2018年高考物理二輪復(fù)習(xí) 100考點(diǎn)千題精練 第十章 電磁感應(yīng) 專題10.9 轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線問題

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1、 專題10.9 轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線問題 一．選擇題 1. (2018洛陽(yáng)聯(lián)考)1831年,法拉第在一次會(huì)議上展示了他發(fā)明的圓盤發(fā)電機(jī)(圖甲).它是利用電磁感應(yīng)的原理制成的,是人類歷史上第一臺(tái)發(fā)電機(jī).圖乙是這個(gè)圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖:銅盤安裝在水平的銅軸上,它的邊緣正好在兩磁極之間,兩塊銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動(dòng)軸和銅盤的邊緣良好接觸.使銅盤轉(zhuǎn)動(dòng),電阻R中就有電流通過.若所加磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng),回路的總電阻恒定,從左往右看,銅盤沿順時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng),下列說法中正確的是 (　　) A. 銅片D的電勢(shì)高于銅片C的電勢(shì) B. 電阻R中有正弦式交變電流流過 C. 銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度增大1倍,流過電阻R的電流

2、也隨之增大1倍 D. 保持銅盤不動(dòng),磁場(chǎng)變?yōu)榉较虼怪庇阢~盤的交變磁場(chǎng),則銅盤中有電流產(chǎn)生 【參考答案】C 【名師解析】根據(jù)右手定則，銅片中電流方向?yàn)镈指向C，由于銅片是電源，所以銅片D的電勢(shì)低于銅片 C的電勢(shì)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電阻R中有恒定的電流流過，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度增大1倍,，根據(jù)轉(zhuǎn) 動(dòng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式E＝BL2ω，產(chǎn)生是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大1倍，根據(jù)閉合電路歐姆定律，流過電 阻R的電流也隨之增大1倍，選項(xiàng)C正確；保持銅盤不動(dòng),磁場(chǎng)變?yōu)榉较虼怪庇阢~盤的交變磁場(chǎng),則銅盤中沒 有電流產(chǎn)生，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 2.如圖所示為一圓環(huán)發(fā)電裝置，用電阻R＝4 Ω的導(dǎo)體棒彎成半徑L

3、＝0.2 m的閉合圓環(huán)，圓心為O，COD 是一條直徑，在O、D間接有負(fù)載電阻R1＝1 Ω。整個(gè)圓環(huán)中均有B＝0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直環(huán)面穿過。電阻 r＝1 Ω的導(dǎo)體棒OA貼著圓環(huán)做勻速運(yùn)動(dòng)，角速度ω＝300 rad/s，則(　　) A.當(dāng)OA到達(dá)OC處時(shí)，圓環(huán)的電功率為1 W B.當(dāng)OA到達(dá)OC處時(shí)，圓環(huán)的電功率為2 W C.全電路最大功率為3 W D.全電路最大功率為4.5 W 【參考答案】AD 3.如圖所示，半徑為r的金屬圓盤在垂直于盤面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，繞O軸以角速度ω沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則通過電阻R的電流的方向和大小是(金屬圓盤的電阻不計(jì))(　　) A.由

4、c到d，I＝ B.由d到c，I＝ C.由c到d，I＝ D.由d到c，I＝ 【參考答案】D 4（2018河南八市重點(diǎn)高中聯(lián)考）如圖所示，導(dǎo)體桿OP在作用于OP中點(diǎn)且垂直于OP的力作用下，繞O軸沿半徑為r的光滑半圓形框架在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以一定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，AO間接有電阻R，桿和框架電阻不計(jì)，回路中的總電功率為P，則 A．外力的大小為2Br B．外力的大小為2Br C．導(dǎo)體桿旋轉(zhuǎn)的角速度為 D．導(dǎo)體桿旋轉(zhuǎn)的角速度為 【參考答案】C 【名師解析】設(shè)導(dǎo)體桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，則導(dǎo)體桿轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E= Br2ω，I=E/R，根據(jù)題述回

