黄冈中学届高考物理电磁感应与电路的分析冲刺专题复习Word格式文档下载.docx

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3．如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶，原线圈两端的交变电压为u＝202sin100πtV．氖泡在两端电压达到100V时开始发光，下列说法中正确的有[2009年高考&

江苏物理卷]（　　）A．开关接通后，氖泡的发光频率为100Hz

B．开关接通后，电压表的示数为100V

．开关断开后，电压表的示数变大

D．开关断开后，变压器的输出功率不变

【解析】由交变电压的瞬时值表达式知，原线圈两端电压的有效值U1＝2022V＝20V，由n1n2＝U1U2得，副线圈两端的电压U2＝100V，电压表的示数为交变电流的有效值，B项正确；

交变电压的频率f＝100π2π＝0Hz，一个周期内电压两次大于100V，即一个周期内氖泡能发两次光，所以其发光频率为100Hz，A项正确；

开关断开前后，输入电压不变，变压器的变压比不变，故输出电压不变，项错误；

断开后，电路消耗的功率减小，输出功率决定输入功率，D项错误．

[答案]　AB

4．如图甲所示，一个电阻为R、面积为S的矩形导线框abd，水平放置在匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，方向与ad边垂直并与线框平面成4°

角，、′分别是ab边和d边的中点．现将线框右半边b′绕′逆时针旋转90°

到图乙所示位置．在这一过程中，导线中通过的电荷量是[2009年高考&

安徽理综卷]（　　）甲　　　　　　　　　　　　乙

A．2BS2RB．2BSR．BSRD．0

【解析】线框的右半边（b′）未旋转时，整个回路的磁通量Φ1＝BSsin4°

＝22BS；

线框的右半边（b′）旋转90°

后，穿进跟穿出的磁通量相等，如图丁所示，整个回路的磁通量Φ2＝0，所以ΔΦ＝Φ2－Φ1＝22BS．根据公式得q＝ΔΦR＝2BS2R，A正确．丙　　　　　　　　　　丁

[答案]　A

．如图甲所示，一个电阻值为R、匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路，线圈的半径为r1．在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示，图线与横纵轴的截距分别为t0和B0．导线的电阻不计．求0～t1时间内

（1）通过电阻R1上的电流大小和方向．

（2）通过电阻R1上的电荷量q及电阻R1上产生的热量．

[2009年高考&

广东物理卷]

甲　　　　　　　　　　乙

【解析】

（1）由图象分析可知，0～t1时间内，ΔBΔt＝B0t0

由法拉第电磁感应定律有：

E＝nΔΦΔt＝nΔBΔt&

S

而S＝πr22

由闭合电路的欧姆定律有：

I1＝ER1＋R

联立解得：

通过电阻R1上的电流大小I1＝nB0πr223Rt0

由楞次定律可判断，通过电阻R1上的电流方向为从b到a．

（2）通过电阻R1上的电荷量q＝I1t1＝nB0πr22t13Rt0

电阻R1上产生的热量Q＝I12R1t1＝2n2B02π2r24t19Rt02．

[答案]　

（1）nB0πr223Rt0　方向从b到a　

（2）2n2B02π2r24t19Rt02

6．如图甲所示，水平放置的两根平行金属导轨，间距L＝03，导轨左端连接R＝06Ω的电阻，区域abd内存在垂直于导轨平面B＝06T的匀强磁场，磁场区域宽D＝02．细金属棒A1和A2用长为2D＝04的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直，每根金属棒在导轨间的电阻均为r＝03Ω，导轨电阻不计，使金属棒以恒定速度v＝10/s沿导轨向右穿越磁场，计算从金属棒A1进入磁场（t＝0）到A2离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻R的电流强度，并在图乙中画出．

[2008年高考&

广东物理卷]甲　　　　　　　　　　　　　　乙

【解析】A1从进入磁场到离开的时间为：

t1＝Dv＝02s

在0～t1时间内，A1产生的感应电动势为：

E＝BLv＝018V丙　　　　　　　　丁

由图丙知，电路的总电阻为：

R0＝r＋rRr＋R＝0Ω

总电流i＝ER0＝036A

通过R的电流iR＝i3＝012A

A1离开磁场t1＝02s至A2未进入磁场t2＝2Dv＝04s的时间内，回路中无电流，即iR＝0

从A2进入磁场t2＝04s至离开磁场t3＝2D＋Dv＝06s的时间内，A2上的感应电动势为：

E＝018V

由图丁知，电路总电阻R0＝0Ω

总电流i＝036A

流过R的电流iR＝012A

综合上述计算结果，绘制通过R的电流与时间的关系图线，如图戊所示．戊

[答案]　0～02s时，012A；

02～04s时，0；

04～06s时，012A，图象如图戊所示．

7．单位时间内流过管道横截面的液体体积叫做液体的体积流量（以下简称流量）．由一种利用电磁原理测量非磁性导电液体（如自水、啤酒等）流量的装置，称为电磁流量计．它主要由将流量转换为电压信号的传感器和显示仪表两部分组成．

