1、2011高考物理二轮复 习交变电流和电磁感应专题预测4 一、选择题(本题共10小题,共40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4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分1.如图12-1所示，金属杆ab、cd可以在光滑导轨PQ和RS上滑动，匀强磁场方向垂直纸面向里，当ab、cd分别以速度v1、v2滑动时，发现回路感生电流方向为逆时针方向，则v1和v2的大小、方向可能是()图12-1A.v1v2,v1向右，v2向左B.v1v2,v1和v2都向左C.v1=v2,v1和v2都向右D.v1=v2,v1和v2都向左解析:因回路abdc中产生逆时针方向的感生电流
2、，由题意可知回路abdc的面积应增大，选项A、C、D错误，B正确.答案:B2.(2011河北唐山高三模拟)如图12-2所示，把一个闭合线圈放在蹄形磁铁两磁极之间(两磁极间磁场可视为匀强磁场)，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕OO轴转动.当蹄形磁铁匀速转动时，线圈也开始转动，当线圈的转动稳定后，有()图12-2A.线圈与蹄形磁铁的转动方向相同B.线圈与蹄形磁铁的转动方向相反C.线圈中产生交流电D.线圈中产生为大小改变、方向不变的电流解析:本题考查法拉第电磁感应定律、楞次定律等考点.根据楞次定律的推广含义可知A正确、B错误；最终达到稳定状态时磁铁比线圈的转速大，则磁铁相对线圈中心轴做匀速圆周运动，所以产
3、生的电流为交流电.答案:AC3.如图12-3 所示,线圈M和线圈P绕在同一铁芯上.设两个线圈中的电流方向与图中所标的电流方向相同时为正.当M中通入下列哪种电流时,在线圈P中能产生正方向的恒定感应电流()图12-3图12-4解析:据楞次定律，P中产生正方向的恒定感应电流说明M中通入的电流是均匀变化的，且方向为正方向时应均匀减弱，故D正确.答案:D4.如图12-5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()图12-
4、5A.2mgLB.2mgL+mgHC.D.解析:设刚进入磁场时的速度为v1,刚穿出磁场时的速度线框自开始进入磁场到完全穿出磁场共下落高度为2L.由题意得由得.C选项正确.答案:C5.如图12-6(a)所示,圆形线圈P静止在水平桌面上,其正上方悬挂一相同线圈Q,P和Q共轴,Q中通有变化电流,电流随时间变化的规律如图12-6(b)所示,P所受的重力为G,桌面对P的支持力为FN,则()图12-6A.t1时刻FNGB.t2时刻FNGC.t3时刻FNGD.t4时刻FN=G6.用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导体线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图12-7所示.在每个线框进入磁场的过程中，
5、M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是()图12-7A.UaUbUcUdB.UaUbUdUcC.Ua=UbUd=UcD.UbUaUdUc解析:线框进入磁场后切割磁感线,a、b产生的感应电动势是c、d电动势的一半.而不同的线框的电阻不同.设a线框电阻为4r,b、c、d线框的电阻分别为6r、8r、6r,则,所以B正确.答案:B7.(2011安徽皖南模拟)如图12-8所示，用一块金属板折成横截面为“”形的金属槽放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，并以速度v1向右匀速运动，从槽口右侧射入的带电微粒的速度是v2，如果微粒进入槽后恰能做匀速圆周运动，则微粒做匀速圆周运动的轨道半径r
6、和周期T分别为()图12-8A.B.C.D.解析:金属板折成“”形的金属槽放在磁感应强度为B的匀强磁场中，并以速度v1向右匀速运动时，左板将切割磁感线，上、下两板间产生电势差，由右手定则可知上板为正，下板为负，微粒做匀速圆周运动，则重力等于电场力，方向相反，故有向心力由洛伦兹力提供，所以得，周期，故B项正确.答案:B8.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推进动力的新型交通工具.其推进原理可以简化为如图12-9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
