高考物理一轮复习 专题10-18 转动切割磁感线问题千题精练.doc

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1、1 / 18【2019【2019 最新最新】精选高考物理一轮复习精选高考物理一轮复习 专题专题 10-1810-18 转动切割磁感线问转动切割磁感线问题千题精练题千题精练一选择题1. (2018 洛阳联考)1831 年,法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机(图甲).它是利用电磁感应的原理制成的,是人类历史上第一台发电机.图乙是这个圆盘发电机的示意图:铜盘安装在水平的铜轴上,它的边缘正好在两磁极之间,两块铜片 C、D 分别与转动轴和铜盘的边缘良好接触.使铜盘转动,电阻 R 中就有电流通过.若所加磁场为匀强磁场,回路的总电阻恒定,从左往右看,铜盘沿顺时针方向匀速转动,下列说法中正确的是( )

2、A. 铜片 D 的电势高于铜片 C 的电势B. 电阻 R 中有正弦式交变电流流过C. 铜盘转动的角速度增大 1 倍,流过电阻 R 的电流也随之增大 1 倍D. 保持铜盘不动,磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场,则铜盘中有电流产生 【参考答案】C2.(2018上海区模拟)如图 5 所示，在外力的作用下，导体杆 OC 可绕 O 轴沿半径为 r 的光滑的半圆形框架在匀强磁场中以角速度 匀速转动，磁感应强度大小为 B，方向垂直纸面向里，A、O 间接有电阻 R，杆和框架电阻不计，则所施外力的功率为( )2 / 18图 5A. B.B22r4 RC. D.B22r4 8R【答案】C3(2016全国卷，20)

3、(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图 11 所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片 P、Q 分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场 B 中。圆盘旋转时，关于流过电阻 R 的电流，下列说法正确的是( )图 11A.若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定B.若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿 a 到 b 的方向流动C.若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化D.若圆盘转动的角速度变为原来的 2 倍，则电流在 R 上的热功率也变为原来的2 倍【答案】AB4. (2015新课标全国，15)如图 12，直角三角形金属框 abc 放置的匀强磁场中，磁感应强度大

4、小为 B，方向平行于 ab 边向上。当金属框绕 ab 边以角速度 逆时针转动时，a、b、c 三点的电势分别为 Ua、Ub、Uc。已知 bc 边的长度为l。下列判断正确的是( )图 123 / 18A.UaUc，金属框中无电流B.UbUc，金属框中电流方向沿 abcaC.UbcBl2，金属框中无电流D.UbcBl2，金属框中电流方向沿 acba【答案】C【解析】金属框绕 ab 边转动时，闭合回路 abc 中的磁通量始终为零(即不变)，所以金属框中无电流。金属框在逆时针转动时，bc 边和 ac 边均切割磁感线，由右手定则可知 bc，ac，所以根据 EBlv 可知，UbcUacBlBlBl2。由以上

5、分析可知选项 C 正确。5.如图所示是法拉第做成的世界上第一台发电机模型的原理图。将铜盘放在磁场中，让磁感线垂直穿过铜盘；图中 a、b 导线与铜盘的中轴线处在同一竖直平面内；转动铜盘，就可以使闭合电路获得电流。若图中铜盘半径为 L，匀强磁场的磁感应强度为 B，回路总电阻为 R，铜盘以角速度 逆时针匀速转动(从上往下看)。则下列说法正确的是( )A回路中有大小和方向周期性变化的电流B回路中电流大小恒定，且等于BL2 2RC回路中电流方向不变，且从 b 导线流进灯泡，再从 a 导线流向旋转的铜盘D若将匀强磁场改为垂直穿过铜盘的按正弦规律变化的磁场，不转动铜盘，灯泡中一定有电流流过【答案】BC 4

6、/ 186.如图所示为一圆环发电装置，用电阻 R4 的导体棒弯成半径 L0.2 m 的闭合圆环，圆心为 O，COD 是一条直径，在 O、D 间接有负载电阻 R11 。整个圆环中均有 B0.5 T 的匀强磁场垂直环面穿过。电阻 r1 的导体棒 OA贴着圆环做匀速运动，角速度 300 rad/s，则( )A.当 OA 到达 OC 处时，圆环的电功率为 1 WB.当 OA 到达 OC 处时，圆环的电功率为 2 WC.全电路最大功率为 3 WD.全电路最大功率为 4.5 W【参考答案】AD7.如图所示，半径为 r 的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场 B 中，绕 O 轴以角速度 沿逆时针方向匀速转动，则通