5、路中的電功率為P，則P=EI；設(shè)維持導(dǎo)體桿勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的外力為F，則有：P=Fv/2，v=rω，聯(lián)立解得F=Br ，ω= ，選項(xiàng)C正確ABD錯(cuò)誤。 5. 如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕金屬軟導(dǎo)線下懸掛一質(zhì)量為m的小球，在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓錐擺運(yùn)動(dòng)，圓錐的偏角為θ，，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則 A．?dāng)[球轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω= B．?dāng)[球轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω=． C．金屬導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E=BL2sin2θ D．金屬導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E=BLsin2θ 【參考答案】AC 6.（2018湖南長(zhǎng)郡中學(xué)實(shí)驗(yàn)班選拔考試）如圖所示，x軸上方第一象限和第二象限分別有垂直紙面向里和垂直紙面向外

6、的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同，現(xiàn)有四分之一圓形線框OMN繞O點(diǎn)逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若規(guī)定線框中感應(yīng)電流I順時(shí)針方向?yàn)檎较?，從圖示時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，則感應(yīng)電流I及ON邊所受的安培力大小F隨時(shí)間t的變化示意圖正確的是 【參考答案】AD 7.(2016·河北正定模擬)如圖所示為感應(yīng)式發(fā)電機(jī)，a、b、c、d是空間四個(gè)可用電刷與銅盤邊緣接觸的點(diǎn)，O1、O2是銅盤軸線導(dǎo)線的接線端，M、N是電流表的接線端?，F(xiàn)在將銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)，能觀察到感應(yīng)電流的是(　　) A.將電流表的接線端M、N分別連接a、c位置 B.將電流表的接線端M、N分別連接O1、a位置 C.將電流表的接線端M、N分別連接O1、

7、O2位置 D.將電流表的接線端M、N分別連接c、d位置 【參考答案】B 8.如圖所示為一圓環(huán)發(fā)電裝置，用電阻R＝4 Ω的導(dǎo)體棒彎成半徑L＝0.2 m的閉合圓環(huán)，圓心為O，COD是一條直徑，在O、D間接有負(fù)載電阻R1＝1 Ω。整個(gè)圓環(huán)中均有B＝0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直環(huán)面穿過。電阻r＝1 Ω的導(dǎo)體棒OA貼著圓環(huán)做勻速運(yùn)動(dòng)，角速度ω＝300 rad/s，則(　　) A.當(dāng)OA到達(dá)OC處時(shí)，圓環(huán)的電功率為1 W B.當(dāng)OA到達(dá)OC處時(shí)，圓環(huán)的電功率為2 W C.全電路最大功率為3 W D.全電路最大功率為4.5 W 【參考答案】AD 【名師解析】當(dāng)OA到達(dá)OC處時(shí)，圓環(huán)的電

8、阻為1 Ω，與R1串聯(lián)接入電源，外電阻為2 Ω，棒轉(zhuǎn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BL2ω＝3 V，圓環(huán)上分壓為1 V，所以圓環(huán)上的電功率為1 W，A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)OA到達(dá)OD處時(shí)，圓環(huán)中的電阻為零，此時(shí)電路中總電阻最小，而電動(dòng)勢(shì)不變，所以電功率最大為P＝＝4.5 W，C錯(cuò)誤，D正確。 9.如圖所示，半徑為r的金屬圓盤在垂直于盤面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，繞O軸以角速度ω沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則通過電阻R的電流的方向和大小是(金屬圓盤的電阻不計(jì))(　　) A.由c到d，I＝ B.由d到c，I＝ C.由c到d，I＝ D.由d到c，I＝ 【參考答案】D 10（2016河南八市重點(diǎn)高

9、中聯(lián)考）如圖所示，導(dǎo)體桿OP在作用于OP中點(diǎn)且垂直于OP的力作用下，繞O軸沿半徑為r的光滑半圓形框架在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以一定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，AO間接有電阻R，桿和框架電阻不計(jì)，回路中的總電功率為P，則 A．外力的大小為2Br B．外力的大小為2Br C．導(dǎo)體桿旋轉(zhuǎn)的角速度為 D．導(dǎo)體桿旋轉(zhuǎn)的角速度為 【參考答案】C 【命題意圖】本題考查了電磁感應(yīng)、閉合電路歐姆定律、電功率，圓周運(yùn)動(dòng)等知識(shí)點(diǎn)。 二．計(jì)算題 1. (2016·淮安5月模擬)很多人喜歡到健身房騎車鍛煉,某同學(xué)根據(jù)所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)發(fā)電測(cè)速裝置,如圖所示.自行車后輪置于垂直車身平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中

