训练四电磁感应

2017-12-13

教学考试(高考物理) 2017年5期

关键词：金属棒磁通量电磁炉

训练四电磁感应

《教学考试》物理命题研究中心

1．(2016·山西省太原市第五中学阶段性检测)电磁炉热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气， “火力”强劲，安全可靠。如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是

( )

A．当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁炉加热效果越好

B．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用

C．电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差

D．电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作

2．(多选)(2017·山东省潍坊实验中学检测)绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上，铁芯上套着一个铝环，线圈与电源、开关相连，如图所示。线圈上端与电源正极相连，闭合开关的瞬间，铝环向上跳起。若保持开关闭合，则

( )

A．如果电源的正、负极对调，观察到的现象不变

B．铝环跳起到某一高度后将回落

C．铝环停留在某一高度

D．铝环不断升高

3．(多选)(2017·河北省衡水市冀州中学检测)如图所示，螺线管内有一平行于轴线的匀强磁场，规定图中箭头所示方向为磁感应强度B的正方向，螺线管与U形导线框cdef相连，导线框cdef内有一半径很小的金属圆环L，圆环与导线框cdef在同一平面内。当螺线管内的磁感应强度随时间按图示规律变化时

( )

A．在t1时刻，金属圆环L内的磁通量为零

B．在t2时刻，金属圆环L内的磁通量为零

C．在t1～t2时间内，金属圆环L内有顺时针方向的感应电流

D．在t1～t2时间内，金属圆环L有扩张趋势

4．(多选)(2016·河北省石家庄质检)如图所示，由一段外皮绝缘的导线扭成两个半径为R和r圆形平面形成的闭合回路，Rgt;r，导线单位长度的电阻为λ，导线截面半径远小于R和r。圆形区域内存在垂直平面向里、磁感应强度大小随时间按B=kt(kgt;0，为常数)的规律变化的磁场，下列说法正确的是

( )

A．小圆环中电流的方向为逆时针

B．大圆环中电流的方向为逆时针

5．(多选)现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备。电子感应加速器主要有上、下电磁铁磁极和环形真空室组成。当电磁铁绕组通以变化的电流时，产生变化的磁场，穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空盒空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场作用下得到加速。如图所示(上图为侧视图、下图为真空室的俯视图)，若电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，当电磁铁绕组通有图中所示的电流时

( )

A．电子在轨道上逆时针运动

B．保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速

C．保持电流的方向不变，当电流减小时，电子将加速

D．被加速时电子做圆周运动的周期不变

6．(多选)(2017·广西钦州市高新区高三月考)如图所示，两平行光滑的金属导轨MN、PQ固定在水平面上，相距为L，处于竖直向下的磁场中，整个磁场由n个宽度皆为x0的条形匀强磁场区域1、2、3…n组成，从左向右依次排列，磁感应强度大小分别为B、2B、3B…nB，两导轨左端MP间接入电阻R，金属棒ab垂直放在水平导轨上，且与导轨接触良好，不计导轨和金属棒的电阻。若在不同的磁场区对金属棒施加不同的拉力，使棒ab以恒定速度v向右匀速运动。取金属棒图示位置(即磁场1区左侧)为x=0，则通过棒ab的电流i、对棒施加的拉力F随位移x变化的图象是

( )

7．(多选)(2017·广西桂林中学高三月考)如图所示，在匀强磁场区域的上方有一半径为R、质量为m的导体圆环，将圆环由静止释放，圆环刚进入磁场的瞬间和完全进入磁场的瞬间速度相等。已知圆环的电阻为r，匀强磁场的磁感应强度为B，重力加速度为g，则

( )

A．圆环进入磁场的过程中，圆环中的电流为逆时针

B．圆环进入磁场的过程可能做匀速直线运动

D．圆环进入磁场的过程中，电阻产生的热量为2mgR

8．(多选)如图所示，间距为L，足够长的光滑导轨倾斜放置，与水平面倾角为θ，其上端连接一个定值电阻R，匀强磁场磁感应强度为B。方向垂直于导轨所在平面，将质量为m的金属棒ab在导轨上无初速度释放，当ab棒下滑到稳定状态时，电阻R的电功率为P；导轨和金属棒的电阻均不计，重力加速度为g。下列判断正确的是

( )

