2016年高考物理复习一轮用书【新课标·基础巩固练】专题8 电磁感应中的电路和图像

专题(八)[专题8电磁感应中的电路和图像]基础巩固图Z8­11．如图Z8­1所示，竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路，导线所围区域内有一垂直于纸面向里的匀强磁场，螺线管下方水平桌面上有一导体圆环．为使圆环受到向上的力的作用，导线abcd中的磁感应强度B随时间t的变化是图Z8­2中的()图Z8­2图Z8­32．如图Z8­3所示，在x≤0的区域内存在匀强磁场，磁场的方向垂直于xOy平面(纸面)向里．具有一定电阻的矩形线框abcd位于xOy平面内，线框的ab边与y轴重合．令线框从t＝0时刻起由静止开始沿x轴正方向做匀加速运动，则线框中的感应电流I(取逆时针方向为电流正方向)随时间t的变化图像(I-t图像)可能是图Z8­4中的()图Z8­4图Z8­53．2014·焦作一模如图Z8­5所示，两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置，间距为l＝1 m，cd间、de间、cf间分别接着阻值R＝10 Ω的电阻．一阻值R＝10 Ω的导体棒ab 以速度v＝4 m/s匀速向左运动，导体棒与导轨接触良好；导轨所在平面存在磁感应强度大小B＝0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场．下列说法中正确的是()A．导体棒ab中电流的方向为由b到aB．cd两端的电压为1 VC．de两端的电压为1 VD．fe两端的电压为1 V4．如图Z8-6甲所示，光滑的平行导轨MN、PQ固定在水平面上，导轨表面上放着光滑导体棒ab 、cd ，两棒之间用绝缘细杆连接，两导体棒平行且与导轨垂直．现加一垂直于导轨平面的匀强磁场，设磁场方向向下为正，磁感应强度B 随时间t 的变化规律如图乙所示，t 1＝2t 0，不计ab 、cd 间电流的相互作用，不计导轨的电阻，每根导体棒的电阻为R ，导轨间距和绝缘细杆的长均为L.下列说法错误的是( )图Z 8­6A ．t ＝ t 0时轻杆既不被拉伸也不被压缩B ．在0～t 1时间内，绝缘细杆先被拉伸后被压缩C ．在0～t 1时间内，abcd 回路中的电流方向是先顺时针后逆时针D ．若在0～t 1时间内流过导体棒的电荷量为q ，则t 1时刻的磁感应强度大小为qR L 2 技能强化5．2014·湖南四校联考如图Z 8­7甲所示，在竖直平面内有四条间距相等的水平虚线L 1、L 2、L 3、L 4，在L 1与L 2、L 3与L 4之间均存在着匀强磁场，磁感应强度B 的大小为1 T ，方向垂直于竖直平面向里．现有一矩形线圈abcd ，宽度cd ＝L ＝0.5 m ，质量为0.1 kg ，电阻为2 Ω，将其从图示位置(cd 边与L 1重合)由静止释放，其速度随时间变化的图像如图乙所示，t 1时刻cd 边与L 2重合，t 2时刻ab 边与L 3重合，t 3时刻ab 边与L 4重合，t 2、t 3之间的图线为与t 轴平行的直线，t 1、t 2之间和t 3之后的图线均为倾斜的直线，已知t 1、t 2的时间间隔为0.6 s ，整个运动过程中线圈始终位于竖直平面内．(重力加速度g 取10 m /s 2)则( )图Z 8­7A ．在0～t 1时间内，通过线圈的电荷量为2.5 CB ．线圈匀速运动的速度为8 m /sC ．线圈的长度ad ＝1 mD ．0～t 3时间内，线圈产生的热量为4.2 J6．2014·吉林九校联考如图Z 8­8所示，磁场垂直于纸面向外，磁场的磁感应强度随x 按B ＝B 0＋kx(x ＞0，B 0、k 为常量)的规律均匀增大．位于纸面内的正方形导线框abcd 处于磁场中，在外力作用下始终保持dc 边与x 轴平行向右匀速运动．若规定电流沿a →b →c →d →a 的方向为正方向，则从t ＝0到t ＝t 1的时间间隔内，图Z 8­9中关于该导线框中产生的电流i 随时间t 变化的图像正确的是( )图Z 8­8图Z8­97．