10、,后輪圓形金屬盤在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),可等效成一導(dǎo)體棒繞圓盤中心O轉(zhuǎn)動(dòng).已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T,圓盤半徑l=0.3 m,圓盤電阻不計(jì).導(dǎo)線通過電刷分別與后輪外邊緣和圓心O相連,導(dǎo)線兩端a、b間接一阻值R=10 Ω的小燈泡.后輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),用電壓表測(cè)得a、b間電壓U=0.6 V. (1) 與a連接的是電壓表的正接線柱還是負(fù)接線柱? (2) 圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)600 s,則此過程中產(chǎn)生了多少電能? (3) 自行車車輪邊緣線速度是多少? 2.（12分）（2016上海閘北期末）半徑分別為r和2r的同心圓形導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，一長(zhǎng)為r、質(zhì)量分布均勻的直導(dǎo)體棒AB置于圓導(dǎo)軌上，BA的延長(zhǎng)線過

11、圓導(dǎo)軌中心O，裝置的俯視圖如圖所示。整個(gè)裝置位于一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，方向豎直向下。在內(nèi)、外圓導(dǎo)軌間對(duì)稱地接有三個(gè)阻值均為R的電阻。直導(dǎo)體棒在垂直作用于導(dǎo)體棒AB中點(diǎn)的水平外力F作用下，以角速度ω繞O點(diǎn)順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌保持良好接觸，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌電阻均可忽略。求： （1）導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； （2）流過導(dǎo)體棒的感應(yīng)電流； （3）外力大小。 【參考答案】（1）E感＝Bωr2 （2）I總＝ （3）F＝ 解法二：E感＝＝Bωr2；（公式3分，結(jié)論2分） （2）三個(gè)電阻為并聯(lián)關(guān)系：，（2分） I總＝＝；（2分） （3）解法一：外力，（公式

12、2分，結(jié)論1分） 解法二：F＝＝。（公式2分，結(jié)論1分） 3.如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬導(dǎo)線下懸掛一質(zhì)量為m的小球，在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓錐擺運(yùn)動(dòng)，圓錐的偏角為θ，，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求： （1）擺球轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω； （2）金屬導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。 （2）導(dǎo)體在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)切割磁感線，但導(dǎo)體本身與磁場(chǎng)不垂直，應(yīng)該考慮切割的有效長(zhǎng)度. 導(dǎo)體L切割磁感線的有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)′=Lsinθ， 根據(jù)旋轉(zhuǎn)切割產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)公式：E=BL2ω 得：E=BL2ωsin2θ=BL2sin2θ 4.在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.4T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放一個(gè)半徑r0=50cm的圓形導(dǎo)軌，上面擱

13、有互相垂直的兩根導(dǎo)體棒，一起以角速度ω=103?rad/s逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．圓導(dǎo)軌邊緣和兩棒中央通過電刷與外電路連接，若每根導(dǎo)體棒的有效電阻為R0=0.8Ω，外接電阻R=3.9Ω，如圖所示，求： （1）每半根導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)． （2）當(dāng)電鍵S接通和斷開時(shí)兩電表示數(shù)（假定RV→∞，RA→0）． 【名師解析】 （1）每半根導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： E1=Blv= Bl2ω=×0.4×103×（0.5）2V=50V． 當(dāng)電鍵S′接通時(shí)，全電路總電阻為： R′=r+R=（0.1+3.9）Ω=4Ω． 由全電路歐姆定律得電流強(qiáng)度（即電流表示數(shù)）為： I== =12.5?A

