2020高考物理 月刊專版 專題09 交變電流和電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)專題

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1、交變電流和電磁感應(yīng) 1.如圖所示，一根長導(dǎo)線彎曲成“п”，通以直流電I，正中間用絕緣線懸掛一金屬環(huán)C，環(huán)與導(dǎo)線處于同一豎直平面內(nèi)。在電流I增大的過程中，下列敘述正確的是（BCD） A．金屬環(huán)中無感應(yīng)電流產(chǎn)生 B．金屬環(huán)中有逆時針方向的感應(yīng)電流 C．懸掛金屬環(huán)C的豎直線中拉力變大 D．金屬環(huán)C仍能保持靜止?fàn)顟B(tài) 3．如圖所示，在方向豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有兩條足夠長的平行金屬導(dǎo)軌，其電阻不計，間距為L，導(dǎo)軌平面與磁場方向垂直。ab、cd為兩根垂直導(dǎo)軌放置的、 由牛頓第二定律 F－BIL＝ma 得

2、 F= （4分） （2）細(xì)線拉斷時滿足 BIL=f +T0 （3分） +T0 t= （4分） 4.如圖甲所示，光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在同一水平面上，兩導(dǎo)軌間距L=0.2m，電阻R=0.4Ω，導(dǎo)軌上停放一質(zhì)量m=0.1kg、電阻r=0.1Ω的金屬桿，導(dǎo)軌電阻可忽略不計，整個裝置處

3、于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向豎直向下?，F(xiàn)用一外力F沿水平方向拉桿，使之由靜止開始運(yùn)動，若理想電壓表的示數(shù)U隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示。 閉合電路歐姆定律知，棒上產(chǎn)生的電動勢也是隨時間均勻變化的。因此由E=BLv可知，金屬桿所做的運(yùn)動為勻變速直線運(yùn)動 ……………………………⑤ 由⑴問中的④式有 所以 ……………………………⑥ 所以4s末時的速度 ……………………………⑦ 所以4s末時電路中的電流為 ……………………⑧ 因 …………

4、…………⑨ 5、如圖，光滑平行的水平金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距l(xiāng)，在M點(diǎn)和P點(diǎn)間接一個阻值為R的電阻，在兩導(dǎo)軌間OO1O1′O′矩形區(qū)域內(nèi)有垂直導(dǎo)軌平面豎直向下、寬為d的勻強(qiáng)磁場，磁感強(qiáng)度為B。一質(zhì)量為m，電阻為r的導(dǎo)體棒ab，垂直擱在導(dǎo)軌上，與磁場左邊界相距d0?，F(xiàn)用一大小為F、水平向右的恒力拉ab棒，使它由靜止開始運(yùn)動，棒ab在離開磁場前已經(jīng)做勻速直線運(yùn)動（棒ab與導(dǎo)軌始終保持良好的接觸，導(dǎo)軌電阻不計）。求： （1）棒ab在離開磁場右邊界時的速度； （2）棒ab通過磁場區(qū)的過程中整個回路所消耗的電能； 　 　 　

5、 ① 　 ② 　對ab棒　 F－BIl＝0 ③ 　　 解得　 ④ （2）由能量守恒可得：　　 ⑤ 解得： ⑥ （3）設(shè)棒剛進(jìn)入磁場時速度為v 　　　 由： ⑦ 可得：

6、 ⑧ 棒在進(jìn)入磁場前做勻加速直線運(yùn)動，在磁場中運(yùn)動可分三種情況討論： ①若（或），則棒做勻速直線運(yùn)動； ②若（或F＞），則棒先加速后勻速； ③若（或F＜＝，則棒先減速后勻速。 6．如圖所示在水平面上有兩條相互平行的光滑絕緣導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌間距工L=1m，導(dǎo)軌的虛線范圍內(nèi)有一垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T，磁場寬度S大于L，左、右兩邊界與導(dǎo)軌垂直．有一質(zhì)量m=0.2kg，電阻 r=0.1邊長也為L正方形金屬框以某一初速度，沿導(dǎo)軌向右進(jìn)入勻強(qiáng)磁場． (1)若最終金屬框只能有—半面積離開磁場區(qū)域，試求金屬框左邊剛好進(jìn)入磁場時的速度． (2)若金屬框右邊剮要離

7、開磁場時，虛線范圍內(nèi)磁插的磁感應(yīng)強(qiáng)度以K=0.1T/s的變化率均勻減小。為使金屬框此后能勻速離開磁場，對其平行于導(dǎo)軌方向加一水平外力，求金屬框有一半面積離開磁場區(qū)域時水平外力的大?。? 解：(1)金屬框左邊剛好進(jìn)入磁場區(qū)域時的運(yùn)動速度為v，在磁場中作勻速運(yùn)動．設(shè)離開磁場 運(yùn)動過程的時間為t，此過程中的平均感應(yīng)電動勢為： (1分) (1分) 所受平均安培力：安= ： (1分) 由動量定理有： -安t=0-mv (2分) 解得： v= l m／s (2分) (2)金屬框開始勻速離開磁場到有

8、一半面積離開磁場區(qū)域的時間為： (1分) 當(dāng)線框一半面積離開磁場時，左邊因切割磁感線而產(chǎn)生的電動勢為： E1=(B-ktˊ)Lv (2分) 因磁場變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：E2= (2分) 此回路產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流為： ('分) 則此時水平向右的外力大小為：F=F安=(B-ktˊ)IL (1分) 代人數(shù)據(jù)，解得： F=0.3N 7．一電阻為R的金屬圓環(huán)，放在勻強(qiáng)磁場中，磁場與圓環(huán)所在平面垂直，如圖(a)所示．已知通過圓環(huán)的磁通量隨時間t的變化關(guān)系如圖(b)所示，圖中的最大磁通量φ0和變化周期T 都是已知量，求