如图Z8­10甲所示，固定在水平桌面上的光滑金属框架cdeg处于竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab与金属框架接触良好．在两根导轨的端点d、e之间连接一电阻，其他部分电阻不计．现用一水平向右的外力F作用在金属杆ab上，使金属杆由静止开始向右在框架上滑动，运动中杆ab始终垂直于框架．图乙为一段时间内金属杆受到的安培力f随时间t 的变化关系图像，则图Z9­11中可以表示外力F随时间t变化关系的图像是()甲乙图Z8­10图Z8­11图Z8­128．如图Z8­12甲所示，矩形线框abcd固定放在匀强磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示．设t＝0时刻，磁感应强度的方向垂直于纸面向里，则在0～4 s时间内，图Z8­13中能正确表示线框ab边所受的安培力F随时间t变化的图像是(规定ab边所受的安培力方向向左为正)()图Z8­139．如图Z8­14所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计，导轨与左侧电路用导线相连，匀强磁场与导轨平面垂直．阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好．t＝0时，将开关S由1掷到2.q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度．图Z8­15正确的是()图Z8­14图Z8­15挑战自我10．如图Z8­16所示，长为l的光滑平行导轨置于水平桌面上，水平桌面上有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B，导轨左边接一电阻R(体积可忽略)，右端接一电容为C的电容器，其余电阻不计，导轨间距为l，一长度大于l、电阻忽略不计的导体棒跨接在导轨上且与导轨接触良好，导体棒中部接有一理想二极管(导通时电阻为0，截止时电阻无穷大)，现用垂直于导体棒的水平外力作用于导体棒，使其从贴近电阻R处以速度v匀速运动到导轨中点处停止．(1)分析此过程中外力变化特点．(2)此过程中通过R的电荷量是多少？图Z8­16专题(八)1．A [解析] 题设要求圆环受到向上的力的作用，则螺线管和圆环相互吸引，由楞次定律知感应电流的磁场方向与螺线管磁场方向相同，通过圆环的磁通量减少．根据法拉第电磁感应定律，若导线abcd 中的磁感应强度B 随时间t 线性变化，螺线管中产生恒定电流，圆环中就无磁通量的变化，圆环中不会产生感应电流，螺线管和圆环之间就无相互作用力，选项C 、D 错误．再讨论导线abcd 中的磁感应强度B 随时间t 非线性变化，当导线abcd 中的磁感应强度B 随时间t 增大得越来越慢时，螺线管回路产生的感应电流就减小，通过圆环的磁通量减少，选项A 正确．同理，选项B 错误．2．D [解析] 线框匀加速向右运动时，cd 边切割磁感线，由右手定则知电流方向为顺时针；感应电流I ＝E R ＝Blv R ＝Blat R，D 正确． 3．BD [解析] 由右手定则可知ab 中电流方向为由a 到b ，A 错误．导体棒ab 切割磁感线产生的感应电动势E ＝Blv ，ab 相当于电源，cd 间电阻R 为外电路负载，de 和cf 间电阻中无电流，de 间无电压，因此cd 两端和fe 两端电压相等，即U ＝E 2R ×R ＝Blv 2＝1 V ，B 、D 正确，C 错误．4．C [解析] 由图乙知，在t 0时刻磁感应强度为零，由F 安＝BIL 可知导体棒所受的安培力为零，则轻杆既不被拉伸也不被压缩，选项A 正确；在0～t 0时间内，磁感应强度减小，磁通量减少，由楞次定律可知abcd 回路产生顺时针方向的感应电流，回路面积有扩张的趋势，可知绝缘细杆被拉伸，在t 0～t 1时间内，磁感应强度增大，回路磁通量增加，回路产生顺时针方向的电流，回路有收缩的趋势，可知绝缘细杆被压缩，选项B 正确，选项C 错误；在0～t 1时间内，回路磁通量的变化量为ΔΦ＝2BL 2，流过导体棒的电荷量q ＝ΔΦ2R ＝2BL 22R ，解得B ＝qR L 2，选项D 正确． 