2011高考物理二轮复习 交变电流和电磁感应专题预测1

用心 爱心 专心1 20112011 高考物理二轮复高考物理二轮复 习交变电流和电磁感应专题预测习交变电流和电磁感应专题预测 1 1 一 选择题 本题共 14 小题 共 70 分 在每小题给出的四个选项中 有的只有一个选 项正确 有的有多个选项正确 全部选对的得 5 分 选对但不全的得 3 分 有选错的得 0 分 1 2011 湖北武汉市模拟 在验证楞次定律实验中 竖直放置的线圈固定不动 将磁 铁从线圈上方插入或拔出 线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流 图中分别 标出了磁铁的极性 磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况 其中正确的是 解析 对选项 A 由 来者拒之 可判断出线圈中产生的感应电流的磁场上端为 N极 再由安培定则 可判断出感应电流的方向与图中标的方向相反 故选项 A 错 同理 可判断出 B 错 C D 对 答案 CD 2 2011 江苏南通模拟 如图所示 在磁感应强度为B的匀强磁场中 有半径为r的光滑半圆形导体框架 OC为一能绕O在框架上滑动的导体棒 OC 之间连一个电阻R 导体框架与导体棒的电阻均不计 若要使OC能以角速度 匀速转动 则外力做功的功率是 A B B2 2r4 R B2 2r4 2R C D B2 2r4 4R B2 2r4 8R 解析 匀速转动 P外 P电 又E Br 联立解得 P外 故 E2 R r 2 B2 2r4 4R 选项 C 对 答案 C 3 用相同导线绕制的边长为L或 2L的四个闭合导体框 以相同的速度匀速进入右侧 匀强磁场 如图所示 在每个线框进入磁场的过程中 M N两点间的电压分别为 Ua Ub Uc Ud 下列判断正确的是 A Ua Ub Uc Ud B Ua Ub Ud Uc C Ua Ub Uc Ud D Ub Ua Ud Uc 解析 由题知Ea Eb BLv Ec Ed 2BLv 由闭合电路欧姆定律和串联电路电压 与电阻成正比可知Ua BLv Ub BLv Uc BLv Ud BLv 故 B 正确 3 4 5 6 3 2 4 3 答案 B 4 如图所示的电路中 D1和D2是两个相同的小灯泡 L是一个自感系 数相当大的线圈 其阻值与R相同 在开关 S 接通和断开时 灯泡D1和D2 亮暗的顺序是 A 接通时D1先达最亮 断开时D1后灭 用心 爱心 专心2 B 接通时D2先达最亮 断开时D1后灭 C 接通时D1先达最亮 断开时D1先灭 D 接能时D2先达最亮 断开时D2先灭 解析 当开关 S 接通时 D1和D2应该同时亮 但由于自感现象的存在 流过线圈 的电流由零变大时 线圈上产生的自感电动势的方向是左边为正极 右边为负极 使通过 线圈的电流从零开始慢慢增加 所以开始瞬时电流几乎全部从D1通过 而该电流又将同时 分路通过D2和R 所以D1先达最亮 经过一段时间电路稳定后 D1和D2达到一样亮 当开 关 S 断开时 电源电流立即为零 因此D2立刻熄灭 而对于D1 由于通过线圈的电流突然 减弱 线圈中产生自感电动势 右端为正极 左端为负极 使线圈L和D1组成的闭合电路 中有感应电流 所以D1后灭 应选 A 答案 A 5 如图所示 竖直面内的虚线上方是一匀强磁场B 从虚线下方竖直上 抛一正方形线圈 线圈越过虚线进入磁场 最后又落回原处 运动过程中线 圈平面保持在竖直平面内 不计空气阻力 则 A 上升过程克服磁场力做的功大于下降过程克服磁场力做的功 B 上升过程克服磁场力做的功等于下降过程克服磁场力做的功 C 上升过程克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率 D 上升过程克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力的平均功率 解析 线圈上升过程中 加速度较大且在减速 下降过程中 运动情况比较复杂 有加速 减速或匀速等 把上升过程看做反向的加速 可以比较在运动到同一位置时 线 圈速度都比下降过程中相应的速度要大 可以得到结论 上升过程中克服安培力做功多 上升过程时间短 故正确选项为 A C 答案 AC 6 如图所示 闭合导线框的质量可以忽略不计 将它从如图所示 位置匀速向右拉出匀强磁场 若第一次用 0 3s 拉出 外力所做的功为 W1 通过导线横截面的电荷量为q1 第二次用 0 9s 拉出 外力所做的 功为W2 通过导线横截面的电荷量为q2 则 A W1 W2 q1 q2 B W1W2 q1 q2 D W1 W2 q1 q2 7 如图所示 AOC是光滑的金属导轨道 AO沿竖直方向 