高中物理-电磁感应现象之电动势(附答案)

电磁感应现象之电动势“电磁感应”是电磁学的核心内容之一，又是与电学、力学知识紧密联系的知识点，是高考试题考查综合运用知识能力的很好落脚点，本专题涉及三个方面的知识：一、电磁感应，电磁感应研究是其它形式有能量转化为电能的特点和规律，其核心内容是法拉第电磁感应定律和楞次定律；二、与电路知识的综合，主要讨论电能在电路中传输、分配，并通过用电器转化为其它形式的能量的特点及规律；三、与力学知识的综合，主要讨论产生电磁感应的导体受力、运动特点规律以及电磁感应过程中的能量关系。所有这些知识的运用，首先最为关键的是要弄清楚回路中的电动势是怎么产生的。下面把高中物理中电磁感应现象涉及的所有电动势归纳如下：感应电动势按产生的机理可分为感生电动势与动生电动势（1）感生电动势E=nΔΦ/Δt产生原因又有以下三种情况：若磁感应强度变化产生电动势，则有E=nSΔB/Δt．若回路中面积变化产生电动势，则有E=nBΔS/Δt．若磁感应强度B、回路的面积S都发生变化，则E=n（BΔS/Δt+SΔB/Δt）。（2）动生电动势由导体切割磁感线引起，有平动和转动之分：直导体平动情况，则根据E=BLv计算．B、L、V三个物理量要取两两垂直的量带入公式计算。直导体绕某点以角速度ω转动的情况，则要根据E=BL2ω/2计算。线圈的平动的情况，也根据E=BLv计算，线圈回路在磁场中有多少条边切割，就算多少个电动势，方向相同就相加算总电动势，电动势方向相反就相减算总电动势。比较典型的线圈有方形、矩形、梯形、三角形等。线圈的转动的情况，以交流电产生原理：从中性面开始计时tnBSesin；tlBlesin21；从峰值面开始计时tlBlecos21。如果以上电动势中涉及到磁场与导体的相对运动，则V带导体对磁场的相对速度对应练习题：1.下列几种说法中止确的是().A、线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大B、线圈中磁通量越入,线圈中产生的感应电动势一定越大C、线圈放在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大D、线圈中磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势越大2、图所示，长为L的直导线ab放在相互平行的金属导轨上，导轨宽为d，导线ab运动的速度为v，方向垂直于磁感应强度为B的匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里，ab与导轨的夹角为，则回路中的电动势为（）ABLvBBLvsinCBdvsinDBdv3．如图12-1-9所示，垂直纸面向里的匀强磁场的区域宽度为2a，磁感应强度的大小为B。一边长为a、电阻为4R的正方形均匀导线框ABCD从图示位置开始沿水平向右方向以速度v匀速穿过磁场区域，在下图中线框A、B两端电压UAB与线框移动距离x的关系图象正确的是（）4、在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图1所示，当磁场的磁感应强度B随时间如图2变化时，图3中正确表示线圈中感应电动势E变化的是A．B．C．D．5、图所示，矩形线圈abcd垂直放置在匀强磁场中，ab接有一电压表，cd接有一电流表，线圈以速度v向右运动,线圈不穿出磁场，不发生形变的情况下，下列说法正确的是（）A.电流表无读数，ab间有电势差，电压表无读数B.电流表有读数，ab间有电势差，电压表无读数C.电流表无读数，ab间无电势差，电压表无读数D.电流表无读数，ab间有电势差，电压表有读数6、匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行。现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图所示，则在移出过程中线框一边a、b两点间的电势差绝对值最大的是（）12345t/sE2E0E0O-E0-2E012345t/sE2E0E0O-E0-2E0E0E12345t/s2E0O-E0-2E0E0E12345t/s2E0O-E0-2E0IB图1Bt/sO12345图27、属导轨宽L＝0.4m，电阻不计，均匀变化的磁场穿过整个轨道平面，如图中甲所示．磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图乙所示．金属棒ab的电阻为1Ω，自t＝0时刻起从导轨最左端以v＝1m/s的速度向右匀速运动，则（）A．1s末回路中电动势为0.8VB．1s末ab棒所受磁场力为0.64NC．1s末回路中电动势为1.6VD．1s末ab棒所受磁场力为1.28N8、甲、乙、丙中，除导体棒ab可沿导轨运动外，其余部分固定不动，除电阻R外，其他各部分均不计电阻，金属导轨光滑且足够长。今给导体棒ab一个向右的初速度v0，在甲、乙、丙三种情况下关于导体棒的最终运动状态的说法，正确的是()A.都做匀速运动B.甲、丙做匀速运动，乙静止C.都静止D.甲做匀速运动，乙、丙静止9.如图所示，在PQ、QR区域中存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面。一导线框abcdef位于纸面内，况的邻边都相互垂直，bc边与磁场的边界P重合。导线框与磁场区域的尺寸如图所示。从t=0时刻开始，线框匀速横穿两个磁场区域。以a→b→c→d→e→f为线框中的电动势ε的正方向，以下四个ε-t关系示意图中正确的是A.B.C.D.10、如图9所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键K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B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m、电量为+q的小球。K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上的示数变为原来的一半。则线圈中磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是（）A．正在增加，qmgdt2B．正在增加，nqmgdt2C．正在减弱，qmgdt2D．正在减弱，nqmgdt2Oεt1234ε1234Otε1234Otε1234Otllll2l2labcdefPQR11、图所示，闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从图示位置匀速拉出匀强磁场，若第一次用0.3s时间拉出，外力所做的功为，通过导线截面的电量为q1；第二次用0.9s时间拉出，外力做的功为W2，通过导体截面的电量为q2，则（）A．WWqq1212，。B．WWqq1212，。C．WWqq1212，。D．WWqq1212，。12、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12-2-3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的匀强磁场B1和B2，且B1=B2=B，每个磁场的宽都是l，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abcd（悬浮在导轨上方）在磁场力作用下也将会向右运动．设金属框的总电阻为R，运动中所受到的阻力恒为f，则金属框的最大速度可表示为（）A．vm=fR/2B2L2B．vm=fR/4B2L2C．vm=(4B2L2v－fR)/4B2L2D．vm=(2B2L2v＋fR)/2B2L213、如图所示,在一个磁感应强度为B的匀强磁场中,有一弯成45°角的金属导轨,且导轨平面垂直磁场方向.导电棒MN以速度v从导轨的O点处开始无摩擦地匀速滑动,迷度v的方向与Ox方向平行,导电棒与导轨单位长度的电阻为r.(1)写出t时刻感应电动势的表达式.(2)感应电流的大小如何?(3)写出在t时刻作用在导电棒MN上的外力瞬时功率的表达式.14、如图12-1-2所示，竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.5T，并且以tB=0.1T/s在变化，水平轨道电阻不计，且不计摩擦阻力，宽0.5m的导轨上放一电阻R0=0.1Ω的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着质量M=0.2kg的重物，轨道左端连接的电阻R=0.4Ω，图中的l=0.8m，求至少经过多长时间才能吊起重物.