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L单元电磁感应L1电磁感应现象、楞次定律8.(16分)[2014·重庆卷]某电子天平原理如题8图所示,E形磁铁的两侧为N极,中心为S极,两极间的磁感应强度大小均为B,磁极宽度均为L,忽略边缘效应,一正方形线圈套于中心磁极,其骨架与秤盘连为一体,线圈两端C、D与外电路连接,当质量为m的重物放在秤盘上时,弹簧被压缩,秤盘和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接触),随后外电路对线圈供电,秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止,由此时对应的供电电流I可确定重物的质量,已知线圈匝数为n,线圈电阻为R,重力加速度为g.问题8图(1)线圈向下运动过程中,线圈中感应电流是从C端还是从D端流出?(2)供电电流I是从C端还是D端流入?求重物质量与电流的关系.(3)若线圈消耗的最大功率为P,该电子天平能称量的最大质量是多少?8.[答案](1)从C端流出(2)从D端流入2nBILg(3)2nBLgPR[来源:学§科§网Z§X§X§K]本题借助安培力来考查力的平衡,同时借助力的平衡来考查受力平衡的临界状态.[解析](1)感应电流从C端流出.(2)设线圈受到的安培力为FA,外加电流从D端流入.由FA=mg和FA=2nBIL得m=2nBLgI(3)设称量最大质量为m0.由m=2nBLgI和P=I2R得m0=2nBLgPR6.[2014·四川卷]如图所示,不计电阻的光滑U形金属框水平放置,光滑、竖直玻璃挡板H、P固定在框上,H、P的间距很小.质量为0.2kg的细金属杆CD恰好无挤压地放在两挡板之间,与金属框接触良好并围成边长为1m的正方形,其有效电阻为0.1Ω.此时在整个空间加方向与水平面成30°角且与金属杆垂直的匀强磁场,磁感应强度随时间变化规律是B=(0.4-0.2t)T,图示磁场方向为正方向.框、挡板和杆不计形变.则()A.t=1s时,金属杆中感应电流方向从C到DB.t=3s时,金属杆中感应电流方向从D到CC.t=1s时,金属杆对挡板P的压力大小为0.1ND.t=3s时,金属杆对挡板H的压力大小为0.2N6.AC[解析]由于B=(0.4-0.2t)T,在t=1s时穿过平面的磁通量向下并减少,则根据楞次定律可以判断,金属杆中感应电流方向从C到D,A正确.在t=3s时穿过平面的磁通量向上并增加,则根据楞次定律可以判断,金属杆中感应电流方向仍然是从C到D,B错误.由法拉第电磁感应定律得E=ΔΦΔt=ΔBΔtSsin30°=0.1V,由闭合电路的欧姆定律得电路电流I=ER=1A,在t=1s时,B=0.2T,方向斜向下,电流方向从C到D,金属杆对挡板P的压力水平向右,大小为FP=BILsin30°=0.1N,C正确.同理,在t=3s时,金属杆对挡板H的压力水平向左,大小为FH=BILsin30°=0.1N,D错误.15.[2014·广东卷]如图8所示,上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置,小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放,并落至底部,则小磁块()A.在P和Q中都做自由落体运动[来源:学§科§网]B.在两个下落过程中的机械能都守恒C.在P中的下落时间比在Q中的长D.落至底部时在P中的速度比在Q中的大15.C[解析]磁块在铜管中运动时,铜管中产生感应电流,根据楞次定律,磁块会受到向上的磁场力,因此磁块下落的加速度小于重力加速度,且机械能不守恒,选项A、B错误;磁块在塑料管中运动时,只受重力的作用,做自由落体运动,机械能守恒,磁块落至底部时,根据直线运动规律和功能关系,磁块在P中的下落时间比在Q中的长,落至底部时在P中的速度比在Q中的小,选项C正确,选项D错误.20.[2014·全国卷]很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放,形成一很长的竖直圆筒.