OC沿水平方向 PQ是一根金属 直杆如图所示立在导轨上 直杆从图示位置由静止开始在重力作用下运 动 运动过程中Q端始终在OC上 P端始终在AO上 直到完全落在OC 上 空间存在着垂直于纸面向外的匀强磁场 则在PQ棒滑动的过程中 下列判断正确的是 A 感应电流的方向始终是由P Q B 感应电流方向先是由P Q 再是由Q P C PQ受磁场力的方向垂直于棒向左 D PQ受磁场力的方向垂直于棒先向左 再向右 解析 棒PQ在下滑的过程中 棒与AO之间的夹角为 棒长为L 与导轨所围 用心 爱心 专心3 三角形POQ的面积为S L2sin cos L2sin2 棒在下滑的过程中棒与AO间的夹角 1 2 1 4 是由零逐渐增大到 90 由面积表达式可知 当 45 时 面积S有最大值 而磁 场是匀强磁场 故当PQ在沿AO下滑的过程中 棒与金属导轨所组成的回路中的磁通量是 先增大后减小 那么回路中感应电流的磁场方向先与原磁场方向相反 是垂直于纸面向内 后与原磁场方向相同 是垂直于纸面向外 由安培定则可以确定感应电流的方向先是由 P Q 再由Q P 再由左手定则可以确定棒受磁场力的方向垂直于棒先向左 后向右 答案 BD 8 如图 在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻R的直角形金属导 轨aOb 在纸面内 磁场方向垂直于纸面朝里 另有两根金属导轨c d 分别平行于Oa Ob放置 保持导轨之间接触良好 金属导轨的电阻不 计 现经历以下四个过程 以速度v移动d 使它与Ob的距离增大一 倍 再以速率v移动c 使它与Oa的距离减小一半 然后 再以速 率 2v移动c 使它回到原处 最后以速率 2v移动d 使它也回到原 处 设上述四个过程中通过电阻R的电荷量的大小依次为Q1 Q2 Q3和 Q4 则 A Q1 Q2 Q3 Q4 B Q1 Q2 2Q3 2Q4 C 2Q1 2Q2 Q3 Q4 D Q2 Q2 Q3 Q4 解析 由Q t t 可知 在四种移动情况下变化的面 I tR R B S R 积是相同的 则磁通量变化相同 跟导轨移动的速度无关 跟移动的时间也无关 所以 A 选项正确 答案 A 9 2011 辽宁盘锦一模 如图所示 边长为L的正方形导线框质量为 m 由距磁场H高处自由下落 其下边ab进入匀强磁场后 线圈开始做减 速运动 直到其上边cd刚刚穿出磁场时 速度减为ab边进入磁场时的一 半 磁场的宽度也为L 则线框穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热为 A 2mgL B 2mgL mgH C 2mgL mgH D 2mgL mgH 3 4 1 4 解析 设ab刚进入磁场时的速度为v1 cd刚穿出磁场时的速度v2 v1 2 线框自开始进入磁场到完全穿出磁场共下落高度为 2L 由题意得mv mgH 1 22 1 mv mg 2L mv Q 1 22 1 1 22 2 由 得Q 2mgL mgH C 选项正确 3 4 答案 C 10 2011 武汉调研 如图所示 等腰三角形内分布有垂直于纸面 向外的匀强磁场 它的底边在x轴上且长为 2L 高为L 纸面内一边长为 L的正方形导框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过磁场区域 在t 0 时 刻恰好位于图中所示的位置 以顺时针方向为导线框中电流的正方向 在下面四幅图中能 够正确表示电流 位移 I x 关系的是 用心 爱心 专心4 解析 线框进入磁场的过程中 线框的右边做切割磁感线运动 产生感应电动势 从而在整个回路中产生感应电流 由于线框做匀速直线运动 且切割磁感线的有效长度不 断增加 其感应电流的大小不断增加 由右手定则 可判定感应电流的方向是顺时针的 线框全部进入磁场后 线框的左边和右边同时切割磁感线 当x L时 回路中的感应电 3 2 流不断减小 由右手定则可判定感应电流的方向是顺时针 当L x3a 在 3t0时刻线框到达 2 位置速度又为v0并 开始离开匀强磁场 此过程中v t图象如图b所示 则 A t 0 时 线框右侧边MN的两端电压为Bav0 B 在t0时刻线框的速度为v0 Ft0 m C 线框完全离开磁场的瞬间位置 3 的速度一定比t0时刻线框的速度大 D 线框从 1 位置进入磁场到完全离开磁场位置 3 过程中线框中产生的电热为 2Fb 解析 t 0 时 线框右侧边MN的两端电压为外电压 为Bav0 A 项错误 从t0 3 4 时刻至 3t0时刻线框做匀加速运动 加速度为 故在t0时刻的速度为 F m v0 2at0 v0 B 项错误 因为t 0 时刻和t 3t0时刻线框的速度相等 进入磁场 2Ft0 m 