2012年高考物理 最新考点分类解析 考点10 电磁感应

1 20122012 年物理高考试题分类解析年物理高考试题分类解析 考点考点 10 10 电磁感应电磁感应 1 半径为a右端开小口的导体圆环和长为 2a的导体直杆 单位长度电阻均为R0 圆环 水平固定放置 整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场 磁感应强度为B 杆在圆环上以速 度v平行于直径CD向右做匀速直线运动 杆始终有两点与圆环良好接触 从圆环中心O开 始 杆的位置由 确定 如图所示 则 A 0 时 杆产生的电动势为 2Bav B 时 杆产生的电动势为Bav 33 C 0 时 杆受的安培力大小为 2B2av 2 R0 D 时 杆受的安培力大小为 3 3B2av 5 3 R0 1 AD 当 0 时 杆在圆心位置 切割磁感线的有效长度等于圆环直径 杆产生的 感应电动势为E 2Bav A 正确 当 时 杆切割磁感线的有效长度等于圆环半径 杆 3 产生的感应电动势为E Bav B 错误 当 0 时 回路的总电阻R1 2a a R0 杆受 的安培力F1 BI1l B 2a C 错误 当 时 回路的总电阻 2Bav R1 4B2av 2 R0 3 R2 a a R0 杆受的安培力F 2 BI2l B a D 正确 5 3 Bav R2 3B2av 5 3 R0 2 如图所示 正方形区域MNPQ内有垂直纸面向里的匀强磁场 在外力作用下 一正方形闭合刚性导线框沿QN方向匀速运动 t 0 时刻 其四个顶点 M N P Q 恰好在磁场边界中点 下列图象中能反映线框所受安培力f的大 小随时间t变化规律的是 A B C D 2 B 第一段时间从初位置到M N 离开磁场 图甲表示该过程的任意一个位置 切 割磁感线的有效长度为M1A与N1B之和 即为M1M 长度的 2 倍 此时电动势E 2Bvtv 线 框受的安培力f 2BIvt 图象是开口向上的抛物线 CD 错误 如图乙所示 线框 4B2v3t2 R 的右端M2N2刚好出磁场时 左端Q2P2恰与MP共线 此后一段时间内有效长度不变 一直到 线框的左端与M N 重合 这段时间内电流不变 安培力大小不变 最后一段时间如图丙所 2 示 从匀速运动至M2N2开始计时 有效长度为A C l 2vt 电动势E B l 2vt v 线框受的安培力F 图象是开口向上的抛物线 A 错误 B 正确 B2 l 2vt 2v R 甲 乙 丙 3 如图所示 相距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为 上端 接有定值电阻R 匀强磁场垂直于导轨平面 磁感应强度为B 将质量为m的导体棒由静止释 放 当速度达到v时开始匀速运动 此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力 并保持拉 力的功率恒为P 导体棒最终以 2v的速度匀速运动 导体棒始终与导轨垂直且接触良好 不 计导轨和导体棒的电阻 重力加速度为g 下列选项正确的是 A P 2mgvsin B P 3mgvsin C 当导体棒速度达到 时加速度大小为 sin v 2 g 2 D 在速度达到 2v以后匀速运动的过程中 R上产生的焦耳热等于拉力所做的功 3 AC 当导体棒的速度达到v时 对导体棒进行受力分析如图甲所示 mgsin BIL I BLv R 所以mgsin B2L2v R 当导体棒的速度达到 2v时 对导体棒进行受力分析如图乙所示 mgsin F 2B2L2v R 由 可得F mgsin 功率P F 2v 2mgvsin 故 A 正确 当导体棒速度达到 时 对导体棒受力分析如图丙所示 v 2 a mgsin B2L2v 2 R m 由 可得 a gsin 1 2 图甲 图乙 图丙 3 故 C 正确 当导体棒的速度达到 2v时 安培力等于拉力和mgsin 之和 所以以后匀速运动的过 程中 R上产生的焦耳热等于拉力和重力做功之和 故 D 错误 4 如图 一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内 线框在长直导线右侧 且其长边与长直导线平行 已知在t 0 到t t1的时间间隔内 直导线中电流i发 生某种变化 而线框中的感应电流总是沿顺时针方向 线框受到的安培力的合力先水 平向左 后水平向右 设电流i正方向与图中箭头所示方向相同 则i随时间t变化 的图线可能是 A B C D 4 A 由楞次定律可判断出 B D 