2023学年高考物理二轮复习600分冲刺专题四电路和电磁感应第12讲电磁感应规律及其应用优练含解析.doc

电磁感应规律及其应用 一、选择题(本题共8小题，其中1～5题为单选，6～8题为多选) 1．(2023年·广东模拟)航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的。电磁驱动原理如图所示，在固定线圈左右两侧对称位置放置两个闭合金属圆环，铝环和铜环的形状、大小相同，已知铜的电阻率较小，则合上开关S的瞬间(　D　) A．两个金属环都向左运动 B．两个金属环都向右运动 C．铜环受到的安培力小于铝环受到的安培力 D．从左侧向右看，铝环中感应电流沿顺时针方向 [解析]　若环放在线圈两边，根据“来拒去留”可得，合上开关S的瞬间，环为阻碍磁通量增大，则环将向两边运动，A、B错误；由于铜环的电阻较小，则铜环中感应电流较大，故铜环受到的安培力要大于铝环，C错误；线圈中电流为右侧流入，磁场方向为向左，在闭合开关的过程中，磁场变强，由楞次定律可知，电流由左侧向右看为顺时针，D正确。 2．(2023年·湖南模拟)图甲为兴趣小组制作的无线充电装置中受电线圈示意图，已知线圈匝数n＝100匝、电阻r＝1 Ω、横截面积S＝1.5×10－3 m2，外接电阻R＝7 Ω。线圈处在平行于线圈轴线的磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化如图乙所示，设磁场的正方向水平向左，则(　C　) A．在0.005 s时通过电阻R的电流大小为0 B．在0.005 s时通过电阻R的电流方向由a流向b C．在0～0.01 s内通过电阻R的电荷量q＝1.5×10－3C D．在0.02～0.03 s内电阻R产生的焦耳热为Q＝1.8×10－3 J [解析]　t＝0.005 s时磁感应强度为0，磁通量为0，但磁通量的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，A错误；0～0.005 s过程中，磁感应强度减小，磁通量减小，根据楞次定律，根据电流磁场方向向左，由安培定则知流过电阻R的电流方向由b流向a，B错误；在0～0.01 s内，根据感应电量的公式有q＝n，其中ΔΦ＝2BS＝2×4×10－2×1.5×10－3＝1.2×10－4Wb，所以q＝100×C＝1.5×10－3C，C正确；由图象知周期T＝2.0×10－2s，角速度ω＝＝＝100π rad/s，感应电动势的最大值Em＝nBSω＝100×4×10－2×1.5×10－3×100π＝0.6π，感应电动势的有效值E＝＝，电流I＝＝A，电阻R上产生的焦耳热Q＝I2Rt＝()2×7×0.01 J≈4.0×10－3 J，D错误。 3．(2023年·江苏模拟)发光二极管是目前电器指示灯广泛使用的电子元件，在电路中的符号是“”。只有电流从标有“＋”号的一端流入时，它才能发光，如图所示，螺线管与两只反向并联的发光二极管相连，磁铁从螺线管的正上方由静止释放，向下穿过螺线管。下列说法正确的是(　A　) A．磁铁N极朝下释放时，先红灯亮后绿灯亮 B．磁铁S极朝下释放时，先红灯亮后绿灯亮 C．若磁铁磁性足够强，则磁铁可以悬停在管内 D．磁铁减少的重力势能等于回路中产生的电能 [解析]　磁铁N极朝下释放时， 由楞次定律可判断先是红灯亮后绿灯亮，A正确；磁铁S极朝下释放时，由楞次定律可判断先是绿灯亮后红灯亮，B错误；即使磁铁磁性足够强，磁铁也不可能悬停在管内，因为假设悬停在管内，螺线管内无磁通量变化，无感应电流产生，磁铁只受重力，C错误；此过程中，磁铁的重力势能、动能和回路中的电能相互转化，磁铁减少的机械能等于回路中产生的电能，D错误。 4．(2023年·云南模拟)如图所示，两光滑水平放置的平行金属导轨间距为L，直导线MN垂直跨在导轨上，且与导轨接触良好，整个装置处于垂直于纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B。电容器的电容为C，除电阻R外，导轨和导线的电阻均不计。现给导线MN一初速度，使导线MN向右运动，当电路稳定后，MN以速度v向右匀速运动时(　C　) A．