通用版2020版高考物理大二复习专题强化练十四电磁感应规律及综合应用
2020版高考物理大二轮复习试题：电磁感应规律及其应用(含答案)
回扣练12：电磁感应规律及其应用1．如图所示，两根相距为l 的平行直导轨ab 、cd ，b 、d 间连有一固定电阻R ，导轨电阻可忽略不计．MN 为放在ab 和cd 上的一导体杆，与ab 垂直，其电阻也为R .整个装置处于匀强磁场中，磁感应强度的大小为B ，磁场方向垂直于导轨所在平面(垂直纸面向里)．现对MN 施力使它沿导轨方向以速度v 水平向右做匀速运动．令U 表示MN 两端电压的大小，则( )A ．U ＝12Blv ，流过固定电阻R 的感应电流由b 经R 到dB ．U ＝Blv ，流过固定电阻R 的感应电流由d 经R 到bC ．MN 受到的安培力大小F A ＝B 2l 2v 2R，方向水平向右 D ．MN 受到的安培力大小F A ＝B 2l 2v R，方向水平向左 解析：选A.当MN 运动时，相当于电源．但其两边的电压是外电路的电压，假设导轨没电阻，MN 两端的电压也就是电阻R 两端的电压，电路中电动势为E ＝BlV ，MN 的电阻相当于电源的内阻，二者加起来为2R ，则电阻上的电压为12Blv ，再由右手定则，拇指指向速度方向，手心被磁场穿过，四指指向即为电流方向，即由N 到M ，那么流过电阻的就是由b 到d .故A 正确，B 错误．MN 受到的安培力F ＝BIl ＝B 2l 2v 2R；由左手定则可知，安培力的方向水平向左；故CD 错误．故选A.2．如图所示，两相邻有界匀强磁场的宽度均为L ，磁感应强度大小相等、方向相反，均垂直于纸面．有一边长为L 的正方形闭合线圈向右匀速通过整个磁场．用i 表示线圈中的感应电流，规定逆时针方向为电流正方向，图示线圈所在位置为位移起点，则下列关于i x 的图象中正确的是( )解析：选C.线圈进入磁场，在进入磁场的0～L 的过程中，E ＝BLv ，电流I ＝BLv R ，根据右手定则判断方向为逆时针方向，为正方向；在L ～2L 的过程中，电动势E ＝2BLv ，电流I ＝2BLv R，根据右手定则判断方向为顺时针方向，为负方向；在2L ～3L 的过程中，E ＝BLv ，电流I ＝BLv R，根据右手定则判断方向为逆时针方向，为正方向；故ABD 错误，C 正确；故选C.3．如图所示，表面粗糙的U 形金属线框水平固定，其上横放一根阻值为R 的金属棒ab ，金属棒与线框接触良好，一通电螺线管竖直放置在线框与金属棒组成的回路中，下列说法正确的是( )A ．当变阻器滑片P 向上滑动时，螺线管内部的磁通量增大B ．当变阻器滑片P 向下滑动时，金属棒所受摩擦力方向向右C ．当变阻器滑片P 向上滑动时，流过金属棒的电流方向由a 到bD ．当变阻器滑片P 向下滑动时，流过金属棒的电流方向由a 到b解析：选C.根据右手螺旋定则可知螺线管下端为N 极，而穿过回路的磁通量分为两部分，一部分为螺线管内部磁场，方向竖直向下，一部分为螺线管外部磁场，方向竖直向上，而总的磁通量方向为竖直向下，当变阻器滑片P 向上滑动时，滑动变阻器连入电路的电阻增大，螺线管中电流减小，产生的磁场变弱，即穿过回路的磁通量向下减小，根据楞次定律可得流过金属棒的电流方向由a 到b ，A 错误C 正确；当变阻器滑片P 向下滑动时，滑动变阻器连入电路的电阻减小，螺线管中电流变大，产生的磁场变强，即穿过回路的磁通量向下增大，根据楞次定律可得流过金属棒的电流方向由b 到a ，而导体棒所处磁场方向为竖直向上的，金属棒所受安培力方向向右，故摩擦力方向向左，故BD 错误．故选C.4．如图所示，处于竖直面的长方形导线框MNPQ 边长分别为L和2L ，M 、N 间连接两块水平正对放置的金属板，金属板距离为d ，虚线为线框中轴线，虚线右侧有垂直线框平面向里的匀强磁场．两板间有一个质量为m 、电量为q 的带正电油滴恰好处于平衡状态，重力加速度为g ，则下列关于磁场磁感应强度大小B 的变化情况及其变化率的说法正确的是( )A ．