第11题图15．如图所示，在匀强磁场中，与磁感应强度B成30°角放置一矩形线圈，线圈长l1=10cm、宽l2=8cm，共100匝，线圈电阻r=1.0Ω，与它相连的电路中，电阻R1=4.0Ω，R2=5.0Ω，电容C=50μF，磁感应强度变化如图乙所示，开关S在t0=0时闭合，在t2=1.5s时又断开，求：(1)t=1.0s时，R2中电流的大小及方向；(2)S断开后，通过R2的电量。16、如图所示，一只横截面积为S=0.10m2，匝数为120匝的闭合线圈放在平行于线圈轴线的匀强磁场中，线圈的总电阻为R=1.2Ω．该匀强磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如右图所示．求：⑴从t=0到t=0.30s时间内，通过该线圈任意一个横截面的电荷量q为多少？⑵这段时间内线圈中产生的电热Q为多少？17、如图所示，轻绳绕过轻滑轮连接着边长为L的正方形导线框A1和物块A2，线框A1的电阻为R，质量为M，物块A2的质量为m（Mm），两匀强磁场区域I、II的高度也为L，磁感应强度均为B，方向水平与线框平面垂直。线框ab边距磁场边界高度为h。开始时各段绳都处于伸直状态，把它们由静止释放，ab边刚穿过两磁场的分界线CC／进入磁场II时线框做匀速运动。求：（1）ab边刚进入磁场I时线框A1的速度v1；（2）ab边进入磁场II后线框A1其重力的功率P；（3）从ab边刚进入磁场II到ab边刚穿出磁场II的过程中，线框中产生的焦耳热Q。t/s0.10.20.3B/T0.20.1BO2A1AabhBBⅠⅡC／C18、磁悬浮列车动力原理如下图所示，在水平地面上放有两根平行直导轨，轨间存在着等距离的正方形匀强磁场Bl和B2，方向相反，B1=B2=lT，如下图所示。导轨上放有金属框abcd，金属框电阻R=2Ω，导轨间距L=0.4m，当磁场Bl、B2同时以v=5m/s的速度向右匀速运动时，求(1)如果导轨和金属框均很光滑，金属框对地是否运动?若不运动，请说明理由；如运动，原因是什么?运动性质如何?(2)如果金属框运动中所受到的阻力恒为其对地速度的K倍，K=0.18，求金属框所能达到的最大速度vm是多少?(3)如果金属框要维持(2)中最大速度运动，它每秒钟要消耗多少磁场能?19、随着越来越高的摩天大楼在各地的落成，至今普遍使用的钢索悬挂式电梯已经渐渐地不适用了．这是因为钢索的长度随着楼层的增高而相应增加，这样这些钢索会由于承受不了自身的重量，还没有挂电梯就会被扯断．为此，科学技术人员正在研究用磁动力来解决这个问题．如图所示就是一种磁动力电梯的模拟机，即在竖直平面上有两根很长的平行竖直轨道，轨道间有垂直轨道平面的匀强磁场B1和B2，且B1和B2的方向相反，大小相等，即B1=B2=1T,两磁场始终竖直向上作匀速运动．电梯桥厢固定在如图所示的一个用超导材料制成的金属框abcd内（电梯桥厢在图中未画出），并且与之绝缘．电梯载人时的总质量为5×103kg，所受阻力f=500N，金属框垂直轨道的边长Lcd=2m，两磁场的宽度均与金属框的边长Lac相同，金属框整个回路的电阻R=9.5×10－4Ω，假如设计要求电梯以v1=10m/s的速度向上匀速运动，那么，（1）磁场向上运动速度v0应该为多大？（2）在电梯向上作匀速运动时，为维持它的运动，外界必须提供能量，那么这些能量是由谁提供的？此时系统的效率为多少？20、如图所示，由10根长度都是L的金属杆连接成的一个“目”字型的矩形金属框abcdefgh，放在纸面所在的平面内。有一个宽度也为L的匀强磁场，磁场边界跟de杆平行，磁感应强度的大小是B，方向垂直于纸面向里，金属杆ah、bg、cf、de的电阻都为r，其他各杆的电阻不计，各杆端点间接触良好。现以速度v匀速地把金属框从磁场的左边界水平向右拉，从de杆刚进入磁场瞬间开始计时，求：(1)从开始计时到ah杆刚进入磁场的过程中，通过ah杆某一横截面总的电荷量q；(2)从开始计时到金属框全部通过磁场的过程中，金属框中电流所产生的总热量Q。21、如甲图所示，“目”字形轨道的每一短边的长度都等于a，只有四根平行的短边有电阻，阻值都是r，不计其它各边电阻。使导轨平面与水平面成夹角θ固定放置，如乙图所示。一根质量为m的条形磁铁，其横截面是边长为a的正方形，