2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 微專題系列之熱點(diǎn)專題突破 專題56 導(dǎo)體切割類感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算學(xué)案

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2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 微專題系列之熱點(diǎn)專題突破 專題56 導(dǎo)體切割類感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算學(xué)案_第1頁
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1、2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 微專題系列之熱點(diǎn)專題突破 專題56 導(dǎo)體切割類感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算學(xué)案 1.E=Blv的理解 (1)公式中的l為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度.如圖1025中,導(dǎo)體棒的有效長度為ab間的距離. (2)E=Blv中的速度v是導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)的速度,若磁場(chǎng)也在運(yùn)動(dòng),應(yīng)注意速度間的相對(duì)關(guān)系. 2.導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的情況 若長為L的導(dǎo)體棒在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),則 (1)以中點(diǎn)為軸時(shí),E=0(不同兩段的代數(shù)和). (2)以端點(diǎn)為軸時(shí)E=BωL2(平均速度取中點(diǎn)位置的線速度ωL). (3)以任意點(diǎn)為軸時(shí)E=Bω(L-L)(L1>

2、L2,不同兩段的代數(shù)和). 【典例1】半徑為a右端開小口的導(dǎo)體圓環(huán)和長為2a的導(dǎo)體直桿,單位長度電阻均為R0.圓環(huán)水平固定放置,整個(gè)內(nèi)部區(qū)域分布著豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.桿在圓環(huán)上以速度v平行于直徑CD向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),桿始終有兩點(diǎn)與圓環(huán)良好接觸,從圓環(huán)中心O開始,桿的位置由θ確定,如圖所示.則(  ) A.θ=0時(shí),桿產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為2Bav B.θ=時(shí),桿產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為Bav C.θ=0時(shí),桿受的安培力大小為 D.θ=時(shí),桿受的安培力大小為 【答案】AD  【解析】當(dāng)θ=0時(shí),桿切割磁感線的有效長度l1=2a,所以桿產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E1=Bl1v=2Bav,選項(xiàng)A

3、正確;此時(shí)桿上的電流I1==,桿受的安培力大小F1=BI1l1=,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;當(dāng)θ=時(shí),桿切割磁感線的有效長度l2=2acos =a,桿產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E2=Bl2v=Bav,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;此時(shí)桿上的電流I2==,桿受的安培力大小F2=BI2l2=,選項(xiàng)D正確. 【典例2】法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖如圖所示.銅圓盤安裝在豎直的銅軸上,兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸.圓盤處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中.圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí),關(guān)于流過電阻R的電流,下列說法正確的是(  ) A.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定,則電流大小恒定 B.若從上向下看,圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),則電流沿a到b的方向流動(dòng) C.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向不

4、變,角速度大小發(fā)生變化,則電流方向可能發(fā)生變化 D.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍,則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍 【答案】 AB  【跟蹤短訓(xùn)】 1.如圖所示,水平放置的U形框架上接一個(gè)阻值為R0的電阻,放在垂直紙面向里的、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)半徑為L、質(zhì)量為m的半圓形硬導(dǎo)體AC在水平向右的恒定拉力F作用下,由靜止開始運(yùn)動(dòng)距離d后速度達(dá)到v,半圓形硬導(dǎo)體AC的電阻為r,其余電阻不計(jì).下列說法正確的是(  ). A.此時(shí)AC兩端電壓為UAC=2BLv B.此時(shí)AC兩端電壓為UAC= C.此過程中電路產(chǎn)生的電熱為Q=Fd-mv2 D.此過程中通過電

5、阻R0的電荷量為q= 【答案】 BD 【解析】 AC的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=2BLv,兩端電壓為UAC==,A錯(cuò)、B對(duì);由功能關(guān)系得Fd=mv2+Q+Qμ,C錯(cuò);此過程中平均感應(yīng)電流為=,通過電阻R0的電荷量為q=Δt=,D對(duì). 2.如圖所示,在水平面內(nèi)固定著U形光滑金屬導(dǎo)軌,軌道間距為50 cm,金屬導(dǎo)體棒ab質(zhì)量為0.1 kg,電阻為0.2 Ω,橫放在導(dǎo)軌上,電阻R的阻值是0.8 Ω(導(dǎo)軌其余部分電阻不計(jì)).現(xiàn)加上豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng).用水平向右的恒力F=0.1 N拉動(dòng)ab,使其從靜止開始運(yùn)動(dòng),則(  ). A.導(dǎo)體棒ab開始運(yùn)動(dòng)后,電阻R中的電流方向是從P流向

6、M B.導(dǎo)體棒ab運(yùn)動(dòng)的最大速度為10 m/s C.導(dǎo)體棒ab開始運(yùn)動(dòng)后,a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)差逐漸增加到1 V后保持不變 D.導(dǎo)體棒ab開始運(yùn)動(dòng)后任一時(shí)刻,F(xiàn)的功率總等于導(dǎo)體棒ab和電阻R的發(fā)熱功率之和 【答案】 B 3. 如圖所示,直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向平行于ab邊向上.當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),a、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)分別為Ua、Ub、Uc.已知bc邊的長度為l.下列判斷正確的是(  ) A.Ua>Uc,金屬框中無電流 B.Ub >Uc,金屬框中電流方向沿a-b-c-a C.Ubc=-Bl2ω,金屬框中無電流 D