7、过电阻 R 的电流的方向和大小是(金属圆盘的电阻不计)( )A.由 c 到 d，I B.由 d 到 c，IBr2 RC.由 c 到 d，I D.由 d 到 c，IBr2 2R【参考答案】D【名师解析】由右手定则判定通过电阻 R 的电流的方向是由 d 到 c；而金属圆盘产生的感应电动势 EBr2，所以通过电阻 R 的电流大小是 I。选项 D 正确。5 / 188.（2018 河南八市重点高中联考）如图所示，导体杆 OP 在作用于 OP 中点且垂直于 OP 的力作用下，绕 O 轴沿半径为 r 的光滑半圆形框架在匀强磁场中以一定的角速度转动，磁场的磁感应强度为 B，AO 间接有电阻 R，杆和框架电阻

8、不计，回路中的总电功率为 P，则A外力的大小为 2BrP RB外力的大小为 2BrPRC导体杆旋转的角速度为22 PR BrD导体杆旋转的角速度为22 BrP R【参考答案】C9. 如图所示，长为 L 的轻金属软导线下悬挂一质量为 m 的小球，在竖直向上的匀强磁场中做圆锥摆运动，圆锥的偏角为 ，磁感应强度为 B，则A摆球转动的角速度为 =cosg LB摆球转动的角速度为 =tang LC金属导线中产生的感应电动势的大小 E=BL2sin21 2cosg LD金属导线中产生的感应电动势的大小 E=BLsin21 2cosg L【参考答案】AC10.（2018 湖南长郡中学实验班选拔考试）如图所示

9、，x 轴上方第一象限和第二6 / 18象限分别有垂直纸面向里和垂直纸面向外的匀强磁场，且磁感应强度大小相同，现有四分之一圆形线框 OMN 绕 O 点逆时针匀速转动，若规定线框中感应电流 I顺时针方向为正方向，从图示时刻开始计时，则感应电流 I 及 ON 边所受的安培力大小 F 随时间 t 的变化示意图正确的是【参考答案】AD【名师解析】在 0t0 时间内，OM 边切割第 I 象限中磁场的磁感线产生感应电动势和感应电流，由楞次定律可判断出感应电流方向为逆时针方向（为负值） ；在t02t0 时间内，OM 边切割第 II 象限中磁场的磁感线，ON 边切割第 I 象限中磁场的磁感线产生感应电动势和感应

10、电流，由楞次定律可判断出感应电流方向为顺时针方向（为正值） ，且大小为在 0t0 时间内产生的 2 倍；在 2t03t0 时间内，ON 边切割第 II 象限中磁场的磁感线产生感应电动势和感应电流，由楞次定律可判断出感应电流方向为逆时针方向（为负值） ，且大小为在 0t0 时间内产生感应电流大小。因此感应电流 I 随时间 t 的变化示意图选项 A 正确 B 错误；在 0t0 时间内，ON 边虽然有电流但没有进入磁场区域，所受安培力为零；在t02t0 时间内，感应电流大小为在 2t03t0 时间内产生的 2 倍，ON 边所受安培力为在 2t03t0 时间内的 2 倍，ON 边所受的安培力大小 F

11、随时间 t 的变化示意图 C 错误 D 正确。11.(2016河北正定模拟)如图所示为感应式发电机，a、b、c、d 是空间四个可用电刷与铜盘边缘接触的点，O1、O2 是铜盘轴线导线的接线端，M、N 是电流表的接线端。现在将铜盘转动，能观察到感应电流的是( )A.将电流表的接线端 M、N 分别连接 a、c 位置B.将电流表的接线端 M、N 分别连接 O1、a 位置7 / 18C.将电流表的接线端 M、N 分别连接 O1、O2 位置D.将电流表的接线端 M、N 分别连接 c、d 位置【参考答案】B12.如图所示为一圆环发电装置，用电阻 R4 的导体棒弯成半径 L0.2 m的闭合圆环，圆心为 O，C

12、OD 是一条直径，在 O、D 间接有负载电阻 R11 。整个圆环中均有 B0.5 T 的匀强磁场垂直环面穿过。电阻 r1 的导体棒 OA贴着圆环做匀速运动，角速度 300 rad/s，则( )A.当 OA 到达 OC 处时，圆环的电功率为 1 WB.当 OA 到达 OC 处时，圆环的电功率为 2 WC.全电路最大功率为 3 WD.全电路最大功率为 4.5 W【参考答案】AD13.如图所示，半径为 r 的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场 B 中，绕 O 轴以角速度 沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻 R 的电流的方向和大小是(金属圆盘的电阻不计)( )A.由 c 到 d，I B.由 d 到 c，IB

