2009届新课标物理考点预测(12)
电磁感应
一、考点介绍
近年来高考对本考点内容考查命题频率极高的是感应电流的产生条件、方向判定和导体切割磁感线产生的感应电动势的计算,且要求较高.几乎是年年有考;其他像电磁感应现象与磁场、电路和力学、电学、能量及动量等知识相联系的综合题及图像问题在近几年高考中也时有出现;另外,该部分知识与其他学科的综合应用也在高考试题中出现。试题题型全面,选择题、填空题、计算题都可涉及,尤其是难度大、涉及知识点多、综合能力强,多以中档以上题目出现来增加试题的区分度,而选择和填空题多以中档左右的试题出现.
二、高考真题
1.(2008年高考海南卷.物理.1)法拉第通过静心设计的一系列试验,发现了电磁感应定律,将历史上认为各自独立的学科“电学”与“磁学”联系起来.在下面几个典型的实验设计思想中,所作的推论后来被实验否定的是( )
A.既然磁铁可使近旁的铁块带磁,静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷,那么静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流
B.既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势,那么稳恒电流也可在近旁运动的线圈中感应出电流
C.既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流,那么静止的磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势
D.既然运动的磁铁可在近旁的导体中感应出电动势,那么运动导线上的稳恒电流也可在近旁的线圈中感应出电流
2.(2008年高考宁夏卷.理综.16)如图1所示,同一平面内的三条平行导线串有两个最阻R和r,导体棒PQ与三条导线接触良好;匀强磁场的方向垂直纸面向里。导体棒的电阻可忽略。当导体棒向左滑动时,下列说法正确的是( )
A.流过R的电流为由d到c,流过r的电流为由b到a
B.流过R的电流为由c到d,流过r的电流为由b到a 图1
C.流过R的电流为由d到c,流过r的电流为由a到b
D.流过R的电流为由c到d,流过r的电流为由a到b
3.(2008年高考海南卷.物理.10)一航天飞机下有一细金属杆,杆指向地心.若仅考虑地磁场的影响,则当航天飞机位于赤道上空( )
A.由东向西水平飞行时,金属杆中感应电动势的方向一定由上向下
B.由西向东水平飞行时,金属杆中感应电动势的方向一定由上向下
C.沿经过地磁极的那条经线由南向北水平飞行时,金属杆中感应电动势的方向一定由下向上
D.沿经过地磁极的那条经线由北向南水平飞行时,金属杆中一定没有感应电动势
4.(2008年高考山东卷.理综.22)两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L,底端接阻值为R的电阻。将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端,金属棒和导轨接触良好,导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,如图2所示。除电阻R外其余电阻不计。现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放,则( )
A.释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度g
B.金属棒向下运动时,流过电阻R的电流方向为a→b
C.金属棒的速度为v时,所受的按培力大小为F=
D.电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少
图2
5.(2008年高考上海卷.物理.10)如图3所示,平行于y轴的导体棒以速度v向右匀速直线运动,经过半径为R、磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域,导体棒中的感应电动势ε与导体棒位置x关系的图像是图4的( )
图3
图4
6.(2008年高考江苏卷.物理.8)如图5所示的电路中,
三个相同的灯泡a、b、c和电感L1、L2与直流电源连接,电
感的电阻忽略不计.电键K从闭合状态突然断开时,下列判
断正确的有( )
A.a先变亮,然后逐渐变暗 B.b先变亮,然后逐渐变暗 图5
C.c先变亮,然后逐渐变暗 D.b、c都逐渐变暗
7.(2008年高考上海卷.物理.24)如图6所示,竖直平面内有一半径为r、电阻为R1、粗细均匀的光滑半圆形金属环,在M、N处与距离为2r、电阻不计的平行光滑金属导轨ME、NF相接,EF之间接有电阻R2,已知R1=12R,R2=4R。在MN上方及CD下方有水平方向的匀强磁场I和II,磁感应强度大小均为B。现有质量为m、电阻不计的导体棒ab,从半圆环的最高点A处由静止下落,在下落过程中导体棒始终保持水平,与半圆形金属环及轨道接触良好,设平行导轨足够长。已知导体棒下落时的速度大小为v1,下落到MN处时的速度大小为v2。
(1)求导体棒ab从A处下落时的加速度大小;
(2)若导体棒ab进入磁场II后棒中电流大小始终不变,求磁场I和II这间的距离h和R2上的电功率P2;
(3)若将磁场II的CD边界略微下移,导体棒ab进入磁场II时的速度大小为v3,要使其在外力F作用下做匀加速直线运动,加速度大小为a,求所加外力F随时间变化的关系式。
图6
8.(2008年高考江苏卷.物理.15)如图7所示,间距为l的两条足够长的平行金属导轨与水平面的夹角为, 导轨光滑且电阻忽略不计, 场强为B的条形匀强磁场方向与导孰平面垂直, 磁场区域的宽度为d1 ,间距为d2 , 两根质量均为m, 有效电阻均为R的导体棒a和b放在导轨上,并与导轨垂直. (设重力加速度为g).