正在增强，ΔB Δt ＝mgd qL 2 B ．正在减小，ΔB Δt ＝mgd qL 2C ．正在增强，ΔB Δt ＝mgd 2qL 2D ．正在减小，ΔB Δt ＝mgd 2qL2 解析：选B.电荷量为q 的带正电的油滴恰好处于静止状态，电场力竖直向上，则电容器的下极板带正电，所以线框下端相当于电源的正极，感应电动势顺时针方向，感应电流的磁场方向和原磁场同向，根据楞次定律，可得穿过线框的磁通量在均匀减小；线框产生的感应电动势：E ＝ΔB Δt S ＝ΔB Δt L 2；油滴所受电场力：F ＝E 场q ，对油滴，根据平衡条件得：q E d＝mg ；所以解得，线圈中的磁通量变化率的大小为：ΔB Δt ＝mgd qL2；故选B. 5.如图所示，相距为d 的两条水平虚线L 1、L 2之间是方向水平向里的匀强磁场，磁感应强度为B ，正方形线圈abcd 边长为L (L ＜d )，质量为m 、电阻为R ，将线圈在磁场上方h 高处静止释放，cd 边刚进入磁场时速度为v 0，cd 边刚离开磁场时速度也为v 0，则线圈穿过磁场的过程中(从cd 边刚进入磁场一直到ab 边离开磁场为止)( )A ．感应电流所做的功为3mgdB ．线圈的最小速度一定大于mgR B 2L 2C ．线圈的最小速度一定是2g （h ＋L －d ）D ．线圈穿出磁场的过程中，感应电流为逆时针方向解析：选C.据能量守恒，研究从cd 边刚进入磁场到cd 边刚穿出磁场的过程：动能变化量为0，重力势能转化为线框进入磁场的过程中产生的热量，Q ＝mgd .cd 边刚进入磁场时速度为v 0，cd 边刚离开磁场时速度也为v 0，所以从cd 边刚穿出磁场到ab 边离开磁场的过程，线框产生的热量与从cd 边刚进入磁场到ab 边刚进入磁场的过程产生的热量相等，所以线圈从cd 边进入磁场到ab 边离开磁场的过程，产生的热量Q ′＝2mgd ，感应电流做的功为2mgd ，故A 错误．线框可能进入磁场先做减速运动，在完全进入磁场前已做匀速运动，刚完全进入磁场时的速度最小，有：mg ＝B 2L 2v R ，解得可能的最小速度v ＝mgR B 2L2，故B 错误．因为进磁场时要减速，线圈全部进入磁场后做匀加速运动，则知线圈刚全部进入磁场的瞬间速度最小，线圈从开始下落到线圈刚完全进入磁场的过程，根据能量守恒定律得：mg (h ＋L )＝Q＋12mv 2，解得最小速度v ＝2g （h ＋L －d ），故C 正确．线圈穿出磁场的过程，由楞次定律知，感应电流的方向为顺时针，故D 错误．故选C.6．如图所示的电路中，三个相同的灯泡a 、b 、c 和电感L 1、L 2与直流电源连接，电感的电阻忽略不计．电键S 从闭合状态突然断开时，下列判断正确的( )A ．a 先变亮，然后逐渐变暗B ．b 先变亮，然后逐渐变暗C ．c 先变亮，然后逐渐变暗D ．b 、c 都先变亮，然后逐渐变暗解析：选A.电键S 闭合时，电感L 1中电流等于两倍L 2的电流，断开电键S 的瞬间，由于自感作用，两个电感线圈相当于两个电源，与三个灯泡构成闭合回路，通过b 、c 的电流都通过a ，故a 先变亮，然后逐渐变暗，故A 正确； b 、c 灯泡由电流i 逐渐减小，B 、C 、D 错误 .故选A.7．(多选)如图甲所示，宽度为L 的足够长的光滑平行金属导轨固定在水平面上，导轨左端连接一电容为C 的电容器，将一质量为m 的导体棒与导轨垂直放置，导轨间存在垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度为B .用与导轨平行的外力F 向右拉动导体棒，使导体棒由静止开始运动，作用时间t 1后撤去力F ，撤去力F 前棒内电流变化情况如图乙所示．整个过程中电容器未被击穿，不计空气阻力．下列说法正确的是 ( )A ．有外力作用时，导体棒在导轨上做匀速运动B ．有外力作用时，导体棒在导轨上做匀加速直线运动C ．外力F 的冲量大小为It 1⎝ ⎛⎭⎪⎫BL ＋m CBL D ．撤去外力F 后，导体棒最终静止在导轨上，电容器中最终储存的电能为零解析：选BC.