14、． 此時(shí)電壓表示數(shù)即路端電壓為： U=IR=12.5×3.9?V=48.75V． 5.(寧夏銀川一中2016屆高三第三次模擬考試?yán)砜凭C合試題)(18分) 如圖所示，寬L=2m、足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌MN和M′N′放在傾角為θ=30°的斜面上，在N和N′之間連接一個(gè)R=2.0Ω的定值電阻，在AA′處放置一根與導(dǎo)軌垂直、質(zhì)量m=0.8kg、電阻r=2.0Ω的金屬桿，桿和導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T、方向垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。用輕繩通過定滑輪將電動(dòng)小車與桿的中點(diǎn)相連，滑輪與桿之間的連線平行于斜面，開始時(shí)小車位于滑輪正下方水平面上的P處（小車可視為質(zhì)點(diǎn)），

15、滑輪離小車的高度H=4.0m。啟動(dòng)電動(dòng)小車，使之沿PS方向以v=5.0m/s的速度勻速前進(jìn)，當(dāng)桿滑到OO′位置時(shí)的加速度a=3.2m/s2，AA′與OO′之間的距離d=1m，求： （1）該過程中，通過電阻R的電量q； （2）桿通過OO′時(shí)的速度大小； （3）桿在OO′時(shí)，輕繩的拉力大??； （4）上述過程中，若拉力對(duì)桿所做的功為13J，求電阻R上的平均電功率。 【參考答案】（1）0.5C（2）3m/s（3）12.56N（4）2.0W （3）桿受的摩擦力 桿受的安培力代入數(shù)據(jù)，可得 根據(jù)牛頓第二定律： 解得: （4）根據(jù)動(dòng)能定理： 解出,電路產(chǎn)生總

16、的電熱 那么,R上的電熱 此過程所用的時(shí)間 R上的平均電功率 考點(diǎn)：法拉第電磁感應(yīng)定律；牛頓第二定律；動(dòng)能定理 【名師點(diǎn)睛】本題是一道電磁感應(yīng)與力學(xué)、電學(xué)相結(jié)合的綜合體，考查了求加速度、電阻產(chǎn)生的熱量，分析清楚滑桿的運(yùn)動(dòng)過程，應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解、E=BLv、歐姆定律、安培力公式、牛頓第二定律、平衡條件、能量守恒定律即可正確解題；求R產(chǎn)生的熱量時(shí)要注意，系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量為R與r產(chǎn)生的熱量之和. 6.（天津市河北區(qū)2015-2016學(xué)年度高三年級(jí)總復(fù)習(xí)質(zhì)量檢測(cè)（三）理科綜合試卷·物理部分）如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的固定的平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi)，兩導(dǎo)軌間的距離為，導(dǎo)軌上面

17、橫放著兩根導(dǎo)體棒和，構(gòu)成矩形回路，兩根導(dǎo)體棒的質(zhì)量皆為，電阻皆為，回路中其余部分的電阻可不計(jì)。在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為。設(shè)兩導(dǎo)體棒均可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦地滑行，開始時(shí)，棒靜止，棒有指向棒的初速度，若兩導(dǎo)體棒在運(yùn)動(dòng)中始終不接觸，求： （1）在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的焦耳熱最多是多少？ （2）當(dāng)棒的速度變?yōu)槌跛俣鹊臅r(shí)，棒的加速度是多少？ 【參考答案】（1）；（2） （2）設(shè)ab棒的速度變?yōu)?v0/4，cd棒的速度為v’，由動(dòng)量守恒定律， ， 解得：v’= v0/4。 此時(shí)回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=-=， 回路中電流I=E/2R=， 此時(shí)cd棒所受的安培力F=BIL=， 由牛頓第二定律，cd棒的加速度a=F/m=。 考點(diǎn)：動(dòng)量守恒定律；閉合電路的歐姆定律；導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 【名師點(diǎn)睛】本題主要考查了動(dòng)量守恒定律、閉合電路的歐姆定律、導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。分根據(jù)動(dòng)量守恒定律確定兩棒最后的末速度是本題的關(guān)鍵，分析這類電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化較易：系統(tǒng)減少的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為回路的焦耳熱；本題涉及到動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)、動(dòng)量守恒定律、牛頓第二定律及閉合電路歐姆定律綜合的力電綜合問題，故本題屬于難度較大的題。 13