(1) 若a 进入第2个场强区域时, b以与a 同样的速度进入第1个磁场区域,求b穿过第1个磁场区域过程中增加的动能.图7
(2)若a进入第2个磁场区域时,b恰好离开第1个磁场区域;此后a离开第2个磁场区域时, b又
恰好进入第2个磁场区域, 且ab在任意―个磁场区域或无磁场区域的运动时间均相等, 求a穿过第2个磁场区域过程中, 两导体棒产生的总焦耳热Q;
(3)对于第(2)问所述的运动情况, 求a穿出第k个磁场区域时的速率v.
9.(2008年高考上海卷.物理.19)如图8所示是测量通电螺线管A内部磁感应强度B及其与电流I关系的实验装置。将截面积为S、匝数为N的小试测线圈P置于螺线管A中间,试测线圈平面与螺线管的轴线垂直,可认为穿过该试测线圈的磁场均匀。将试测线圈引线的两端与冲击电流计D相连。拨动双刀双掷换向开关K,改变通入螺线管的电流方向,而不改变电流大小,在P中产生的感应电流引起D的指针偏转。
(1)将开关合到位置1,待螺线管A中的电流稳定后,再将K从位置1拨到位置2,测得D的最大偏转距离
为dm,已知冲击电流计的磁通灵敏度为Dφ,
图8
Dφ=,式中为单匝试测线圈磁通量的变化量。则试测线圈所在处磁感应强度B=______; 若将K从位置1拨到位置2的过程所用的时间为Δt,则试测线圈P中产生的平均感应电动势ε=____。
实验次数
I(A)
B(×10-3T)
1
0.5
0.62
2
1.0
1.25
3
1.5
1.88
4
2.0
2.51
5
2.5
3.12
(2)调节可变电阻R,多次改变电流并拨动K,得到A中电流I和磁感应强度B的数据,见右表。由此可得,螺线管A内部在感应强度B和电流I的关系为B=________。
(3)(多选题)为了减小实验误差,提高测量的准确性,可采取的措施有
(A)适当增加试测线圈的匝数N
(B)适当增大试测线圈的横截面积S
(C)适当增大可变电阻R的阻值
(D)适当拨长拨动开关的时间Δt
10.(2008年高考北京卷.理综.13)均匀导线制成的单位正方形闭合线框abcd,每边长为L,总电阻为R,总质量为m。将其置于磁感强度为B的水平匀强磁场上方h处,如图9所示。线框由静止自由下落,线框平面保持在竖直平面内,且cd边始终与水平的磁场边界平行。当cd边刚进入磁场时, 图9
(1)求线框中产生的感应电动势大小;(2)求cd两点间的电势差大小
(3)若此时线框加速度恰好为零,求线框下落的高度h所应满足的条件。
11.(2008年高考全国2圈.理综.24)如图10所示,一直导体棒质量为m、长为l、电阻为r,其两端放在位于水平面内间距也为l的光滑平行导轨上,并与之密接;棒左侧两导轨之间连接一可控制的负载电阻(图中未画出);导轨置于匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于导轨所在平面。开始时,给导体棒一个平行于导轨的初速度v0。在棒的运动速度由v0减小至v1的过程中,通过控制负载电阻的阻 图10
值使棒中的电流强度I保持恒定。导棒一直在磁场中运动。不计导轨电阻,求此过程中导体棒上感应电动势的平均值和负载电阻上消耗的平均功率。
12.(2008年高考天津卷.理综.24)磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具。它的驱动系统简化为如下模型,固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框,电阻为R,金属框置于xOy平面内,长边MN长为l,