13、r2 RC.由 c 到 d，I D.由 d 到 c，IBr2 2R【参考答案】D8 / 18【名师解析】由右手定则判定通过电阻 R 的电流的方向是由 d 到 c；而金属圆盘产生的感应电动势 EBr2，所以通过电阻 R 的电流大小是 I。选项 D 正确。14（2016 河南八市重点高中联考）如图所示，导体杆 OP 在作用于 OP 中点且垂直于 OP 的力作用下，绕 O 轴沿半径为 r 的光滑半圆形框架在匀强磁场中以一定的角速度转动，磁场的磁感应强度为 B，AO 间接有电阻 R，杆和框架电阻不计，回路中的总电功率为 P，则A外力的大小为 2BrP RB外力的大小为 2BrPRC导体杆旋转的角速度为

14、22 PR BrD导体杆旋转的角速度为22 BrP R【参考答案】C【命题意图】本题考查了电磁感应、闭合电路欧姆定律、电功率，圆周运动等知识点。二计算题15(14 分)（2018 济南二模）如图所示，半径为 l 的金属圆环水平放置，圆心处及圆环边缘通过导线分别与两条平行的倾斜金属轨道相连圆环区域内分布着磁感应强度为 B，方向竖直向下的匀强磁场，圆环上放置一金属棒 a，一端在圆心处，另一端恰好搭在圆环上，可绕圆心转动倾斜轨道部分处于垂直轨道平面向下的匀强磁场中，磁感应强度大小也为 B，金屑棒 b 放置在倾斜平行导轨上，其长度与导轨间距均为 2l。当棒 a 绕圆心以角速度 顺时针(俯视)匀速旋9

15、/ 18转时，棒 b 保持静止已知棒 b 与轨道间的动摩擦因数为 0.5，可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力；棒 b 的质量为 m，棒 a、b 的电阻分别为 R、2R，其余电阻不计；斜面倾角为 37，sin37=0.6，cos37=0.8，重力加速度为 g，求(1)金属棒 b 两端的电压(2)为保持 b 棒始终静止，棒 a 旋转的角速度大小的范围。15解：（1） 1 分=E Blv0 2lv 2 分2 2RUERR 1 分由式联立，解得： 2 分21 3UBl（2） 1 分2EIRR=2FBIl安 2 分由式联立，解得： 2 3 =3RB lF安为保持 b 棒始终静止，棒 a 旋转的角速度最小设

16、为，最大为： 2 分2 3 1Bsincos3Rlmgmg2 3 2Bsincos3Rlmgmg 2 分2 32 333 5mgRmgR B lB l 1 分16（14 分） （2018 上海二模）如图（甲）所示，磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直于纸面，在纸面内固定一条以 O 点为圆心、半径为 L 的圆弧形金属导轨，长也为 L 的导体棒 OA 绕 O 点以角速度 匀速 转动，棒的 A 端与导轨接触良好，OA、导轨、电阻 R 构成闭合电路。10 / 18（1）试根据法拉第电磁感应定律 E n，证明导体棒产生的感 应电动势 E B L2 。t 1 2（2）某同学设计了一种带有闪烁灯的自行车后轮，如

17、图（乙）所示。车轮与轮轴之间均匀 地连接 4 根金属条，每根金属条中间都串接一个小灯，阻值为 R=0.3 并保持不变，车轮半 径 r1=0.4m，轮轴半径可以忽略。车架上固定一个强磁铁，可形成圆心角为 =60的扇形匀强 磁场区域，磁感应强度 B=2.0T，方向如图（乙）所示。若自行车前进时，后轮顺时针转动的 角速度恒为 =10rad/s，不计其它电阻和车轮厚度。求金属条 ab 进入磁场时，ab 中感应电流的大小和方向。（3）上问中，已知自行车牙盘半径 r2=12cm，飞轮半径 r3=6cm，如图（丙）所示。若该同 学骑车时每分钟踩踏脚板 60 圈，车辆和人受到外界阻力的大小恒为 10N，他骑车

18、 10 分钟的 时间内一共需要对自行车做多少功？【名师解析】（1）设金属棒 OA 在 t 时间内扫过的面积为 S，则：S L2 L 2 t1 21 2磁通改变量 B S L 2 t1 2根据法拉第电磁感应定律得到 E nL2t 1 2（2）根据右手定则知：ab 中的电流方向为 ba电动势 E L2= 2.010 0.42 =1.6V1 21 2电路总电阻 R 总=R/3+R=4R/3=0.4通过 ab 中的电流：I=E/R 总=4A。克服阻力做功 Wf=Ffs= Ffvt=3.016104J11 / 18一共需要做功 W 总=Wf+ Q =3.42104J。17如图所示，半径为 L12 m 的

