2022届高考物理一轮复习课时作业三十五电磁感应中的图象和电路问题含解析新人教版

word 文档 - 1 - / 12 电磁感应中的图象和电路问题 [双基巩固练] 1．[2020·某某某某调研]如图所示，长为 L 的金属导线弯成一圆环，导线的两端接在电容 为 C 的平行板电容器上，P、Q 为电容器的两个极板，磁场方向垂直于环面向里，磁感应强度 以 B＝B0＋Kt(K>0)随时间变化．t＝0 时，P、Q 两极板电势相等，两极板间的距离远小于环 的半径．经时间 t，电容器的 P 极板( ) A．不带电 B．所带电荷量与 t 成正比 C．带正电，电荷量是 KL2C 4π D．带负电，电荷量是 KL2C 4π 2．(多选)一个闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中，设磁场方向向里为磁感应强度 B 的正方向，线圈中的电流 I 的正方向为顺时针．线圈及线圈中感应电流 I 随时间变化的图线如 图所示，则磁感应强度 B 随时间变化的图线可能是图中的( ) word 文档 - 2 - / 12 3．[2020·某某创新发展联盟联考]如图所示，线圈 ABCD 固定在匀强磁场中，磁场方向 垂直纸面向外．当磁场变化时，发现线圈 AB 边受安培力方向水平向右且恒定不变，则磁场的 变化情况可能是图中的( ) 4．[2020·某某某某 5 月模拟](多选)如图甲所示，两条平行实线间存在垂直于纸面向里的 匀强磁场，磁感应强度 B＝1T．一总电阻 r＝0.2Ω的圆形线圈从恰好与左侧实线接触的位置开 始向右做匀速直线运动．圆形线圈产生的感应电动势随时间变化的图线如图乙所示．下列说 法正确的是( ) A．图形线圈的半径 R＝1m B．圆形线圈运动速度的大小 v＝20m/s C．两实线之间的水平距离 L＝6m word 文档 - 3 - / 12 D．0.05s 时刻，圆形线圈所受的安培力大小为 400N 5．[2020·某某三模]如图所示，竖直直线 MN 的右侧有 X 围足够大的匀强磁场，磁场方 向垂直于纸面向里．正方形线框 abcd 的边长为 L，从 t＝0 时刻起线框在外力作用下从图示 位置由静止水平向右匀加速运动．线框单位长度的电阻均相同，在运动过程中，线框 c、d 两 点间的电势差 Ucd 随时间变化的特点与下列图象一致的是( ) 6．如图甲所示，正三角形导线框位于圆形有界匀强磁场中，磁场方向与导线框所在平面 垂直，规定磁场垂直纸面向里为正方向，磁感应强度 B 随时间变化的规律如图乙所示．下面 说法正确的是( ) A．0～1s 时间内和 5～6s 时间内，导线框中的电流方向相同 word 文档 - 4 - / 12 B．0～1s 时间内和 1～3s 时间内，导线框中的电流大小相等 C．3～5s 时间内，AB 边受到的安培力沿纸面且垂直 AB 边向上 D．1～3s 时间内，AB 边受到的安培力大小不变 7．[2020·某某某某一中月考](多选)如图所示为固定在绝缘斜面上足够长的平行导轨，上 端连接有电阻 R，匀强磁场垂直穿过导轨平面，方向向上．一金属棒垂直于导轨放置，以初速 度 v0 沿导轨下滑．棒始终与导轨垂直且接触良好，导轨电阻、金属棒电阻以及一切摩擦均不 计．若 t 时刻，棒下滑的速度大小为 v，电阻 R 消耗的热功率为 P，则下列图象可能正确的是 ( ) [综合提升练] 8．[2021·某某某某开学考试](多选)如图所示，方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同 一水平面内的足够长的光滑平行金属导轨，导体棒 cd 固定在导轨上，导体棒 ab 静止在导轨 上．t＝0 时，棒 ab 以初速度 v0 向右运动，同时受到水平向右的恒力的作用．