5．B [解析] t 2～t 3时间内，线圈做匀速直线运动，而E ＝BLv 2，F ＝BEL R ，F ＝mg ，解得v 2＝mgR B 2L 2＝8 m /s ，选项B 正确；线圈从cd 边与L 2重合到ab 边与L 3重合的过程中一直做匀加速运动，则ab 边刚进入磁场时，cd 边也刚进入磁场，设磁场宽度为d ，则3d ＝v 2t －12gt 2，解得d ＝1 m ，则ad 边的长度为2 m ，选项C 错误；在0～t 3时间内，由能量守恒定律，有Q＝5mgd －12mv 22＝1.8 J ，选项D 错误；在0～t 1时间内，通过线圈的电荷量q ＝ΔΦR ＝BLd R＝0.25 C ，选项A 错误．6．A [解析] 线框abcd 向右匀速运动，穿过线框的磁通量均匀增加，由法拉第电磁感应定律知线框中产生恒定电流，由楞次定律知产生顺时针方向的电流，选项A 正确．7．B [解析] 由感应电动势E ＝Blv ，电流I ＝E R ，得到安培力f ＝BIl ＝B 2l 2v R，由图可知f ∝t ，则v ∝t ，说明金属杆ab 做匀加速运动，那么v ＝at ，根据牛顿第二定律，有F －f ＝ma ，得到F ＝f ＋ma ＝B 2l 2at R＋ma ，选项B 正确． 8．A [解析] 由楞次定律可知，在0～2 s 时间内，矩形线框abcd 产生的感应电流方向为顺时针方向，由法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电动势恒定，感应电流恒定，由安培力公式可知，安培力随时间变化情况类似于B 随时间变化情况；在2～4 s 时间内，矩形线框abcd 产生的感应电流方向为逆时针方向，由法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电动势恒定，感应电流恒定，由安培力公式可知，安培力随时间变化情况类似于B 在0～2 s 时间内随时间的变化情况．正确选项为A .9．D [解析] t ＝0时，将开关S 由1掷到2，电容器通过导轨、导体棒构成的回路放电，导体棒中有电流通过，导体棒受到安培力作用，导体棒产生加速度，导体棒做加速运动；导体棒速度逐渐增大，导体棒切割磁感线产生与放电电流方向相反的感应电动势．由于放电电流逐渐减小，导体棒的加速度逐渐减小，导体棒做加速度逐渐减小的加速运动．当导体棒切割磁感线产生的感应电动势与电容器两极板之间电压相等时，电容器放电电流减小到零，导体棒做匀速运动，选项B 、C 错误；综合上述可知，足够长时间后，电容器所带的电荷量不为零，选项A 错误，选项D 正确．10．(1)外力逐渐减小到某一值后保持不变 (2)Bl 22R＋CBlv [解析] (1)导体棒在切割磁感线运动时，棒中感应电动势的方向自下而上，故二极管处于导通状态；导体棒相当于电源，同时向电阻R 和电容器C 供电，电容器充电过程中电压逐渐升高，电流逐渐减小，当电压升高到与导体棒两端电压相等时，导体棒仅向R 供电，故其电流保持不变，所以通过导体棒的总电流逐渐减小到某一值后保持不变．由平衡条件可得此过程中导体棒所受外力与安培力始终相等，即F ＝F 安＝BIl ，故外力也是逐渐减小到某一值后保持不变．(2)根据法拉第电磁感应定律可得E ＝ΔΦΔtq ＝I Δt ＝E RΔt 则导体棒在切割磁感线运动过程中通过R 的电荷量为q 1＝B ΔS R ＝Bl 22R导体棒在切割磁感线运动时电阻R 和电容是并联的，所以此过程中电容器的最大电压与导体棒切割磁感线产生的电动势相等，即U C ＝lBv电容器稳定时所带的电荷量为q 2＝U C C ＝ClBv当导体棒静止时，电容器向整个电路放电，此时二极管处于截止状态，放电电流全部通过电阻R ，所以通过电阻R 的总电荷量为q ＝q 1＋q 2＝Bl 22R＋CBlv.。