山东专用高考物理一轮复习专题十二电磁感应_应用集训含解析

专题十二　电磁感应

应用篇

【应用集训】

应用一　涡流　电磁阻尼和电磁驱动的应用

1.(2020北京房山二模,12)电磁炉具有无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等优势。它是利用电流通过线圈产生磁场,当磁场的磁感线通过铁质锅底部时,即会产生无数小涡流,使锅体本身发热加热食物,下列说法中正确的是              (　　)

A.锅体可以用不导电的陶瓷制成

B.锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的

C.恒定磁场越强,电磁炉的加热效果越好

D.提高磁场变化的频率,可提高电磁炉的加热效果

答案　D　

2.如图所示,使一个水平铜盘绕过其圆心的竖直轴OO'转动,且假设摩擦等阻力不计,转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁水平向左移近铜盘,则              (　　)

A.铜盘转动将变快

B.铜盘转动将变慢

C.铜盘仍以原来的转速转动

D.因磁极方向未知,无法确定

答案　B　

应用二　电磁感应中滑轨类问题的分析方法

1.(2020山东滨州三模,16)如图甲所示,两根相距d=0.30 m的平行光滑金属导轨,放置在倾角为θ=30°的斜面上,导轨下端接有电阻R1=1 Ω,导轨电阻不计,匀强磁场的磁感应强度B=0.20 T,方向垂直两导轨组成的平面,导轨上放一质量为m=40 g的金属杆,金属杆阻值为R2=2 Ω,受到沿斜面向上且与金属杆垂直的力F的作用,金属杆从静止开始沿导轨匀加速上滑。电阻R1两端电压U随时间t变化的关系如图乙所示。重力加速度取g=10 m/s2。求:

(1)金属杆运动的加速度;

(2)2 s时力F的大小。

答案　(1)5 m/s2　(2)0.412 N

2.如图所示,宽度为2d与宽度为d的两部分导轨衔接良好固定在水平面上,整个空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B,长度分别为2d和d的导体棒甲和乙按如图的方式置于导轨上,已知两导体棒的质量均为m、两导体棒单位长度的电阻均为r0,现给导体棒甲以水平向右的初速度v0。假设导轨的电阻忽略不计、导体棒与导轨之间的摩擦可忽略不计,且两部分导轨足够长。求:

(1)当导体棒甲开始运动瞬间,甲、乙两棒的加速度大小;

(2)导体棒甲匀速时的速度大小;

(3)两导体棒从开始运动到刚匀速的过程中两导体棒发生的位移分别是x甲和x乙,试写出两导体棒的位移x甲和x乙之间的关系式。

答案　(1)a甲=　a乙=　(2)v0

(3)2x甲-x乙=

[教师专用题组]

【应用集训】

1.(2020上海杨浦期末)如图金属圆环P沿着速度v方向运动,且P中通以如图所示电流,则眼睛看到的金属环L和R中的电流方向是              (　　)

A.都是顺时针

B.都是逆时针

C.L顺时针,R逆时针

D.L逆时针,R顺时针

答案　D　根据安培定则可知,P中产生的磁场方向与速度方向相反,P向L靠近,穿过L的磁通量增大,根据楞次定律可知,L中电流为逆时针方向,P远离R,穿过R的磁通量减小,根据楞次定律可知,R中电流为顺时针方向,故D正确。

2.(2020山东青岛统一质检)物理课上,老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图,她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后。将一金属套环置于线圈L上,且使铁芯穿过套环。闭合开关S的瞬间,套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路,经重复实验,线圈上的套环均未动。对比老师演示的实验,下列四个选项中,导致套环未动的原因可能是              (　　)

A.线圈接在了直流电源上

B.电源电压过高

C.所选线圈的匝数过多

D.所用套环的材料与老师的不同

答案　D　金属套环跳起来的原因是开关S闭合时,套环上产生的感应电流与通电螺线管上的电流相互作用,线圈接在直流电源上时,金属套环也会跳起。电压越高、线圈匝数越多,S闭合时,金属套环跳起越明显,若套环是非导体材料,则套环不会跳起,故A、B、C选项错误,D选项正确。

3.(2020北京166中学考前测试)如图,电吉他的拾音器由磁体及绕在其上的线圈组成,磁体产生的磁场使金属琴弦磁化,磁化的琴弦也有了磁性。当某根琴弦被拨动而相对线圈振动时,线圈中就会产生相应的电流,并最终还原为声音信号。下列说法正确的是              (　　)

A.若磁体失去磁性,电吉他仍能正常工作

B.换用尼龙材质的琴弦,电吉他仍能正常工作

C.琴弦振动的过程中,线圈中电流的方向不会发生变化

D.拾音器的作用是利用电磁感应把琴弦的振动信号转化为电信号

答案　D　若磁体失去磁性则无法产生电磁感应现象,因此电吉他不能正常工作,故A错误。电吉他不可以使用尼龙线做琴弦,若是尼龙线则不能构成回路,不会产生电磁感应现象,故B错误。琴弦振动时,琴弦的速度大小与方向均在不停地变化,故线圈中磁场的强弱在不停变化、通过线圈的磁通量不停地变化,可知线圈中产生感应电流的大小和方向均是不停变化的,C错误。电吉他是属于磁生电的应用,是根据电磁感应原理工作的,拾音器的作用是利用电磁感应把琴弦的振动信号转化成电信号,故D正确。

4.如图,平行导轨间距为d,一端跨接一个阻值为R的电阻,磁场的磁感应强度大小为B,方向与导轨所在平面垂直。一根足够长的金属棒与导轨成θ角放置,金属棒与导轨的电阻不计。当金属棒沿垂直于棒的方向以速度v滑行时,通过电阻R的电流是              (　　)