传感器的结构如图所示，圆筒形测量管内壁绝缘，其上装有一对电极a和，a、间的距离等于测量管内径D，测量管的轴线与a、的连线方向以及通电线圈产生的磁场方向三者相互垂直．当导电液体流过测量管时，在电极a、间出现感应电动势E，并通过与电极连接的仪表显示出液体流量Q．设磁场均匀恒定，磁感应强度为B．

（1）已知D＝040，B＝2×

10－3T，Q＝0123/s，设液体在测量管内各处流速相同，试求E的大小（π取30）．

（2）一新建供水站安装了电磁流量计，在向外供水时流量本应显示为正值．但实际显示却为负值．经检查，原因是误将测量管接反了，即液体由测量管出水口流入，从入水口流出．因水已加压充满管道，不便再将测量管拆下重装，请你提出使显示仪表的流量指示变为正值的简便方法．

（3）显示仪表相当于传感器的负载电阻，其阻值记为R．a、间导电液体的电阻r随液体电阻率的变化而变化，从而会影响显示仪表的示数．试以E、R、r为参量，给出电极a、间输出电压U的表达式，并说明怎样可以降低液体电阻率变化对显示仪表示数的影响．

北京理综卷]

（1）导电液体通过测量管时，相当于导线做切割磁感线的运动，在电极a、间切割磁感线的液柱长度为D，设液体的流速为v，则产生的感应电动势为：

E＝BDv

由流量的定义，有：

Q＝Sv＝πD24v

E＝BD4QπD2＝4BQπD

代入数据得：

E＝4×

2×

10－3×

0123×

04V＝10×

10－3V．

（2）能使仪器显示的流量变为正值的方法简便、合理即可．如：

改变通电线圈中电流的方向，使磁场B反向；

或将传感器输出端对调接入显示仪表．

（3）传感器和显示仪表构成闭合电路，由闭合电路欧姆定律I＝ER＋r得：

U＝IR＝RER＋r＝E1＋rR

输入显示仪表的是a、间的电压U，流量示数和U一一对应．E与液体电阻率无关，而r随电阻率的变化而变化，由上式可看出，r变化相应的U也随之变化．在实际流量不变的情况下，仪表显示的流量示数会随a、间的电压U的变化而变化．增大R，使R&

#8811;

r，则U＝E，这样就可以降低液体电阻率变化对显示仪表流量示数的影响．

[答案]　

（1）10×

10－3V　

（2）见解析

（3）E1＋rR，见解析

能力演练

一、选择题（10×

4分）

1．如图所示，L1、L2、L3为三个完全相同的灯泡，L为直流电阻可忽略的自感线圈，电的内阻不计，开关S原接通．当把开关S断开时，下列说法正确的是（　　）A．L1闪一下后熄灭

B．L2闪一下后恢复到原的亮度

．L3变暗一下后恢复到原的亮度

D．L3闪一下后恢复到原的亮度

【解析】S闭合后，通过各灯的电流稳定时，L1不亮，通过L2、L3的电流均为I＝URL，而通过自感线圈L的电流为2I．S断开的瞬间，自感线圈L上的电流全部通过L3，所以这一瞬间通过L3的电流突变为2I，故L3会闪亮一下；

稳定后通过L3的电流依然为URL，而稳定后通过L1、L2的电流均为U2RL．

2．在如图甲所示的电路中，灯泡A和灯泡B原都正常发光．现在突然发现灯泡A比原变暗了些，灯泡B比原变亮了些，则电路中出现的故障可能是（　　）甲

A．R3断路

B．R1短路

．R2断路

D．R1、R2同时短路

【解析】电路可整理成如图乙所示，R2断路→总电阻变大→干路电流变小→电内电压变小→路端电压变大→通过R3上的电流变大→通过A的电流变小，灯泡A变暗→灯泡A和R1上的电压变小→灯泡B上的电压变大→B灯变亮．乙

