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新高考物理一轮复习考点巩固练习专题72电磁感应中的图像问题(含解析)
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2.(多选)如图甲所示,在垂直纸面向里的匀强磁场中,一个线圈与一个电容器相连,线圈平面与匀强磁场垂直,电容器的电容C=60 μF,穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化如图乙所示,下列说法不正确的是( )
A.电容器下极板电势高于上极板
B.线圈中磁通量的变化率为3 Wb/s
C.电容器两极板间电压为2.0 V
D.电容器所带电荷量为120 C
3.如图甲所示,光滑导轨水平放置在竖直方向的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度B随时间的变化规律如图乙所示(规定向下为正方向),导体棒ab垂直导轨放置,除电阻R的阻值外,其余电阻不计,导体棒ab在水平外力F的作用下始终处于静止状态.规定a→b的方向为电流的正方向,水平向右的方向为外力的正方向,则在0~2t0时间内( )
4.
[2022·湖北省检测]如图所示,宽度为d的两条平行虚线之间存在一垂直纸面向里的匀强磁场,一直径小于d的圆形导线环沿着水平方向匀速穿过磁场区域,规定逆时针方向为感应电流的正方向,由圆形导线环刚进入磁场开始计时,则关于导线环中的感应电流i随时间t的变化关系,下列图像中可能的是( )
5.
[2022·山西五地四市联考]如图所示,等腰直角三角形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,左边有一形状与磁场边界完全相同的闭合导线框,线框斜边长为l,线框从图示位置开始水平向右匀速穿过磁场区域,规定线框中感应电流逆时针方向为正方向,其感应电流i随位移x变化的图像正确的是( )
6.
如图所示,在平面直角坐标系xOy的第一、三象限内有垂直该坐标平面向里的匀强磁场,二者磁感应强度相同,圆心角为90°的扇形导线框OPQ以角速度ω绕O点在图示坐标平面内沿顺时针方向匀速转动.规定与图中导线框的位置相对应的时刻为t=0,导线框中感应电流以逆时针为正方向.则关于该导线框转一周的时间内感应电流i随时间t的变化图像,下列正确的是( )
7.[2022·吉林省四校联考](多选)如图甲所示,两平行虚线间存在磁感应强度大小B=0.05T、方向与纸面垂直的匀强磁场,一正方形导线框abcd位于纸面内,cd边与磁场边界平行.已知导线框一直向右做匀速直线运动,速度大小为1 m/s,cd边进入磁场时开始计时,导线框中感应电动势随时间变化的图线如图乙所示(感应电流的方向为顺时针时,感应电动势取正).下列说法正确的是( )
A.导线框的边长为0.2 m
B.匀强磁场的宽度为0.6 m
C.磁感应强度的方向垂直纸面向外
D.在t=0.2 s至t=0.4 s这段时间内,c、d间电势差为零
8.[2022·福建龙岩三模](多选)如图所示,在竖直平面内有四条间距均为L的水平虚线L1、L2、L3、L4,在L1、L2之间和L3、L4之间存在磁感应强度大小相等且方向均垂直纸面向里的匀强磁场.现有一矩形金属线圈abcd,ad边长为3L.t=0时刻将其从图示位置(cd边与L1重合)由静止释放,cd边经过磁场边界线L3时开始做匀速直线运动,cd边经过磁场边界线L2、L3、L4时对应的时刻分别为t1、t2、t3,整个运动过程线圈平面始终处于竖直平面内.在0~t3时间内,线圈的速度v、通过线圈横截面的电量q、通过线圈的电流i和线圈产生的热量Q随时间t的关系图像可能正确的是( )
9.
如图所示的匀强磁场中有一根弯成45°的金属线POQ,其所在平面与磁场垂直,长直导线MN与金属线紧密接触,起始时OA=l0,且MN⊥OQ,所有导线单位长度电阻均为r,MN匀速水平向右运动的速度为v,使MN匀速运动的外力为F,则外力F随时间变化的规律图像正确的是( )
专题72 电磁感应中的图像问题
1.D 由图乙可知,在t=0时刻,图线的斜率最大,即ab线圈中的电流变化最快,电流产生的磁场变化最快,cd线圈中的磁通量变化最快,所以此时在cd线圈中产生的感应电流最大;t= eq \f(T,4)时,图线的斜率为零,即ab线圈中的电流变化为零,电流产生的磁场变化为零,cd线圈中的磁通量变化为零,所以此时在cd线圈中无感应电流;t= eq \f(T,4)之后,感应电流改变方向; eq \f(T,2)到T时间内c、d线圈产生的感应电流为零,由上述分析可知,D正确.
