专题09+电磁感应定律及综合应用（押题专练）-2019年高考物理二轮复习精品资料 20页

‎1．法拉第发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机．如图1所示，紫铜做的圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中，圆盘圆心处固定一个摇柄，边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴，用导线将电刷与电流表连接起来形成回路．转动摇柄，使圆盘逆时针匀速转动，电流表的指针发生偏转．下列说法正确的是(　　)‎ 图1‎ A．回路中电流大小变化，方向不变 B．回路中电流大小不变，方向变化 C．回路中电流的大小和方向都周期性变化 D．回路中电流方向不变，从b导线流进电流表 ‎【答案】D ‎2．如图2所示，虚线右侧存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外，正方形金属框电阻为R，边长是L，自线框从左边界进入磁场时开始计时，在外力作用下由静止开始，以垂直于磁场边界的恒定加速度a进入磁场区域，t1时刻线框全部进入磁场．若外力大小为F，线框中电功率的瞬时值为P，线框磁通量的变化率为，通过导体横截面的电荷量为q，(其中P—t图像为抛物线)则这些量随时间变化的关系正确的是(　　)‎ 图2‎ ‎【答案】BD ‎【解析】线框做匀加速运动，其速度v＝at，感应电动势E＝BLv 线框进入磁场过程中受到的安培力F安＝BIL＝＝ 由牛顿第二定律得：F－＝ma 则F＝ma＋t，故A错误；‎ 感应电流I＝＝ 线框的电功率P＝I2R＝t2，故B正确；‎ 线框的位移x＝at2，＝B·＝B·＝BLat，故C错误；‎ 电荷量q＝IΔt＝·Δt＝·Δt＝＝＝＝t2，故D正确． ‎ ‎3．如图3所示，两根足够长的平行金属导轨倾斜放置，导轨下端接有定值电阻R，匀强磁场方向垂直导轨平面向上．现给金属棒ab一平行于导轨的初速度v，使金属棒保持与导轨垂直并沿导轨向上运动，经过一段时间金属棒又回到原位置．不计导轨和金属棒的电阻，在这一过程中，下列说法正确的是(　　)‎ 图3‎ A．金属棒上滑时棒中的电流方向由b到a B．金属棒回到原位置时速度大小仍为v C．金属棒上滑阶段和下滑阶段的最大加速度大小相等 D．金属棒上滑阶段和下滑阶段通过棒中的电荷量相等 ‎【答案】AD ‎【解析】金属棒上滑时，根据右手定则判断可知金属棒中感应电流的方向由b到a，故A正确．金属 ‎4.如图1所示，铜线圈水平固定在铁架台上，铜线圈的两端连接在电流传感器上，传感器与数据采集器相连，采集的数据可通过计算机处理，从而得到铜线圈中的电流随时间变化的图线.‎ 利用该装置探究条形磁铁从距铜线圈上端某一高度处由静止释放后，沿铜线圈轴线竖直向下穿过铜线圈的过程中产生的电磁感应现象.两次实验中分别得到了如图甲、乙所示的电流－时间图线.条形磁铁在竖直下落过程中始终保持直立姿态，且所受空气阻力可忽略不计.则下列说法中正确的是(　　)‎ 图1‎ A.若两次实验条形磁铁距铜线圈上端的高度不同，其他实验条件均相同，则甲图对应实验条形磁铁距铜线圈上端的高度大于乙图对应实验条形磁铁距铜线圈上端的高度 B.若两次实验条形磁铁的磁性强弱不同，其他实验条件均相同，则甲图对应实验条形磁铁的磁性比乙图对应实验条形磁铁的磁性强 C.甲图对应实验条形磁铁穿过铜线圈的过程中损失的机械能小于乙图对应实验条形磁铁穿过铜线圈的过程中损失的机械能 D.两次实验条形磁铁穿过铜线圈的过程中所受的磁场力都是先向上后向下 ‎【答案】C ‎5.(多选)高频焊接技术的原理如图3(a)所示.线圈接入图(b)所示的正弦式交流电(以电流顺时针方向为正)，圈内待焊接工件形成闭合回路.则(　　)‎ 图3‎ A.