3．如图所示，是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压u＝311sin314t（V）的正弦交变电上．变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表显示加在报警器上的电压（报警器未画出），R3为一定值电阻．当传感器R2所在处出现火警时（R2阻值变小），以下说法中正确的是（　　）A．的示数不变，的示数增大

B．的示数增大，的示数减小

．的示数增大，的示数增大

D．的示数不变，的示数不变

【解析】R2变小→副线圈的负载总电阻变小→副线上的输出电流变大→R3上的电压变大→R1与R2并联电路的电压变小→的示数变小，原线圈的电流变大．因为接在恒定的交变电上，故其示数不变．

[答案]　B

4．在如图甲所示的电路中，电电动势E恒定，内阻r＝1Ω，定值电阻R3＝Ω．当开关S断开与闭合时，ab段电路消耗的电功率相等，则以下说法中正确的是（　　）甲

A．电阻R1、R2可能分别为4Ω、Ω

B．电阻R1、R2可能分别为3Ω、6Ω

．开关S断开时电压表的示数一定大于S闭合时的示数

D．开关S断开与闭合时，电压表的示数变化量大小与电流表的示数变化量大小之比一定等于6Ω

【解析】取R＝R3＋r＝6Ω，有：

Pab＝（ER＋Rab）2&

Rab＝E2R2Rab＋2R＋Rab

当S断开前后有：

Rab&

Rab′＝R2＝36Ω时，Pab＝Pab′

故A正确，B错误．

又由Uab＝E－ER＋Rab&

R

知Rab变大时，Uab变大，正确．

当Rab变化时，Uab－I图象如图乙所示．乙

图象的斜率＝|ΔUΔI|＝R3＋r＝6Ω，D正确．

[答案]　AD

．如图所示，长为L＝1、电阻r＝03Ω、质量＝01g的金属棒D垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，两导轨间距也是L．棒与导轨间接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有R＝0Ω的电阻，垂直导轨平面有竖直向下穿过平面的匀强磁场，磁感应强度B的大小为04T．现给金属棒D一个瞬时向右的初速度，初速度大小为2/s，过一段时间后，金属棒D最终停下．则从开始运动到停止运动的过程中，通过电阻R的电荷量为（　　）A．0B．03．02D．02

【解析】D向右运动产生感应电流，使得D受到安培力的作用减速至停止，由动量定理知：

I安＝Δp＝v0

又I安＝BiL&

Δt＝BLq

可解得：

q＝0．

6．某理想变压器原线圈输入的电功率为P，原、副线圈的匝数比为，在其副线圈上接一内阻为r的电动机．现在，电动机正以速度v匀速向上提升一质量为的重物，已知重力加速度为g，则变压器原线圈两端的电压为（　　）

A．PrP－gvB．PrP－gv

．PP－gvrD．PP－gvr

【解析】电动机的输出功率P机＝gv

设副线圈回路的电流为I2，则：

P＝P机＋I22r

解得：

I2＝P－P机r

副线圈两端的电压U2＝PI2＝P&

rP－P机

原线圈两端的电压U1＝U2＝PrP－gv．

7．如图所示，两块水平放置的金属板组成一平行板电容器距离为d，用导线、开关S将其与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的均匀变化的磁场中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面绝缘，在其上表面静止放置一个质量为、电荷量为＋q的小球．已知S断开时传感器上有示数，S闭合时传感器上的示数变为原的一半．则线圈中磁场的磁感应强度的变化情况和磁通量变化率分别是（　　）A．正在增加，ΔΦΔt＝gd2qB．正在增加，ΔΦΔt＝gd2nq

．正在减弱，ΔΦΔt＝gd2qD．正在减弱，ΔΦΔt＝gd2nq

【解析】由题意知，S闭合后上极板带负电，故知匀强磁场的磁感应强度在增加．

由qUd＝12g，U＝nΔΦΔt

可得：

ΔΦΔt＝gd2nq．

8．一个用半导体材料制成的电阻器D，其电流I随它两端电压U变化的伏安特性曲线如图甲所示．现将它与两个标准电阻R1、R2组成如图乙所示的电路，当开关S接通位置1时，三个用电器消耗的电功率均为P．将开关S切换到位置2后，电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别为PD、P1、P2，下列判断正确的是（　　）A．P1＞PB．P1＞P2

．PD＋P1＋P2＜3PD．PD＋P1＋P2＞3P

【解析】由S接“1”时三个用电器的功率相等知，R1＝R2＝RD4；

当S接“2”后，R2两端的电压大于R1与D的并联电压，故P1＜P＜P2，D的电阻变大为，RD′＞4R1，故PD＜14P1，又因为S接2后电路的总电阻变大，故PD＋P1＋P2＜3P．

