2009屆新課標物理考點預測(12)
電磁感應
一、考點介紹
近年來高考對本考點內(nèi)容考查命題頻率極高的是感應電流的產(chǎn)生條件、方向判定和導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢的計算,且要求較高.幾乎是年年有考;其他像電磁感應現(xiàn)象與磁場、電路和力學、電學、能量及動量等知識相聯(lián)系的綜合題及圖像問題在近幾年高考中也時有出現(xiàn);另外,該部分知識與其他學科的綜合應用也在高考試題中出現(xiàn)。試題題型全面,選擇題、填空題、計算題都可涉及,尤其是難度大、涉及知識點多、綜合能力強,多以中檔以上題目出現(xiàn)來增加試題的區(qū)分度,而選擇和填空題多以中檔左右的試題出現(xiàn).
二、高考真題
1.(2008年高考海南卷.物理.1)法拉第通過靜心設(shè)計的一系列試驗,發(fā)現(xiàn)了電磁感應定律,將歷史上認為各自獨立的學科“電學”與“磁學”聯(lián)系起來.在下面幾個典型的實驗設(shè)計思想中,所作的推論后來被實驗否定的是( )
A.既然磁鐵可使近旁的鐵塊帶磁,靜電荷可使近旁的導體表面感應出電荷,那么靜止導線上的穩(wěn)恒電流也可在近旁靜止的線圈中感應出電流
B.既然磁鐵可在近旁運動的導體中感應出電動勢,那么穩(wěn)恒電流也可在近旁運動的線圈中感應出電流
C.既然運動的磁鐵可在近旁靜止的線圈中感應出電流,那么靜止的磁鐵也可在近旁運動的導體中感應出電動勢
D.既然運動的磁鐵可在近旁的導體中感應出電動勢,那么運動導線上的穩(wěn)恒電流也可在近旁的線圈中感應出電流
2.(2008年高考寧夏卷.理綜.16)如圖1所示,同一平面內(nèi)的三條平行導線串有兩個最阻R和r,導體棒PQ與三條導線接觸良好;勻強磁場的方向垂直紙面向里。導體棒的電阻可忽略。當導體棒向左滑動時,下列說法正確的是( )
A.流過R的電流為由d到c,流過r的電流為由b到a
B.流過R的電流為由c到d,流過r的電流為由b到a 圖1
C.流過R的電流為由d到c,流過r的電流為由a到b
D.流過R的電流為由c到d,流過r的電流為由a到b
3.(2008年高考海南卷.物理.10)一航天飛機下有一細金屬桿,桿指向地心.若僅考慮地磁場的影響,則當航天飛機位于赤道上空( )
A.由東向西水平飛行時,金屬桿中感應電動勢的方向一定由上向下
B.由西向東水平飛行時,金屬桿中感應電動勢的方向一定由上向下
C.沿經(jīng)過地磁極的那條經(jīng)線由南向北水平飛行時,金屬桿中感應電動勢的方向一定由下向上
D.沿經(jīng)過地磁極的那條經(jīng)線由北向南水平飛行時,金屬桿中一定沒有感應電動勢
4.(2008年高考山東卷.理綜.22)兩根足夠長的光滑導軌豎直放置,間距為L,底端接阻值為R的電阻。將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在一個固定的輕彈簧下端,金屬棒和導軌接觸良好,導軌所在平面與磁感應強度為B的勻強磁場垂直,如圖2所示。除電阻R外其余電阻不計。現(xiàn)將金屬棒從彈簧原長位置由靜止釋放,則( )
A.釋放瞬間金屬棒的加速度等于重力加速度g
B.金屬棒向下運動時,流過電阻R的電流方向為a→b
C.金屬棒的速度為v時,所受的按培力大小為F=
D.電阻R上產(chǎn)生的總熱量等于金屬棒重力勢能的減少
圖2
5.(2008年高考上海卷.物理.10)如圖3所示,平行于y軸的導體棒以速度v向右勻速直線運動,經(jīng)過半徑為R、磁感應強度為B的圓形勻強磁場區(qū)域,導體棒中的感應電動勢ε與導體棒位置x關(guān)系的圖像是圖4的( )