19、金属圆环内上、下半圆各有垂直圆环平面的有界匀强磁场，磁感应强度大小均为 B1 T长度也为 L1、电阻为 R 的金属杆ab，一端处于圆环中心，另一端恰好搭接在金属环上，绕着 a 端沿逆时针方向匀速转动，角速度为 rad/s通过导线将金属杆的 a 端和金属环连接到图示的电路中(连接 a 端的导线与圆环不接触，图中的定值电阻 R1R，滑片 P 位于 R2 的正中央，R2 的总阻值为 4R)，图中的平行板长度为 L22 m，宽度为d2 m图示位置为计时起点，在平行板左边缘中央处刚好有一带电粒子以初速度 v005 m/s 向右运动，并恰好能从平行板的右边缘飞出，之后进入到有界匀强磁场中，其磁感应强度大小

20、为 B2，左边界为图中的虚线位置，右侧及上下范围均足够大(忽略金属杆与圆环的接触电阻、圆环电阻及导线电阻，忽略电容器的充放电时间，忽略带电粒子在磁场中运动时的电磁辐射的影响，不计平行金属板两端的边缘效应及带电粒子的重力和空气阻力)求：(1)在 04 s 内，平行板间的电势差 UMN；(2)带电粒子飞出电场时的速度；(3)在上述前提下若粒子离开磁场后不会第二次进入电场，则磁感应强度 B2 应满足的条件【答案】(1)1 V (2) m/s 与水平方向成 45夹角 (3)B2b则在 04 s 时间内，Md 时离开磁场后不会第二次进入电场，即 B22 T18. (2016淮安 5 月模拟)很多人喜欢到

21、健身房骑车锻炼,某同学根据所学知识设计了一个发电测速装置,如图所示.自行车后轮置于垂直车身平面向里的匀强磁场中,后轮圆形金属盘在磁场中转动时,可等效成一导体棒绕圆盘中心 O 转动.已知磁感应强度 B=0.5 T,圆盘半径 l=0.3 m,圆盘电阻不计.导线通过电刷分别与后轮外边缘和圆心 O 相连,导线两端 a、b 间接一阻值 R=10 的小灯泡.后轮匀速转动时,用电压表测得 a、b 间电压 U=0.6 V.(1) 与 a 连接的是电压表的正接线柱还是负接线柱?(2) 圆盘匀速转动 600 s,则此过程中产生了多少电能?(3) 自行车车轮边缘线速度是多少?19.（12 分） （2016 上海闸北

22、期末）半径分别为 r 和 2r 的同心圆形导轨固定在13 / 18同一水平面内，一长为 r、质量分布均匀的直导体棒 AB 置于圆导轨上，BA 的延长线过圆导轨中心 O，装置的俯视图如图所示。整个装置位于一磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中，方向竖直向下。在内、外圆导轨间对称地接有三个阻值均为 R 的电阻。直导体棒在垂直作用于导体棒 AB 中点的水平外力 F 作用下，以角速度 绕 O 点顺时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触，导体棒和导轨电阻均可忽略。求：（1）导体棒产生的感应电动势；（2）流过导体棒的感应电流；（3）外力大小。【参考答案】 （1）E 感Br2（2）I 总9Br2 2

23、R（3）F9B2r3 2R解法二：E 感Br2；（公式 3 分，结论 2 分）2 2rrBLvB r （2）三个电阻为并联关系：， （2 分）3RR总I 总；（2 分）23 23B rE RR 感总（3）解法一：外力， （公式 2 分，结论 1 分）22399 22B rB rFBI LBrRR 总解法二：F。 （公式 2 分，结论 1 分）E IPvv总感20.如图所示，长为 L 的金属导线下悬挂一质量为 m 的小球，在竖直向上的匀强磁场中做圆锥摆运动，圆锥的偏角为 ， ，磁感应强度为 B，求：14 / 18（1）摆球转动的角速度为 ；（2）金属导线中产生的感应电动势的大小。 【名师解析】（

24、1）由牛顿第二定律，mgtan=mr2，r=Lsin，联立解得：=cosg L21.在磁感应强度为 B=0.4T 的匀强磁场中放一个半径 r0=50cm 的圆形导轨，上面搁有互相垂直的两根导体棒，一起以角速度 =103 rad/s 逆时针匀速转动圆导轨边缘和两棒中央通过电刷与外电路连接，若每根导体棒的有效电阻为 R0=0.8，外接电阻 R=3.9，如图所示，求：（1）每半根导体棒产生的感应电动势（2）当电键 S 接通和断开时两电表示数（假定 RV，RA0）【名师解析】（1）每半根导体棒产生的感应电动势为：E1=Blv= Bl2=0.4103（0.5）2V=50V 1 21 215 / 18当电

