訓練四 電磁感應

訓練四 電磁感應

《教學考試》物理命題研究中心

1．(2016·山西省太原市第五中學階段性檢測)電磁爐熱效率高達90%，爐面無明火，無煙無廢氣， “火力”強勁，安全可靠。如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖，下列說法正確的是

( )

A．當恒定電流通過線圈時，會產(chǎn)生恒定磁場，恒定磁場越強，電磁爐加熱效果越好

B．在鍋和電磁爐中間放一紙板，則電磁爐不能起到加熱作用

C．電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋，主要原因是這些材料的導熱性能較差

D．電磁爐通電線圈加交流電后，在鍋底產(chǎn)生渦流，進而發(fā)熱工作

2．(多選)(2017·山東省濰坊實驗中學檢測)繞有線圈的鐵芯直立在水平桌面上，鐵芯上套著一個鋁環(huán)，線圈與電源、開關相連，如圖所示。線圈上端與電源正極相連，閉合開關的瞬間，鋁環(huán)向上跳起。若保持開關閉合，則

( )

A．如果電源的正、負極對調(diào)，觀察到的現(xiàn)象不變

B．鋁環(huán)跳起到某一高度后將回落

C．鋁環(huán)停留在某一高度

D．鋁環(huán)不斷升高

3．(多選)(2017·河北省衡水市冀州中學檢測)如圖所示，螺線管內(nèi)有一平行于軸線的勻強磁場，規(guī)定圖中箭頭所示方向為磁感應強度B的正方向，螺線管與U形導線框cdef相連，導線框cdef內(nèi)有一半徑很小的金屬圓環(huán)L，圓環(huán)與導線框cdef在同一平面內(nèi)。當螺線管內(nèi)的磁感應強度隨時間按圖示規(guī)律變化時

( )

A．在t1時刻，金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量為零

B．在t2時刻，金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量為零

C．在t1～t2時間內(nèi)，金屬圓環(huán)L內(nèi)有順時針方向的感應電流

D．在t1～t2時間內(nèi)，金屬圓環(huán)L有擴張趨勢

4．(多選)(2016·河北省石家莊質(zhì)檢)如圖所示，由一段外皮絕緣的導線扭成兩個半徑為R和r圓形平面形成的閉合回路，Rgt;r，導線單位長度的電阻為λ，導線截面半徑遠小于R和r。圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直平面向里、磁感應強度大小隨時間按B=kt(kgt;0，為常數(shù))的規(guī)律變化的磁場，下列說法正確的是

( )

A．小圓環(huán)中電流的方向為逆時針

B．大圓環(huán)中電流的方向為逆時針

5．(多選)現(xiàn)代科學研究中常用到高速電子，電子感應加速器就是利用感生電場加速電子的設備。電子感應加速器主要有上、下電磁鐵磁極和環(huán)形真空室組成。當電磁鐵繞組通以變化的電流時，產(chǎn)生變化的磁場，穿過真空盒所包圍的區(qū)域內(nèi)的磁通量也隨時間變化，這時真空盒空間內(nèi)就產(chǎn)生感應渦旋電場，電子將在渦旋電場作用下得到加速。如圖所示(上圖為側視圖、下圖為真空室的俯視圖)，若電子被“約束”在半徑為R的圓周上運動，當電磁鐵繞組通有圖中所示的電流時

( )

A．電子在軌道上逆時針運動

B．保持電流的方向不變，當電流增大時，電子將加速

C．保持電流的方向不變，當電流減小時，電子將加速

D．被加速時電子做圓周運動的周期不變

6．(多選)(2017·廣西欽州市高新區(qū)高三月考)如圖所示，兩平行光滑的金屬導軌MN、PQ固定在水平面上，相距為L，處于豎直向下的磁場中，整個磁場由n個寬度皆為x0的條形勻強磁場區(qū)域1、2、3…n組成，從左向右依次排列，磁感應強度大小分別為B、2B、3B…nB，兩導軌左端MP間接入電阻R，金屬棒ab垂直放在水平導軌上，且與導軌接觸良好，不計導軌和金屬棒的電阻。若在不同的磁場區(qū)對金屬棒施加不同的拉力，使棒ab以恒定速度v向右勻速運動。取金屬棒圖示位置(即磁場1區(qū)左側)為x=0，則通過棒ab的電流i、對棒施加的拉力F隨位移x變化的圖象是