电容器两端的电压为零 B．通过电阻R的电流为 C．电容器所带电荷量为CBLv D．为保持MN匀速运动，需对其施加的拉力大小为 [解析]　导线向右运动时切割磁感线，给电容器充电，根据左手定则可知，安培力使得导线减速运动，当电容器电压与导线的电动势相等时，导线中没有电流，导线做匀速运动，因此选项A、B均错；根据Q＝CU可知，最终电容器所带电荷量为Q＝CBLv，C正确；根据上述分析，当电容器电压与切割磁感线的电动势相等时，就没有感应电流，因此不要外界作用力，D错误。 5．(2023年·辽宁沈阳模拟)如图所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向如图甲所示，左线圈连着正方形线框abcd，线框所在区域存在变化的磁场，取垂直纸面向外力正，磁感应强度随时间变化如图乙所示，不计线框以外的感生电场，右侧线圈连接一定值电阻R，下列说法中正确的是(　D　) A．设t1、t3时刻ab边电流大小分别为i1、i3，则有i1＜i3，定值电阻R中有电流 B．t2～t4时间内通过ab边电量为0，定值电阻R中无电流 C．t1时刻ab边中电流方向由a→b，e点电势高于f点 D．t5时刻ab边中电流方向由b→a，f点电势高于e点 [解析]　根据法拉第电磁感应定律E＝n＝nS，正方形线框中的感应电动势是恒定值， 原线圈中电流值恒定，副线圈中不产生感应电动势，e点电势等于f点电势，A错误；t2～t4时间内磁感应强度均匀变化，磁通量均匀变化，有恒定感应电流通过ab，通过ab边的电量不为0，副线圈磁通量不变，定值电阻R中无电流，B错误；t1时刻磁场方向向外且均匀增加，根据楞次定律，线框中感应电流沿顺时针方向，ab边中电流方向由b→a，副线圈中不产生感应电动势，e点电势等于f点电势，C错误；t5时刻磁场方向垂直纸面向里，磁场变小，磁通量减小，根据楞次定律得感应电流为顺时针方向，ab边中电流方向由b→a，磁感应强度的变化率增大，感应电流变大，穿过副线圈的磁通量增大，根据楞次定律，副线圈中感应电动势上负下正，因此e点电势低于f点，D正确。 6．(2023年·福建漳浦模拟)健身车的磁控阻力原理如图所示，在铜质飞轮的外侧有一些磁铁(与飞轮不接触)，人在健身时带动飞轮转动，磁铁会对飞轮产生阻碍，拉动控制拉杆可以改变磁铁与飞轮间的距离。则(　CD　) A．飞轮受到阻力大小与其材料密度有关 B．飞轮受到阻力大小与其材料电阻率无关 C．飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，其受到的阻力越大 D．磁铁与飞轮间距不变时，飞轮转速越大，其受到阻力越大 [解析]　飞轮在磁场中做切割磁感线的运动，所以会产生电源电动势和感应电流，根据楞次定律可知，磁场会对运动的飞轮产生阻力，以阻碍飞轮与磁场之间的相对运动，所以飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，而安培力大小与其材料的电阻率有关，与其密度无关，故A、B错误；磁铁越靠近飞轮，飞轮处于的磁感应强度越强，所以在飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大；飞轮受到的阻力越大，C正确；磁铁和飞轮间的距离一定时，根据法拉第电磁感应定律可知，飞轮转速越大，则飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，那么飞轮受到的阻力越大，D正确。 7．(2023年·浙江模拟)如图所示，两根足够长、间距为l的固定光滑平行金属导轨，位于同一水平面内，导轨上横放着质量分别为m和3m的导体棒ab和cd，构成矩形回路，在整个导轨平面内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场，已知两棒的电阻均为R，回路中其余部分的电阻不计。开始时，导体棒cd静止，导体棒ab以大小为v0的初速度从导轨左端开始向右运动，忽略回路中电流对磁场的影响，导体棒ab和cd在运动过程中不会发生碰撞，经过足够长的时间后，下列说法正确的是 (　BC　) A．