25、键 S接通时，全电路总电阻为：R=r+R=（0.1+3.9）=4由全电路欧姆定律得电流强度（即电流表示数）为：I= =12.5 AE R此时电压表示数即路端电压为：U=IR=12.53.9 V=48.75V22.(宁夏银川一中 2016 届高三第三次模拟考试理科综合试题)(18 分) 如图所示，宽 L=2m、足够长的金属导轨 MN 和 MN放在倾角为 =30的斜面上，在 N和 N之间连接一个 R=2.0 的定值电阻，在 AA处放置一根与导轨垂直、质量 m=0.8kg、电阻 r=2.0 的金属杆，杆和导轨间的动摩擦因数 =，导轨电阻不计，导轨处于磁感应强度 B=1.0T、方向垂直于导轨平面的匀强

26、磁场中。用轻绳通过定滑轮将电动小车与杆的中点相连，滑轮与杆之间的连线平行于斜面，开始时小车位于滑轮正下方水平面上的 P 处（小车可视为质点） ，滑轮离小车的高度 H=4.0m。启动电动小车，使之沿 PS 方向以 v=5.0m/s 的速度匀速前进，当16 / 18杆滑到 OO位置时的加速度 a=3.2m/s2，AA与 OO之间的距离 d=1m，求：3 4（1）该过程中，通过电阻 R 的电量 q；（2）杆通过 OO时的速度大小；（3）杆在 OO时，轻绳的拉力大小；（4）上述过程中，若拉力对杆所做的功为 13J，求电阻 R 上的平均电功率。【参考答案】 （1）0.5C（2）3m/s（3）12.56N

27、（4）2.0W（2）几何关系： 解得: sinHHdsin0.80=53杆的速度等于小车速度沿绳方向的分量： 1cos3/vvm s（3）杆受的摩擦力 cos3fFmgN杆受的安培力代入数据，可得 22 1 ()B LFBILRr安v3FN安根据牛顿第二定律： sin=TfFmgFFma安解得: 12.56TFN（4）根据动能定理： 2 11sin2fWWmgdFmv安解出,电路产生总的电热2.4WJ 安2.4QJ总那么,R 上的电热 1.2RQJ此过程所用的时间 cot0.6HtsvR 上的平均电功率 1.2W2.0W0.6RQPt考点：法拉第电磁感应定律；牛顿第二定律；动能定理【名师点睛】

28、本题是一道电磁感应与力学、电学相结合的综合体，考查了求加速度、电阻产生的热量，分析清楚滑杆的运动过程，应用运动的合成与分解、17 / 18E=BLv、欧姆定律、安培力公式、牛顿第二定律、平衡条件、能量守恒定律即可正确解题；求 R 产生的热量时要注意，系统产生的总热量为 R 与 r 产生的热量之和.23.（市区 2015-2016 学年度高三年级总复习质量检测（三）理科综合试卷物理部分）如图所示，两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为，导轨上面横放着两根导体棒和，构成矩形回路，两根导体棒的质量皆为，电阻皆为，回路中其余部分的电阻可不计。在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强

29、磁场，磁感应强度为。设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行，开始时，棒静止，棒有指向棒的初速度，若两导体棒在运动中始终不接触，求：Lab cdmR Bcd ab cd0v（1）在运动中产生的焦耳热最多是多少？Q（2）当棒的速度变为初速度的时，棒的加速度是多少？ab4/3cda【参考答案】（1）；（2）2 01 4Qmv 22 0 4B L vFammR（2）设 ab 棒的速度变为 3v0/4，cd 棒的速度为 v，由动量守恒定律，0034mvmvmv，解得：v= v0/4。此时回路中感应电动势 E=-=，03 4BLv01 4BLv01 2BLv回路中电流 I=E/2R=，0 4BLv R此时 cd 棒所受的安培力 F=BIL=，22 0 4B L v R由牛顿第二定律，cd 棒的加速度 a=F/m=。22 0 4B L v mR考点：动量守恒定律；闭合电路的欧姆定律；导体切割磁感线时的感应电动势【名师点睛】本题主要考查了动量守恒定律、闭合电路的欧姆定律、导体切割18 / 18磁感线时的感应电动势。分根据动量守恒定律确定两棒最后的末速度是本题的关键，分析这类电磁感应现象中的能量转化较易：系统减少的动能转化为回路的焦耳热；本题涉及到动生电动势、动量守恒定律、牛顿第二定律及闭合电路欧姆定律综合的力电综合问题，故本题属于难度较大的题。