一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置,其下端与圆筒上端开口平齐.让条形磁铁从静止开始下落.条形磁铁在圆筒中的运动速率()A.均匀增大B.先增大,后减小C.逐渐增大,趋于不变[来源:Z_xx_k.Com]D.先增大,再减小,最后不变20.C[解析]本题考查楞次定律、法拉第电磁感应定律.竖直圆筒相当于闭合电路,磁铁穿过闭合电路,产生感应电流,根据楞次定律,磁铁受到向上的阻碍磁铁运动的安培力,开始时磁铁的速度小,产生的感应电流也小,安培力也小,磁铁加速运动,随着速度的增大,产生的感应电流增大,安培力也增大,直到安培力等于重力的时候,磁铁匀速运动.所以C正确.L2法拉第电磁感应定律、自感L3电磁感应与电路的综合16.[2014·山东卷]如图所示,一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内,通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定,导体棒与轨道垂直且接触良好,在向右匀速通过M、N两区的过程中,导体棒所受安培力分别用FM、FN表示.不计轨道电阻.以下叙述正确的是()A.FM向右B.FN向左C.FM逐渐增大D.FN逐渐减小16.BCD[解析]根据安培定则可判断出,通电导线在M区产生竖直向上的磁场,在N区产生竖直向下的磁场.当导体棒匀速通过M区时,由楞次定律可知导体棒受到的安培力向左.当导体棒匀速通过N区时,由楞次定律可知导体棒受到的安培力也向左.选项B正确.设导体棒的电阻为r,轨道的宽度为L,导体棒产生的感应电流为I′,则导体棒受到的安培力F安=BI′L=BBLvR+rL=B2L2vR+r,在导体棒从左到右匀速通过M区时,磁场由弱到强,所以FM逐渐增大;在导体棒从左到右匀速通过N区时,磁场由强到弱,所以FN逐渐减小.选项C、D正确.L4电磁感应与力和能量的综合L5电磁感应综合24.[2014·浙江卷]某同学设计一个发电测速装置,工作原理如图所示.一个半径为R=0.1m的圆形金属导轨固定在竖直平面上,一根长为R的金属棒OA,A端与导轨接触良好,O端固定在圆心处的转轴上.转轴的左端有一个半径为r=R3的圆盘,圆盘和金属棒能随转轴一起转动.圆盘上绕有不可伸长的细线,下端挂着一个质量为m=0.5kg的铝块.在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T.a点与导轨相连,b点通过电刷与O端相连.测量a、b两点间的电势差U可算得铝块速度.铝块由静止释放,下落h=0.3m时,测得U=0.15V.(细线与圆盘间没有滑动,金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计,重力加速度g取10m/s2)第24题图(1)测U时,与a点相接的是电压表的“正极”还是“负极”?(2)求此时铝块的速度大小;(3)求此下落过程中铝块机械能的损失.24.[答案](1)正极(2)2m/s(3)0.5J[解析]本题考查法拉第电磁感应定律、右手定则等知识和分析综合及建模能力.(1)正极(2)由电磁感应定律得U=E=ΔΦΔtΔΦ=12BR2ΔθU=12BωR2v=rω=13ωR所以v=2U3BR=2m/s(3)ΔE=mgh-12mv2ΔE=0.5J25.[2014·新课标Ⅱ卷]半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内,一长为r、质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面,BA的延长线通过圆导轨中心O,装置的俯视图如图所示.整个装置位于一匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,方向竖直向下.在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻(图中未画出).直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕O逆时针匀速转动,在转动过程中始终与导轨保持良好接触.