对电容器Q ＝CU ，则ΔQ ＝C ΔU ，I ＝ΔQ Δt ；ΔU ＝ΔE ＝BL Δv ；解得I ＝CBL Δv Δt＝CBLa ，则导体棒的加速度a 恒定，做匀加速运动，选项A 错误，B 正确；根据牛顿第二定律：F －BIL ＝ma ，则F ＝BIL ＋mI CBL ，则外力F 的冲量大小为I F ＝Ft 1＝It 1⎝⎛⎭⎪⎫BL ＋m CBL ，选项C 正确；撤去外力F 后，导体棒开始时做减速运动，当导体棒产生的感应电动势与电容器两端电压相等时，回路中电流为零，此时安培力为零，导体棒做匀速运动，此时电容器两端的电压不为零，则最终储存的电能不为零，选项D 错误；故选BC.8．(多选)如图所示，在竖直平面内MN 、PQ 两光滑金属轨道平行竖直放置，两导轨上端M 、P 间连接一电阻R .金属小环a 、b 套在金属轨道上，质量为m 的金属杆固定在金属环上，该装置处在匀强磁场中，磁场方向垂直竖直平面向里．金属杆以初速度v 0从图示位置向上滑行，滑行至最高点后又返回到出发点．若运动过程中，金属杆保持水平，两环与导轨接触良好，不计轨道、金属杆、金属环的电阻及空气阻力．金属杆上滑过程和下滑过程相比较，以下说法正确的是( )A ．上滑过程所用时间比下滑过程短B ．上滑过程通过电阻R 的电量比下滑过程多C ．上滑过程通过电阻R 产生的热量比下滑过程大D ．上滑过程安培力的冲量比下滑过程安培力的冲量大解析：选AC. 如图所示，v t 图斜率代表加速度，其面积表示位移，上滑过程中，做加速度逐渐减小的减速运动，下滑过程中是加速度逐渐减小的加速运动，由于位移大小相等，可知上升时间小于下落时间，故A 正确；由q ＝ΔΦR，可知上滑过程通过电阻R 的电量等于下滑过程中电量，故B 错误；在相同位置，上滑时的速度大于下滑时的速度，则上滑过程安培力的平均值大于下滑过程安培力的平均值，导致上滑过程中导体棒克服安培力做功多，则上滑过程中电阻R 产生的热量大于下滑过程中产生的热量，故C 正确．安培力冲量I ＝BLq ，q ＝ΔΦR，可知上滑过程安培力的冲量等于下滑过程安培力的冲量，故D 错误．9．(多选)如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN 、PQ 相距为L ，导轨平面与水平面的夹角θ＝30°，导轨电阻不计，整个装置处于磁感应强度大小为B 、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中．质量为m 、长为L 、电阻为R 的金属棒垂直导轨放置，且始终与导轨接触良好．金属导轨的上端连接一个阻值也为R 的定值电阻．现闭合开关K ，给金属棒施加一个平行于导轨斜向上、大小为F ＝2mg 的恒力，使金属棒由静止开始运动．若金属棒上滑距离s 时，金属棒开始匀速运动，则在金属棒由静止到刚开始匀速运动过程，下列说法中正确的是(重力加速度为g )( )A ．金属棒的末速度为3mgRB 2L 2 B ．金属棒的最大加速度为1.4gC ．通过金属棒的电荷量为BLs RD ．定值电阻上产生的焦耳热为34mgs －9m 3g 2R 24B 4L4 解析：选AD.设金属棒匀速运动的速度为v ，则感应电动势E ＝BLv ；回路电流I ＝E 2R ＝BLv2R ；安培力F 安＝BIL ＝B 2L 2v 2R ；金属棒匀速时，受力平衡有F ＝mg sin 30°＋F 安，即2mg ＝12mg ＋B 2L 2v 2R联立解得：v ＝3mgR B 2L2，故A 正确；金属棒开始运动时，加速度最大，即F －mg sin 30°＝ma ，代入数据2mg －12mg ＝ma ，解得a ＝1.5g ，故B 错误；根据感应电量公式Q ＝ΔΦR 总＝BLs 2R，故C 错误；对金属棒运用动能定理，有Fs －mgs sin 30°－Q ＝12mv 2，其中定值电阻上产生的焦耳热为Q R ＝12Q ＝34mgs －9m 3g 2R 24B 4L4，故D 正确；故选AD. 10．