金属棒cd先做匀加速直线运动，达到v0后做直线运动 B．金属棒cd先做变加速直线运动，后以某一速度匀速直线运动 C．两金属棒在运动中产生的焦耳热最多为mv D．两金属棒在运动中产生的焦耳热最多为mv [解析]　开始阶段ab棒向右减速运动，cd棒向右加速运动，cd棒速度小于ab棒速度。设某时刻ab棒速度为v1，cd棒速度为v2，v1＞v2，则cd棒的加速度a2＝。随时间推移，v1减小，v2增大，故a2随时间减小，因此cd棒先做变加速直线运动。当v1＝v2时，a2＝0，ab棒和cd棒以相同的速度v做匀速直线运动。故选项A错误、选项B正确；设整个运动过程中产生的焦耳为Q，以两棒为系统，由动量守恒定律有：mv0＝4mv；由能量守恒定律有：mv＝·4mv2＋Q，联立求解得：Q＝mv，故选项C正确、选项D错误。 8．(2023年·江苏苏州模拟)如图所示，导体框位于竖直平面内，匀强磁场垂直于纸面向里，磁感应强度大小B＝2.0 T，水平导体棒MN可沿两侧足够长的光滑导轨下滑而不分离，导体棒MN质量m＝0.1 kg，接入电路的电阻r＝1.0 Ω；导轨宽度L＝1.0 m，定值电阻R＝3.0 Ω，装置的其余部分电阻可忽略不计。将导体棒MN无初速度释放，导体棒下滑h＝2.0 m高度时速度达到最大，重力加速度g＝10 m/s2。则导体棒(　BD　) A．下滑的最大速度为4 m/s B．从释放到下滑h高度所经历时间为2.1 s C．从释放到下滑h高度过程中，电阻R产生的热量为1.95 J D．从释放到下滑h高度过程中，通过电阻R的电荷量为1 C [解析]　导体棒匀速运动时速度最大，设为v。根据＝mg得：v＝1 m/s，A错误；根据牛顿第二定律得：mg－＝ma＝m，变形得：mgΔt－Δt＝mΔv，两边求和得：ΣmgΔt－∑Δt＝ΣmΔv，可得：mgt－＝mv，解得t＝2.1 s，B正确；从释放到下滑h高度过程中，根据能量守恒定律得：mgh＝mv2＋Q，电阻R产生的热量为：QR＝Q，解得：QR＝1.462 5 J，C错误；从释放到下滑h高度过程中，通过电阻R的电荷量为：＝＝＝1 C，D正确。 二、计算题(本题共2小题，需写出完整的解题步骤) 9．(2023年·四川模拟)如图所示， 一金属导线单位长度的电阻为r，折成闭合的等腰直角三角形线框ABC，直角边长为d，在t＝0时刻从图示位置开始以速度v匀速穿过磁感应强度为B0的有界匀强磁场区域，磁场区域宽度为2d。则： (1)当线框刚进入磁场区域时，直角边AC产生电动势的大小； (2)当线框的水平直角边进入一半时，导线内电流的大小； (3)若使线框穿出磁场区域过程中不产生感应电流，仅改变磁场，其他条件不变，求磁感应强度B随时间t的变化规律。 [答案]　(1)B0dv　(2) (3)B＝B0(t＜) [解析]　(1)当线框刚进入磁场区域时，直角边AC产生电动势E＝B0dv (2)当线框的水平直角边进入一半时，有效切割长度为，产生的感应电动势为E′＝B0·v＝B0dv 线框的总电阻R总＝(2d＋d)×r　则I＝＝＝ (3)在t＝0时刻磁通量Φ0＝B0d2 t时刻磁通量Φ＝B·(d－vt)2 要使线框穿出磁场区域过程中不产生感应电流，则Φ＝Φ0 可得B＝B0(t＜) 10．(2023年·高考大纲调研卷)两固定水平平行金属导轨间距为L，导轨上放着两根相同导体棒ab和已知每根导体棒质量均为m，电阻均为R，导轨光滑且电阻不计，整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B，开始时ab和cd两导体棒有方向相反的水平初速度，大小分别为v0和2v0。 (1)求从开始到最终稳定的过程中回路总共产生的焦耳热； (2)当ab棒的速度大小变为时，求： ①通过cd棒的电荷量为多少？ ②两棒间的距离增大为多少？ ③回路消耗的电功率为多少？ [答案]　(1)mv　(2)①或　②或　③或 [解析]　(1)从开始到最终稳定的过程中，两棒总动量守恒，则有：2mv0－mv0＝2mv 解得：v＝ 由能量守恒可得从开始到最终稳定回路中产生的焦耳热为：Q＝mv＋m(2v0)2－(2m)v2＝mv (2)分析两棒运动的情况可知，ab棒的速度大小为有两种情