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2016年贵州自主招生物理模拟试题:电磁感应与图象


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2016 年贵州自主招生物理模拟试题:电磁感应与图象
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1:如图所示,等离子气流(由高温高压的等电量的正、负离子组成)由左方连续不断地以速度 两极板间的匀强磁场中,

/>射入 P1 和 P2

直导线与 P1、P2 相连接,线圈 A 与直导线 cd 相连接。线圈 A 内存在变化的磁场,

且磁感应强度 B 的正方向规定为向左,已知 ab 和 cd 的作用情况为:0~2s 内互相排斥,2~4s 内互相吸引。则

线圈 A 内磁感应强度 B 随时间 变化的图象不可能是( )

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2:矩形导线框 abcd 固定在匀强磁场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直。规定磁场的正方向垂直纸面向 里,磁感应强度 B 随时间变化的规律如图所示。若规定顺时针方向为感应电流 i 的正方向,下列 i 一 t 图中正确 的是

A、 A B、 B

C、 C

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D 、D

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3: 有一个匀强磁场,它的边界是 MN,在 MN 左侧是无场区,右侧是匀强磁场区域,如图(甲)所示。现在有一个 金属线框以恒定速度从 MN 左侧进入匀强磁场区域。线框中的电流随时间变化的 i﹣t 图象如图(乙)所示。则 可能的线框是下列四个中的哪一个( )

A、

B、

C、

D、

4:图甲中的 a 是一个边长为为 L 的正方向导线框,其电阻为 R.线框以恒定速度 v 沿 x 轴运动,并穿过图中所示

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的匀强磁场区域 b.如果以 x 轴的正方向作为力的正方向.线框在图示位置的时刻作为时间的零点,则磁场对线框 的 作 用 力 F 随 时 间 变 化 的 图 线 应 为 图 乙 中 的 哪 个 图 ? ( )

A。A B。B C。C D。D

5: 如图所示,图中两条平行虚线间存有匀强磁场,虚线间的距离为 2L,磁场方向垂直纸面向里。abcd 是位于纸面 内的梯形线圈,ad 与 bc 间的距离为 2L 且均与 ab 相互垂直,ad 边长为 2L,bc 边长为 3L,t=0 时刻,c 点与磁场 区域左边界重合。现使线圈以恒定的速度 v 沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域。取沿 a→b→c→d→a 方 向的感应电流为正,则在线圈穿过磁场区域的过程中,感应电流 I 随时间 t 变化的关系图线可能是( )

A、

B、

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C、

D、

6:如图甲所示,一边长为 l 的正方形金属线框位于光滑水平面上,线框的右边紧贴着竖直向下的有界匀强磁场 区域的边界,磁场磁感应强度为 B。从 t=0 时刻开始,线框在一水平向右的拉力 F 作用下从静止开始做匀加速 直线运动,在 t 0 时刻穿出磁场。图乙为拉力 F 随时间变化的图象,图象中的 F 0、 t 0 均为已知量。则 t=
0 时刻线框中电流

t

I = _________ ;

t=

t 0 时刻线框的发热功率

P



= __________ 。

7:如图 1 所示,为匀强磁场场磁感应强度 B 随时间变化的图像,将一闭合线圈放置在磁场中,其平面垂直于磁 感线方向,请在图 2 中画出线圈中感应电动势 E 随时间变化的图像。

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8:如图甲,正方形线框处在垂直线框平面的匀强磁场中,现使磁感应按余弦规律变化,如图乙所示,磁场方向 及感应电流的方向按图甲所示方向为正,则下列说法正确的是( ) A t=0 时刻,线框各边均不受磁场的安培力 B t=t 1 时刻,线框中的磁通量最大,感应电流为 0 C t=t 2 时刻,线框中感应电流方向为正

D t 3—t 4 时间内, 线框中的电流方向为正, 且正在减弱。

9:如图甲所示,两根足够长的平行光滑金属导轨固定放置在水平面上,间距 L=0.2m,一端通过导线与阻值为 R=1Ω 的电阻连接;导轨上放一质量为 m=0.5kg 的金属杆,金属杆与导轨的电阻均忽略不计.整个装置处于竖直 向上的大小为 B=0.5T 的匀强磁场中.现用与导轨平行的拉力 F 作用在金属杆上,金属杆运动的 v-t 图象如图乙 所示.(取重力加速度 g=10m/s )求:
2

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(1) t=10s 时拉力的大小及电路的发热功率. (2)在 0~10s 内,通过电阻 R 上的电量.