运动过程中， word 文档 - 5 - / 12 棒 ab 始终与导轨垂直并接触良好，速度用 v 表示，回路中的电流用 I 表示．导轨电阻不计， 下列图象中可能正确的是( ) 9．(多选)如图所示，两光滑圆形导轨固定在水平面内，圆心均为 O 点，半径分别为 r1＝ 0.2m，r2＝0.1m，两导轨通过导线与阻值 R＝2Ω的电阻相连，一长为 r1 的导体棒与两圆形导 轨接触良好，导体棒一端固定在 O 点且以角速度ω＝100rad/s 顺时针匀速转动，两圆形导轨 所在区域存在方向竖直向下、磁感应强度大小 B＝2T 的匀强磁场，不计导轨及导体棒的电阻， 下列说法正确的是( ) A．通过电阻的电流方向为 b 到 a C．导体棒转动时产生的感应电动势为 4V D．当 r2 减小而其他条件不变时，电阻中产生的焦耳热减小 10．某试验列车按照设定的直线运动模式，利用计算机控制制动装置，实现安全准确地 word 文档 - 6 - / 12 进站停车．制动装置包括电气制动和机械制动两部分．图 1 所示为该列车在进站停车过程中 设定的加速度大小 a 车随速度 v 的变化曲线． (1)求列车速度从 20m/s 降至 3m/s 经过的时间 t 及行进的距离 x. (2)有关列车电气制动，可以借助图 2 模型来理解．图中水平平行金属导轨处于竖直方向 的匀强磁场中，回路中的电阻阻值为 R，不计金属棒 MN 及导轨的电阻．MN 沿导轨向右运 动的过程，对应列车的电气制动过程，可假设 MN 棒运动的速度与列车的速度、棒的加速度 与列车电气制动产生的加速度成正比．列车开始制动时，其速度和电气制动产生的加速度大 小对应图 1 中的 P 点．论证电气制动产生的加速度大小随列车速度变化的关系，并在图 1 中 画出图线． (3)制动过程中，除机械制动和电气制动外，列车还会受到随车速减小而减小的空气阻 力．分析说明列车从 100m/s 减到 3m/s 的过程中，在哪个速度附近所需机械制动最强？ word 文档 - 7 - / 12 课时作业(三十五) 1．解析：由于 K>0，磁感应强度均匀增大，所以感应电流的磁场与原磁场方向相反，由 右手螺旋定则，感应电流方向逆时针，在电源内部电流从负极流向正极，所以 P 极板为电源 负极，带负电，由 U＝ ΔBS Δt ＝K·π L 2π 2＝ KL2 4π ，q＝CU＝ KL2C 4π ，故选项 D 正确． 答案：D 2．解析：用排除法，根据楞次定律判断：A 图 T/4 内，磁场向外增加，感应电流的方向 是顺时针，为正，A 项错误．B 图 T/2 内，感应电流的方向一直是逆时针，为负，B 项错误．同 理判断：C、D 两图正确． word 文档 - 8 - / 12 答案：CD 3．解析：本题考查电磁感应现象中的 Bt 图象问题．由题意可知，线圈 AB 边受安培力 的方向水平向右，根据左手定则可知，感应电流的方向由 B 到 A，由楞次定律和右手定则可 知，当垂直纸面向外的磁场在增加时，会产生由 B 到 A 的感应电流，由法拉第电磁感应定律 结合闭合电路欧姆定律可得，I＝ ΔBS ΔtR ，则线圈 AB 边所受安培力的表达式 F＝B ΔB ΔtR SL，由于 安培力的大小不变，因此 B ΔB Δt 是定值，因磁感应强度 B 增大，则 ΔB Δt 应减小，即 Bt 图线的切 线的斜率逐渐减小，D 正确． 答案：D 4．解析：当线圈直径与边界重合时，电动势最大，且为 Em＝B·2Rv＝40 V，根据图乙知， 线圈从开始运动到全进入磁场所用的时间 t＝0.1 s，结合 2R＝vt，解得 v＝20 m/s，R＝1 m， A、B 正确；线圈从全进入到刚要出磁场共用时 t′＝0.1 s，L＝2R＋vt′＝2×1 m＋20×0.1 m ＝4 m，C 错误；0.05 s 时刻，电动势为 E＝40 V，线圈有效切割长度为 2R，此时感应电流 I ＝ E r ＝200 A，则安培力的大小 F＝BI·2R＝400 N，D 正确 . 