7、.Ubc=Bl2ω,金屬框中電流方向沿a-c-b-a 【答案】 C  【解析】金屬框abc平面與磁場(chǎng)平行,轉(zhuǎn)動(dòng)過程中磁通量始終為零,所以無感應(yīng)電流產(chǎn)生,選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤;轉(zhuǎn)動(dòng)過程中bc邊和ac邊均切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),由右手定則判斷Ua<Uc,Ub<Uc,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由轉(zhuǎn)動(dòng)切割產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的公式得Ubc=-Bl2ω,選項(xiàng)C正確. 課后作業(yè) 1. 如圖所示,閉合矩形線框abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線框平面與磁場(chǎng)垂直,讓線框以沿與ab邊垂直的速度v在磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng),則關(guān)于線框中感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)判斷正確的是 A. cd中有向上的電流,且c點(diǎn)電勢(shì)高于d點(diǎn)電勢(shì)

8、B. cd中有向上的電流,且d點(diǎn)電勢(shì)高于c點(diǎn)電勢(shì) C. cd中沒有感應(yīng)電流,且d點(diǎn)電勢(shì)不等于c點(diǎn)電勢(shì) D. cd中沒有感應(yīng)電流,且d點(diǎn)電勢(shì)等于c點(diǎn)電勢(shì) 【答案】C 2.如圖所示,、為兩條平行的水平放置的金屬導(dǎo)軌,左端接有定值電阻,長為的金屬棒斜放在兩導(dǎo)軌之間,與導(dǎo)軌接觸良好,磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)重直于導(dǎo)軌平面,整根金屬棒都處在磁場(chǎng)中。設(shè)金屬棒與兩導(dǎo)軌接觸點(diǎn)之間的距離為。金屬棒與導(dǎo)軌間夾角為。不計(jì)導(dǎo)軌和棒的電阻。當(dāng)棒以速度水平向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),流過棒的電流及棒的上、下兩端點(diǎn)、間的電勢(shì)差分別為( ) A. B. C. D. 【答案】BD 3

9、.如圖所示,一導(dǎo)線折成動(dòng)長為a的正三角形閉合回路,虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直于回路所在的平面,回路以速度v向右勻速進(jìn)入磁場(chǎng),邊長CD始終與MN垂直,從D點(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)為止,下列結(jié)論中正確的是 A. 導(dǎo)線框受到安培力方向始終向上 B. 導(dǎo)線框受到安培力方向始終向下 C. 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為 D. 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平均值為 【答案】CD 【解析】根據(jù)左手定則可知,線框未全部進(jìn)入磁場(chǎng)前安培力方向向上,全部進(jìn)入以后安培力為零,所以AB錯(cuò)誤。有效切割長度最長為?,則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為?,故C正確。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平均值為:?,故D正確。故選CD

10、 4.如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,質(zhì)量m=1kg的金屬桿PQ在水平向右的外力F作用下沿著粗糙U形導(dǎo)軌以速度v=2 m/s 向右勻速滑動(dòng),U形導(dǎo)軌固定在水平面上,兩導(dǎo)軌間距離1=1.0m,金屬桿PQ與U形導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.3, 電阻R=3.0 Ω,金屬桿的電阻r=1.0 Ω,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),取重力加速度g=10 m/s2,則下列說法正確的是 A. 通過R的感應(yīng)電流的方向?yàn)橛蒬到a B. 金屬桿PQ切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為2.0 V C. 金屬桿PQ受到的外力F的大小為2.5N D. 外力F做功的數(shù)值大于電路上產(chǎn)生的焦耳熱 【答案】BD

11、 5.如圖為法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖,銅圓盤安裝在豎直的銅軸上,兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸,圓盤處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中,圓盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(從上往下看),下列說法正確的是 A. 穿過圓盤的磁通量發(fā)生變化 B. 圓盤中心電勢(shì)比邊緣要高 C. R上的熱功率與圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度正正比 D. 產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)大小與圓盤半徑成正比 【答案】B 故選B。 6.如圖所示是法拉第制作的世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)的模型原理圖。把一個(gè)半徑為r的銅盤放在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,使磁感線水平向右垂直穿過銅盤,銅盤安裝在水平的銅軸上。兩塊銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動(dòng)軸和銅盤的邊緣接觸.G為靈敏

