2020届高三精准培优专练十九法拉第电磁感应定律及其应用(学生版)
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1、精准培优专练 1高考对本部分内容的考查命,大部分以选择题的形式出题,也有部分是计算题。考查内容主要集中在利用电磁感应基本规律分析动态过程。2注意要点:电磁感应中的有些题目可以从动量角度着手,运用动量定理或动量守恒定律解决。典例1.(2019全国卷I20)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a)中虚线MN所示。一硬质细导线的电阻率为、横截面积为S,将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内,圆心O在MN上。t0时磁感应强度的方向如图(a)所示;磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)所示。则在t0到tt1的时间间隔内()A圆环所受安培力的方向始终不变B圆环中的感应电流始终
2、沿顺时针方向C圆环中的感应电流大小为D圆环中的感应电动势大小为典例2.(2019全国卷II21)如图,两条光滑平行金属导轨固定,所在平面与水平面夹角为,导轨电阻忽略不计。虚线ab、cd均与导轨垂直,在ab与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场。将两根相同的导体棒PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放,两者始终与导轨垂直且接触良好。已知PQ进入磁场时加速度恰好为零。从PQ进入磁场时开始计时,到MN离开磁场区域为止,流过PQ的电流随时间变化的图象可能正确的是() 1 如图,一无限长通电直导线固定在光滑水平面上,金属环质量为0.4 kg,在该平面上以v02 m/s、与导线成60角的初速度
3、运动,最后达到稳定状态,这一过程中()A金属环受到的安培力与运动的方向相反B在平行于导线方向金属环做减速运动C金属环中最多能产生电能为0.8 JD金属环动能减少量最多为0.6 J2如图所示,处于匀强磁场中的半封闭平行金属导轨框架MNPQ,宽NPL。磁场与其平面垂直,磁感应强度B的变化规律如图所示。导体棒ab的电阻为R,导轨电阻不计。从t0开始,在外力作用下导体从导轨的最左端以速度v向右匀速运动,则t0时刻回路中的感应电流大小为()A0 B C D3(多选)如图所示电路中,P为发光氖泡,发光电压U60 V,L为自感系数很大、电阻不为零的电感线圈,直流电源电动势E6 V。接通开关S,氖泡不亮;稳定
4、时,L中电流恒定为I0;断开S时,氖泡能短时间内发光。关于该现象,下列说法正确的有()AS接通瞬间,L中电流是逐渐增加的BS接通稳定时,P两端电压为零CS断开瞬间,氖泡P发光时电流最大值可能超过I0DS断开瞬间,氖泡P发光时电流从右向左4(多选)如图甲所示,一个边长为L的正方形线框固定在匀强磁场(图中未画出)中,磁场方向垂直于导线框所在平面,规定向里为磁感应强度的正方向,向右为导线框ab边所受安培力F的正方向,线框中电流i沿abcd方向时为正,已知在04 s时间内磁场的磁感应强度的变化规律如图乙所示,则下列图象所表示的关系正确的是() 5 (多选)物理和数学有紧密的联系,解决物理问题经常要求同
5、学们要有一定的数学功底。如图所示,一个被x轴与曲线方程(m) (x 0.3 m)所围的空间中存在着垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B0.4 T。单匝正方形绝缘金属线框的边长是L0.4 m,线框总电阻R0.2 ,它的一边在光滑轨道的x轴上,在拉力F的作用下,线框以v10 m/s的速度水平向右匀速运动。则()A拉力F的最大值是0.72 NB拉力F的最大功率是12.8 WC拉力F要做0.192 J功才能把线框拉过磁场区D拉力F要做0.216 J功才能把线框拉过磁场区6(多选)如图甲所示,平行光滑金属导轨水平放置,两轨相距L0.4 m,导轨一端与阻值R0.3 的电阻相连,导轨电阻不计。导轨x0一侧存
6、在沿x正方向均匀增大的磁场,其方向与导轨平面垂直向下,磁感应强度B随位置x变化如图乙所示。一根质量m0.2 kg、接入电路的电阻r0.1 的金属棒置于导轨上,并与导轨垂直,棒在外力F作用下从x0处以初速度v02 m/s沿导轨向右变速运动,且金属棒在运动过程中受到的安培力大小不变。下列说法中正确的是() A金属棒向右做匀减速直线运动B金属棒在x1 m处的速度大小为1.5 m/sC金属棒从x0运动到x1 m过程中,外力F所做的功为0.175 JD金属棒从x0运动到x2 m过程中,流过金属棒的电荷量为2 C7(多选)如图所示,虚线为相邻两个匀强磁场区域和的边界,两个区域的磁场磁感应强度大小都为B,方