圖3
圖4
6.(2008年高考江蘇卷.物理.8)如圖5所示的電路中,
三個相同的燈泡a、b、c和電感L1、L2與直流電源連接,電
感的電阻忽略不計.電鍵K從閉合狀態(tài)突然斷開時,下列判
斷正確的有( )
A.a先變亮,然后逐漸變暗 B.b先變亮,然后逐漸變暗 圖5
C.c先變亮,然后逐漸變暗 D.b、c都逐漸變暗
7.(2008年高考上海卷.物理.24)如圖6所示,豎直平面內(nèi)有一半徑為r、電阻為R1、粗細均勻的光滑半圓形金屬環(huán),在M、N處與距離為2r、電阻不計的平行光滑金屬導軌ME、NF相接,EF之間接有電阻R2,已知R1=12R,R2=4R。在MN上方及CD下方有水平方向的勻強磁場I和II,磁感應強度大小均為B。現(xiàn)有質(zhì)量為m、電阻不計的導體棒ab,從半圓環(huán)的最高點A處由靜止下落,在下落過程中導體棒始終保持水平,與半圓形金屬環(huán)及軌道接觸良好,設(shè)平行導軌足夠長。已知導體棒下落時的速度大小為v1,下落到MN處時的速度大小為v2。
(1)求導體棒ab從A處下落時的加速度大;
(2)若導體棒ab進入磁場II后棒中電流大小始終不變,求磁場I和II這間的距離h和R2上的電功率P2;
(3)若將磁場II的CD邊界略微下移,導體棒ab進入磁場II時的速度大小為v3,要使其在外力F作用下做勻加速直線運動,加速度大小為a,求所加外力F隨時間變化的關(guān)系式。
圖6
8.(2008年高考江蘇卷.物理.15)如圖7所示,間距為l的兩條足夠長的平行金屬導軌與水平面的夾角為, 導軌光滑且電阻忽略不計, 場強為B的條形勻強磁場方向與導孰平面垂直, 磁場區(qū)域的寬度為d1 ,間距為d2 , 兩根質(zhì)量均為m, 有效電阻均為R的導體棒a和b放在導軌上,并與導軌垂直. (設(shè)重力加速度為g).
(1) 若a 進入第2個場強區(qū)域時, b以與a 同樣的速度進入第1個磁場區(qū)域,求b穿過第1個磁場區(qū)域過程中增加的動能.圖7
(2)若a進入第2個磁場區(qū)域時,b恰好離開第1個磁場區(qū)域;此后a離開第2個磁場區(qū)域時, b又
恰好進入第2個磁場區(qū)域, 且ab在任意―個磁場區(qū)域或無磁場區(qū)域的運動時間均相等, 求a穿過第2個磁場區(qū)域過程中, 兩導體棒產(chǎn)生的總焦耳熱Q;
(3)對于第(2)問所述的運動情況, 求a穿出第k個磁場區(qū)域時的速率v.
9.(2008年高考上海卷.物理.19)如圖8所示是測量通電螺線管A內(nèi)部磁感應強度B及其與電流I關(guān)系的實驗裝置。將截面積為S、匝數(shù)為N的小試測線圈P置于螺線管A中間,試測線圈平面與螺線管的軸線垂直,可認為穿過該試測線圈的磁場均勻。將試測線圈引線的兩端與沖擊電流計D相連。撥動雙刀雙擲換向開關(guān)K,改變通入螺線管的電流方向,而不改變電流大小,在P中產(chǎn)生的感應電流引起D的指針偏轉(zhuǎn)。
(1)將開關(guān)合到位置1,待螺線管A中的電流穩(wěn)定后,再將K從位置1撥到位置2,測得D的最大偏轉(zhuǎn)距離
為dm,已知沖擊電流計的磁通靈敏度為Dφ,
圖8
Dφ=,式中為單匝試測線圈磁通量的變化量。則試測線圈所在處磁感應強度B=______; 若將K從位置1撥到位置2的過程所用的時間為Δt,則試測線圈P中產(chǎn)生的平均感應電動勢ε=____。
實驗次數(shù)