和穿出磁场的过程中受力情况相同 故在位置 3 时的速度与t0时刻的速度相等 C 项错误 线框在位置 1 和位置 3 时的速度相等 根据动能定理 外力做的功等于克服安培力做的功 即有Fb Q 所以线框穿过磁场的整个过程中 产生的电热为 2Fb D 项正确 答案 D 12 2011 浙江杭州质检 超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上 浮起 同时通过周期性地变换磁极方向而获得的推进动力的新型交通工具 其推进原理可 以简化为如图所示的模型 在水平面上相距L的两根平行直导轨间 有竖直方向等距离分 布的匀强磁场B1和B2 且B1 B2 B 每个磁场的宽度都是L 相间排列 所有这些磁场都 以相同的速度向右匀速运动 这时跨在两导轨间的长为L 宽为L的金属框abcd 悬浮在导 轨上方 在磁场力作用下也将会向右运动 设金属的总电阻为R 运动中所受到的阻力恒为 Ff 金属框的最大速度为vm 则磁场向右匀速运动的速度v可表示为 A v B2L2vm FfR B2L2 B v 4B2L2vm FfR 4B2L2 C v 4B2L2vm FfR 4B2L2 用心 爱心 专心5 D v 2B2L2vm FfR 2B2L2 解析 导体棒ad和bc各以相对磁场的速度 v vm 切割磁感线运动 由右手定则 可知回路中产生的电流方向为abcda 回路中产生的电动势为E 2BL v vm 回路中电流 为 I 2BL v vm R 由于左右两边ad和bc均受到安培力 则合安培力F合 2 BLI 4B2L2 v vm R 依题意金属框达到最大速度时受到的阻力与安培力平衡 则 Ff F合 解得磁场向右匀速运动的速度v 4B2L2vm FfR 4B2L2 B 对 答案 B 13 2011 北京西城区抽样测试 实验室经常使用的电流表是磁电式仪表 这种电流 表的构造如图甲所示 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的 当线圈通以如图乙 所示的电流 下列说法正确的是 A 线圈转到什么角度 它的平面都跟磁感线平行 B 线圈转动时 螺旋弹簧被扭动 阻碍线圈转动 C 当线圈转到如图乙所示的位置 b端受到的安培力方向向上 D 当线圈转到如图乙所示的位置 安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动 解析 考查电流表的工作原理 由辐向分布的磁场可知 线圈转到任何位置 它 的平面都跟磁感线平行 A 正确 通过线圈中的电流在磁场作用下产生的安培力的力矩与 螺旋弹簧的扭动力矩平衡时 指针静止 B 正确 当线圈转动到图乙所示的位置时 根据 左手定则 b端受到的安培力方向向下 C 错误 使线圈沿顺时针方向转动 D 正确 答案 ABD 14 2011 北京海淀区期末 如图所示 光滑平行金属轨道平面与水平面 成 角 两轨道上端用一电阻R相连 该装置处于匀强磁场中 磁场方向垂 直轨道平面向上 质量为m的金属杆ab 以初速度v0从轨道底端向上滑行 滑行到某一高度h后又返回到底端 若运动过程中 金属杆始终保持与导轨垂 直且接触良好 且轨道与金属杆的电阻均忽略不计 则 A 整个过程中金属杆所受合外力的冲量大小为 2mv0 B 上滑到最高点的过程中克服安培力与重力所做功之和等于mv 1 22 0 C 上滑到最高点的过程中电阻R上产生的焦耳热等于mv mgh 1 22 0 D 金属杆两次通过斜面上的同一位置时电阻R的热功率相同 解析 金属杆从轨道底端滑上斜面到又返回到出发点时 由于电阻R上产生热量 故返回时速度小于v0 故整个过程中金属杆所受合外力的冲量大小小于 2mv0 A 错误 上 滑到最高点时动能转化为重力势能和电阻R上产生的焦耳热 即克服安培力所做的功 BC 正确 金属杆两次通过斜面上同一位置时的速度不同 电路的电流不同 故电阻的热功率 不同 D 错误 答案 BC 二 计算题 本题共包括 4 小题 共 50 分 解答时应写出必要的文字说明 方程式和 重要演算步骤 只写出最后答案不能得分 有数值计算的题 答案中必须明确写出数值和 用心 爱心 专心6 单位 15 截面积S 0 2m2 匝数n 100 匝的线圈A 处在如图 甲 所示的磁场中 磁感应 强度B随时间按图 乙 所示规律变化 方向垂直线圈平面 规定向外为正方向 电路中 R1 4 R2 6 C 30 F 线圈电阻不计 1 闭合 S 稳定后 求通过R2的电流 2 闭合 S 一段时间后再断开 则断开后通过R2的电荷量是多少 解析 由于线圈A所在的磁场变化引起穿过线圈的磁通量发生变化 产生感应电 动势 当 S 闭合后 就有电流通过R1 R2 1 由图知B随时间按线性变化 变化率 0 