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10 :如图所示,在倾角为 30

0

的光滑斜面上固定一光滑金属导轨 CDEFG , OH∥CD∥FG ,∠DEF=60

0



。一根质量为 m 的导体棒 AB 在电机牵引下,以恒定速度 v 0 沿 OH 方向从斜面底端开始运动,滑上导轨并到达斜面顶端, AB⊥OH。金属导轨的 CD、FG 段电阻不计,DEF 段与 AB 棒材料与横截面积均相同,单位长度的电阻均为 r,O 是 AB 棒的中点,整个斜面处在垂直斜面向上、磁感应强 度为 B 的匀强磁场中。求: (1) 导体棒在导轨上滑动时电路中电流的大小; (2) 导体棒运动到 DF 位置时 AB 两端的电压;

(3) 将导体棒从底端拉到顶端电机对外做的功。

11:如图甲所示,由均匀电阻丝做成的正方形 线框 abcd 的电阻为 R1,ab=bc=cd=da=l,现将线框以与 ab 垂直的速 度 v 匀速穿过一宽度为 2l、磁感应强度为 B 的匀强磁场区域,整个过程中 ab、cd 两边始终保持与边界平行。令 线框的 cd 边刚与磁场左边界重合时 t=O,电流沿 abcda 流动的方向为正。 (1)在图乙中画出线框中感应电流随时间变化的图象。 (2)在图丙中画出线框中 a、b 两点间电势差 Uab 随时间 t 变化的图象。

12:如图(甲)所示,一对足够长平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距 l=0.5m,左侧接一阻值为 R=1? 的电阻;有一金属棒静止地放在轨道上,与两轨道垂直,金属棒及轨道的电阻皆可忽略不计,整个装置处于垂 直轨道平面竖直向下的匀强磁场中。t=0 时,用一外力 F 沿轨道方向拉金属棒,使棒以加速度 a=0.2 m/s 做匀 加速运动,外力 F 与时间 t 的关系如图(乙)所示。
2

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(1)求金属棒的质量 m (2)求磁感强度 B (3)当力 F 达到某一值时,保持 F 不再变化,金属棒继续运动 3 秒钟,速度达到 1.6m/s 且不再变化,测得在这 3 秒内金属棒的位移 s=4.7m,求这段时间内电阻 R 消耗的电能。

13:如图所示,两根平行光滑金属导轨位于水平面内,导轨间距 L=20cm,电阻 R=1.0

;一金属杆垂直两轨静止

在轨道上,轨道和金属杆的电阻不计,全部装置处于磁感应强度 B=0.5T,方向竖直向下的匀强磁场中。现用一 外力 F 沿轨道方向拉金属杆使之做匀加速运动,测得力 F 与时间 t 的关系如 F-t 图象所示,求金属杆的质量和加 速度。

14:如图(a)为一研究电磁感应的实验装置示意图,其中电流传感器(相当于一只理想的电流表)能将各时刻 的电流数据实时通过数据采集器传输给计算机,经计算机处理后在屏幕上同步显示出 图像。足够长光滑金

属轨道电阻不计, 倾角 θ=30°。 轨道上端连接有阻值 R=1.0Ω 的定值电阻, 金属杆 MN 电阻 r=0.5Ω, 质量 m=0.2kg, 杆长 。在轨道区域加一垂直轨道平面向下的匀强磁场,让金属杆从图示位置由静止开始释放,此后计算 图像(设杆在整个运动过程中与轨道垂直, ) 。试求:

机屏幕上显示出如图(b)所示的

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图(a) 图(b) (1) t=0.5s 时电阻 R 的热功率; (2)匀强磁场的磁感应强度 B 的大小; (3)估算 0~1.2s 内通过电阻 R 的电量大小及在 R 上产生的焦耳热。

15: 如图所示, 一质量 m=0.10kg、 电阻 R=0.10Ω 的矩形金属框 abcd 由静止开始释放, 竖直向下进入匀强磁场。 已知磁场方向垂直纸面向内, 磁感应强度 B=0.50T, 金属框宽 L=0.20m, 开始释放时 ab 边与磁场的上边界重合。 经过时间 t 1,金属框下降了 h 1=0.50m,金属框中产生了 Q 1=0.45J 的热量,取 g=10m/s 。
2

(1)求经过时间 t 1 时金属框速度 v 1 的大小以及感应电流的大小和方向; (2)经过时间 t 1 后,在金属框上施加一个竖直方向的拉力,使它作匀变速直线运动,再经过时间 t 2=0.1s, 又向下运动了 h 2=0.12m, 求金属框加速度的大小以及此时拉力的大小和方向 (此过程中 cd 边始终在磁场外) 。 (3)t 2 时间后该力变为恒定拉力,又经过时间 t 3 金属框速度减小到零后不再运动。求该拉力的大小以及 t 3