12、電流表?,F(xiàn)使銅盤按照?qǐng)D示方向以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),則下列說法正確的是 A. C點(diǎn)電勢(shì)一定低于D點(diǎn)電勢(shì) B. 圓盤中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為Bωr2 C. 電流表中的電流方向?yàn)橛蒩到b D. 銅盤不轉(zhuǎn)動(dòng),所加磁場(chǎng)碳感應(yīng)強(qiáng)度減小,則銅盤中產(chǎn)生順時(shí)針方向電流(從左向右看) 【答案】AD 【解析】(1)將銅盤看做無數(shù)條由中心指向邊緣的銅棒組合而成,當(dāng)銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),每根金屬棒都在切割磁感線,相當(dāng)于電源,由右手定則可知,盤邊緣為電源正極,中心為負(fù)極,C點(diǎn)電勢(shì)低于D點(diǎn)電勢(shì),故A正確; (2)回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),故B錯(cuò)誤; (3)此電源對(duì)外電路供電,電流方向由b經(jīng)電流計(jì)再從a流向銅盤,故C錯(cuò)

13、誤; (4)若銅盤不轉(zhuǎn)動(dòng),使所加磁場(chǎng)強(qiáng)度均勻增大,在銅盤中產(chǎn)生感生電場(chǎng),使銅盤中的自由電荷在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng),形成渦旋電流,故D正確; 故本題選AD 7.如圖所示,在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,兩根足夠長的平行光滑金屬軌道MN、PQ固定在水平面內(nèi),相距為L,軌道左端MP間接一電容器,電容器的電容為C,一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab垂直于MN、PQ放在軌道上,與軌道接觸良好,軌道和導(dǎo)體棒的電阻均不計(jì)。導(dǎo)體棒在水平向右的恒力F的作用下從靜止開始運(yùn)動(dòng),下列說法正確的是 A. 導(dǎo)體棒做變加速直線運(yùn)動(dòng) B. 導(dǎo)體棒做勻加速直線運(yùn)動(dòng) C. 經(jīng)過時(shí)間t,導(dǎo)體棒的速度大小為 D. 經(jīng)過

14、時(shí)間t,導(dǎo)體棒的速度大小為 【答案】BC 8.如圖所示,半徑為2L的小圓與半徑為3L的圓形金屬導(dǎo)軌擁有共同的圓心,在小圓區(qū)城內(nèi)存在垂直于紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),在小圓與導(dǎo)軌之間的環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直于紙面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。現(xiàn)將一長度為3L的導(dǎo)體棒置于磁場(chǎng)中,讓其一端O點(diǎn)與圓心重合,另一端與圓形導(dǎo)軌良好接觸。在O點(diǎn)與導(dǎo)軌間接入一阻值為r的電阻,導(dǎo)體棒以角速度ω沿導(dǎo)軌逆時(shí)針做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其他電阻不計(jì).下列說法正確的是 A. 導(dǎo)體棒O點(diǎn)的電勢(shì)比A點(diǎn)的電勢(shì)高 B. 在導(dǎo)體棒的內(nèi)部電流由O點(diǎn)至A點(diǎn) C. 在導(dǎo)體棒旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi),通過電阻r的電荷量為

15、 D. 在導(dǎo)體棒旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi),電阻r產(chǎn)生的焦耳熱為 【答案】BC 9.如圖所示是法拉第制作的世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)的模型原理圖.把一個(gè)半徑為r的銅盤放在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,使磁感線水平向右垂直穿過銅盤,銅盤安裝在水平的銅軸上,兩塊銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動(dòng)軸和銅盤的邊緣接觸,G為靈敏電流表.現(xiàn)使銅盤按照?qǐng)D示方向以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),則下列說法中正確的是(  ) A. C點(diǎn)電勢(shì)一定高于D點(diǎn)電勢(shì) B. 圓盤中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為Bωr2 C. 電流表中的電流方向?yàn)橛蒩到b D. 若銅盤不轉(zhuǎn)動(dòng),使所加磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大,在銅盤中可以產(chǎn)生

16、渦旋電流 【答案】BD 10.如圖所示,兩水平放置的平行金屬導(dǎo)軌AB和CD相距0.5m,AC間接阻值為1Ω的電阻,導(dǎo)體棒MN到AC的距離為0.4m,整個(gè)裝置放在垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,導(dǎo)體棒MN垂直放在導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒MN的電阻可忽略不計(jì),則下列說法正確的是 A. 若導(dǎo)體棒MN向右滑動(dòng),則M端電勢(shì)高 B. 若勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.2T,導(dǎo)體棒MN以5m/s的速度水平向右勻速滑動(dòng)時(shí),則其所受水平外力的大小是0.25N C. 若導(dǎo)體棒MN固定,圖中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大,則導(dǎo)體棒中有N到M的電流 D. 若導(dǎo)體棒MN固定,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律為,則通過導(dǎo)體棒的電流為0.125A 【答案】AC 【解析】A、棒向右切割磁感線,產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),由右手定則知電流方向?yàn)镹到M,而此方向?yàn)榈刃щ娫磧?nèi)部的電流流向,故M點(diǎn)為電源正極電勢(shì)高,A正確。B、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)大小由,而勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)外力和安培力相等,故有,故B錯(cuò)誤。C、磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大,產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì),由楞次定律可知電流方向?yàn)镹到M,故C正確。D、感生電動(dòng)勢(shì)大小為,故有歐姆定律可知,故D錯(cuò)誤。故選AC。

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