平行于y轴,宽为d的NP边平行于x轴,如图
存在垂直于金属框平面的磁场,磁感应强
度B沿Ox方向按正弦规律分布,其空间周
期为λ,最大值为B0,如图11b所示,金
属框同一长边上各处的磁感应强度相同,
整个磁场以速度v0沿Ox方向匀速平移。 图11
设在短暂时间内,MN、PQ边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略,并忽略一切阻力。列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶,某时刻速度为v(v<v0)。
(1)简要叙述列车运行中获得驱动力的原理;
(2)为使列车获得最大驱动力,写出MN、PQ边应处于磁场中的什么位置及λ与d之间应满足的关系式:
(3)计算在满足第(2)问的条件下列车速度为v时驱动力的大小。
三、名校试题
1.(江苏省启东中学2008―2009学年度第一学期月考卷.物理.7)绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上,铁芯上套着一个铝环,线圈与电源、电键相连,如图12所示.线圈上端与电源正极相连,闭合电键的瞬间,铝环向上跳起.若保持电键闭合,则 ( )
A.铝环不断升高 B.铝环停留在某一高度
C.铝环跳起到某一高度后将回落
D.如果电源的正、负极对调,观察到的现象不变 图12
2.(广东惠州市2009届高三第三次调研考试卷.物理.10)如图13所示,矩形闭台线圈放置在水平薄板上,有一块蹄形磁铁如图所示置于平板的正下方(磁极间距略大于矩形线圈的宽度 )当磁铁匀速向右通过线圈时,线圈仍静止不动,那么线圈受到薄扳的摩擦力方向和线圈中产生感应电流的方向(从上向下看)是( )
A摩擦力方向一直向左
B摩擦力方向先向左、后向或右
C.感应电流的方向顺时针→逆时针→逆时针→顺时针
D.感应电流的方向顺时针→逆时针
图13
3.(山东省济南一中2009届高三上学期期中考试卷.理综.19)如图14所示,A为水平放置的橡胶圆盘,在其侧面带有负电荷─Q,在A正上方用丝线悬挂一个金属圆环B(丝线未画出),使B的环面在水平面上与圆盘平行,其轴线与橡胶盘A的轴线O1O2重合。现使橡胶盘A由静止开始绕其轴线O1O2按图中箭头方向加速转动,则( )
A.金属圆环B有扩大半径的趋势,丝线受到拉力增大
B.金属圆环B有缩小半径的趋势,丝线受到拉力减小
C.金属圆环B有扩大半径的趋势,丝线受到拉力减小
D.金属圆环B有缩小半径的趋势,丝线受到拉力增大
4.(山东省宁津一中2009届高三测试卷.物理.7)如图15所示,
一矩形线框竖直向上进入有水平边界的匀强磁场,磁场方向垂直纸
面向里,线框在磁场中运动时只受重力和磁场力,线框平面始终与
磁场方向垂直。向上经过图中1、2、3位置时的速率按时间依次为v1、v2、v3,向下经过图中2、1位置时的速率按时间依次为v4、v5,下列说法中一定正确的是( )
A.v1>v2
B.v2=v
5.(广东省华南师大附中2009届高三综合测试卷.物理.10)如图16所示,两光滑平行导轨水平放置在匀强磁场中,磁场垂直导轨所在平面,金属棒可沿导轨自由滑动.导轨一端连接一个定值电阻R,导轨电阻可忽略不计.现将金属棒沿导轨由
静止向右拉.若保持拉力恒定,当速度为时,加速度为,最终
以速度做匀速运动;若保持拉力的功率恒定,当速度为时,
加速度为,最终也以速度做匀速运动,则( )
