2. (2013全国新课标理综1第17题)如图.在水平面(纸面)内有三报相同的均匀金属棒ab、ac和MN,其中ab、ac在a点接触,构成“V”字型导轨。空间存在垂直于纸面的均匀磁场。用力使MN向右匀速运动,从图示位置开始计时,运动中MN始终与∠bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触。下列关于回路中电流i与时间t的关系图线.可能正确的是
[命题意图]本题考查电磁感应、闭合电路欧姆定律等基础知识点,意在考查考生应用相关知识定量分析物理问题,解决问题的能力。
答案:A
解析:设“V”字型导轨夹角为2θ,均匀金属棒单位长度电阻为r,MN向右以速度v匀速运动,则t时刻切割磁感线的金属棒长度为L=2vttanθ,金属棒t时刻切割磁感线产生的感应电动势E=BLv=2B v2ttanθ,回路电阻R=(2vt/cosθ+2vttanθ)r,回路中电流i=E/R= Bvtanθ/(1/cosθ+tanθ)r,与时间t无关,所以回路中电流i与时间t的关系图线.可能正确的是A。
16.答案D
[命题意图]本题考查电磁感应、安培力、速度图像及其相关知识,意在考查考生分析解决问题的能力和应用图象描述物理过程的能力。
[解题思路]由于导线框闭合,导线框以某一初速度向右运动,导线框右侧边开始进入磁场时,切割磁感线产生感应电动势和感应电流,右侧边受到安培力作用,做减速运动;导线框完全进入磁场中,导线框中磁通量不变,不产生感应电流,导线框不受安培力作用,做匀速运动;导线框右侧边开始出磁场时,左侧边切割磁感线产生感应电动势和感应电流,左侧边受到安培力作用,导线框做减速运动;所以可能正确描述运动过程的速度图象是D。
[误区警示]解答此题的误区有三,一是认为导线框可能不闭合,错误选A;二是没有考虑到题给条件d>L,误选C;三是没有考虑到安培力是变力,误选B。
1. (2013全国新课标理综II第16题) 如图,在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框;在导线框右侧有一宽度为d(d>L)的条形匀强磁场区域,磁场的边界与导线框的一边平行,磁场方向竖直向下。导线框以某一初速度向右运动。t=0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合,随后导线框进入并通过磁场区域。下列v--t图象中,可能正确描述上述过程的是
5.(2012海南)如图,一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上,细线从一水平金属圆环中穿过。现将环从位置Ⅰ释放,环经过磁铁到达位置Ⅱ.设环经过磁铁上端附近时细线的张力分别为T1和T2,重力加速度大小为g,则( )
A. T1>mg,T2>mg B. T1<mg,T2<mg
C. T1>mg,T2<mg D. T1<mg,T2>mg
[考点]电磁感应
[答案]A
[解析]由楞次定律中“阻碍”的理解阻碍--相对运动(来阻去留),I位置,圆环受安培力向上,磁铁受安培力向下,细线张力大于重力;II位置,圆环受力向上,磁铁受安培力向下,细线张力同样大于重力,故正确选项为A。
[方法点拨]关于楞次定律的理解
解楞次定律要注意四个层次:①谁阻碍谁?是感应电流的磁通量阻碍原磁通量;②阻碍什么?阻碍的是磁通量的变化而不是磁通量本身;③如何阻碍?当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,当磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即”增反减同”;④结果如何?阻碍不是阻止,只是延缓了磁通量变化的快慢,结果是增加的还是增加,减少的还是减少.
另外①”阻碍”表示了能量的转化关系,正因为存在阻碍作用,才能将其它形式的能量转化为电能;②感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的相对运动.
21.考点透析:考察电磁感应图像问题
答案:B
解析:设正方形线框变长为a,由几何关系可知线框N’P’边穿出磁场时回路电动势,回路中安培力,则本运动过程F-t图像为开口向上的抛物线的一部分,Q’M’边穿出磁场时回路电动势回路中安培力,本运动过程F-t图像为开口向上的抛物线的一部分(或者由运动的对称性也可易得)。符合条件的图像为C选项。
技巧点拨:函数表达式是函数图象的核心,要绘制严谨的电磁感应中图线,首先应写清楚每段过程对应的函数表达式。
21.(2012重庆)如题21图所示,正方形区域MNPQ垂直纸面向里的匀强磁场。在外力作用下,一正方形闭合刚性导线框沿QN方向匀速运动,t=0时刻,其四个顶点、、、恰好在磁场边界中点。下列图象中能反映线框所受安培力f的大小随时间t变化规律的是
25.[答案]
[考点]电磁感应
[解析](1)金属条ab在磁场中切割磁感应线时,使所构成的回路磁通量变化,导体棒转动切割,有法拉第电磁感应定律.,可推导出:
,
此处:
代入数据解得:
根据右手定则判断可知电流方向由b到a的。
(2).经过分析,将ab条可看做电源,并且有内阻,其它三等看做外电路,如图所示:
(3).当例如ab棒切割时,ab可当做电源,其灯泡电阻相当于电源内阻,外电路是三个灯泡,此时Uab为路端电压,有图2易知内阻与外阻之比为3:1的关系,所以,其它棒切割时同理。
,如图可知在框匀速转动时,磁场区域张角θ=π/6,所以有电磁感应的切割时间与无电磁感应切割时间之比为1:2,=1S,得图如下
(4).小灯泡不能正常工作,因为感应电动势为
远小于灯泡的额定电压,因此闪烁装置不可能工作。
B增大,E增大,但有限度;
r增大,E增大,但有限度;
增大,E增大,但有限度;
θ增大,E不增大。
25、(2012 浙江)(22分)为了提高自行车夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种“闪烁”装置,如图所示,自行车后轮由半径r1=5.0╳10-2m的金属内圈、半径r2=0.40m的金属内圈和绝缘辐条构成。后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条,每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡。在支架上装有磁铁,形成了磁感应强度B=0.10T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场,其内半径为r1、外半径为r2、张角θ=π/6。后轮以角速度ω=2π rad/s相对于转轴转动。若不计其它电阻,忽略磁场的边缘效应。
(1)当金属条ab进入“扇形” 磁场时,求感应电动势E,并指出ab上的电流方向;
(2)当金属条ab进入“扇形” 磁场时,画出“闪烁”装置的电路图;
(3)从金属条ab进入“扇形” 磁场开始,经计算画出轮子转一圈过程中,内圈与外圈之间电势差Uab-t图象;
(4)若选择的是“1.5V、0.3A”的小灯泡,该“闪烁”装置能否正常工作?有同学提出,通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度ω和张角θ等物理量的大小,优化前同学的设计方案,请给出你的评价。
11.(18分)解析:(1)棒匀加速运动所用时间为t,有
s
根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律求电路中产生的平均电流为
A
根据电流定义式有
C
(2)撤去外力前棒做匀加速运动根据速度公式末速为
m/s
撤去外力后棒在安培力作用下做减速运动,安培力做负功先将棒的动能转化为电能,再通过电流做功将电能转化为内能,所以焦耳热等于棒的动能减少。有
J
(3)根据题意在撤去外力前的焦耳热为J
撤去外力前拉力做正功、安培力做负功(其大小等于焦耳热Q1)、重力不做功共同使棒的动能增大,根据动能定理有
则 J
3、外力做的功WF
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