答案：ABD 5．解析：线框进入磁场的过程中，根据楞次定律分析可知，感应电流的方向为逆时针， d 点电势高于 c 点电势，Ucd B2l2v0 R 时，由牛顿第二定律可知，F－ B2l2v R ＝ma，棒先做加速度减小的加速运动，后做匀 速运动，A、B 正确．当水平恒力 F> B2l2v0 R 时，棒先做加速度减小的加速运动，后做匀速运动， 由公式 I＝ Blv R 知，I 先增大(增大得越来越慢)后不变，当水平恒力 F< B2l2v0 R 时，棒先做加速度 减小的减速运动，后做匀速运动，由公式 I＝ Blv R 知，I 先减小(减小得越来越慢)后不变，C 正 确，D 错误． 答案：ABC 9．解析：由右手定则可知，通过电阻的电流方向为 a 到 b，选项 A 错误；导轨间导体棒 在Δt 时间内扫过的面积ΔS＝(πr2 1－πr2 2)· ωΔt 2π ＝(r2 1－r2 2) ωΔt 2 ，由法拉第电磁感应定律可知，导 轨间导体棒切割磁感线产生的感应电动势 E＝ ΔΦ Δt ＝ BΔS Δt ＝ 1 2 B(r2 1－r2 2)ω＝ 1 2 22)×100 V＝3 V， 通过电阻 R 的电流 I＝ E R ＝ 3 2 A＝1.5 A，一个周期内通过电阻 R 的电荷量 Q＝IT＝1.5 A× 2π ω ＝ 0.03π C，选项 B 正确；导体棒转动时产生的感应电动势 E′＝Br1 v′ ＝Br1 0＋ωr1 2 ＝4 V，选 项 C 正确；当 r2 减小而其他条件不变时，导轨间导体棒切割磁感线产生的感应电动势 E″＝BL v－ ＝B(r1－r2) ωr1－r2 2 变大，通过电阻的电流增大，电阻中产生的焦耳热增大，选项 D 错误． 答案：BC 10．解析：(1)由图 1 可知，列车速度从 20 m/s 降至 3 m/s 的过程加速度为 0.7 m/s2 的匀减速直线运动，由加速度的定义式 a＝ Δv Δt word 文档 - 11 - / 12 得 t＝ Δv a ＝ 20－3 0.7 s＝ 170 7 s≈24.3 s 由速度—位移公式 v2－v2 0＝－2ax 得 x＝ v2－v2 0 －2a ＝ 32－202 －2×0.7 m＝279.3 m (2)由 MN 沿导轨向右运动切割磁感线产生感应电动势 E＝BLv 回路中感应电流 I＝ E R MN 受到的安培力 F＝BIl 加速度为 a＝ F m 结合上面几式得 a＝ B2l2v mR 所以棒的加速度与棒的速度为正比例函数．又因为列车的电气制动过程，可假设 MN 棒 运动的速度与列车的速度、棒的加速度与列车电气制动产生的加速度成正比，所以列车电气 制动产生的加速度与列车的速度成正比，为过 P 点的正比例函数．画出的图线如下图所示． (3)由(2)可知，列车速度越小，电气制动的加速度越小． 由题设可知列车还会受到随车速减小而减小的空气阻力．所以电气制动和空气阻力产生 的加速度都随速度的减小而减小．由图 1 中，列车速度从 20 m/s 降至 3 m/s 的过程中加速 度大小 a 车随速度 v 减小而增大，所以列车速度从 20 m/s 降至 3 m/s 的过程中所需的机械制 word 文档 - 12 - / 12 动逐渐变强，所以列车速度为 3 m/s 附近所需机械制动最强． 答案：(1)24.3 s,279.3 m (2)列车电气制动产生的加速度与列车的速度成正比，为过 P 点的正比例函数，论证过程 见解析．画出的图线如下图所示： (3)见解析