图(b)中电流有效值为I B.0～t1时间内工件中的感应电流变大 C.0～t1时间内工件中的感应电流方向为逆时针 D.图(b)中T越大，工件温度上升越快 ‎【答案】AC ‎ ‎【解析】由图知电流的最大值为I，因为该电流是正弦式交流电，则有效值为I，故A正确.i－t图象切线的斜率等于电流的变化率，根据数学知识可知：0～t1时间内线圈中电流的变化率减小，磁通量的变化率变小，由法拉第电磁感应定律可知工件中感应电动势变小，则感应电流变小，故B错误.根据楞次定律可知：0～t1时间内工件中的感应电流方向为逆时针，故C正确.图(b)中T 越大，电流变化越慢，工件中磁通量变化越慢，由法拉第电磁感应定律可知工件中产生的感应电动势越小，温度上升越慢，故D错误.‎ ‎6.‎ 图4‎ 在竖直平面内固定一根水平长直导线，导线中通以如图4所示方向的恒定电流.在其正上方(略靠后)由静止释放一个闭合圆形导线框.已知导线框在下落过程中始终保持框平面沿竖直方向.在框由实线位置下落到虚线位置的过程中(　　)‎ A.导线框中感应电流方向依次为：顺时针→逆时针→顺时针 B.导线框的磁通量为零时，感应电流也为零 C.导线框所受安培力的合力方向依次为：向上→向下→向上 D.导线框产生的焦耳热等于下落过程中框损失的重力势能 ‎【答案】A ‎【解析】根据安培定则，通电直导线的磁场在上方向外，下方向里；离导线近的地方磁感应强度大，‎ ‎7.如图5所示，用均匀导线做成边长为0.2 m的正方形线框，线框的一半处于垂直线框向里的有界匀强磁场中.当磁场以20 T/s的变化率增强时，a、b两点间电势差的大小为U，则(　　)‎ 图5‎ A.φa<φb，U＝0.2 V B.φa>φb，U＝0.2 V C.φa<φb，U＝0.4 V D.φa>φb，U＝0.4 V ‎【答案】A ‎【解析】题中正方形线框的左半部分磁通量变化而产生感应电动势，从而在线框中有感应电流产生，把左半部分线框看成电源，其电动势为E，内电阻为，画出等效电路如图所示.‎ ‎8.如图6甲所示，R0为定值电阻，两金属圆环固定在同一绝缘平面内.左端连接在一周期为T0的正弦交流电源上，经二极管整流后，通过R0的电流i始终向左，其大小按图乙所示规律变化.规定内圆环a端电势高于b端时，a、b间的电压uab为正，下列uab－t图象可能正确的是(　　)‎ 图6‎ ‎【答案】C ‎【解析】在第一个0.25T0时间内，通过大圆环的电流为顺时针增加的，由楞次定律可判断内环a端电势高于b端，因电流的变化率逐渐减小，故内环的电动势逐渐减小，同理可知，在0.25T0～0.5T0时间内，通过大圆环的电流为顺时针逐渐减小，则由楞次定律可知，内环a端电势低于b 端，因电流的变化率逐渐变大，故内环的电动势变大，故只有C正确. ‎ ‎9．如图所示，有一个矩形边界的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里．一个三角形闭合导线框，由位置1(左)沿纸面匀速运动到位置2(右)．取线框刚到达磁场边界的时刻为计时起点(t＝0)，规定逆时针方向为电流的正方向，则图中能正确反映线框中电流与时间关系的是(　　)‎ ‎【答案】A　‎ ‎【解析】线框进入磁场的过程，磁通量向里增加，根据楞次定律得知感应电流的磁场向外，由安培定 ‎10. 边长为a的正三角形金属框架的左边竖直且与磁场右边界平行，该框架完全处于垂直框架平面向里的匀强磁场中．现把框架匀速水平向右拉出磁场，如图所示，则下列图象与这一过程相符合的是(　　)‎ ‎ ‎ ‎ 【答案】B　‎ ‎11．(多选)如图甲所示，质量m＝3.0×10－‎3kg的“”形金属细框竖直放置在两水银槽中，“”形框的水平细杆CD长l＝‎0.20 m，处于磁感应强度大小B1＝1.0 T、方向水平向右的匀强磁场中．有一匝数n＝300匝、面积S＝‎0.01 m2‎的线圈通过开关K与两水银槽相连．