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)調(diào)節(jié)可變電阻R,多次改變電流并撥動K,得到A中電流I和磁感應強度B的數(shù)據(jù),見右表。由此可得,螺線管A內(nèi)部在感應強度B和電流I的關(guān)系為B=________。
(3)(多選題)為了減小實驗誤差,提高測量的準確性,可采取的措施有
(A)適當增加試測線圈的匝數(shù)N
(B)適當增大試測線圈的橫截面積S
(C)適當增大可變電阻R的阻值
(D)適當撥長撥動開關(guān)的時間Δt
10.(2008年高考北京卷.理綜.13)均勻?qū)Ь制成的單位正方形閉合線框abcd,每邊長為L,總電阻為R,總質(zhì)量為m。將其置于磁感強度為B的水平勻強磁場上方h處,如圖9所示。線框由靜止自由下落,線框平面保持在豎直平面內(nèi),且cd邊始終與水平的磁場邊界平行。當cd邊剛進入磁場時, 圖9
(1)求線框中產(chǎn)生的感應電動勢大小;(2)求cd兩點間的電勢差大小
(3)若此時線框加速度恰好為零,求線框下落的高度h所應滿足的條件。
11.(2008年高考全國2圈.理綜.24)如圖10所示,一直導體棒質(zhì)量為m、長為l、電阻為r,其兩端放在位于水平面內(nèi)間距也為l的光滑平行導軌上,并與之密接;棒左側(cè)兩導軌之間連接一可控制的負載電阻(圖中未畫出);導軌置于勻強磁場中,磁場的磁感應強度大小為B,方向垂直于導軌所在平面。開始時,給導體棒一個平行于導軌的初速度v0。在棒的運動速度由v0減小至v1的過程中,通過控制負載電阻的阻 圖10
值使棒中的電流強度I保持恒定。導棒一直在磁場中運動。不計導軌電阻,求此過程中導體棒上感應電動勢的平均值和負載電阻上消耗的平均功率。
12.(2008年高考天津卷.理綜.24)磁懸浮列車是一種高速低耗的新型交通工具。它的驅(qū)動系統(tǒng)簡化為如下模型,固定在列車下端的動力繞組可視為一個矩形純電阻金屬框,電阻為R,金屬框置于xOy平面內(nèi),長邊MN長為l,
平行于y軸,寬為d的NP邊平行于x軸,如圖
存在垂直于金屬框平面的磁場,磁感應強
度B沿Ox方向按正弦規(guī)律分布,其空間周
期為λ,最大值為B0,如圖11b所示,金
屬框同一長邊上各處的磁感應強度相同,
整個磁場以速度v0沿Ox方向勻速平移。 圖11
設(shè)在短暫時間內(nèi),MN、PQ邊所在位置的磁感應強度隨時間的變化可以忽略,并忽略一切阻力。列車在驅(qū)動系統(tǒng)作用下沿Ox方向加速行駛,某時刻速度為v(v<v0)。
(1)簡要敘述列車運行中獲得驅(qū)動力的原理;
(2)為使列車獲得最大驅(qū)動力,寫出MN、PQ邊應處于磁場中的什么位置及λ與d之間應滿足的關(guān)系式:
(3)計算在滿足第(2)問的條件下列車速度為v時驅(qū)動力的大小。
三、名校試題
1.(江蘇省啟東中學2008―2009學年度第一學期月考卷.物理.7)繞有線圈的鐵芯直立在水平桌面上,鐵芯上套著一個鋁環(huán),線圈與電源、電鍵相連,如圖12所示.線圈上端與電源正極相連,閉合電鍵的瞬間,鋁環(huán)向上跳起.若保持電鍵閉合,則 ( )
A.鋁環(huán)不斷升高 B.鋁環(huán)停留在某一高度
C.鋁環(huán)跳起到某一高度后將回落
D.如果電源的正、負極對調(diào),觀察到的現(xiàn)象不變 圖12
2.(廣東惠州市2009屆高三第三次調(diào)研考試卷.物理.10)如圖13所示,矩形閉臺線圈放置在水平薄板上,有一塊蹄形磁鐵如圖所示置于平板的正下方(磁極間距略大于矩形線圈的寬度 )當磁鐵勻速向右通過線圈時,線圈仍靜止不動,那么線圈受到薄扳的摩擦力方向和線圈中產(chǎn)生感應電流的方向(從上向下看)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.感應電流的方向順時針→逆時針→逆時針→順時針