(多选)如图甲所示，光滑且足够长的金属导轨MN 、PQ 平行地固定在同一水平面上，两导轨间距L ＝0.2 m ，两导轨的左端之间连接的电阻R ＝0.4 Ω，导轨上停放一质量m ＝0.1 kg 的金属杆ab ，位于两导轨之间的金属杆的电阻r ＝0.1 Ω，导轨的电阻可忽略不计．整个装置处于磁感应强度B ＝0.5 T 的匀强磁场中，磁场方向竖直向下．现用一外力F 水平向右拉金属杆，使之由静止开始运动，在整个运动过程中金属杆始终与导轨垂直并接触良好，若理想电压表的示数U 随时间t 变化的关系如图乙所示．则在金属杆开始运动经t ＝ 5.0 s 时( )A ．通过金属杆的感应电流的大小为1.0 A ，方向由b 指向aB ．金属杆的速率为4.0 m/sC ．外力F 的瞬时功率为1.0 WD ．0～5.0 s 内通过R 的电荷量为5.0 C解析：选AC.导体棒向右切割磁感线，由右手定则知电流方向为b 指向a ，金属杆开始运动经t ＝5.0 s ，由图象可知电压为0.4 V ，根据闭合电路欧姆定律得I ＝U R ＝0.40.4 A ＝1 A ，故A 正确；根据法拉第电磁感应定律知E ＝BLv ，根据电路结构可知：U ＝R R ＋r E ，解得v ＝5 m/s ，故B 错误；根据电路知U ＝R R ＋r BLv ＝0.08v ＝0.08at ，结合U t 图象知导体棒做匀加速运动，加速度为a ＝1 m/s 2，根据牛顿第二定律，在5 s 末时对金属杆有：F －BIL ＝ma 解得：F ＝0.2 N ，此时F 的瞬时功率P ＝Fv ＝0.2×5 W＝1 W 故C 正确；0～5.0 s 内通过R 的电荷量为q ＝It ＝E R ＋r t ＝ΔΦt （R ＋r ）×t ＝ΔΦR ＋r ＝B ×12at 2R ＋r ＝12.5 C ，故D 错误；综上所述本题答案是AC.。
2020版高考物理二轮复习专题四第2讲电磁感应规律及综合应用讲义增分练(含解析)(最新整理)
第2讲电磁感应规律及综合应用网络构建备考策略1.看到“磁感应强度B随时间t均匀变化”,想到“错误!＝k为定值”。
2.应用楞次定律时的“三看”和“三想”(1)看到“线圈(回路）中磁通量变化"时，想到“增反减同”。
（2)看到“导体与磁体间有相对运动”时，想到“来拒去留".(3）看到“回路面积可以变化”时，想到“增缩减扩”。
3。
抓住“两个定律"、运用“两种观点”、分析“一种电路”“两个定律”是指楞次定律和法拉第电磁感应定律;“两种观点"是指动力学观点和能量观点；“一种电路”是指电磁感应电路.楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用楞次定律的应用【典例1】(2019·浙江绍兴选考模拟）大小不等的两导电圆环P、Q均固定于水平桌面，Q 环位于P环内。
在两环间的范围内存在方向竖直向下、大小随时间均匀增强的匀强磁场B,则（)图1A。
Q环内有顺时针方向的感应电流B。
Q环内有逆时针方向的感应电流C。
P环内有顺时针方向的感应电流D.P环内有逆时针方向的感应电流解析由楞次定律可知P环内有逆时针方向的感应电流，Q环内没有感应电流产生,故A、B、C错误，D正确。
答案D【典例2】（2019·浙江海宁选考模拟)（多选）如图2所示，闭合导体环水平固定.条形磁铁S极向下以初速度v0沿过导体环圆心的竖直轴线下落，穿过导体环的过程中，关于导体环中的感应电流及条形磁铁的加速度，下列说法正确的是( )图2A.从上向下看,导体环中的感应电流的方向先顺时针后逆时针B.从上向下看，导体环中的感应电流的方向先逆时针后顺时针C.条形磁铁的加速度一直小于重力加速度D。
条形磁铁的加速度开始小于重力加速度，后大于重力加速度解析当条形磁铁的中心恰好位于导体环所在的水平面时，条形磁铁内部向上的磁感线都穿过了导体环，而条形磁铁外部向下穿过导体环的磁通量最少,所以此时刻穿过导体环的磁通量最大,因此全过程导体环中磁通量方向向上，先增大后减小，从上向下看,感应电流方向先顺时针后逆时针，A正确，B错误；导体环中的感应电流产生的磁场始终阻碍条形磁铁运动,所以条形磁铁的加速度一直小于重力加速度，C正确，D错误。