9．如图所示，均匀金属圆环的总电阻为2R，磁感应强度为B的匀强磁场垂直地穿过圆环．金属杆的长为l，电阻为R2，端与环紧密接触，金属杆绕过圆心的转轴以恒定的角速度ω转动．电阻R的一端用导线和环上的A点连接，另一端和金属杆的转轴处的端点相连接．下列结论错误的是（　　）A．通过电阻R的电流的最大值为Bl2ω3R

B．通过电阻R的电流的最小值为Bl2ω4R

．中产生的感应电动势恒为Bl2ω2

D．通过电阻R的电流恒为Bl2ω2R

【解析】求解本题的关键是找出与圆环接触点的位置，画等效电路图求回路中的电流．当金属杆绕点匀速转动时，电动势E＝12Bωl2，选项正确；

电流的大小决定于端与滑环连接点的位置，当端滑至A点时，回路中的电阻最小，其阻值Rin＝32R，根据I＝ER＋r，得Iax＝Bωl22×

32R＝Bωl23R，选项A正确；

当端与圆环的上顶点相接触时，回路中的电阻最大，其阻值Rax＝R2＋3R2＝2R，所以Iin＝Bl2ω4R，选项B正确．

10．如图所示，光滑的“Π”形金属导体框竖直放置，质量为的金属棒N与框架接触良好，磁感应强度分别为B1、B2的有界匀强磁场方向相反，但均垂直于框架平面，分别处在abd和def区域．现从图示位置由静止释放金属棒N，金属棒进入磁场区域abd后恰好做匀速运动．下列说法正确的有（　　）A．若B2＝B1，则金属棒进入def区域后将加速下滑

B．若B2＝B1，则金属棒进入def区域后仍将保持匀速下滑

．若B2＜B1，则金属棒进入def区域后可能先加速后匀速下滑

D．若B2＞B1，则金属棒进入def区域后可能先减速后匀速下滑

【解析】金属棒在上下两磁场区域向下运动切割磁感线时，感应电流受到的安培力都竖直向上．

当安培力的大小等于重力时达到稳定速度，即有：

v＝gRB2L2，故v∝1B2，选项B、、D正确．

[答案]　BD

二、非选择题（共60分）

11．（4分）现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、灵敏电流表及开关按如图所示的方式连接．在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，灵敏电流表的指针向右偏转．由此可以推断：

将线圈A中的铁芯向上拔出__________或________开关，都能使灵敏电流表的指针________偏转．【解析】当P向左滑动时，电阻增大，通过线圈A的电流减小，则通过线圈B中的原磁场减弱，磁通量减少，线圈B中有使灵敏电流表的指针向右偏转的感应电流通过；

当线圈A向上运动或断开开关，则通过线圈B中的原磁场也减弱，磁通量也减少，所以线圈B中也有使灵敏电流表的指针向右偏转的感应电流通过．

[答案]　断开　向右　（每空2分）

12．（11分）

（1）一多用电表的欧姆挡有三个倍率，分别是“×

1”、“×

10”、“×

100”．用“×

10”挡测量某电阻时，操作步骤正确，而表头指针偏转角度很小，为了较准确地进行测量，应换用“________”挡．如果换挡后立即用表笔连接测电阻进行读数，那么缺少的步骤是______________．若补上该步骤后测量，表盘的示数如图甲所示，则该电阻的阻值是________Ω．若将该表选择旋钮置于2A挡，表盘的示数仍如图甲所示，则被测电流为________A．

（2）要精确测量一个阻值约为Ω的电阻Rx，实验提供下列器材：

电流表（量程为100A，内阻r1约为4Ω）

电流表（量程为00μA，内阻r2＝70Ω）

电池E（电动势E＝1V，内阻很小）

变阻器R0（阻值约为10Ω）

开关S，导线若干．

①请设计一个测定电阻Rx的电路图，画在下面的虚线中．②根据你设计的电路图，将图乙中的实物连成实验电路．

③根据某次所测量值写出电阻Rx的表达式．Rx＝________．

[答案]　

（1）×

100　欧姆表重新调零　2200　99　（每空1分）

（2）①如图丙所示　（2分）丙　　　　　　　　　　　丁

②如图丁所示　（3分）　③I2r2I1－I2　（2分）

13．（8分）超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起，同时通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力的新型交通工具．其推进原理可以简化为如图所示的模型：