线圈处于与线圈平面垂直、沿竖直方向的匀强磁场中，其磁感应强度B2随时间t变化的关系如图乙所示．t＝0.22 s时闭合开关K瞬间细框跳起(细框跳起瞬间安培力远大于重力)，跳起的最大高度h＝‎0.20 m．不计空气阻力，重力加速度g＝‎10 m/s2，下列说法正确的是(　　)‎ A．0～0.10 s内线圈中的感应电动势大小为3 V B．开关K闭合瞬间，CD中的电流方向由C到D C．磁感应强度B2的方向竖直向下 D．开关K闭合瞬间，通过细杆CD的电荷量为‎0.03 C ‎【答案】BD　‎ ‎【解析】0～0.1 s内线圈中的磁场均匀变化，由法拉第电磁感应定律E＝n＝nS，代入数据得E＝30 V，A错．开关闭合瞬间，细框会跳起，可知细框受向上的安培力，由左手定则可判断电流方向由C到D，B对．由于t＝0.22 s时通过线圈的磁通量正在减少，再对线圈由楞次定律可知感应电流产生的磁场的方向与B2的方向相同，故再由安培定则可知C错误．K闭合瞬间，因安培力远大于重力，则由动量定理有B1IlΔt＝mv，通过细杆的电荷量Q＝IΔt，线框向上跳起的过程中v2＝2gh，解得Q＝‎0.03 C，D对．‎ ‎12．(多选)如图所示是法拉第制作的世界上第一台发电机的模型原理图．把一个半径为r的铜盘放在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，使磁感线水平向右垂直穿过铜盘，铜盘安装在水平的铜轴上，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触，G为灵敏电流表．现使铜盘按照图示方向以角速度ω匀速转动，则下列说法中正确的是(　　)‎ A．C点电势一定高于D点电势 B．圆盘中产生的感应电动势大小为Bωr2‎ C．电流表中的电流方向为由a到b D．若铜盘不转动，使所加磁场磁感应强度均匀增大，在铜盘中可以产生涡旋电流 ‎【答案】BD　‎ ‎【解析】把铜盘看作由中心指向边缘的无数条铜棒组合而成，当铜盘开始转动时，每根铜棒都在切割 ‎13．(多选)如图所示，一边长为l＝‎2a的正方形区域内分布着方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场．一边长为a、电阻为R的正方形线框置于磁场左侧，且线框右边与磁场左边界平行，距离为a，现给该正方形线框施加一水平向右的拉力，使其沿直线匀速向右运动，则以下关于线框受到的安培力、产生的感应电流随时间变化的图象正确的是(以水平向左的方向为安培力的正方向，以逆时针方向为电流的正方向)(　　) ‎ ‎ ‎ ‎ 【答案】BD　‎ ‎14．(多选)如图甲所示，一单匝圆形闭合导线框半径为r，线框电阻为R ‎，连接一交流电流表(内阻不计)．线框内充满匀强磁场，已知该磁场磁感应强度B随时间按正弦规律变化，如图乙所示(规定向下为B的正方向)，则下列说法正确的是(　　)‎ ‎ ‎ A．0.005 s时线框中的感应电流最大 B．0.01 s时线框中感应电流方向从上往下看为顺时针方向 C．0.015 s时电流表的示数为零 ‎ D．0～0.02 s内闭合导线框上产生的热量为 ‎【答案】BD　 ‎ ‎【解析】线圈中的感应电动势为E＝πr2，感应电流为i＝·，在0.005 s时，＝0，则i＝0，A项错；由楞次定律知在0.01 s时感应电流方向为顺时针方向(从上往下看)，B项正确；交流电流表测量的是交变电流的有效值，C项错；感应电动势的峰值为Em＝Bmπr2，一个周期导线框上产生的热量为Q＝T＝，D项正确．‎ ‎15．(多选)如图所示，电阻不计、间距为l的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中，导轨左端接一定值电阻R.