选项对应的线框中对应的感应电流总是沿逆时针方向 B D 错误 C 选项对应的线框受到的安培力的合力始终水平向左 C 错误 故只有 A 正确 5 某同学设计的家庭电路保护装置如图所示 铁芯左侧线圈L1 由火线和零线并行绕成 当右侧线圈L2中产生电流时 电流经放大器 放大后 使电磁铁吸起铁质开关K 从而切断家庭电路 仅考虑L1在 铁芯中产生的磁场 下列说法正确的有 A 家庭电路正常工作时 L2中的磁通量为零 B 家庭电路中使用的电器增多时 L2中的磁通量不变 C 家庭电路发生短路时 开关 K 将被电磁铁吸起 D 地面上的人接触火线发生触电时 开关 K 将被电磁铁吸起 5 ABD 由于火线和零线并行绕制 所以在家庭电路正常工作时 火线和零线的电流 大小相等 方向相反 因此合磁通量为零 L2中的磁通量为零 A 项正确 当家庭电路中使 用的电器增多时 火线和零线的电流仍然大小相等 方向相反 L2中的磁通量不变 B 项正 确 家庭电路发生短路时 火线和零线的电流同时增大 合磁通量仍然为零 因此开关 K 不 会被电磁铁吸起 C 项错误 当地面上的人接触火线发生触电时 火线的电流突然变大 即 4 L1中的磁场发生变化 导致L2中的磁通量变化 L2中产生感应电流 电磁铁将开关 K 吸起 D 项正确 6 物理课上 老师做了一个奇妙的 跳环实验 如图 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 经重复试验 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 6 D 只要线圈中的电流增大 金属套环中的磁通量增大 就会产生感应电流 由楞 次定律可知 套环受到斥力的作用 向上弹起 接在直流电源上 在闭合开关的过程中 电 流也有增大的过程 A 项错误 电压越大 匝数越多 效果越明显 B C 项错误 要是选用 绝缘材料 则不会产生感应电流 D 项正确 7 如图甲 一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落 穿过一根竖直悬挂的条形磁铁 铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴线始终保持重合 若取磁铁中心O为坐标原点 建立竖直 向下为正方向的x轴 则图乙中最能正确反映环中感应电流i随环心位置坐标x变化的关系 图象是 A B C D 甲 乙 7 B 根据条形磁铁的磁感线分布情况 线圈的运动可以分为 3 个阶段 根据楞次定 律可以作出如下判断 5 过程B的方向 的变化I感的方向 A B 向上增加顺时针 B C 向上增加顺时针 C点向上达到最大值无 C D 向上减小逆时针 在坐标原点O处感应电流的方向发生改变 D 错 这一过程可以看作是线圈切割磁感线 而产生感应电流 在A B过程中 线圈加速下降 有a B v逐渐增大 线圈 mg B2L2v R m 向下做加速度不断减小的变加速运动 由I感 可知线圈的感应电流不断增大但变化率在 BLv R 减小 A 错 对于B D两点 由于磁场的对称性 两点的磁感应强度B是相同的 由于 vD vB 由I感 可知D处的感应电流比较大 所以 B 对 C 错 BLv R 8 如图所示 质量为M的导体棒ab 垂直放在相距为l 的平行光滑金属导轨上 导 轨平面与水平面的夹角为 并处于磁感应强度大小为B方向垂直于导轨平面向上的匀强磁 场中 左侧是水平放置间距为d的平行金属板 R和Rx分别表示定值电阻和滑动变阻器的阻 值 不计其他电阻 1 调节Rx R 释放导体棒 当棒沿导轨匀速下滑时 求通过棒的电流I及棒的速率v 2 改变Rx 待棒沿导轨再次匀速下滑后 将质量为m带电量为 q的微粒水平射入金属 板间 若它能匀速通过 求此时的Rx 8 答案 1 2 2MgRsin B2l2 mBld qMsin 解析 1 导体棒匀速下滑时 Mgsin BIl I Mgsin Bl 6 设导体棒产生的感应电动势为E0 E0 BLv 由闭合电路欧姆定律得 I E0 R Rx 联立 得 v 2MgRsin B2l2 2 改变Rx由 式可知电流不变 设带电微粒在金属板间匀速通过时 板间电压为U 电场强度大小为E U IRx E U d mg qE 联立 得 Rx mBld qMsin 9 某兴趣小组设计了一种发电装置 如图所示 在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁 场区域的圆心角 均为 磁场均沿半径方向 匝数为N的矩形线圈abcd的边长 