7、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.设金属框的总电阻为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()图12-9A.v=(B2L2vmFfR)/B2L2B.v=(4B2L2vm+FfR)/4B2L2C.v=(4B2L2vmFfR)/4B2L2D.v=(2B2L2vm+FfR)/2B2L2解析:导体棒ad和bc各以相对磁场的速度(vvm)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(vvm),回
8、路中电流为I=2BL(vvm)/R,由于左右两边ad和bc均受到安培力，则合安培力为F合=2BLI=4B2L2(vvm)/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:B9.矩形导线框abcd放在匀强磁场中,磁感线方向与线圈平面垂直,磁感应强度B随时间变化的图象如图12-10甲所示,t=0时刻,磁感应强度的方向垂直纸面向里.在04 s时间内,线框中的感应电流(规定顺时针方向为正方向)、ab边所受安培力(规定向上为正方向)随时间变化的图象分别为图乙中的()甲乙图12-0解析:在01 s内,穿过
9、线框中的磁通量为向里的减少,由楞次定律,感应电流的磁场垂直纸面向里,由安培定则,线框中感应电流的方向为顺时针方向.由法拉第电磁感应定律,E一定,由故I一定.由左手定则,ab边受的安培力向上.由于磁场变弱,故安培力变小.同理可判出在12 s内,线框中感应电流的方向为顺时针方向,ab边受的安培力为向下的变强.23 s内,线框中感应电流的方向为逆时针方向,ab边受的安培力为向上的变弱,因此选项AD对.答案:AD10.如图12-11甲所示,用裸导体做成U形框架abcd,ad与bc相距L=0.2 m,其平面与水平面成=30角.质量为m=1 kg的导体棒PQ与ad、bc接触良好,回路的总电阻为R=1 .整
10、个装置放在垂直于框架平面的变化磁场中,磁场的磁感应强度B随时间t的变化情况如图乙所示(设图甲中B的方向为正方向).t=0时,B0=10 T、导体棒PQ与cd的距离x0=0.5 m.若PQ始终静止,关于PQ与框架间的摩擦力大小在0t1=0.2 s时间内的变化情况,下面判断正确的是()图12-11A.一直增大B.一直减小C.先减小后增大D.先增大后减小解析:由图乙,t=0时,回路所围面积S=Lx0=0.1 m2,产生的感应电动势,安培力F=B0IL=10 N,方向沿斜面向上.而下滑力mgsin30=5 N,小于安培力,故刚开始摩擦力沿斜面向下.随着安培力减小,沿斜面向下的摩擦力也减小,当安培力等于
11、下滑力时,摩擦力为零.安培力再减小,摩擦力变为沿斜面向上且增大,故选项C对.答案:C二、填空题(共2小题，共12分)11.(6分)如图12-12所示,有一弯成角的光滑金属导轨POQ,水平放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直.有一金属棒MN与导轨的OQ边垂直放置,金属棒从O点开始以加速度a向右运动,求t秒末时,棒与导轨所构成的回路中的感应电动势是_.图12-12解析:该题求的是t秒末感应电动势的瞬时值,可利用公式E=Blv求解,而上面错误解法求的是平均值.开始运动t秒末时,金属棒切割磁感线的有效长度为根据运动学公式,这时金属棒切割磁感线的速度为v=at.由题知B、L、v三者互
12、相垂直,有,即金属棒运动t秒末时,棒与导轨所构成的回路中的感应电动势是答案:12.(6分)如图12-13所示,有一闭合的矩形导体框,框上M、N两点间连有一电压表,整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,且框面与磁场方向垂直.当整个装置以速度v向右匀速平动时,M、N之间有无电势差?_(填“有”或“无”)，电压表的示数为_.图12-13解析:当矩形导线框向右平动切割磁感线时,AB、CD、MN均产生感应电动势,其大小均为BLv,根据右手定则可知,方向均向上.由于三个边切割产生的感应电动势大小相等,方向相同,相当于三个相同的电源并联,回路中没有电流.而电压表是由电流表改装而成的,当电压表中有电流通过时