质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上，受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动，外力F与金属棒速度v的关系是F＝F0＋kv(F、k是常量)，金属棒与导轨始终垂直且接触良好．金属棒中感应电流为i，受到的安培力大小为FA，电阻R两端的电压为UR，感应电流的功率为P，它们随时间t变化图象可能正确的有(　　)‎ ‎【答案】 BC　‎ ‎【解析】设金属棒在某一时刻速度为v，由题意可知，感应电动势E＝BLv，回路电流I＝＝v，‎ ‎16.如图7所示，MN、PQ为足够长的平行导轨，间距L＝0.5 m.导轨平面与水平面间的夹角θ＝37°.NQ⊥MN，NQ间连接有一个R＝3 Ω的电阻.有一匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B0＝1 T.将一根质量为m＝0.05 kg的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上，且与导轨接触良好，金属棒的电阻r＝2 Ω，其余部分电阻不计.现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行.已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ＝0.5，当金属棒滑行至cd处时速度大小开始保持不变，cd 距离NQ为s＝2 m.试解答以下问题：(g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)‎ 图7‎ ‎(1)金属棒达到稳定时的速度是多大？‎ ‎(2)从静止开始直到达到稳定速度的过程中，电阻R上产生的热量是多少？‎ ‎(3)若将金属棒滑行至cd处的时刻记作t＝0，从此时刻起，让磁感应强度逐渐减小，可使金属棒中不产生感应电流，则t＝1 s时磁感应强度应为多大？‎ ‎【答案】(1)2 m/s　(2)0.06 J　(3)0.4 T ‎【解析】(1)在达到稳定速度前，金属棒的加速度逐渐减小，速度逐渐增大，达到稳定速度时，有：mgsin θ＝ B0IL ＋μmgcos θ mgsin θ－μmgcos θ＝ma 设t时刻磁感应强度为B，则：‎ B0Ls＝BL(s＋x)‎ x＝vt＋at2‎ 故t＝1 s时磁感应强度B＝0.4 T ‎17.如图8甲所示，宽为L、倾角为θ的平行金属导轨，下端垂直于导轨连接一阻值为R的定值电阻，导轨之间加垂直于轨道平面的磁场，其随时间变化规律如图乙所示.t＝0时刻磁感应强度为B0，此时，在导轨上距电阻x1处放一质量为m、电阻为2R的金属杆，t1时刻前金属杆处于静止状态，当磁场即将减小到B1时，金属杆也即将开始下滑(金属杆所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力).‎ 图8‎ ‎(1)求0～t1时间内通过定值电阻的电荷量；‎ ‎(2)求金属杆与导轨间的最大静摩擦力； ‎ ‎ (3)若金属杆沿导轨下滑x2后开始做匀速运动，求金属杆下滑x2过程中，电阻R产生的焦耳热.‎ ‎【答案】(1) ‎(2)mgsin θ－ ‎(3)－ 电阻R上产生的焦耳热 QR＝Q焦 解得QR＝－ ‎18．如图4所示，螺线管横截面积为S，线圈匝数为N，电阻为R1，管内有水平向右的磁场，磁感应强度为B.螺线管与足够长的平行金属导轨MN、PQ相连并固定在同一平面内，与水平面的夹角为θ，两导轨间距为L.导轨电阻忽略不计．导轨处于垂直斜面向上、磁感应强度为B0的匀强磁场中．金属杆ab垂直导轨，杆与导轨接触良好，并可沿导轨无摩擦滑动．已知金属杆ab的质量为m，电阻为R2，重力加速度为g.忽略螺线管磁场对金属杆ab的影响，忽略空气阻力．