2T s 由法拉第电磁感应定律得E n B t S 4V 由楞次定律确定电流方向 在 0 1s 内 原磁场为负 即向里 大小在减小 故 B t 感应电流的磁场方向与原磁场方向相同 因此由安培定则知线圈中的电流方向为顺时针方 向 从电路角度来看 线圈就是电源 其内阻不计 R1和R2串联后构成外电路 C与R2并 联 当电流恒定时 电容器支路中无电流 由闭合电路欧姆定律得流过R2的电流I 0 4A 方向向下 E R1 R2 2 S 闭合后 将对C充电 充电结束后电容器支路断路 电容器两端的电势差等于R2 两端的电压 因此 其充电量Q CU CE 7 2 10 5C S 断开后 电容器通过R2放 R2 R1 R2 电 所以放电量为 7 2 10 5C 答案 1 0 4A 方向向下 2 7 2 10 5C 16 两根光滑的长直金属导轨MN M N 平行置于同一水平面内 导轨间距为l 电 阻不计 M M 处接有如图所示的电路 电路中各电阻的阻值均为R 电容器的电容为C 长度也为l 阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置 导轨处于磁感应强度为B 方向竖 直向下的匀强磁场中 ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触 在ab运动 距离为s的过程中 整个回路中产生的焦耳热为Q 求 1 ab运动速度v的大小 2 电容器所带的电荷量q 解析 本题是电磁感应中的电路问题 ab切割磁感线产生感应电动势为电源 电 动势可由E BLv计算 其中v为所求 再结合闭合 或部分 电路欧姆定律 焦耳定律 电容器及运动学知识列方程可解得 1 设ab上产生的感应电动势为E 回路中的电流为I ab运动距离s所用时间为t 三个电阻R与电源串联 总电阻为 4R 则E Blv 由闭合电路欧姆定律有I E 4R t s v 用心 爱心 专心7 由焦耳定律有Q I2 4R t 由上述方程得v 4QR B2l2s 2 设电容器两极板间的电势差为U 则有U IR 电容器所带电荷量q CU 解得q CQR Bls 答案 1 2 4QR B2l2s CQR Bls 17 日本专家研究调查得出了一个惊人的结论 东京高速道路所形成的振动可产生 4GW 以上的电力 这一数值相当于供给东京 23 个区的家庭用电的 4 成 如图甲所示是某人 设计的一种振动发电装置 它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半径为r 0 1m 匝数为n 20 的线圈 磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布 其右视图如图乙所示 在线 圈所在位置磁感应强度B的大小均为 0 2T 线圈的电阻为 1 5 它的引出线接有质量为 0 01kg 电阻为 0 5 的金属棒MN MN置于倾角为 30 的光滑导轨上 导轨宽度为 0 25m 外 力推动线圈框架的P端 使线圈沿轴线做往复运动 便有电流通过MN 当线圈向右的位移 x随时间t变化的规律如图丙所示时 x取向右为正 g 10m s2 求 1 若MN固定不动 流过它的电流大小和方向 2 若MN可自由滑动 至少要加多大的匀强磁场B 才能使MN保持静止 请在图丁中 画出磁感应强度B 随时间变化的图象 解析 1 由图丙知线圈运动速度 v 0 8m s x t 线圈向右运动时切割磁感线 且各处磁场方向与组成线圈的导线垂直 线圈产生电动 势 E nBLv 2 rnBv 流过MN电流 I E R外 r内 联立以上三式并代入数据得 I 1A 2 rnBv R外 r内 流过MN的电流方向从M到N 当线圈向左运动时 电流大小不变 流过MN的电流方向 从N到M 2 如图所示MN受重力 斜面支持力和安培力作用处于静止状态 要使外加 磁场B 最小 即安培力最小 当流过MN的电流从M到N时 由左手定则知磁 场方向垂直轨道平面向下 mgsin30 B IL B 0 2T mgsin30 IL 当流过MN的电流从N到M时 要使MN静止 B 的方向相反 即垂直轨道平面向上 以此方向为正方向 则磁感应强度B 随时间 变化图象如图所示 规律总结 本题涵盖力学中的位移图象 三力平衡 电磁学中的安培力 感应电 动势 闭合电路欧姆定律 左手定则等问题 解本类综合题的关键是按照物理现象的因果 关系及本质特征将其分解为若干个简单问题 再逐个解决 18 2011 河南省示范性高中模拟 如图所示 光滑斜面的倾角 用心 爱心 专心8 30 在斜面上放置一矩形线框abcd ab边的边长l1 1m bc边的边长l2 0 6m 线框的质量m 1kg 电阻R 0 1 线框与绝缘细线相连 现用F