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2020年高考试卷分类汇编之8---电磁感应
1.2020年上海学业考试7.如图,接有直流电源E的光滑金属导轨水平放置,电阻不可忽略的导体棒ab静置于导轨上。电键S闭合后,导体棒将( )
(A)向左移动 (B)向右移动
(C)上下弹跳 (D)不动
答案:B
解析:电键S闭合后,ab中有自下而上的电流流过,电流产生磁场,使闭合回路中的磁通量有增大的趋势,由楞次定律,感应电流的磁场要阻碍原磁场的变化,故导体棒ab将向右运动。B正确。
2.2020年上海学业考试19.(15分)如图,足够长的光滑导轨间距L=0.5m、电阻不计,左端接有一电动势E=3V的电源,系统处于竖直向下的匀强磁场中。闭合电键S后,质量m=0.1kg、长度等于导轨间距的金属棒ab由静止开始运动,回路电流逐渐减小,稳定后棒的感应电动势等于E,回路电流为零。从电键闭合到棒达到稳定运动的过程中电源提供的能量ES=10J,电源、金属棒产生的焦耳热分别为Q1=0.5J,Q2=4.5J。
(1)求电源内阻r与金属棒电阻R的比值;
(2)求棒稳定运动时的速度v和磁感应强度B;
(3)分析说明电键闭合后棒的运动情况及能量转化关系。
答案:(1)1/9 (2)10m/s 0.6T (3)见解析
解析:(1),,所以,
(2), ,
由E=BLv, 解得磁感应强度,
(3)电键闭合后棒中有电流,受到安培力作用而向右运动,此时棒中产生b指向a的感应电动势,回路电流减小,棒所受安培力减小,所以棒的加速度减小,棒做的是加速度逐渐减小的加速运动,最后达到匀速。电源提供的能量一部分在电路中转化为内能,另一部分转化为棒的动能。
3.2020年北京学业考试18.(9分)
如图甲所示,N=200匝的线圈(图中只画了2匝),电阻r=2Ω,其两端与一个R=48Ω的电阻相连,线圈内有指向纸内方向的磁场。线圈中的磁通量按图乙所示规律变化。
(1)判断通过电阻R的电流方向;
(2)求线圈产生的感应电动势E;
(3)求电阻R两端的电压U。
答案∶(1)a→R→b(2)10V (3)9.6V
解析∶(1)根据图像可知,线圈中垂直于纸面向里的磁场增大,为了阻碍线圈中磁通量的增大,根据楞次定律可知线圈中感应电流产生的磁场垂直于纸面向外,根据安培定则可知线圈中的感应电流为逆时针方向,所通过电阻的电流方向为a→R→b。
(2)根据法拉第电磁感应定律
(3)电阻两端的电压为路端电压,根据分压规律可知
4.2020年浙江卷12.如图所示,固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。长为l的金属棒,一端与圆环接触良好,另一端固定在竖直导电转轴OO' 上,随轴以角速度匀速转动。在圆环的A点和电刷间接有阻值为R的电阻和电容为C、板间距为d的平行板电容器,有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为g,不计其它电阻和摩擦,下列说法正确的是( )
A.棒产生的电动势为
B.微粒的电荷量与质量之比为
C.电阻消耗的电功率为
D.电容器所带的电荷量为
答案:B
解析:A.如图所示,金属棒绕OO' 轴切割磁感线转动,棒产生的电动势
, A错误;
B.电容器两极板间电压等于电源电动势E,带电微粒在两极板间处于静止状态,则
, 即, B正确;
C.电阻消耗的功率 ,C错误;
D.电容器所带的电荷量,D错误。
故选B。
5.2020年浙江卷21.(10分)如图1所示,在绝缘光滑水平桌面上,以O为原点、水平向右为正方向建立x轴,在区域内存在方向竖直向上的匀强磁场。桌面上有一边长、电阻的正方形线框,当平行于磁场边界的边进入磁场时,在沿x方向的外力F作用下以的速度做匀速运动,直到边进入磁场时撤去外力。若以边进入磁场时作为计时起点,在内磁感应强度B的大小与时间t的关系如图2所示,在内线框始终做匀速运动。
(1)求外力F的大小;
(2)在内存在连续变化的磁场,求磁感应强度B的大小与时间t的关系;