设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ,导体棒和导轨的电阻均可忽略.重力加速度大小g.求(1)通过电阻R的感应电流的方向和大小:(2)外力的功率.25.[答案](1)从C端流向D端3ωBr22R(2)32μmgωr+9ω2B2r44R[解析](1)在Δt时间内,导体棒扫过的面积为ΔS=12ωΔt[(2r)2-r2]①根据法拉第电磁感应定律,导体棒上感应电动势的大小为ε=BΔSΔt②根据右手定则,感应电流的方向是从B端流向A端.因此,通过电阻R的感应电流的方向是从C端流向D端.由欧姆定律可知,通过电阻R的感应电流的大小I满足I=εR③联立①②③式得I=3ωBr22R.④(2)在竖直方向有mg-2N=0⑤式中,由于质量分布均匀,内、外圆导轨对导体棒的正压力大小相等,其值为N,两导轨对运行的导体棒的滑动摩擦力均为f=μN⑥在Δt时间内,导体棒在内、外圆轨上扫过的弧长为l1=rωΔt⑦和l2=2rωΔt⑧克服摩擦力做的总功为Wf=f(l1+l2)⑨在Δt时间内,消耗在电阻R上的功为WR=I2RΔt⑩根据能量转化和守恒定律知,外力在Δt时间内做的功为W=Wf+WR○11外力的功率为P=WΔt○12由④至12式得P=32μmgωr+9ω2B2r44R○1333.[答案](1)BCE(2)(ⅰ)320K(ⅱ)43p0[解析](1)悬浮在水中的花粉的布朗运动是花粉颗粒的无规律运动,反映了水分子的无规则运动,A项错误;空中的小雨滴表面有张力,使小雨滴呈球形,B项正确;液晶具有各向异性,利用这个特性可以制成彩色显示器,C项正确;高原地区的气压低,因此水的沸点低,D项错误;干湿泡温度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度,主要是由于湿泡外纱布中的水蒸发吸热,从而温度降低的缘故,E正确.(2)(i)活塞b升至顶部的过程中,活塞a不动,活塞a、b下方的氮气经历等压过程,设气缸容积为V0,氮气初态体积为V1,温度为T1,末态体积为V2,温度T2,按题意,气缸B的容积为VB4V1=34V0+12V04=78V0①V2=34V0+14V0=V0②V1T1=V2T2③由①②③式和题给数据得T2=320K.④[来源:学科网ZXXK](ii)活塞b升至顶部后,由于继续缓慢加热,活塞a开始向上移动,直到活塞上升的距离是气缸高度的116时,活塞a上方的氧气经历等温过程,设氧气初态体积为V′1,压强为p′1,末态体积V′2,压强p′2,由题给数据和玻意耳定律有V′1=14V0,p′1=p0,V′2=316V0⑤p′1V′1=p′2V′2⑥得p′2=43p0.⑦24.(20分)导体切割磁感线的运动可以从宏观和微观两个角度来认识.如图所示,固定于水平面的U形导线框处于竖直向下的匀强磁场中,金属直导线MN在与其垂直的水平恒力F作用下,在导线框上以速度v做匀速运动,速度v与恒力F方向相同;导线MN始终与导线框形成闭合电路.已知导线MN电阻为R,其长度L恰好等于平行轨道间距,磁场的磁感应强度为B.忽略摩擦阻力和导线框的电阻.[来源:Zxxk.Com](1)通过公式推导验证:在Δt时间内,F对导线MN所做的功W等于电路获得的电能W电,也等于导线MN中产生的热量Q;(2)若导线MN的质量m=8.0g、长度L=0.10m,感应电流I=1.0A,假设一个原子贡献一个自由电子,计算导线MN中电子沿导线长度方向定向移动的平均速率ve(下表中列出一些你可能会用到的数据);阿伏伽德罗常数NA6.0×1023mol-1元电荷e1.6×10-19C导线MN的摩尔质量μ6.0×10-2kg/mol(3)经典物理学认为,金属的电阻源于定向运动的自由电子和金属离子(即金属原子失去电子后的剩余部分)的碰撞.展开你想象的翅膀,给出一个合理的自由电子的运动模型;在此基础上,求出导线MN中金属离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用力f的表达式.
本文标题:2014年高考物理真题分类汇编:L单元+电磁感应
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