浙江2013年物理高考能力突破：9.2法拉第電磁感應定律 自感現象(40分鐘 100分)一、單項選擇題(本題共4小題，每小題7分，共28分，每小題只有一個選項符合題意)1.(2012青島模擬)如圖甲所示，水平面上的平行導軌mn、pq上放著兩根導體棒ab、cd，兩棒中間用絕緣絲線系住.開始時勻強磁場垂直于紙面向里，磁感應強度b隨時間t的變化如圖乙所示，i和ft分別表示流過導體棒中的電流和絲線的拉力(不計電流之間的相互作用力)，則在t0時刻( )a.i=0,ft=0b.i=0,ft0c.i0,ft=0d.i0,ft02.(2012南京模擬)如圖所示，長為l的金屬導線彎成一圓環，導線的兩端接在電容為c的平行板電容器上，p、q為電容器的兩個極板，磁場垂直于環面向里，磁感應強度以b=b0+kt(k0)隨時間變化，t=0時，p、q兩極板電勢相等.兩極板間的距離遠小于環的半徑，經時間t電容器p板( ) a.不帶電b.所帶電荷量與t成正比c.帶正電，電荷量是d.帶負電，電荷量是3.(2012泰安模擬)醫生做某些特殊手術時，利用電磁血流計來監測通過動脈的血流速度.電磁血流計由一對電極a和b以及磁極n和s構成，磁極間的磁場是均勻的.使用時，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖所示.由于血液中的正負離子隨血液一起在磁場中運動，電極a、b之間會有微小電勢差.在達到平衡時，血管內部的電場可看做是勻強電場，血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零.在某次監測中，兩觸點的距離為3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點間的電勢差為160 v,磁感應強度的大小為0.040 t.則血流速度的近似值和電極a、b的正負為( )a.1.3 m/s,a正、b負b.2.7 m/s，a正、b負c.1.3 m/s,a負、b正d.2.7 m/s，a負、b正4.(2012杭州模擬)有一種高速磁懸浮列車的設計方案是：在每節車廂底部安裝強磁鐵(磁場方向向下)，并且在沿途兩條鐵軌之間平放一系列線圈.下列說法中不正確的是( )a.列車運動時，通過線圈的磁通量會發生變化b.列車速度越快，通過線圈的磁通量變化越快c.列車運動時，線圈中會產生感應電動勢d.線圈中的感應電動勢的大小與列車速度無關二、不定項選擇題(本題共3小題，每小題7分，共21分，每小題至少一個選項符合題意)5.(易錯題)如圖所示，豎直平面內有一金屬環，半徑為a，總電阻為r(指拉直時兩端的電阻)，磁感應強度為b的勻強磁場垂直穿過環平面，在環的最高點a用鉸鏈連接長度為2a、電阻為的導體棒ab，ab由水平位置緊貼環面擺下，當擺到豎直位置時，b點的線速度為v，則這時ab兩端的電壓大小為( )a. b. c. d.bav6.(2012佛山模擬)如圖所示的電路中，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c.c先變亮，然后逐漸變暗d.b、c都逐漸變暗7.(創新題)如圖a是用電流傳感器(相當于電流表，其電阻可以忽略不計)研究自感現象的實驗電路，圖中兩個電阻的阻值均為r，l是一個自感系數足夠大的自感線圈，其直流電阻值也為r.圖b是某同學畫出的在t0時刻開關s切換前后，通過傳感器的電流隨時間變化的圖象.關于這些圖象，下列說法中正確的是( )a.甲是開關s由斷開變為閉合，通過傳感器1的電流隨時間變化的情況b.乙是開關s由斷開變為閉合，通過傳感器2的電流隨時間變化的情況c.丙是開關s由閉合變為斷開，通過傳感器2的電流隨時間變化的情況d.丁是開關s由閉合變為斷開，通過傳感器2的電流隨時間變化的情況三、計算題(本大題共3小題，共51分，要有必要的文字說明和解題步驟，有數值計算的要注明單位)8.(2012湖州模擬)(15分)如圖甲所示，abcd是位于豎直平面內的邊長為10 cm的正方形閉合金屬線框，線框的質量為m=0.02 kg，電阻為r=0.1 .在線框的下方有一勻強磁場區域，mn是勻強磁場區域的水平邊界，并與線框的bc邊平行，磁場方向與線框平面垂直.現讓線框由距mn的某一高度從靜止開始下落，經0.2 s開始進入磁場，圖乙是線框由靜止開始下落的速度時間圖象.空氣阻力不計，g取10 m/s2求：(1)線框剛進入磁場時的速度；(2)磁場的磁感應強度.9.(易錯題)(17分)如圖所示，固定在勻強磁場中的水平導軌ab、cd的間距l1=0.5 m，金屬棒ad與導軌左端bc的距離為l2=0.8 m，整個閉合回路的電阻為r=0.2 ，磁感應強度為b0=1 t的勻強磁場豎直向下穿過整個回路.ad桿通過滑輪和輕繩連接著一個質量為m=0.04 kg的物體，不計一切摩擦，現使磁場以的變化率均勻地增大.