PDF《与现代生活》

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第一章!电磁感应 与现代生活

第一节!电磁感应 划时代的发现 ! # !解析 产生感应电流的条件是穿 过闭合回路的磁通量发生变化故只有 选项 #正确! $! # !解析圆环带负电圆环转动时相 当于环形电流当圆环变速转动时其 环形电流大小变化产生的磁场变化 穿过小线圈的磁通量发生变化小线圈 内一定有感应电流故选项 #正确! %! # !解析 根据通电螺线管产生的磁 场特点可知 # &

$ &

% 由'

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可得#&

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% 故 #正确! (! # !解析因为 &

都发生变化! 所以 可用后来的磁通量减去原来的磁通量! 取后来的磁通量为正! ! '

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*! /! $ -.

故 #对! ! *!增加 $!

0 !解析 弹簧面所在处存在两个方 向的磁场即磁铁内部磁场和外部磁 场它们各自产生方向不同的磁通量 总的磁通量等于两者绝对值之差! 当拉 大弹簧面积时内部磁场的磁通量不 变而外部磁场的磁通 量却增大故'

1 内1)1 外1应减小所以选项

0 正确! %! # !解析 磁通量的变化量即穿过这 一平面的初末两状态的磁通量之差! 开始 时穿过线圈平面的磁通量为 '

&

2

3 4 ! 则后来穿过线圈平面的 磁通量为$ '

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2

3 4 则磁通量的 变化量为! '

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2

3 4 ! (!

5 !解析6中线圈不切割磁感线所 以 6中线圈没有感应电流产生7 即使 切割了磁感线也不能保证就能产生感 应电流比如 0和 #中的线圈竖直边 切割了磁感线但闭合线圈的磁通量没 有发生变化故

0 #中的线圈也没有 感应电流产生7 /!

8 9 !解析 对于 6选项因为线圈 平面平行于磁感线在以 ( ( ) 为轴转动 过程中线圈平面始终与磁感线平行 磁通量始终为零故无感应电流产生 0选项中线圈平面也与磁感线平行 磁通量为零竖直向上运动过程中线 圈平面始终与磁感线平行磁通量始终 为零故无感应电流产生#选项中线 圈平面与磁感线平行与 0选项相同 故无感应电流产生5选项随着线圈的 转动 与&

都不变 又始终垂直于 &

所以 '

&

始终不变故 5中无感 应电流产生而 8选项图示状态 '

*转过 :** 时'

&

磁通量发生变化 因此产生感应电流9选项螺线管内通 入交流电电流大小方向在变因此磁 场强弱方向也在变所以穿过线圈的 磁通量发生变化产生感应电流! ;

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0 # !解析6中虽然导体切割 了 磁感线但穿过闭合线框的磁通量并没 有发生变化没有感应电流产生7 0中 导体框的一部分导体 切割 了磁感 线穿过线框的磁感线条数越来越少 线框中有感应电流7 #中虽然与 6近 似但由于是非匀强磁场线框运动过 程中穿过线框的磁感线条数增加线 框中有感应电流7 5中线框尽管是部分 切割但穿过线框的磁感线条数不变 无感应电流故选0 #

7 ? 极性不明所以螺线管 - .的两端极性也不能明确所以

6 0 5错#对! $!

0 5 !解析#$ 棒是因电而动 所以 #$ 棒受到的安培力向右由左手 定则可知电流方向 #$ 故 0对由楞 次定律可知 逐渐减小5对! %! # !解析由数学知识可知金属棒下 滑过程中与坐标轴所围面积先增加后 减小穿过回路 #( $的磁通量先增加 后减小根据楞次定律感应电流方向 先是 $ #后是 #$ ! (!

6 5 !解析当 中通过的电流减小 时穿过 ,线圈中的磁通量减小产生 顺时 针方向的感应电流从左往右看跟 中电流环绕方向相同, 中环形电流间的作用力使 ,有缩小的 趋势故 6正确! 又 螺线管中电流减 小环与环之间的引力减小故 螺线 管有伸长的趋势! /!

