体电 阻率色变化而变化,从而会影响显示仪表的示数。试以 E、R。r 为参量,给出电极 a、c 间输 出电压 U 的表达式,并说明怎样可以降低液体电阻率变化对显示仪表示数的影响。 解析:解析:(1)导电液体通过测量管时,相当于导线做切割磁感线的运动,在电极 a、c 间切割 感应线的液柱长度为 D, 设液体的流速为 v,则产生的感应电动势为 E=BDv 由流量的定义,有 Q=Sv=v D 4 2 式联立解得
13、D BQ D Q BDE 44 2 代入数据得 VVE 3 3 100 . 1 4 . 03 12 . 0 105 . 24 (2)能使仪表显示的流量变为正值的方法简便,合理即可,如: 改变通电线圈中电流的方向,使磁场 B 反向,或将传感器输出端对调接入显示仪表。 (3)传感器的显示仪表构成闭合电路,有闭合电路欧姆定律 rR E I )/(RrI E rR RE IRU 输入显示仪表是 a、c 间的电压 U,流量示数和 U 一一对应, E 与液体电阻率无关,而 r 随 电阻率的变化而变化,由式可看出, r 变化相应的 U 也随之变化。在实际流量不变的情 况下,仪表显示的流量示数会随 a、c 间
14、的电压 U 的变化而变化,增大 R,使 Rr,则 UE,这样就可以降低液体电阻率的变化对显示仪表流量示数的影响。 10.10.(0909上海物理上海物理2424) (14 分)如图,光滑的平行金属导轨 水平放置,电阻不计,导轨间距为 l,左侧接一阻值为 R 的电 阻。区域 cdef 内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场,磁 场宽度为 s。一质量为 m,电阻为 r 的金属棒 MN 置于导轨上, 与导轨垂直且接触良好,受到 F0.5v0.4(N) (v 为金属棒运动速度)的水平力作用,从 磁场的左边界由静止开始运动,测得电阻两端电压随时间均匀增大。 (已知 l1m,m1kg,R0.3,r0.2,s
15、1m) (1)分析并说明该金属棒在磁场中做何种运动; (2)求磁感应强度 B 的大小; (3)若撤去外力后棒的速度 v 随位移 x 的变化规律满足 vv0x, 且棒在运动 B2l2 m(Rr) 到 ef 处时恰好静止,则外力 F 作用的时间为多少? (4)若在棒未出磁场区域时撤去外力,画出棒在整个运动过程中速度随位移的变化所对应 的各种可能的图线。 解析:解析:(1)金属棒做匀加速运动, R 两端电压 UIv,U 随时间均匀增大,即 v 随时间 均匀增大,加速度为 恒量; (2)Fma,以 F0.5v0.4 B2l2v Rr 代入得(0.5)v0.4a B2l2 Rr a 与 v 无关,所以 a0.4m/s2, (0.5)0 B2l2 Rr 得 B0.5T (3)x1 at2,v0x2at,x1x2s,所以 at2ats 1 2 B2l2 m(Rr) 1 2 m(Rr) B2l2 得