(3)求在内流过导线横截面的电荷量q。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】 (1)由图2可知,则回路电流,
安培力, 所以外力
(2)匀速出磁场,电流为0,磁通量不变,
时,,磁通量,
则t时刻,磁通量
解得
(3)电荷量
电荷量
总电荷量
6.2020年天津学业考试10.(14分)如图所示,垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t均匀变化。正方形硬质金属框abcd放置在磁场中,金属框平面与磁场方向垂直,电阻R=0.1Ω,边长l=0.2m。求
(1)在到时间内,金属框中的感应电动势E;
(2)t=0.05s时,金属框ab边受到的安培力F的大小和方向;
(3)在t=0到t=0.1s时间内,金属框中电流的电功率P。
解:(1)在t=0到t=0.1s的时间△t内,磁感应强度的变化量△B=0.2T,设穿过金属框的磁通量变化量为△Φ,有 ①
由于磁场均匀变化,金属框中产生的电动势是恒定的,有 ②
联立①②式,代入数据,解得 ③
(2)设金属框中的电流为I,由闭合电路欧姆定律,有 ④
由图可知,t=0.05s时,磁感应强度为B1=0.1T,金属框ab边受到的安培力 ⑤
联立①②④⑤式,代入数据,解得 F=0.016N ⑥
方向垂直于ab向左。 ⑦
(3)在t=0到t=0.1s时间内,金属框中电流的电功率 ⑧
联立①②④⑧式,代入数据,解得P=0.064W ⑨
7.2020年山东学业考试12.如图所示,平面直角坐标系的第一和第二象限分别存在磁感应强度大小相等、方向相反且垂直于坐标平面的匀强磁场,图中虚线方格为等大正方形。一位于Oxy平面内的刚性导体框abcde在外力作用下以恒定速度沿y轴正方向运动(不发生转动)。从图示位置开始计时,4s末bc边刚好进入磁场。在此过程中,导体框内感应电流的大小为I, ab边所受安培力的大小为Fab,二者与时间t的关系图像,可能正确的是( )
【答案】BC
【解析】AB.因为4s末bc边刚好进入磁场,可知线框的速度每秒运动一个方格,故在0~1s内只有ae边切割磁场,设方格边长为L,根据, , 可知电流恒定;
2s末时线框在第二象限长度最长,此时有
可知
2~4s线框有一部分进入第一象限,电流减小,在4s末同理可得,
综上分析可知A错误,B正确;
CD.根据,可知在0~1s内ab边所受的安培力线性增加;1s末安培力为
在2s末可得安培力为
所以有;由图像可知C正确,D错误。
故选BC。
8.2020年理综新课标Ⅰ卷8.如图,U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上,ab和dc边平行,和bc边垂直。ab、dc足够长,整个金属框电阻可忽略。一根具有一定电阻的导体棒MN置于金属框上,用水平恒力F向右拉动金属框,运动过程中,装置始终处于竖直向下的匀强磁场中,MN与金属框保持良好接触,且与bc边保持平行。经过一段时间后( )
A. 金属框的速度大小趋于恒定值
B. 金属框的加速度大小趋于恒定值
C. 导体棒所受安培力的大小趋于恒定值
D. 导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值
【答案】BC
【解析】由bc边切割磁感线产生电动势,形成电流,使得导体棒MN受到向右的安培力,做加速运动,bc边受到向左的安培力,向右做加速运动。当MN运动时,金属框的bc边和导体棒MN一起切割磁感线,设导体棒MN和金属框的速度分别为、,
则电路中的电动势
电流中的电流
金属框和导体棒MN受到的安培力
,与运动方向相反
,与运动方向相同
设导体棒MN和金属框的质量分别为、,
则对导体棒MN
对金属框
初始速度均为零,则a1从零开始逐渐增加,a2从开始逐渐减小。当a1=a2时,相对速度
大小恒定。整个运动过程用速度时间图象描述如下。
综上可得,金属框的加速度趋于恒定值,安培力也趋于恒定值,BC选项正确;
金属框的速度会一直增大,导体棒到金属框bc边的距离也会一直增大,AD选项错误。
故选BC。