‎ 图4‎ ‎(1)螺线管内方向向右的磁场B不变，当ab杆下滑的速度为v时，求通过ab杆的电流的大小和方向；‎ ‎(2)当ab杆下滑的速度为v时，螺线管内方向向右的磁场才开始变化，其变化率＝k(k>0)．讨论ab杆加速度的方向与k的取值的关系．‎ ‎【答案】(1)，方向为b→a　(2)k<，加速度方向向上；k>，加速度方向向下 当mgsin θ>B0IL＝时，加速度方向向下．‎ 即k>，加速度方向向下 ‎19．如图5所示，空间存在一有边界的条形匀强磁场区域，磁场方向与竖直平面(纸面)垂直，磁场边界的间距为L.一个质量为m、边长也为L的正方形导线框沿竖直方向运动，线框所在平面始终与磁场方向垂直，且线框上、下边始终与磁场的边界平行．t＝0时刻导线框的上边恰好与磁场的下边界重合(图中位置Ⅰ)，导线框的速度为v0.经历一段时间后，当导线框的下边恰好与磁场的上边界重合时(图中位置Ⅱ)，导线框的速度刚好为零．此后，导线框下落，经过一段时间回到初始位置Ⅰ(不计空气阻力)，则(　　)‎ 图5‎ A．上升过程中合力做的功与下降过程中合力做的功相等 B．上升过程中线框产生的热量比下降过程中线框产生的热量多 C．上升过程中，导线框的加速度逐渐减小 D．上升过程克服重力做功的平均功率小于下降过程重力的平均功率 ‎【答案】BC ‎ ‎【解析】线框在运动过程中要克服安培力做功，消耗机械能，故返回原位置时速率减小，由动能定理 ‎20．半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为r、质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面，BA的延长线通过圆导轨中心O，装置的俯视图如图6所示．整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向竖直向下．在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻(图中未画出)．直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕O逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触．设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒和导轨的电阻均可忽略．重力加速度大小为g.求：‎ 图6‎ ‎(1)通过电阻R的感应电流的方向和大小；‎ ‎(2)外力的功率．‎ ‎【答案】(1)方向为C→D　大小为 ‎(2)＋ ‎21．如图4－10－26，POQ是折成60°角的固定于竖直平面内的光滑金属导轨，导轨关于竖直轴线对称，‎ OP＝OQ＝L.整个装置处在垂直导轨平面向里的足够大的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律为B＝B0－kt(其中k为大于0的常数)．一质量为m、长为L、电阻为R、粗细均匀的导体棒锁定于OP、OQ的中点a、b位置．当磁感应强度变为B0后保持不变，同时将导体棒解除锁定，导体棒向下运动，离开导轨时的速度为v.导体棒与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，重力加速度为g.求导体棒：‎ 图4－10－26‎ ‎ (1)解除锁定前回路中电流的大小及方向；‎ ‎ (2)滑到导轨末端时的加速度大小；‎ ‎ (3)运动过程中产生的焦耳热．‎ ‎ 【解析】(1)导体棒解除锁定前，闭合回路的面积不变，且＝k由法拉第电磁感应定律知 ‎ E＝＝S＝kL2‎ ‎ 由闭合电路欧姆定律知I＝＝ ‎ ‎ ‎22．