求：(1)金屬棒上電流的方向. (2)感應電動勢的大小.(3)物體剛好離開地面的時間(g=10 m/s2).10.(預測題)(19分)如圖所示，電阻不計的平行金屬導軌mn和op放置在水平面內,mo間接有阻值為r=3 的電阻,導軌相距d=1 m，其間有豎直向下的勻強磁場，磁感應強度b=0.5 t.質量為m=0.1 kg，電阻為r=1 的導體棒cd垂直于導軌放置，并接觸良好.用平行于mn的恒力f=1 n向右拉動cd,cd受的摩擦阻力ff恒為0.5 n.求：(1)cd運動的最大速度的大小.(2)當cd達到最大速度后，電阻r消耗的電功率是多少？(3)當cd的速度為最大速度的一半時，cd的加速度的大小.答案解析1.【解析】選c.t0時刻，磁場變化，磁通量變化，故i0;由于b=0，故ab、cd所受安培力均為零，絲線的拉力為零.c項正確.2.【解題指南】解答本題應把握以下三點：(1)由圓的周長計算圓的面積.(2)由楞次定律判斷電容器極板的電性.(3)電容器上的電勢差等于圓環產生的感應電動勢.【解析】選d.磁感應強度以b=b0+kt(k0)隨時間變化，由法拉第電磁感應定律得，而，經時間t電容器p板所帶電荷量；由楞次定律知電容器p板帶負電，故d選項正確.3.【解析】選a.對血液中的離子的運動，由左手定則，可得a正、b負，c、d錯誤；達到平衡時，有，解得v=1.3 m/s，故a正確，b錯誤.4.【解析】選d.列車運動時，安裝在每節車廂底部的強磁鐵產生的磁場使通過線圈的磁通量發生變化；列車速度越快，通過線圈的磁通量變化越快，根據法拉第電磁感應定律可知，由于通過線圈的磁通量發生變化，線圈中會產生感應電動勢，感應電動勢的大小與通過線圈的磁通量的變化率成正比，與列車的速度有關.由以上分析可知，選項a、b、c正確，選項d不正確.5.【解析】選a.擺到豎直位置時，ab切割磁感線的瞬時感應電動勢.由閉合電路歐姆定律得，故a正確.【變式備選】如圖所示，長為l的金屬導線上端懸于c點，下端系一小球a，在豎直向下的勻強磁場中做圓錐擺運動，轉動方向如圖所示，導線與豎直方向的夾角為，擺球的角速度為，磁感應強度為b，則金屬導線中產生感應電動勢的高電勢端及大小為( )a.c點b.c點c.a點d.a點【解析】選b.由右手定則可判斷ca，即c端的電勢高于a端的電勢；金屬導線切割磁感線的有效長度為lsin，所以導線中產生的感應電動勢為：.故b正確.6.【解析】選a、d.a、b、c三個燈泡相同，設k閉合時通過三個燈泡的電流均是i，則l1上電流為2i，l2上電流為i，當k斷開瞬間，a、b、c三燈上原有電流立即消失.l1上在原有2i電流基礎上逐漸減小，l2上在原有i電流基礎上逐漸減小，l1、l2上產生的感應電流方向相同.所以在k斷開瞬間a燈上瞬時有2i的電流而后逐漸減小，即a燈先變亮后逐漸變暗，則a正確；b、c兩燈在原有i的電流基礎上逐漸減小，即b、c兩燈逐漸變暗，所以b、c錯誤，d正確.7.【解析】選a、c.開關s由斷開變為閉合瞬間，流過自感線圈的電流為零，流過傳感器1、2的電流均為；閉合電路穩定后，流過傳感器1的電流為，流過傳感器2的電流為；開關斷開后，流過傳感器1的電流立即變為零，流過傳感器2的電流方向相反，從逐漸變為零.由以上分析可知，選項a、c正確.【總結提升】通電自感與斷電自感的區別通電自感斷電自感現象自感電路中的電流增加比電阻電路緩慢,最終還是增加到正常值與自感線圈同一回路的電流，過一會兒才減為0，比正常電阻電路斷開要滯后一段時間原因感應電路中產生感應電動勢e自，阻礙電源引起的電流的增加電源對電路不再引起電流，但線圈中原有的電流變化要產生自感電動勢e自，在某一通路中緩慢減小8. 【解析】(1)線框進入磁場前所做的運動是自由落體運動，所以：v=gt=100.2 m/s=2 m/s(4分)(2)在線框進入磁場的過程中，線框所受安培力等于重力 mg=bil(4分)i=(4分)解得b=1 t(3分)答案：(1)2 m/s(2)1 t9.【解析】(1)由楞次定律可以判斷，金屬棒上的電流由a到d.(3分)(2)由法拉第電磁感應定律得： (4分)(3)物體剛要離開地面時，其受到的拉力f=mg(2分)而拉力f又等于棒所受的安培力.即mg=f安=bil1(2分)其中 (2分) (2分)解得t=5 s(2分)答案：(1)由a到d(2)0.08 v(3)5 s10.【解析】(1)設導體棒的運動速度為v，則產生的感應電動勢為：e=bdv(2分)根據閉合電路歐姆定律有：(2分)