2.ABD 根据楞次定律可以判断出感应电流方向为逆时针方向,所以电容器下极板电势低于上极板,A错误;线圈中磁通量的变化率为 eq \f(ΔΦ,Δt)= eq \f(6-2,2) Wb/s=2 Wb/s,B错误;根据法拉第电磁感应定律,有E=n eq \f(ΔΦ,Δt)=2.0 V,C正确;电容器所带电荷量为Q=CU=60×10-6×2.0 C=1.2×10-4 C,D错误.
3.D 根据法拉第电磁感应定律可知,在0~2t0时间内 eq \f(ΔB,Δt)不变,则感应电流的大小不变;根据楞次定律可知,感应电流的方向也不变,A、B错误;根据F=BIL可知,因B先减小后增大,则安培力先减小后增大,且0~t0安培力方向向右;在t0~2t0安培力方向向左;因外力与安培力平衡,则外力先减小后增大,且0~t0外力方向向左(负方向);在t0~2t0外力方向向右(正方向),C错误,D正确.
4.
A 由楞次定律易知,圆形导线环进入磁场时,电流方向为逆时针,即正方向,圆形导线环全进入磁场时,电流为零,圆形导线环离开磁场时,电流方向为顺时针,即负方向,选项D错误;设经过时间t圆形导线环的位置如图所示,圆形导线环运动速度大小为v,半径为R,电阻为r,此时圆形导线切割磁场的有效长度为L=2 eq \r(R2-(R-vt)2),产生的感应电动势e=BLv,电流大小为i= eq \f(e,r),联立三式变化可得 eq \f(i2,(\f(2BvR,r))2)+ eq \f((t-\f(R,v))2,(\f(R,v))2)=1.可见,圆形导线环匀速度进入磁场时的i t图像是椭圆的一部分,同样,圆形导线匀速离开磁场时的i t图像也是椭圆的一部分,选项A正确,B、C错误.
5.B 闭合导线框穿过磁场的过程中,磁通量先增加后减小,根据楞次定律和安培定则,感应电流先逆时针后顺时针,即先正后负,A、D错误;导线框切割的有效长度是先增加后减小,由E=BLv,感应电动势的大小是先增加后减小,所以感应电流先增加后减小,B正确,C错误.
6.A 在线框切割磁感线产生感应电动势时,由E= eq \f(1,2)BL2ω知,感应电动势一定,感应电流大小不变,B、D错误.在 eq \f(T,2)~ eq \f(3,4)T内,由楞次定律判断可知线框中感应电动势方向沿逆时针方向,为正方向,故A正确,C错误.
7.AC 根据法拉第电磁感应定律和图像可知,感应电动势E=BLv=0.01 V,故导线框的边长L= eq \f(E,Bv)=0.2 m,故A正确;导线框的cd边从进入磁场到离开磁场的时间为0.4 s,故磁场的宽度s=vt=0.4 m,故B错误;根据楞次定律可知,磁感应强度的方向垂直纸面向外,故C正确;在t=0.2 s至t=0.4 s这段时间内,ab边和cd边均切割磁感线,产生了感应电动势,c、d间有电势差,故D错误.
8.BD 线圈cd边在L1、L2之间的磁场切割磁感线,则有E=BLv,I= eq \f(E,R),F安=BIL,解得F安= eq \f(B2L2v,R),根据牛顿第二定律a= eq \f(mg-F安,m)可知随着速度的增加,安培力也逐渐增大,加速度逐渐减小,根据题意,cd边经过磁场边界线L3时开始做匀速直线运动,说明从0时刻到t1的过程,线圈做加速度减小的加速运动,从t1到t2的过程,线圈做加速度为g的匀加速直线运动,从t2到t3的过程,线圈做匀速直线运动,根据v t图像的切线斜率表示加速度,A错误;从0时刻到t1的过程,线圈做加速度减小的加速运动,线圈中的电流逐渐增大,从t1到t2的过程,线圈做加速度为g的匀加速直线运动,但此过程线圈没有切割磁感线,感应电流为零,从t2到t3的过程,线圈做匀速直线运动,线圈中的电流保持不变,根据q t图像的切线斜率表示电流,B正确,C错误;从0时刻到t1的过程,线圈中的电流逐渐增大,从t1到t2的过程,线圈中的电流为零,从t2到t3的过程,线圈中的电流保持不变,根据Q=I2Rt可知Q t图像的切线斜率表示电流的平方,D正确.
9.C
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