在水平面上相距L的两根平行直导轨间，有竖直方向等距离分布着匀强磁场B1和B2，且B1＝B2＝B，每个磁场的宽都是l，方向相反的相间排列，所有这些磁场都以速度v向右匀速运动．这时跨在两导轨间的长为L、宽为l的金属框abd（悬浮在导轨上方）在磁场力的作用下也将会向右运动．已知金属框的总电阻为R，运动中所受到的阻力恒为f．求金属框的最大速度．【解析】设金属框做匀速运动的速度为v，则：

线框的感应电动势E＝2BL（v－v）　（3分）

由平衡条BER&

2L＝f　（3分）

v＝4B2L2v－fR4B2L2．　（2分）

[答案]　4B2L2v－fR4B2L2

14．（12分）如图所示，光滑平行的水平金属导轨N、PQ相距d，在点和P点间接一个阻值为R的电阻，在两导轨间1、1′′矩形区域内有垂直导轨平面竖直向下，宽为l的匀强磁场，磁感应强度为B．一质量为、电阻为r的导体棒ab垂直放在导轨上，与磁场左边界相距l0．现用一水平向右的恒力F拉ab棒，使它由静止开始运动，棒ab在离开磁场前已经做匀速直线运动（棒ab与导轨始终保持良好的接触，导轨电阻不计）．求：

（1）棒ab在离开磁场右边界时的速度．

（2）棒ab通过磁场区的过程中整个回路所消耗的电能．

（3）试分析讨论ab棒在磁场中（匀速成直线运动）之前可能的运动情况．

（1）ab棒离开磁场右边界前做匀速直线运动，设其速度为v，则有：

E＝Bdv，I＝ER＋r　（2分）

对ab棒，有：

F－BId＝0　（1分）

v＝F（R＋r）B2d2．　（1分）

（2）由能量守恒定律，可得：

F（l0＋l）＝＋12v2　（2分）

得：

电＝F（l0＋l）－F2（R＋r）22B4d4．　（1分）

（3）设棒刚进入磁场时速度为v．

由F&

l0＝12v2可得：

v＝2Fl0　（2分）

棒在进入磁场前做匀加速直线运动，在磁场中运动可分三种情况讨论：

①若2Fl0＝F（R＋r）B2d2，则棒做匀速直线运动　（1分）

②若2Fl0＜F（R＋r）B2d2，则棒先加速运动后匀速运动

（1分）

③若2Fl0＞F（R＋r）B2d2，则棒先减速运动后匀速运动．（1分）

[答案]　

（1）F（R＋r）B2d2　

（2）F（l0＋l）－F2（R＋r）22B4d4

（3）略

1．（12分）如图所示，在水平面内有两条光滑轨道N、PQ，其上放有两根静止的导体棒ab、d，质量分别为1、2．设有一质量为的永久磁铁从轨道和导体棒组成的平面的正上方高为h的地方由静止落下，当磁铁的重心下落到轨道和导体棒组成的平面内时，磁铁的速度为v，导体棒ab的动能为E，此过程中两根导体棒之间、导体棒与磁铁之间都没有发生碰撞．求：

（1）磁铁在下落过程中受到的平均阻力．

（2）磁铁在下落过程中在导体棒中产生的总热量．

（1）设磁铁在下落过程中受的平均阻力为F，根据动能定理有：

（g－F）h＝12v2　（2分）

F＝g－v22h．　（2分）

（2）导体棒ab、d组成的系统动量守恒，设磁铁的重心下落到轨道和导体棒组成的平面内时ab、d（相互靠拢）的速度大小分别为v1、v2，有：

1v1＝2v2　（2分）

E＝121v12　（1分）

设磁铁在下落过程中在导体棒中产生的总热量为Q，由能量守恒有：

gh－12v2＝121v12＋122v22＋Q　（3分）

Q＝gh－12v2－（1＋22）E．　（2分）

[答案]　

（1）g－v22h　

（2）gh－12v2－（1＋22）E

16．（13分）如图甲所示，矩形线框abd的边ab＝2l，ad＝3l，′为线框的转动轴，a＝b′＝2l．匀强磁场垂直于线框平面，磁感应强度为B，′刚好与磁场的边界线重合，线框的总电阻为R．当线框绕′以角速度ω匀速转动时，试求：

（1）线框的ab边第一次出磁场前的瞬间，回路中电流的大小和方向．

（2）从图示位置开始计时，取电流沿abda方向为正，请在图乙中画出线框中的电流i随时间t变化的关系图象．（画两个周期）

（3）线框中电流的有效值．【解析】

（1）在ab边出磁