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时间内金属框中产生的焦耳热(此过程中 cd 边始终在磁场外) 。 (4)在所给坐标中定性画出金属框所受安培力 F 随时间 t 变化的关系图线。

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答案部分

1、A,C,D 分析: 根据等离子气流由左方连续不断地以速度 v0 射入 P1 和 P2 两极板间的匀强磁场中, 判断出 ab 的电流方向, 根据同向电流相互吸引、异向电流相互排斥,判断出 cd 的电流方向,从而得出线圈 A 内磁感应强度的变化。 解答:解:等离子气流由左方连续不断地以速度 v0 射入 P1 和 P2 两极板间的匀强磁场中,正电荷向上偏,负电 荷向下偏,上板带正电,下板带负电,且能形成稳定的电流,电流方向由 a 到 b,0~2s 内互相排斥,2~4s 内互 相吸引。则 0~2s 内 cd 的电流方向由 d 到 c,2~4s 内 cd 的电流方向由 c 到 d。根据楞次定律判断,知 B 正确, A、C、D 错误。 本题选错误选项,故选 ACD、 点评:解决本题的关键知道同向电流相互吸引,异向电流相互排斥。以及掌握楞次定律判读电流的方向。

2、D

试题分析:根据电磁感应定律,感应电动势

,那么感应电流

,根据磁感应强度随

时间变化的图像判断,其变化率大小一定,所以感应电流大小一定,选项 A 错。第 1s 磁感应强度变大,根据楞 次定律增反减同判断感应电流为逆时针,即负方向,选项 C 错。第 3s,磁场向外而且在增大,根据增反减同判 断,感应电流为顺时针,为正方向,选项 D 对,B 错。 考点:楞次定律 电磁感应

3、D

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导体棒切割磁感线产生的感应电动势 E=BLv,

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设线框总电阻是 R,则感应电流 I=

=



由图乙所示图象可知,感应电流先变大,后变小, 且电流大小与时间成正比,由于 B、v、R 是定值, 则导体棒的有效长度 L 应先变长,后变短, 且 L 随时间均匀变化,即 L 与时间 t 成正比。 A、闭合圆环匀速进入磁场时,有效长度 L 先变大,后变小,但 L 不随时间均匀变化,不符合题意,故 A 错误; B、正方形线框进入磁场时,有效长度 L 不变,感应电流不变,不符合题意,故 B 错误; C、梯形线框匀速进入磁场时,有效长度 L 先均匀增加,后不变,最后均匀减小,不符合题意,故 C 错误; D、三角形线框匀速进入磁场时,有效长度 L 先增加,后减小,且随时间均匀变化,符合题意,故 D 正确; 故选:D、

4、B

试题分析:

时间内,线框在磁场之外,安培力与电流均为 0;



时间内,由右手定则可得出感应电流的方向为逆时针的方向,维持线框以恒定速度 V 沿 X 轴运动,所

以感应电动势和感应电流均不变,根据左手定则得出安培力的方向 X 轴的负方向。由 F=BIL 得知,安培力的大小 也不变;



时间内,线框全部进入磁场,穿过线框的磁通量不变,没有感应电流将产生,则安培力也为 0。



时间内,线框左边切割磁感线,由右手定则可得出电流的方向为顺时针的方向,维持线框以恒定速

度 V 沿 X 轴运动,所以感应电动势和电流不变,安培力的大小也不变;根据左手定则得出安培力的方向 X 轴的 负方向。故 B 正确 故选 B 考点:本题考查的是线框穿磁场产生感应电流的典型情景,

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点评: 电磁感应与图象的结合一般考查选择题, 注意在解答时尽量采用排除法寻找答案, 先找到各图中的不同点, 主要分析不同点即可得出正确答案。

5、A

t 在 0﹣

时间内,cd 边进入磁场切割磁感线,产生感应电流,由楞次定律判断得知感应电流沿逆时针方向,为

正。则 D 错误。 根据感应电动势大小公式 E=BLv,可知切割长度均匀增大,所以感应电动势均匀增大,则感应电流均匀增大;