13、,其指针才会偏转.既然电压表中没有电流通过,其示数应为零.也就是说,M、N之间虽有电势差BLv,但电压表示数为零.答案:有0三、计算、论述题(共4个题,共48分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题答案中必须明确写出数值和单位)13.(10分)如图12-14所示是一种测量通电线圈中磁场的磁感应强度B的装置,把一个很小的测量线圈A放在待测处,线圈与测量电荷量的冲击电流计G串联,当用双刀双掷开关S使螺线管的电流反向时,测量线圈中就产生感应电动势,从而引起电荷的迁移,由表G测出电荷量Q,就可以算出线圈所在处的磁感应强度B.已知测量线圈的匝数为N,
14、直径为d,它和表G串联电路的总电阻为R,则被测出的磁感应强度B为多大?图12-14解析:当双刀双掷开关S使螺线管的电流反向时,测量线圈中就产生感应电动势,根据法拉第电磁感应定律可得:由欧姆定律和电流的定义得:即联立可解得:答案:14.(12分)如图12-15所示,线圈内有理想边界的磁场,开始时磁场的磁感应强度为B0.当磁场均匀增加时,有一带电微粒静止于平行板(两板水平放置)电容器中间,若线圈的匝数为n,平行板电容器的板间距离为d,粒子的质量为m,带电荷量为q.(设线圈的面积为S)求:图12-15(1)开始时穿过线圈平面的磁通量的大小.(2)处于平行板电容器间的粒子的带电性质.(3)磁感应强度的
15、变化率.解析:(1)=B0S.(2)由楞次定律,可判出上板带正电,故推出粒子应带负电.(3),=BS,联立解得:答案:(1)B0S(2)负电(3)15.(12分)两根光滑的长直金属导轨MN、MN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12-16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:图12-16(1)ab运动速度v的大小；(2)电容器所带的电荷量q.
16、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由焦耳定律有Q=I2(4R)t由上述方程得(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解得答案:(1)(2)16.(14分)如图12-17所示,水平地面上方的H高区域内有匀强磁场,水平界面PP是磁场的上边界,磁感应强度为B,方向是水平的
17、,垂直于纸面向里.在磁场的正上方,有一个位于竖直平面内的闭合的矩形平面导线框abcd,ab长为l1,bc长为l2,Hl2,线框的质量为m,电阻为R.使线框abcd从高处自由落下,ab边下落的过程中始终保持水平,已知线框进入磁场的过程中的运动情况是:cd边进入磁场以后,线框先做加速运动,然后做匀速运动,直到ab边到达边界PP为止.从线框开始下落到cd边刚好到达水平地面的过程中,线框中产生的焦耳热为Q.求:图12-17(1)线框abcd在进入磁场的过程中,通过导线的某一横截面的电荷量是多少?(2)线框是从cd边距边界PP多高处开始下落的?(3)线框的cd边到达地面时线框的速度大小是多少?解析:(1
18、)设线框abcd进入磁场的过程所用时间为t,通过线框的平均电流为I,平均感应电动势为,则,=Bl1l2通过导线的某一横截面的电荷量解得(2)设线框从cd边距边界PP上方h高处开始下落,cd边进入磁场后,切割磁感线,产生感应电流,在安培力作用下做加速度逐渐减小的加速运动,直到安培力等于重力后匀速下落,速度设为v,匀速过程一直持续到ab边进入磁场时结束,有=Bl1v,FA=BIl1,FA=mg解得线框的ab边进入磁场后,线框中没有感应电流.只有在线框进入磁场的过程中有焦耳热Q.线框从开始下落到ab边刚进入磁场的过程中,线框的重力势能转化为线框的动能和电路中的焦耳热.则有解得(3)线框的ab边进入磁场后,只有重力作用下,加速下落,有cd边到达地面时线框的速度 答案:(1)(2)(3)