A.　　B.

C.　　D.

答案　D　棒接入回路中的长度为,而速度、棒、磁场三者是相互垂直的,故棒接入电路中的有效长度为,回路中的电动势E=Blv=,故由闭合电路欧姆定律可得电流I==,D正确。

5.某校科技小组的同学设计了一个传送带测速仪,测速原理如图所示。在传送带一端下方固定有间距为L、长度为d的平行金属电极。电极间充满磁感应强度大小为B、方向垂直传送带平面(纸面)向里、有理想边界的匀强磁场,且电极之间接有理想电压表和电阻R,传送带背面固定有若干根间距为d的平行细金属条,其电阻均为r,传送带运行过程中始终仅有一根金属条处于磁场中,且金属条与电极接触良好。当传送带以一定速度匀速运动时,电压表示数为U。则下列说法中正确的是              (　　)

A.传送带匀速运动的速率为

B.电阻R产生焦耳热的功率为

C.每根金属条经过磁场区域受到的安培力大小为

D.每根金属条经过磁场区域的全过程中克服安培力做功为

答案　D　每根金属条在磁场中运动产生电动势,金属条相当于电源,电压表测量的是路端电压,由U=IR=R=R有v=,A错误。电阻R产生的焦耳热功率为P=I2R=,B错误。每根金属条所受安培力大小F=BIL=,通过磁场区域过程中克服安培力所做功W=Fd=,C错误,D正确。

【技巧点拨】 在动生电磁感应现象中,产生电动势的部分是电源,其余部分是外电路;在感生电磁感应现象中,严格说整个回路中均产生电动势,但通常在简化处理时认为处于变化磁场内的是电源,处于变化磁场外的是外电路。

6.如图a所示,固定在水平面内的光滑金属框架cdef处于方向竖直向下、磁感应强度为B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之间连接一阻值为R电阻,其他部分电阻忽略不计。现用一水平向右的外力F作用在金属杆ab上,使金属杆在框架上由静止开始向右滑动,运动中杆ab始终垂直于框架。图b为一段时间内金属杆受到安培力F安随时间t的变化关系,则选项图中可以表示此段时间内外力F随时间t变化关系的图像是              (　　)

答案　B　设两根轨道间的距离为l,由图b可以看出,金属杆所受安培力F安==kt,金属杆的速度随时间均匀变化,即金属杆做匀加速运动,加速度a恒定。由牛顿第二定律有F-F安=ma,即F=ma+kt,t=0时,金属杆有加速度,F不为0,B正确。

7.(2020浙江“超级全能生”3月联考)无线充电技术是指不用传统的充电电源线连接到需要充电的终端设备上而能传输电能的技术。如图甲是手机无线充电的实景图,图乙是充电原理示意图,充电板a、b端接交变电源后其内部的线圈产生交变磁场,激发手机内的感应线圈,产生感应电流。当充电板内的励磁线圈中通入图丙所示的交变电流(由a到b为正)时,感应线圈中的电流(电c到d为止)随时间变化的图像可能是              (　　)

甲

乙

答案　B　t=0时刻,励磁线圈中iab最大,此时刻通过感应线圈的磁通量最大,但励磁线圈中电流变化率为0,则感应线圈中的磁通量变化率为0,可得感应线圈的电动势为0,感应电流为0;在0~时段,iab变小,此时段通过感应线圈的磁通量变小,根据楞次定律可知,感应线圈中的电流方向由d到c,即icd<0,因励磁线圈中电流变化率变大,则感应线圈中的磁通量变化率同步变大,感应线圈的电动势与感应电流均变大,故A、C、D错误,B正确。

8.(2020浙江7月选考,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ω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,不计其他电阻和摩擦,下列说法正确的是              (　　)

A.棒产生的电动势为Bl2ω

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CBr2ω

答案　B　棒转动时垂直切割磁感线,由于只在圆环内存在磁场,故产生的电动势为E=Br×=Br2ω,A项错误;由于棒无电阻,故电容器、电阻两端电压均等于E,对微粒,由平衡条件有mg=,故微粒的比荷为=,B正确;电阻R消耗的电功率为P==,C项错误;由Q=CE可知电容器所带电荷量Q=CBr2ω,D项错误。

【解题点拨】 在动生电磁感应现象中产生电动势的那部分导体相当于内电路,其余部分是外电路。在内阻为0时路端电压等于电源电动势。

9.(2020江苏南通七市三模)有一种儿童滑板车,轮子一转就闪闪发光。车轮里有磁体、线圈组成的简易发电系统可对发光二极管供电。该发电系统简化为以下模型:一电阻为R、边长为L的单匝正方形均匀线框abcd,处于磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。现对线框施加一外力F,使线框以角速度ω绕bc边匀速转动,产生正弦交流电。已知线框质量为m,重力加速度为g,求:

(1)线框在图示竖直位置时,产生的感应电动势大小E0及ad边受到的安培力大小F安;

(2)线框从图示竖直位置转过90°的过程中,通过线框截面的电荷量q;

(3)在(2)的情况下,线框中产生的热量Q及外力F对线框做的功W。

答案　(1)BL2ω　　(2)　(3)　-mgL

解析　(1)线框在图示竖直位置时,ad垂直切割磁感线,产生的感应电动势大小E0=BL2ω,感应电流I=,安培力F安=BIL,解得ad边受到的安培力大小F安=;

(2)线框从图示竖直位置转过90°的过程中,通过线框截面的电荷量q=