A．导体棒的a端电势比b端电势高

B．ab棒在达到稳定状态前做加速度增加的加速运动

D．若换成一根质量为原来2倍的导体棒，其他条件不变，则ab棒下滑到稳定状态时，电阻R的电功率将变为原来的2倍

9．(2017·重庆市育才中学高三3月复习)如图所示，一个边缘带有凹槽的金属圆环，沿其直径装有一根长2L的金属杆AC，可绕通过圆环中心的水平轴O转动。将一根质量不计的长绳一端固定于槽内并将绳绕于圆环槽内，绳子的另一端吊了一个质量为m的物体。圆环的一半处在磁感应强度为B，方向垂直环面向里的匀强磁场中。现将物体由静止释放，若金属圆环和金属杆单位长度的电阻均为R，忽略所有摩擦和空气阻力。

(1)设某一时刻圆环转动的角速度为ω0，且OA边在磁场中，请求出此时金属杆OA产生电动势的大小。

(2)请求出物体在下落中可达到的最大速度。

(3)当物体下落达到最大速度后，金属杆OC段进入磁场时，杆C、O两端电压多大？

10．(2017·四川省乐山市高中第三次调查研究考试)如图所示，PQ和MN是固定于水平面内间距L=1.0 m的平行金属轨道，轨道足够长，其电阻可忽略不计。两相同的金属棒ab、cd放在轨道上，运动过程中始终与轨道垂直，且接触良好，它们与轨道形成闭合回路。已知每根金属棒的质量m=0.20 kg，每根金属棒位于两轨道之间部分的电阻值R=1.0 Ω；金属棒与轨道间的动摩擦因数μ=0.20，且与轨道间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。整个装置处在竖直向上、磁感应强度B=0.40 T的匀强磁场中。重力加速度g=10 m/s2。

(1)在t=0时刻，用垂直于金属棒的水平力F向右拉金属棒cd，使其从静止开始沿轨道以a=5.0 m/s2的加速度做匀加速直线运动，求金属棒cd运动多长时间金属棒ab开始运动；

(2)若用一个适当的水平外力F′向右拉金属棒cd，使其达到速度v1=20 m/s沿轨道匀速运动时，金属棒ab也恰好以恒定速度沿轨道运动。求：

①金属棒ab沿轨道运动的速度大小；

②水平外力F′的功率。

参考答案

1．D 【解析】电磁炉采用涡流感应加热原理；其内部通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁感线而在锅具底部金属部分产生涡流，使锅具铁分子高速无规则运动，进而产生热能，电磁炉工作时需要在锅底产生感应电流，陶瓷锅或耐热玻璃锅不属于金属导体，不能产生感应电流，由于线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热效应起到加热作用。D正确。

2．AB 【解析】闭合开关瞬间，线圈中的磁场增大，导致铝环内的磁通量增大，根据楞次定律可知，铝环中感应电流的磁场将阻碍磁通量的增大，因此将向上跳起，但是不能阻止磁通量变化，故铝环将落回线圈，故B正确，CD错误；若将电源的正、负极对调，对调过程中线圈中的磁通量先减小后增大，在减小时，在本实验装置中不能观察到现象，在增大过程中铝环向上跳起，故A正确。

3．AC 【解析】由B-t图象知，t1时刻磁通量的变化率为零，则感应电流为零，L上的磁通量为零，A正确；在t2时刻，磁感应强度为零，但是磁通量的变化率最大，则感应电流最大，通过金属圆环的磁通量最大，B错误；在t1～t2时间内，磁通量的变化率不断变大，则线圈内的感应电流不断变大，根据楞次定律，在线圈中的电流方向f到c，根据右手螺旋定则，穿过圆环的磁通量向外增大，则根据楞次定律，在金属圆环中产生顺时针方向的感应电流，故C错误；在t1～t2时间内，L内的磁场增加，由楞次定律可以确定L必须减小面积以达到阻碍磁通量的增加，故有收缩的趋势，故D正确。

5．AB 【解析】线圈中的电流增强，磁场就增大了，根据楞次定律，感生电场产生的磁场要阻碍它增大所以感生电场为顺时针方向，即电流方向顺时针，所以电子运动在逆时针方向电场力作用下加速运动，洛伦兹力约束下做圆周运动，故A、B项正确；当磁场减小，根据楞次定律，可知涡旋电场的方向为逆时针方向，电子将沿逆时针方向减速运动。在电子被加速过程中，由于磁场的变化，导致运动的周期变化，故C、D错误。