十年高考试题分类解析-物理 专题17 电磁感应图像问题

更多精品在大家！大家网，大家的！（十七）电磁感应图像问题一．2012年高考题1．（2012·重庆理综）如题图21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，下列图像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【答案】：B【解析】：由法拉第电磁感应定律闭合电路欧姆定律和安培力公式可知能反映线框所受安培力f的大小随时间t变化规律的是B【考点定位】此题考查电磁感应及其相关知识。2.（2012·新课标理综）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正方向与图中箭头方向相同，则i随时间t变化的图线可能是2.【答案】：A【解析】：由楞次定律可判断出i随时间t变化的图线可能是A。【考点定位】此题楞次定律、图象及其相关知识。2/201584269608896TopSage.com大家网，大家的！更多精品在大家！3．（2012·福建理综）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始终保持重合。若取磁铁中心O为坐标原点，建立竖直向下正方向的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变化的关系图像是3.【答案】：B【解析】：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始终保持重合，圆环中磁通量变化不均匀，产生的感应电流不是线性变化。铜环下落到磁铁顶端的速度小于下落到磁铁底端的速度，铜环下落到磁铁顶端产生的感应电流小于下落到磁铁底端产生的感应电流，选项B正确。4（2012·福建理综）如图甲，在圆柱形区域内存在一方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在此区域内，沿水平面固定一半径为r的圆环形光滑细玻璃管，环心0在区域中心。一质量为m、带电量为q（q0）的小球，在管内沿逆时针方向（从上向下看）做圆周运动。已知磁感应强度大小B随时间t的变化关系如图乙所示，其中T0=02qBm。设小球在运动过程中电量保持不变，对原磁场的影响可忽略。（1）在t=0到t=T0这段时间内，小球不受细管侧壁的作用力，求小球的速度大小v0；（2）在竖直向下的磁感应强度增大过程中，将产生涡旋电场，其电场线是在水平面内一系列沿逆时针方向的同心圆，同一条电场线上各点的场强大小相等。试求t=T0到t=1.5T0这段时间内：①细管内涡旋电场的场强大小E；②电场力对小球做的功W。更多精品在大家！大家网，大家的！【解析】：（1）小球运动时不受细管侧壁的作用力，小球所受洛伦兹力提供向心力，qv0B0=m20vr，①解得：v0=0qBrm。②(2)①在T0到1.5T0这段时间内，细管内一周的感应电动势，E感=πr2Bt，③由图乙可知，Bt=2B0/T0。④由于同一条电场线上各点的电场强度大小相等，所以，E感=2πrE。⑤而T0=02qBm。联立解得：细管内涡旋电场的场强大小E=202qBrm。⑥②在T0到1.5T0这段时间内，小球沿切线方向的加速度大小恒为：a=qE/m，⑦小球运动的末速度大小：v=v0+a△t，⑧由图乙可知，△t=0.5T。由②⑥⑦⑧联立解得：v=32v0=320qBrm。由动能定理，电场力对小球做的功W=12mv2-12mv02。由②⑨⑩联立解得：W=58mv02=222058qBrm。5.（22分）（2012·浙江理综）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=5.0×10-2m的金属内圈、半径r2=0.40m的金属外圈和4/201584269608896TopSage.com大家网，大家的！更多精品在大家！绝缘幅条构成。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=0.10T、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θ=π/6。后轮以角速度ω=2πrad/s相对于转轴转动。若不计其它电阻，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“1.5V、0.3A”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ω和张角θ等物理量的大小，优化前同学的设计方案，请给出你的评价。设ab离开磁场区域的时刻为t1，下一根金属条进入磁场区域的时刻为t2，t1==112s，t2=2=14s，设轮子转一圈的时间为T，T=2=1s。在T=1s内，金属条有四次进出磁场区域，后三次与第一次相同。由此可画出如下的Uab-t图象。更多精品在大家！大家网，大家的！（4）“闪烁”装置不能正常工作。（金属条的感应电动势只有4.9×10-2V，远小于小灯泡的额定电压，由此无法工作。）磁感应强度B增大，感应电动势E增大，但是有限度；后轮外圈半径r2增大，感应电动势E增大，但是有限度；角速度ω增大，感应电动势E增大，但是有限度；张角θ增大，感应电动势E不变。二．2011年高考题1.（2011江苏物理第5题）如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计。匀强磁场与导轨平面垂直。阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触。t=0时，将开关S由1掷到2。Q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度。下列图象正确的是【解析】：t=0时，将开关S由1掷到2，电容器通过导轨、导体棒构成的回路放电，导体棒中有电流通过，导体棒受到安培力作用，导体棒产生加速度，导体棒做加速运动；导体棒速度逐渐增大，导体棒切割磁感线产生与放电电流方向相反的感应电动势。由于放电电流逐渐减小，导体棒的加速度逐渐减小，导体棒做加速度逐渐减小的加速运动。当导体棒切割磁感线产生的感应电动势与电容器两极板之间电压相等时，电容器放电电流减小到零，导体棒做匀速运动。选项BC错误；综合上述可知，足够长时间后，电容器所带的电荷量不为零，选项A错误D正确。6/201584269608896TopSage.com大家网，大家的！更多精品在大家！【答案】.D【点评】此题电容器放电时引起的电磁感应相关图象。2.（2011海南物理）如图，EOF和E’O’F’为空间一匀强磁场的边界，其中EO∥E’O’，FO∥F’O’，且EO⊥OF；OO’为∠EOF的角平分线，OO间的距离为l；磁场方向垂直于纸面向里。一边长为l的正方形导线框沿OO’方向匀速通过磁场，t=0时刻恰好位于图示位置。规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是【解析】：由右手定则可知，在初始位置到左侧边运动到O’点的过程中，产生的感应电流逐渐增大，方向为逆时针方向（为正）；从O’点到O’O连线的中点的过程中，产生的感应电流不变，方向为逆时针方向（为正）；从O’O连线的中点到O点的过程中，左右两侧边切割磁感线产生的感应电动势方向相反，感应电流从正最大值逐渐减小到负最大值；左侧边过O点后继续向左运动，右侧边切割磁感线产生感应电动势感应电流，大小不变，方向为顺时针方向（为负）；所以感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是B。【答案】：B【点评】此题考查闭合电路的一部分导体切割磁感线引起的电磁感应、图象及其相关知识点。三．2010年高考题1．（2010上海物理）如右图，一有界区域内，存在着磁感应强度大小均为B，方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场，磁场宽度均为L，边长为L的正方形框abcd的bc边紧靠磁场边缘置于桌面上，使线框从静止开始沿x轴正方向匀加速通过磁场区域，若以逆更多精品在大家！大家网，大家的！时针方向为电流的正方向，能反映线框中感应电流变化规律的是图【解析】线框从静止开始沿x轴正方向匀加速通过磁场区域，在0~t1时间内，感应电流均匀增大。由右手定则可判断出感应电流为逆时针方向；当bc边进入垂直于光滑水平桌面向上的匀强磁场后，感应电流为顺时针方向，bc边和ad边都切割磁感线产生感应电动势，两边产生的感应电动势相加，匀加速通过，感应电流均匀增大。当bc边出磁场后，ad边切割磁感线产生的感应电流为逆时针方向，所以能反映线框中感应电流变化规律的是图A。【答案】A【点评】此题考查法拉第电磁感应定律和右手定则、电流图象等相关知识。2(2009·上海物理)．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F＝0.5v＋0.4（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l＝1m，m＝1kg，R＝0.3，r＝0.2，s＝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v＝v0－B2l2m（R＋r）x，且棒在运动到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】（1）金属棒做匀加速运动，R两端电压UIv，U随时间均匀增大，即v随时间均匀增大，加速度为恒量，McfRBFlNdse8/201584269608896TopSage.com大家网，大家的！更多精品在大家！代入数据得：0.2t2＋0.8t－1＝0，解方程得t＝1s，（4）可能图线如下：五．2008年高考题1、（2008·全国理综2）如图，一个边长为l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场；一个边长也为l的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直；虚线框对角线ab与导线框的一条边垂直，ba的延长线平分导线框．在t＝0时，使导线框从图示位置开始以恒定速度沿ab方向移动，直到整个导线框离开磁场区域．以i表示导线框中感应电流的强度，取逆时针方向为正．下列表示i－t关系的图示中，可能正确的是答案：C解析：根据法拉第电磁感应定律和楞次定律，表示i－t关系的图示中，可能正确的是图C。×××a××××××b更多精品在大家！大家网，大家的！2．（2008年全国理综1）矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直低面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图所示.若规定顺时针方向为感应电流I的正方向，下列各图中正确的是答案：.D解析：在0~1s内，磁感应强度为正值且均匀增大，由法拉第电磁感应定律可知，感应电流为一恒定值i0，由楞次定律可知感应电流方向为逆时针方向（为负值