9.2020年理综新课标Ⅲ卷14.(6分)如图,水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈,右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态,电路接通的瞬间,可观察到( )
A.拨至M端或N端,圆环都向左运动
B.拨至M端或N端,圆环都向右运动
C.拨至M端时圆环向左运动,拨至N端时向右运动
D.拨至M端时圆环向右运动,拨至N端时向左运动
答案:B
解析:当开关S由断开状态拨至连接状态时,不论拨至M端或N端,均会导致通电螺线管的电流增大,根据右手螺旋定则可知,穿过通电螺线管的磁场在增强,那么导致圆环的磁通量变大,从而由楞次定律可知圆环中产生感应电流,且又处于磁场中,则受到的安培力作用,使它远离通电螺线管,即向右移动,故B正确,ACD错误;
故选:B。
10.2020年理综新课标Ⅲ卷24.(12分)如图,一边长为l0的正方形金属框abcd固定在水平面内,空间存在方向垂直于水平面、
磁感应强度大小为B的匀强磁场。一长度大于的均匀导体棒以速率v自左向右在金属框上匀速滑过,滑动过程中导体棒始终与ac垂直且中点位于ac上,导体棒与金属框接触良好。已知导体棒单位长度的电阻为r,金属框电阻可忽略。将导体棒与a点之间的距离记为x,求导体棒所受安培力的大小随x (0≤x≤)变化的关系式。
解:当导体棒与金属框接触的两点间棒的长度为l时,由法拉第电磁感应定律知,导体棒上感应电动势的大小为 ①
由欧姆定律,流过导体棒的感应电流为 ②
式中,R为这一段导体棒的电阻。按题意有 ③
此时导体棒所受安培力大小为 ④
由题设和几何关系有
⑤
联立①②③④⑤式得
⑥
11.2020年物理江苏卷3.如图所示,两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是( )
A 同时增大B1减小B2
B. 同时减小B1增大B2
C. 同时以相同的变化率增大B1和B2
D. 同时以相同的变化率减小B1和B2
【答案】B
【解析】AB.产生顺时针方向的感应电流则感应磁场的方向垂直纸面向里。由楞次定律可知,圆环中的净磁通量变化为向里磁通量减少或者向外的磁通量增多,A错误,B正确。
CD.同时以相同的变化率增大B1和B2,或同时以相同的变化率较小B1和B2,两个磁场的磁通量总保持大小相同,所以总磁通量为0,不会产生感应电流,CD 错误。
故选B。
12.2020年物理江苏卷21.如图所示,电阻为0.1Ω的正方形单匝线圈abcd的边长为0.2m,bc边与匀强磁场边缘重合。磁场的宽度等于线圈的边长,磁感应强度大小为0.5T。在水平拉力作用下,线圈以8m/s的速度向右穿过磁场区域。求线圈在上述过程中:
(1)感应电动势的大小E;
(2)所受拉力的大小F;
(3)感应电流产生的热量Q。
【答案】(1)0.8V;(2)0.8N;(3)0.32J
【解析】 (1)由题意可知当线框切割磁感线是产生的电动势为
(2)因为线框匀速运动故所受拉力等于安培力,有
根据闭合电路欧姆定律有
结合(1)联立各式代入数据可得F=0.8N;
(3)线框穿过磁场所用的时间为
故线框穿越过程产生的热量为
13.2020年理综新课标Ⅱ卷14.(6分)管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示,圆管通过一个接有高频交流电源的线圈,线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流,电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为( )
A.库仑 B.霍尔 C.洛伦兹 D.法拉第
答案:D
解析:根据题意,焊接过程所利用的是变化的磁场在线圈中产生变化的电流,再利用电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接,属于电磁感应现象,是由法拉第发现的,故ABC错误,D正确;
故选:D。
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