D.感應電流的方向順時針→逆時針
圖13
3.(山東省濟南一中2009屆高三上學期期中考試卷.理綜.19)如圖14所示,A為水平放置的橡膠圓盤,在其側(cè)面帶有負電荷─Q,在A正上方用絲線懸掛一個金屬圓環(huán)B(絲線未畫出),使B的環(huán)面在水平面上與圓盤平行,其軸線與橡膠盤A的軸線O1O2重合,F(xiàn)使橡膠盤A由靜止開始繞其軸線O1O2按圖中箭頭方向加速轉(zhuǎn)動,則( )
A.金屬圓環(huán)B有擴大半徑的趨勢,絲線受到拉力增大
B.金屬圓環(huán)B有縮小半徑的趨勢,絲線受到拉力減小
C.金屬圓環(huán)B有擴大半徑的趨勢,絲線受到拉力減小
D.金屬圓環(huán)B有縮小半徑的趨勢,絲線受到拉力增大
4.(山東省寧津一中2009屆高三測試卷.物理.7)如圖15所示,
一矩形線框豎直向上進入有水平邊界的勻強磁場,磁場方向垂直紙
面向里,線框在磁場中運動時只受重力和磁場力,線框平面始終與
磁場方向垂直。向上經(jīng)過圖中1、2、3位置時的速率按時間依次為v1、v2、v3,向下經(jīng)過圖中2、1位置時的速率按時間依次為v4、v5,下列說法中一定正確的是( )
A.v1>v2
B.v2=v
5.(廣東省華南師大附中2009屆高三綜合測試卷.物理.10)如圖16所示,兩光滑平行導軌水平放置在勻強磁場中,磁場垂直導軌所在平面,金屬棒可沿導軌自由滑動.導軌一端連接一個定值電阻R,導軌電阻可忽略不計.現(xiàn)將金屬棒沿導軌由
靜止向右拉.若保持拉力恒定,當速度為時,加速度為,最終
以速度做勻速運動;若保持拉力的功率恒定,當速度為時,
加速度為,最終也以速度做勻速運動,則( )
A. B. C. D. 圖16
6.(海南省民族中學2009屆高三階段考試卷.物理.9)如圖
17所示,平行導軌水平放置,勻強磁場的方向垂直于導軌平面,
兩金屬棒、和軌道組成閉合電路,用水平恒力F向右拉,
使、分別以和的速度向右勻速運動,若棒與軌道間
的滑動摩擦力為,則回路中感應電流的功率為( ) 圖17
A. B. C. D.
7.(江蘇淮安、連云港、宿遷、徐州四市2008年第三次調(diào)研卷.物理.15)如圖18所示,足夠長的光滑平行金屬導軌cd和ef,水平放置且相距L,在其左端各固定一個半徑為r的四分之三金屬光滑圓環(huán),兩圓環(huán)面平行且豎直。在水平導軌和圓環(huán)上各有一根與導軌垂直的金屬桿,兩金屬桿與水平導軌、金屬圓環(huán)形成閉合回路,兩金屬桿質(zhì)量均為m,電阻均為R,其余電阻不計。整個裝置放在磁感應強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中。當用水平向右的恒力F=mg拉細桿a,達到勻速運動時,桿b恰好靜止在圓環(huán)上某處,試求:
(1)桿a做勻速運動時,回路中的感應電流;
(2)桿a做勻速運動時的速度;
(3)桿b靜止的位置距圓環(huán)最低點的高度。
圖18
8.(南京市2008屆4月高三調(diào)研考卷.物理.14)如圖19所示,豎直放置的光滑平行金屬導軌MN、PQ相距L,在M點和P點間接一個阻值為R的電阻,在兩導軌間 OO1O1′O′ 矩形區(qū)域內(nèi)有垂直導軌平面向里、寬為d的勻強磁場,磁感應強度為B.一質(zhì)量為m,電阻為r的導體棒ab垂直擱在導軌上,與磁場上邊邊界相距d0.現(xiàn)使ab棒由靜止開始釋放,棒ab在離開磁場前已經(jīng)做勻速直線運動(棒ab與導軌始終保持良好的電接觸且下落過程中始終保持水平,導軌電阻不計).求:
(1)棒ab在離開磁場下邊界時的速度;
(2)棒ab在通過磁場區(qū)的過程中產(chǎn)生的焦耳熱;
(3)試分析討論ab棒在磁場中可能出現(xiàn)的運動情況。
圖19
9.(漸江東陽中學2009屆高三月考試題.理綜.23)如圖20甲所示的輪軸,它可以繞垂直于紙面的光滑固定水平軸O轉(zhuǎn)動.輪上繞有輕質(zhì)柔軟細線,線的一端系一重物,另一端系一質(zhì)量為的金屬桿.在豎直平面內(nèi)有間距為L的足夠長的平行金屬導軌PO、EF,在QF之間連接有阻值為R的電阻,其余電阻不計.磁感應強度為B的勻強磁場與導軌平面垂直.開始時金屬桿置于導軌下端,將重物由靜止釋放,重物最終能勻速下降.運動過程中金屬桿始終與導軌垂直且接觸良好,忽略所有摩擦。
(1)若重物的質(zhì)量為M,則重物勻速下降的速度為多大? 圖20
(2)對一定的磁感應強度B,重物的質(zhì)量M取不同的值,測出相應的重物做勻速運動時的速度,可得出實驗圖線.圖20乙中畫出了磁感應強度分別為和時的兩條實驗圖線,試根據(jù)實驗結(jié)果計算與的比值。
10.(江蘇南通四縣市2008屆高三聯(lián)考卷.物理.19)如圖21所示,兩足夠長平行光滑的金屬導軌MN、PQ相距為L,導軌平面與水平面夾角α=30°,導軌電阻不計.磁感應強度為B的勻強磁場垂直導軌平面向上,長為L的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導軌上,且始終與導軌電接觸良好,金屬棒的質(zhì)量為m、電阻為R.兩金屬導軌的上端連接右端電路,燈泡的電阻RL=4R,定值電阻R1=2R,電阻箱電阻調(diào)到使R2=12R,重力加速度為g,現(xiàn)將金屬棒由靜止釋放,試求:
(1)金屬棒下滑的最大速度為多大?
(2)R2為何值時,其消耗的功率最大?消耗的最大功率為多少?
圖21
11.(2009屆廣東省新洲中學高三摸底考試試卷.物理.18)如圖22甲所示,水平面上的兩光滑金屬導軌平行固定放置,間距d=
(1)通過小燈泡的電流.
(2)金屬棒PQ在磁場區(qū)域中運動的速度大小.
圖22
12.(廣東惠州市2009屆高三第三次調(diào)研考試卷.物理.17)兩根相距為L的足夠長的金屬直角導軌如圖23所示放置,它們各有一邊在同一水平面內(nèi),另一邊直于水平面。質(zhì)量均為m的金屬細桿ab、cd與導軌垂直接觸形成閉合回路,
桿與水平和豎直導軌之間有相同的動摩擦因數(shù)m,導
軌電阻不計,回路總電阻為2R。整個裝置處于磁感
應強度大小為B,方向豎直向上的勻強磁場中。當
ab桿在平行于水平導軌的拉力作用下沿導軌勻速
運動時,cd桿也正好以某一速度向下做勻速運動。
設(shè)運動過程中金屬細桿ab、cd與導軌接觸良好, 圖23
重力加速度為g。求:
(1)ab桿勻速運動的速度v1;
(2)ab桿所受拉力F;
(3)若測得cd桿勻速運動的速度為v2,則在cd桿向下運動路程為h過程中,整個回路
中產(chǎn)生的焦耳熱為多少?
13.(山東省師大附中2009屆高三月考卷.物理.19)如圖24所示,abcd為質(zhì)量M=
(1)導軌運動的最大加速度;
(2)導軌的最大速度;
(3)定性畫出回路中感應電流隨時間變化的圖線。 圖24
14.(山東省青島市2009屆高三上學期期中練習.物理.24.)光滑的平行金屬導軌長L=
(1)指出金屬棒ab中感應電流的方向。
(2)棒在下滑的過程中達到的最大速度是多少?
(3)當棒的速度為v=
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