( )

7．(多選)(2017·廣西桂林中學高三月考)如圖所示，在勻強磁場區(qū)域的上方有一半徑為R、質(zhì)量為m的導體圓環(huán)，將圓環(huán)由靜止釋放，圓環(huán)剛進入磁場的瞬間和完全進入磁場的瞬間速度相等。已知圓環(huán)的電阻為r，勻強磁場的磁感應強度為B，重力加速度為g，則

( )

A．圓環(huán)進入磁場的過程中，圓環(huán)中的電流為逆時針

B．圓環(huán)進入磁場的過程可能做勻速直線運動

D．圓環(huán)進入磁場的過程中，電阻產(chǎn)生的熱量為2mgR

8．(多選)如圖所示，間距為L，足夠長的光滑導軌傾斜放置，與水平面傾角為θ，其上端連接一個定值電阻R，勻強磁場磁感應強度為B。方向垂直于導軌所在平面，將質(zhì)量為m的金屬棒ab在導軌上無初速度釋放，當ab棒下滑到穩(wěn)定狀態(tài)時，電阻R的電功率為P；導軌和金屬棒的電阻均不計，重力加速度為g。下列判斷正確的是

( )

A．導體棒的a端電勢比b端電勢高

B．a(chǎn)b棒在達到穩(wěn)定狀態(tài)前做加速度增加的加速運動

D．若換成一根質(zhì)量為原來2倍的導體棒，其他條件不變，則ab棒下滑到穩(wěn)定狀態(tài)時，電阻R的電功率將變?yōu)樵瓉淼?倍

9．(2017·重慶市育才中學高三3月復習)如圖所示，一個邊緣帶有凹槽的金屬圓環(huán)，沿其直徑裝有一根長2L的金屬桿AC，可繞通過圓環(huán)中心的水平軸O轉(zhuǎn)動。將一根質(zhì)量不計的長繩一端固定于槽內(nèi)并將繩繞于圓環(huán)槽內(nèi)，繩子的另一端吊了一個質(zhì)量為m的物體。圓環(huán)的一半處在磁感應強度為B，方向垂直環(huán)面向里的勻強磁場中。現(xiàn)將物體由靜止釋放，若金屬圓環(huán)和金屬桿單位長度的電阻均為R，忽略所有摩擦和空氣阻力。

(1)設某一時刻圓環(huán)轉(zhuǎn)動的角速度為ω0，且OA邊在磁場中，請求出此時金屬桿OA產(chǎn)生電動勢的大小。

(2)請求出物體在下落中可達到的最大速度。

(3)當物體下落達到最大速度后，金屬桿OC段進入磁場時，桿C、O兩端電壓多大？

10．(2017·四川省樂山市高中第三次調(diào)查研究考試)如圖所示，PQ和MN是固定于水平面內(nèi)間距L=1.0 m的平行金屬軌道，軌道足夠長，其電阻可忽略不計。兩相同的金屬棒ab、cd放在軌道上，運動過程中始終與軌道垂直，且接觸良好，它們與軌道形成閉合回路。已知每根金屬棒的質(zhì)量m=0.20 kg，每根金屬棒位于兩軌道之間部分的電阻值R=1.0 Ω；金屬棒與軌道間的動摩擦因數(shù)μ=0.20，且與軌道間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。整個裝置處在豎直向上、磁感應強度B=0.40 T的勻強磁場中。重力加速度g=10 m/s2。