4 9 ab cd l bc ad 2l 线圈以角速度 绕中心轴匀速转动 bc和ad边同时进入磁场 在 磁场中 两条边所经过处的磁感应强度大小均为B 方向始终与两边的运动方向垂直 线圈 的总电阻为r 外接电阻为R 求 1 线圈切割磁感线时 感应电动势的大小Em 2 线圈切割磁感线时 bc边所受安培力的大小F 3 外接电阻上电流的有效值I 9 答案 1 2NBl2 2 3 4N2B2l3 r R 4NBl2 3 r R 1 bc ad边的运动速度v 9 l 2 感应电动势Em 4NBlv 7 解得Em 2NBl2 2 电流Im Em r R 安培力F 2NBIml 解得F 4N2B2l3 r R 3 一个周期内 通电时间t T 4 9 R上消耗的电能W Im2Rt 且W I2RT 解得I 4NBl2 3 r R 10 如图所示 一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内 导轨间距l 0 5 m 左端接有阻值R 0 3 的电阻 一质量m 0 1 kg 电阻r 0 1 的金属棒MN放置在导 轨上 整个装置置于竖直向上的匀强磁场中 磁场的磁感应强度B 0 4 T 棒在水平向右的 外力作用下 由静止开始以a 2 m s2的加速度做匀加速运动 当棒的位移x 9 m 时撤去外 力 棒继续运动一段距离后停下来 已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比 Q1 Q2 2 1 导轨足够长且电阻不计 棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良 好接触 求 1 棒在匀加速运动过程中 通过电阻R的电荷量q 2 撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2 3 外力做的功WF 10 答案 1 4 5 C 2 1 8 J 3 5 4 J 1 设棒匀加速运动的时间为 t 回路的磁通量变化量为 回路中的平均感应电 动势为 由法拉第电磁感应定律得 E E t 其中 Blx 设回路中的平均电流为 由闭合电路的欧姆定律得 I I E R r 则通过电阻R的电荷量为 q t I 联立各式 代入数据得q 4 5 C 2 设撤去外力时棒的速度为v 对棒的匀加速运动过程 由运动学公式得 v2 2ax 8 设棒在撤去外力后的运动过程中安培力做功为W 由动能定理得 W 0 mv2 1 2 撤去外力后回路中产生的焦耳热 Q2 W 联立各式 代入数据得 Q2 1 8 J 3 由题意知 撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1 Q2 2 1 可得 Q1 3 6 J 在棒运动的整个过程中 由功能关系可知 WF Q1 Q2 5 4 J 11 为了提高自行车夜间行驶的安全性 小明同学设计了一种 闪烁 装置 如图所 示 自行车后轮由半径r1 5 0 10 2 m 的金属内圈 半径r2 0 40 m 的金属外圈和绝缘辐 条构成 后轮的内 外圈之间等间隔地接有 4 根金属条 每根金属条的中间均串联有一电阻 值为R的小灯泡 在支架上装有磁铁 形成了磁感应强度B 0 10 T 方向垂直 纸面向外的 扇形 匀强磁场 其内半径为r1 外半径为r2 张角 后轮 6 以角速度 2 rad s 相对于转轴转动 若不计其他电阻 忽略磁场的边缘效 应 1 当金属条ab进入 扇形 磁场时 求感应电动势E 并指出ab上的电 流方向 2 当金属条ab进入 扇形 磁场时 画出 闪烁 装置的电路图 3 从金属条ab进入 扇形 磁场时开始 经计算画出轮子转一圈过程中 内圈与外圈 之间电势差Uab随时间t变化的Uab t图象 4 若选择的是 1 5 V 0 3 A 的小灯泡 该 闪烁 装置能否正常工作 有同学提 出 通过改变磁感应强度B 后轮外圈半径r2 角速度 和张角 等物理量的大小 优化 前同学的设计方案 请给出你的评价 11 答案 1 4 9 10 2 V 方向b a 2 见解析 3 见解析 4 见解 析 1 金属条ab在磁场中切割磁感线时 所构成的回路的磁通量变化 设经过时间 t 磁通量变化量为 由法拉第电磁感应定律 E t B S B r22 r12 1 2 1 2 9 联立解得 E B r22 r12 4 9 10 2 V t 1 2 根据右手定则 或楞次定律 可得感应电流方向为b a 2 通过分析 可得电路图为 3 设电路中的总电阻为R总 根据电路图可知