9、 E1= ① 在以上時段內(nèi)，環(huán)中的電流為 I 1= ② 則在這段時間內(nèi)通過金屬環(huán)某橫截面的電量 q= I 1 t ③ 聯(lián)立求解得 ④ (2)在到和在到t =T時間內(nèi)，環(huán)中的感應(yīng)電動勢 E 1= 0 ⑤ 在和

10、在時間內(nèi)，環(huán)中的感應(yīng)電動勢 E 3= ⑥ 由歐姆定律可知在以上時段內(nèi)，環(huán)中的電流為 I 3 = ⑦ 在t=0到t=2T時間內(nèi)金屬環(huán)所產(chǎn)生的電熱 Q=2(I 12 R t 3+ I 32 R t 3) ⑧ 聯(lián)立求解得 Q= ⑨ 8．如圖（甲）所示，一正方形金屬線框放置在絕緣的光滑水平面上，并位于一豎直向下的有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域內(nèi)，線框的右邊緊貼著磁場的邊界，從t＝0時開始，對線框施加一水平向右的外力F，使線框從靜

11、止開始做勻加速直線運(yùn)動，在時刻穿出磁場．已知外力F隨時間變化的圖像如圖（乙）所示，且線框的質(zhì)量m、電阻R、圖（乙）中的、均為已知量．試 線框離開磁場時的速度　　　　　　　 ② 線框的邊長　　　　　　　　　　　　 ③ 線框離開磁場時所受到的磁場力　　　 ④ 離開磁場時線框中的感應(yīng)電動勢　　　 ⑤ 離開磁場時線框中的感應(yīng)電流　　　　 ⑥ 由牛頓定律

12、知　　　　　　　　　　 ⑦ 聯(lián)立求解可得　　　　　　　　　　 ⑧ 離開磁場時線框中的感應(yīng)電動勢　　 ⑨ 離開磁場時線框中的感應(yīng)電流　　　 ⑩ 在拉出過程中通過線框某截面的電量　 ⑾ 9．如圖所示，兩條光滑的絕緣導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的水平部分與圓弧部分平滑連接，兩導(dǎo)軌間距為L，導(dǎo)軌的水平部分有n段相同的勻強(qiáng)磁場區(qū)域（圖中的虛線范圍），磁場方向豎直向上，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場的寬度為S，相鄰磁場

13、區(qū)域的間距也為S，S大于L，磁場左、右兩邊界均與導(dǎo)軌垂直?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m，電阻為r，邊長為L的正方形金屬框，由圓弧導(dǎo)軌上某高度處靜止釋放，金屬框滑上水平導(dǎo)軌，在水平導(dǎo)軌上滑行一段時間進(jìn)入磁場區(qū)域，最終線框恰好完全通過n段磁場區(qū)域。地球表面處的重力加速度為g，感應(yīng)電流的磁場可以忽略不計，求： （1）剛開始下滑時，金屬框重心離水平導(dǎo)軌所在平面的高度． 勻強(qiáng)磁場區(qū)域的過程中，線框中產(chǎn)生平均感應(yīng)電動勢為 ...............................1分 平均電流強(qiáng)度為（不考慮電流方向變化） ........................................

14、...1分 由動量定理得：　　 .............................1分 　　　　　　　 　　　　　　　 同理可得：　　　　 　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　…… （3）金屬框穿過第（k－1）個磁場區(qū)域后，由動量定理得： ......................2分 金屬框完全進(jìn)入第k個磁場區(qū)域的過程中，由動量定理得： 　　.....................1分 解得：　　　.........................1分 功率：...............................2分 10．如圖(1)所

15、示，一個足夠長的“U”形金屬導(dǎo)軌NMPQ固定在水平面內(nèi)，MN、PQ兩導(dǎo)軌間的寬為L=0.50m．一根質(zhì)量為m=0.50kg的均勻金屬導(dǎo)體棒ab靜止在導(dǎo)軌上且接觸良好，abMP恰好圍成一個正方形．該軌道平面處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可以調(diào)節(jié)的豎直向上的勻強(qiáng)磁場中．a(chǎn)b棒的電阻為R=0.10，其他各部分電阻均不計．開始時，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0=0.50T (1)若保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B0的大小不變，從t=0時刻開始，給ab棒施加一個水平向右的拉力，使它做勻加速直線運(yùn)動．此拉力T的大小隨時間t變化關(guān)系如圖(2)所示．求勻加因?yàn)镮＝B0lv/R v=at 聯(lián)立可解得 將數(shù)據(jù)代入，可解得a=4m/s2 f=1N (2)以ab棒為研究對象，當(dāng)磁培應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時，閉合電路中有恒定的感應(yīng)電流I，以ab 棒為研究對象，它受到的安培力逐漸增大，靜摩擦力也隨之增大，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增大到ab所受安培力F與最大靜摩擦力fm相等時開始滑動. 由以上各式求出，經(jīng)時間t=17.5s后ab棒開始滑動，此時通過ab棒的電流大小為I=0.5A 根據(jù)楞決定律可判斷出，電流的方向?yàn)閺腷到a．