t在

﹣2

时间内,磁通量不断增大,由楞次定律判断得知感应电流沿逆时针方向,为正。线框有效的切割长

度不变,根据感应电动势大小公式:E=BLv,所以感应电流不变。

t 在 2

﹣3

时间内,磁通量不断减小,由楞次定律判断得知感应电流沿顺时针方向,为负。线框有效的切割

长度均匀增大,根据感应电动势大小公式:E=BLv,感应电动势均匀增大,所以感应电流均匀增大。

t 在 3

﹣5

时间内,磁通量不断减小,由楞次定律判断得知感应电流沿顺时针方向,为负。线框有效的切割

长度不变,根据感应电动势大小公式:E=BLv,感应电动势不变,所以感应电流不变。故 A 正确,BC 错误。 故选:A、

6、 略



7、 在各个时间段里,产生的电流是恒定的, 因为磁场强度的变化时均匀的,所以磁通量的变化率是恒定的,故产生的电动势是恒定的,

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8、 AB

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t=0 时刻,磁感应强度变化率最大,感应电动势最大,感应电流最大,而磁感应强度为 0,所以线框各边均不受 安培力,所以 A 项正确;t=t 1 时刻,磁场最强,穿过线框的磁通量最大,磁感应强度的变化率为 0,感应电流为 0,所以 B 项正确;t=t 2 时刻,磁感应强度正在正向增强,由楞次定律得,感应电流方向为逆时针,为负,C 项 错误;t 3—t 4 时间内,磁感应强度为正向减弱,由楞次定律得,电流方向为正,而磁感应强度的变化率正在增 大,所以电流正在增强,所以 D 项错误。

9、 (1)0.16W

(2)2C

(1)由 v-t 图象可知: 由牛顿第二定律: ⑤ ②

① ③ ④

(或由图可知, t=10s 时, v=4m/s) ⑥ =0.24N ⑦

联立以上各式,代入数据得: ⑧

(2)









联立以上各式,代入数据得:



10、 (1)

(2)

(3)

(1) 设 AB 棒等效切割长度为 l,则 电动势为 回路电阻为 = ="3l" r ……………… 1 分 ……………… 1 分

回路电流为 I=



……………… 1 分

(2)AB 棒滑到 DF 处时

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……………… 1 分 ……………… 1 分

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……………… 1 分

得 (3)电机做的功

……………… 1 分 ……………… 1 分

…1 分 是 AB 棒在 DEF 上滑动时产生的电热,数值上等于克服安培力做的功



,故

……………… 1 分

是 AB 棒在 CDFG 导轨上滑动时产生的电热,电流恒定,电阻不变

……………… 1 分



……………… 1 分

11、 (1)

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(2)

(1)令 I 0=Blv/R,画出的图像分为三段(如下图所示) t=0~l/v,i=-I 0 t= l/v~2l/v,i=0 t=2l/v~3l/v,i=-I 0

(2)令 U ab=Blv,面出的图像分为三段(如上图所示) 小结:要求我们分析题中所描述的物理情景,了解已知和所求的,然后将整个过程分成几个小的阶段,每个阶段中

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物理量间的变化关系分析明确,最后规定正方向建立直角坐标系准确的画出图形

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12、

由牛顿第二定律得: (2)3 分。 棒做匀加速运动,

所以

,解得: ,

(3 ) 9 分。 F 变为恒力后, 金属棒做加速度逐渐减小的变加速运动, 经过 3 秒钟, 速度达到最大 此后金属棒做匀速运动。 时, , 将 代入 该时刻金属棒的速度为: 这段时间内电阻 R 消耗的电能: 略

,求出变加速运动的起始时间为: ;

13、

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14 、

( 1 )

( 2 )

( 3 )

( 1.26C~1.33C

格 均 正

确)

试题分析: 解: (1)由 I? t 图像可知当 t=0.5s 时, I=1.10A;

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(2)由图知,当金属杆达到稳定运动时的电流为 1.60A, 杆受力平衡:

解得 (3)1.2s 内通过电阻的电量为图线与 t 轴包围的面积,由图知: 总格数为 129 格(126~133 格均正确) (1.26C~1.33C 格均正确) 由图知:1.2s 末杆的电流 I=1.50A

考点:电功率、电磁感应、闭合电路欧姆定律。 点评:本题电路结构较为复杂,关键要理解图象的物理意义。

15、 (1)1A(2)1.4m/s -0.46N,方向向上(3)

(4)见解析

(1 ) (4 分)由功能关系

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逆时针方向

(2 ) (6 分) t2=0.1s 时,金属框的速度 v2=v1+at2=(1+4.0×0.1)m/s=1.4m/s

此时金属框的电流 由牛顿第二定律 F2+mg – BIL=ma F2="ma+BIL" – mg=" -0.46N" , (1 分) 方向向上 (3 ) (2 分)金属框做加速度运动最后静止,所加恒定的外力等于重力 F=mg=1N 金属框只在安培力作用下做减速运动,动能全部转化为焦耳热,

(4) (2 分)


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