0 !解析 当穿过闭合回路的磁通量 均匀增加时由楞次定律知感应电流 的磁场方向与原磁场方向相反由安培 定则可判断出 0正确! ;

!

5 !解析 开始 #$ 棒下滑切割磁感 线产生感应电动势因电路不闭合所 以没有感应电流金属棒做自由落体运 动! 闭合开关后有感应电流根据右手 定则在金属棒中感应电流方向是从 #$ 的其大小为 / '

01 2 同时金属棒 受到安培力作用根据左手定则方向是 向上的大小为 3'

/

0 '

$ 0$

1 2 这时 金属棒受到的合力为4

5 ) $ 0$

1 2 '

4 #

1 的大小不一定所以加速度的大小 方向不一定! 金属棒可能加速可能减 速也可能匀速! &

: 6选项正确! '

$ 时刻 7中电流恒定线圈 6中无变 化的磁通量不产生感应电流6只受 重力 :与桌面支持力

3 >

作用而平衡 有3>

'

:0选项错! 同理在 '

( 时刻

7 中电流恒定有

3 >

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: 5选项正确! '

% 时刻 7中电流为零对 6无磁场力作 用仍是

3 >

'

: #选项错! 点评线圈 6处在线圈 7所产生的磁 场中当 7中电流不变时6中有稳定 的磁场磁通量不变无感应电流产生!

第三节!探究感应 电动势的大小 !

0 !解析 由于两次条形磁铁插入线 圈的起始和终止位置相同因此磁通量 的变化 ! '

$ ) 相同故 6错! 根据;

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可知第一次磁通量变化较 快所以感应电动势较大! 而闭合电路 电阻相同所以感应电流也较大故

0 正确! 通过%的电量 ='

/ ! '

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2 ! '

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2 即两次通过%的电荷 量相同故 #不对! 若?断开虽然电 路不闭合没有感应电流但感应电动 势仍存在故 5不对! $!

6 !解析当公式 ;

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1 中 >

1 互 相垂直且导体切割磁感线运动时感应 电动势最大 ;

A '

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1 '

*! ,*! , * B'

*! B 考虑到它们三者的空间 位置关系0 # 5正确6错误! %! # !解析由法拉第电磁感应定律;

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'

$ B 所以线圈中感应电动势始 终为 $ B #项正确! (! # !解析 本题考查导体切割磁感线 产生的感应电动势! 关键是分析出垂直 切割磁感线的速度情况! 金属棒水平抛 出后在垂直于磁场方向上的速度不 变由 ;

'

01 可知感应电动势也不 变故选 # ! /! # !解析? '

图像中图像斜率越大 ! ! '

越大感应电动势就越大! ;

!

6 !解析因磁感应强度 的方向棒 的运动方向及棒本身三者相互垂直故 ;

'

01 其中

0 '

+

4 C D ;

** 结合欧姆定 律可知选项 6正确! !

6 !解析;

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故='

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1'

$,*! ( , B'

*! + B 方 向由 # 到$!由题图乙可知磁感应强度 从'

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*到 4末的变化量为 ! '

) $ F 即! !'

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)$FG4!因此对

4 末的磁场变化产生的感应 电动势有 ;

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$ , , , *! ( B'

*! + B 方向由 $ 到#! 由于 ;

与;

$的大小相等方向相反所以 回路中的总感应电动势 ;

总'

*! %!

0 !解析 由油滴平衡有

4 5 '

= C - + C - '

4 5+ = 且电容器上极板必带负电 那么螺线管下端相当于电源正极由楞 次定律知磁场 正在减弱 又;

'

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! ! '

C - '

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可得 ! ! '

'

4 5+ ! $设金属杆之间增加的距离为 !

0 则两金属杆共产生的热量 7'

/ $ $A !

0 $1 '

$ +$

1 A ! 0代入数据得 7'

! $+ , * ) $ J ! $!