如图4－10－27所示，在倾角θ＝37°的光滑斜面上存在一垂直斜面向上的匀强磁场区域MNPQ，磁 感应强度B的大小为5 T，磁场宽度d＝‎0.55 m，有一边长L＝‎0.4 m、质量m1＝‎0.6 kg、电阻R＝2 Ω的正方形均匀导体线框abcd通过一轻质细线跨过光滑的定滑轮与一质量为m2＝‎0.4 kg的物体相连，物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.4，将线框从图示位置由静止释放，物体到定滑轮的距离足够长．(取g＝‎10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)求： ‎ 图4－10－27‎ ‎ (1)线框abcd还未进入磁场的运动过程中，细线中的拉力为多少？‎ ‎ (2)当ab边刚进入磁场时，线框恰好做匀速直线运动，求线框刚释放时ab边距磁场MN边界的距离x多大？‎ ‎ (3)在(2)问中的条件下，若cd边恰离开磁场边界PQ时，速度大小为‎2 m/s，求整个运动过程中ab边产生的热量为多少？‎ ‎ ‎ ‎ 【答案】(1)2.4 N　(2)‎0.25 m　(3)0.1 J ‎23．如图4－10－28甲，电阻不计的轨道MON与PRQ平行放置，ON及RQ与水平面的倾角θ＝53°，‎ MO及PR部分的匀强磁场竖直向下，ON及RQ部分的磁场平行轨道向下，磁场的磁感应强度大小相同，两根相同的导体棒ab和cd分别放置在导轨上，与导轨垂直并始终接触良好．棒的质量m＝‎1.0 kg，R＝1.0 Ω，长度L＝‎1.0 m与导轨间距相同，棒与导轨间动摩擦因数μ＝0.5，现对ab棒施加一个方向水向右，按图乙规律变化的力F，同时由静止释放cd棒，则ab棒做初速度为零的匀加速直线运动，g取‎10 m/s2.‎ 图4－10－28‎ ‎ (1)求ab棒的加速度大小；‎ ‎ (2)求磁感应强度B的大小；‎ ‎ (3)若已知在前2 s内F做功W＝30 J，求前2 s内电路产生的焦耳热；‎ ‎ (4)求cd棒达到最大速度所需的时间． ‎ ‎25．如图所示，竖直面内的正方形导线框ABCD和abcd的边长均为l、电阻均为R，质量分别为‎2m和m，它们分别系在一跨过两个定滑轮的绝缘轻绳两端，在两导线框之间有一宽度为‎2l、磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场．开始时ABCD的下边界与匀强磁场的上边界重合，abcd的上边界到匀强磁场的下边界的距离为l.现将两导线框由静止释放，当ABCD全部进入磁场时，两导线框开始做匀速运动．不计摩擦和空气阻力，重力加速度为g，求：‎ ‎(1)两导线框匀速运动的速度大小；‎ ‎(2)两导线框在从开始运动至等高的过程中所产生的总焦耳热；‎ ‎(3)导线框abcd通过磁场的时间．‎ 下运动‎2l的距离时，两导线框等高，对这一过程，由能量守恒定律有 ‎4mgl＝2mgl＋×3mv2＋Q ⑥‎ 联立⑤⑥解得Q＝2mgl－ ‎(3)导线框abcd通过磁场的过程中以速度v匀速运动，设导线框abcd通过磁场的时间为t，则t＝ ⑦‎ 联立⑤⑦解得t＝.‎ ‎【答案】(1)　(2)2mgl－ 　(3) ‎26．如图甲所示，宽为L、倾角为θ的平行金属导轨，下端垂直于导轨连接一阻值为R的定值电阻，导轨之间加垂直于轨道平面的磁场，其随时间变化规律如图乙所示．t＝0时刻磁感应强度为B0，此时，在导轨上距电阻x1处放一质量为m、电阻为2R的金属杆，t1时刻前金属杆处于静止状态，当磁场即将减小到B1时，金属杆也即将开始下滑(金属杆所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力)．‎ ‎(1)求0～t1时间内通过定值电阻的电荷量；‎ ‎(2)求金属杆与导轨间的最大静摩擦力；‎ ‎(3)若金属杆沿导轨下滑x2后开始做匀速运动，求金属杆下滑x2过程中，电阻R产生的焦耳热．‎ 从开始滑动到达到最大速度过程 ‎【答案】(1) ‎(2)mgsin θ－ ‎(3)－