(1)在t=0時刻，用垂直于金屬棒的水平力F向右拉金屬棒cd，使其從靜止開始沿軌道以a=5.0 m/s2的加速度做勻加速直線運動，求金屬棒cd運動多長時間金屬棒ab開始運動；

(2)若用一個適當?shù)乃酵饬′向右拉金屬棒cd，使其達到速度v1=20 m/s沿軌道勻速運動時，金屬棒ab也恰好以恒定速度沿軌道運動。求：

①金屬棒ab沿軌道運動的速度大?。?/p>

②水平外力F′的功率。

參考答案

1．D 【解析】電磁爐采用渦流感應加熱原理；其內(nèi)部通過電子線路板組成部分產(chǎn)生交變磁場、當用含鐵質(zhì)鍋具底部放置爐面時，鍋具即切割交變磁感線而在鍋具底部金屬部分產(chǎn)生渦流，使鍋具鐵分子高速無規(guī)則運動，進而產(chǎn)生熱能，電磁爐工作時需要在鍋底產(chǎn)生感應電流，陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋不屬于金屬導體，不能產(chǎn)生感應電流，由于線圈產(chǎn)生的磁場能穿透紙板到達鍋底，在鍋底產(chǎn)生感應電流，利用電流的熱效應起到加熱作用。D正確。

2．AB 【解析】閉合開關瞬間，線圈中的磁場增大，導致鋁環(huán)內(nèi)的磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知，鋁環(huán)中感應電流的磁場將阻礙磁通量的增大，因此將向上跳起，但是不能阻止磁通量變化，故鋁環(huán)將落回線圈，故B正確，CD錯誤；若將電源的正、負極對調(diào)，對調(diào)過程中線圈中的磁通量先減小后增大，在減小時，在本實驗裝置中不能觀察到現(xiàn)象，在增大過程中鋁環(huán)向上跳起，故A正確。

3．AC 【解析】由B-t圖象知，t1時刻磁通量的變化率為零，則感應電流為零，L上的磁通量為零，A正確；在t2時刻，磁感應強度為零，但是磁通量的變化率最大，則感應電流最大，通過金屬圓環(huán)的磁通量最大，B錯誤；在t1～t2時間內(nèi)，磁通量的變化率不斷變大，則線圈內(nèi)的感應電流不斷變大，根據(jù)楞次定律，在線圈中的電流方向f到c，根據(jù)右手螺旋定則，穿過圓環(huán)的磁通量向外增大，則根據(jù)楞次定律，在金屬圓環(huán)中產(chǎn)生順時針方向的感應電流，故C錯誤；在t1～t2時間內(nèi)，L內(nèi)的磁場增加，由楞次定律可以確定L必須減小面積以達到阻礙磁通量的增加，故有收縮的趨勢，故D正確。

5．AB 【解析】線圈中的電流增強，磁場就增大了，根據(jù)楞次定律，感生電場產(chǎn)生的磁場要阻礙它增大所以感生電場為順時針方向，即電流方向順時針，所以電子運動在逆時針方向電場力作用下加速運動，洛倫茲力約束下做圓周運動，故A、B項正確；當磁場減小，根據(jù)楞次定律，可知渦旋電場的方向為逆時針方向，電子將沿逆時針方向減速運動。在電子被加速過程中，由于磁場的變化，導致運動的周期變化，故C、D錯誤。

(2)等效電路如圖所示：

當OC段在磁場中時,

10.解：(1)當金屬棒ab所受的安培力等于最大靜摩擦力時ab棒開始運動，則有：

BIL=μmg

cd棒產(chǎn)生的感應電動勢為：E=I·2R=2 V

(2)①設金屬棒ab棒沿軌道運動的速度大小為v2，

以ab棒為研究對象，根據(jù)平衡條件得：

BI′L=μmg

②以兩棒整體為研究對象,由平衡條件得:水平外力為F′=2μmg