6 ! 解析 由题图乙可知在 * =

4 内磁感应强度均匀增大穿过线圈的 磁通量均匀增大由楞次定律可知线圈 中产生恒定电流其方向与正方向一 致 = %

4 内穿过线圈的磁通量不变 感应电动势为 *在%=/4内线圈中 的磁通量均匀减小由楞次定律可知线 圈中产生恒定电流其方向与正方向相 反! 由题图乙可知 * =

4 内磁感应强 度变化率是 % = /

4 内磁感应强度变化 率的 $ 倍故产生的电动势为其 $ 倍! 故 6选项正确! %! 当扇形回路在磁场中匀速转动时每转 过 +** 便完成一次周期性变化因此 G'

&

! 在这个前提下可以写出在一个 周期内磁通量 随时间变化的解析式 '

&

( A $ )$ , $ A $ '

A ( $ &

( ) ) '

为从初始位置开始扇形线框转 过的角度! 第%题图 上述结果显示了磁通量随时间按线性规律变化的特点例如当 '

(/* 时'

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G ( '

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G G ( '

&

( 因此 '

*当$'

:** 时'

$ '

G $ '

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G G $ '

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$ 因此 $ '

) &

( A $ 具体图线如图所示! (!

6 !解析 若磁感应强度 随时间均 匀变化如图中 # 5所示原线圈螺线 管 中将产生恒定电流穿过副线圈 导线环的磁通量不变副线圈中无 ! &

$ $ 感应电流! 由此可知副线圈的受力情 况完全取决于其电流方向与原线圈中 电流方向间的关系根据楞次定律可 知要想使副线圈受到向上的磁场力 原线圈中磁通量的变化情况只能是削 弱型即选项 6中曲线斜率 ! ! '

随时间 逐渐减小的过程而且这一结论与螺线 管的 绕法及#$ % + 中磁场的方向均无关! /! 穿过闭合回路的磁通量发生变化回路 中产生感应电流根据法拉第电磁感应 定律和欧姆定律列方程;

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2 3

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D #$

2 3

4 / '

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2 '

D #$

2 3

4 2 ! 经 过时间 '

后棒

8 9所受的安培力为 3'

'

/ # '

* @D '

D #$ $

2 3

4 2 棒89离开钩子的条件应该是

3 4 5! 代入 后解得 '

4 52 D $ #$ $

2 3

4 ) * D ! 此后棒在竖 直方向上做往返运动! ;

! 物体刚要离开地面时其受到的拉力 3等于它的重力

4 5而拉力 3等于棒 #+ 所受的安培力即

4 5 '

/

0 ! 其中 '

! ! '

'

感应电流由变化的磁场产生 / '

;

2 '

! ! '

2 '

! ! '

0 0$

2 所以由上述两式可得 '

'

4 52 0$ 0$ ! '

! ( ) ! '

! '

*

4 ! ! %设在时间 '

内棒 % + 产生 7'

*! J 的热量由焦耳定律知 7'

/ $

2 '

设#$ 棒匀速运动的速度是

1 其产生的 感应电动势 ;

'

01 由闭合电路欧姆定律知 / '

;

$2 时间 '

内棒 #$ 运动的位移 I '

1 '

力 3所做的功 H'

3 I 综合上 述各式代入数据解得H'

*! ( J ! *!

7 #$'

7 2 '

*! $ J 由7'

/ $

2 '

/ % + '

$/ #$ 所以

7 % + '

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2 % + / $ #$

2 #$

7 #$'

( , $ , *! $ J '

*! ( J ! $绳被拉断时 / #$

0 @

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G ;

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01 $/ #$'

;

2 % + @

2 2 #$ 2@

2 #$ ! 解上述三式并代入数据得

1 '

% AG

4 ! %由能的转化和守恒定律有

4 5@ '

$

4 1 $ @

7 % + @

7 #$@

7 2 ! 代入数据得 @ '

$! (/ A ! ! 本题考查考生对电磁学力学基本规 律的认识和理解考查理解能力推理 能力分析综合能力应用数学处理物 理问题的能力及获取信息的能力! 感应电流的大小和方向均不发生 改变因为金属棒滑到圆弧任意位置 时回路中磁通量的变化率相同! $* = '

* 时间内设回路中感应电动势 大小为 ;

* 感应电流为 / 感应电流产生 的焦耳热为

7 由法拉第电磁感应定律 ;

* '

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