7、向相反且都垂直于纸面,两个区域的高度都为l。一质量为m,边长也为l的单匝矩形导线框abcd,从磁场区域上方某处由静止释放,ab边进入区域之前,线框已开始做匀速运动,速度大小为v1,当线框的ab边下落到出区域之前,线框又开始做匀速运动,速度大小为v2。下落过程中,ab边保持水平且线框不发生转动,已知重力加速度为g,下列说法正确的是()A线框进入磁场区域过程中,可能加速度减小,速度变大Bv2v1C当线框的ab边刚进入区域时,加速度大小为gD线框出磁场区域过程中,可能加速度减小,速度减小8如图所示,光滑水平面上两个完全相同的直角L形匀质金属导轨,角平分线在同一直线上,导体单位长度上的电阻为r。导轨固
8、定,导轨以恒定的速度v0在角平分线上无摩擦滑动。水平面内有竖直向上的匀强磁场,磁感强度为B。当两导轨交叉后,交叉点保持良好接触,t0时,两导轨顶点恰好重合。设导轨足够长,磁场区域足够大,求:(1)t时刻,矩形LMNO中感应电流的大小及方向;(2)t时刻,导轨所受的拉力;(3)0t时间内拉力所做的功。9如图所示,水平光滑金属导轨在同一水平面上,间距分别为L和,间距为L的导轨有一小段左右断开,为使导轨上的金属棒能匀速通过断开处,在此处铺放了与导轨相平的光滑绝缘材料(图中的虚线框处)。质量为m、电阻为Rl 的均匀金属棒ab垂直于导轨放置在靠近断开处的左侧,另一质量也为m、电阻为R2的均匀金属棒cd垂
9、直于导轨放置在间距为的导轨左端。导轨MN和PQ、MN和PQ都足够长,所有导轨的电阻都不计。电源电动势为E、内阻不计。整个装置所在空间有竖直方向的、磁感应强度为B的匀强磁场。闭合开关S,导体棒ab迅即获得水平向右的速度v0并保持该速度到达断开处右侧的导轨上。求:(1)空间匀强磁场的方向; (2)通过电源E某截面的电荷量; (3)从导体棒ab滑上导轨MN和PQ起至开始匀速运动止,这一过程中棒ab和棒cd组成的系统损失的机械能。10如图所示是依附建筑物架设的磁力缓降高楼安全逃生装置,具有操作简单、无需电能、逃生高度不受限制,下降速度可调、可控等优点。该装置原理可等效为:间距L0.5 m的两根竖直导轨
10、上部连通,人和磁铁固定在一起沿导轨共同下滑,磁铁产生磁感应强度B0.2 T的匀强磁场。人和磁铁所经位置处,可等效为有一固定导体棒cd与导轨相连,整个装置总电阻始终为R,如图所示。在某次逃生试验中,质量M180 kg的测试者利用该装置以v11.5 m/s的速度匀速下降,已知与人一起下滑部分装置的质量m20 kg,重力加速度取g10 m/s2,且本次试验过程中恰好没有摩擦。(1)判断导体棒cd中电流的方向;(2)总电阻R多大?(3)如要使一个质量M2100 kg的测试者利用该装置以v11.5 m/s的速度匀速下滑,其摩擦力f多大?(4)保持第(3)问中的摩擦力不变,让质量M2100 kg测试者从静
11、止开始下滑,测试者的加速度将会如何变化?当其速度为v20.78 m/s时,加速度a多大?要想在随后一小段时间内保持加速度不变,则必需调控摩擦力,请写出摩擦力大小随速率变化的表达式。11 某兴趣小组设计制作了一种磁悬浮列车模型,原理如图所示,PQ和MN是固定在水平地面上的两根足够长的平直导轨,导轨间分布着竖直(垂直纸面)方向等间距的匀强磁场B1和B2,二者方向相反。矩形金属框固定在实验车底部(车厢与金属框绝缘)。其中ad边宽度与磁场间隔相等,当磁场B1和B2同时以速度v010 m/s沿导轨向右匀速运动时,金属框受到磁场力,并带动实验车沿导轨运动。已知金属框垂直导轨的ab边长L0.1 m、总电阻R
12、0.8 ,列车与线框的总质量m4.0 kg,B1B22.0 T,悬浮状态下,实验车运动时受到恒定的阻力f0.4 N。 (1)求实验车所能达到的最大速率;(2)实验车达到的最大速率后,某时刻让磁场立即停止运动,实验车运动20 s之后也停止运动,求实验车在这20 s内的通过的距离;(3)假设两磁场由静止开始向右做匀加速运动,当时间t24 s时,发现实验车正在向右做匀加速直线运动,此时实验车的速度v2 m/s,求由两磁场开始运动到实验车开始运动所需要的时间。答 案典例1.【解析】第一过程从移动的过程中,左边导体棒切割产生的电流方向是顺时针,右边切割磁感线产生的,根据楞次定律可知在0t0时间内,磁感应
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