A. B. C. D. 图16
6.(海南省民族中学2009届高三阶段考试卷.物理.9)如图
17所示,平行导轨水平放置,匀强磁场的方向垂直于导轨平面,
两金属棒、和轨道组成闭合电路,用水平恒力F向右拉,
使、分别以和的速度向右匀速运动,若棒与轨道间
的滑动摩擦力为,则回路中感应电流的功率为( ) 图17
A. B. C. D.
7.(江苏淮安、连云港、宿迁、徐州四市2008年第三次调研卷.物理.15)如图18所示,足够长的光滑平行金属导轨cd和ef,水平放置且相距L,在其左端各固定一个半径为r的四分之三金属光滑圆环,两圆环面平行且竖直。在水平导轨和圆环上各有一根与导轨垂直的金属杆,两金属杆与水平导轨、金属圆环形成闭合回路,两金属杆质量均为m,电阻均为R,其余电阻不计。整个装置放在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。当用水平向右的恒力F=mg拉细杆a,达到匀速运动时,杆b恰好静止在圆环上某处,试求:
(1)杆a做匀速运动时,回路中的感应电流;
(2)杆a做匀速运动时的速度;
(3)杆b静止的位置距圆环最低点的高度。
图18
8.(南京市2008届4月高三调研考卷.物理.14)如图19所示,竖直放置的光滑平行金属导轨MN、PQ相距L,在M点和P点间接一个阻值为R的电阻,在两导轨间 OO1O1′O′ 矩形区域内有垂直导轨平面向里、宽为d的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m,电阻为r的导体棒ab垂直搁在导轨上,与磁场上边边界相距d0.现使ab棒由静止开始释放,棒ab在离开磁场前已经做匀速直线运动(棒ab与导轨始终保持良好的电接触且下落过程中始终保持水平,导轨电阻不计).求:
(1)棒ab在离开磁场下边界时的速度;
(2)棒ab在通过磁场区的过程中产生的焦耳热;
(3)试分析讨论ab棒在磁场中可能出现的运动情况。
图19
9.(渐江东阳中学2009届高三月考试题.理综.23)如图20甲所示的轮轴,它可以绕垂直于纸面的光滑固定水平轴O转动.轮上绕有轻质柔软细线,线的一端系一重物,另一端系一质量为的金属杆.在竖直平面内有间距为L的足够长的平行金属导轨PO、EF,在QF之间连接有阻值为R的电阻,其余电阻不计.磁感应强度为B的匀强磁场与导轨平面垂直.开始时金属杆置于导轨下端,将重物由静止释放,重物最终能匀速下降.运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好,忽略所有摩擦。
(1)若重物的质量为M,则重物匀速下降的速度为多大? 图20
(2)对一定的磁感应强度B,重物的质量M取不同的值,测出相应的重物做匀速运动时的速度,可得出实验图线.图20乙中画出了磁感应强度分别为和时的两条实验图线,试根据实验结果计算与的比值。
10.(江苏南通四县市2008届高三联考卷.物理.19)如图21所示,两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L,导轨平面与水平面夹角α=30°,导轨电阻不计.磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面向上,长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨电接触良好,金属棒的质量为m、电阻为R.两金属导轨的上端连接右端电路,灯泡的电阻RL=4R,定值电阻R1=2R,电阻箱电阻调到使R2=12R,重力加速度为g,现将金属棒由静止释放,试求:
(1)金属棒下滑的最大速度为多大?
(2)R2为何值时,其消耗的功率最大?消耗的最大功率为多少?
图21
11.(2009届广东省新洲中学高三摸底考试试卷.物理.18)如图22甲所示,水平面上的两光滑金属导轨平行固定放置,间距d=
(1)通过小灯泡的电流.
(2)金属棒PQ在磁场区域中运动的速度大小.
图22
12.(广东惠州市2009届高三第三次调研考试卷.物理.17)两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图23所示放置,它们各有一边在同一水平面内,另一边直于水平面。质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路,
杆与水平和竖直导轨之间有相同的动摩擦因数m,导
轨电阻不计,回路总电阻为2R。整个装置处于磁感
应强度大小为B,方向竖直向上的匀强磁场中。当
ab杆在平行于水平导轨的拉力作用下沿导轨匀速
运动时,cd杆也正好以某一速度向下做匀速运动。
设运动过程中金属细杆ab、cd与导轨接触良好, 图23
重力加速度为g。求:
(1)ab杆匀速运动的速度v1;
(2)ab杆所受拉力F;
(3)若测得cd杆匀速运动的速度为v2,则在cd杆向下运动路程为h过程中,整个回路
中产生的焦耳热为多少?
13.(山东省师大附中2009届高三月考卷.物理.19)如图24所示,abcd为质量M=
(1)导轨运动的最大加速度;
(2)导轨的最大速度;
(3)定性画出回路中感应电流随时间变化的图线。 图24
14.(山东省青岛市2009届高三上学期期中练习.物理.24.)光滑的平行金属导轨长L=
(1)指出金属棒ab中感应电流的方向。
(2)棒在下滑的过程中达到的最大速度是多少?
(3)当棒的速度为v=
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