专题14 电磁感应定律及其应用(解析版).pdf
2020年高考物理二轮温习热点题型与提分秘籍专题14 电磁感应定律及其应用题型一楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用【题型解码】(1)理解“谁”阻碍“谁”,及如何阻碍．(2)理解楞次定律的广义形式,“结果”阻碍“原因”．【典例分析1】(2020·山东聊城模拟)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,当固定线圈上突然通过直流电流时,线圈端点的金属环被弹射出去．现在固定线圈左侧同一位置,先后放有分别用横截面积相等的铜和铝导线制成形状、大小相同的两个闭合环,且电阻率ρ铜<ρ铝．闭合开关S的瞬间( )A．从左侧看环中感应电流沿顺时针方向B．铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力C．若将环放置在线圈右方,环将向左运动D．电池正负极调换后,金属环不能向左弹射【参考参考答案】AB.【名师解析】：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,则由楞次定律可知,电流由左侧看为顺时针,A正确；由于铜环的电阻较小,故铜环中感应电流较大,故铜环受到的安培力要大于铝环的,B正确；若将环放在线圈右方,根据楞次定律可得,环将向右运动,C错误；电池正负极调换后,金属环受力仍向左,故仍将向左弹出,D错误．【典例分析2】(2020·山东等级考模拟)竖直放置的长直密绕螺线管接入如图甲所示的电路中,通有俯视顺时针方向的电流,其大小按图乙所示的规律变化．螺线管内中间位置固定有一水平放置的硬质闭合金属小圆环(未画出),圆环轴线与螺线管轴线重合．下列说法正确的是( )A ．t ＝时刻,圆环有扩张的趋势B ．t ＝时刻,圆环有收缩的趋势T4T4C ．t ＝和t ＝时刻,圆环内的感应电流大小相等D ．t ＝时刻,圆环内有俯视逆时针方向的感应电流T 43T 43T4【参考参考答案】BC【名师解析】：.t ＝时刻,线圈中通有顺时针逐渐增大的电流,则线圈中由电流产生的磁场向下且逐渐增强,T4由楞次定律可知,圆环有收缩的趋势,A 错误,B 正确；t ＝时刻,线圈中通有顺时针逐渐减小的电流,则线圈3T4中由电流产生的磁场向下且逐渐减小,由楞次定律可知,圆环中的感应电流为顺时针,D 错误；t ＝和t ＝时T 43T4刻,线圈中电流的变化率一致,即由线圈电流产生的磁场变化率一致,则圆环中的感应电流大小相等,C 正确．【典例分析3】(2020·河北省承德二中测试)如图所示,用相同导线绕成的两个单匝线圈a 、b 的半径分别为r 和2r ,圆形匀强磁场B 的边缘恰好与a 线圈重合,若磁场的磁感应强度均匀增大,开始时的磁感应强度不为0,则( )A ．任意时刻,穿过a 、b 两线圈的磁通量之比为1∶4B ．a 、b 两线圈中产生的感应电动势之比为1∶2C ．a 、b 两线圈中产生的感应电流之比为4∶1D ．相同时间内a 、b 两线圈产生的热量之比为2∶1【参考参考答案】 D【名师解析】 任意时刻,穿过a 、b 两线圈的磁感线条数相等,磁通量相等,故穿过a 、b 两线圈的磁通量之比为1∶1,A 错误；根据法拉第电磁感应定律得E ＝S ,S ＝πr 2,因为有效面积S 相等,也相等,所以a 、bΔB Δt ΔBΔt 两线圈中产生的感应电动势相等,感应电动势之比为1∶1,B 错误；线圈a 、b 的半径分别为r 和2r ,周长之比为1∶2,电阻之比为1∶2,根据欧姆定律知I ＝,得a 、b 两线圈中产生的感应电流之比为2∶1,C 错误；根ER 据焦耳定律得Q ＝I 2Rt ,相同时间内a 、b 两线圈产生的热量之比为2∶1,D 正确。
2020新课标高考物理二轮总复习专题限时训练：1-4-1 电磁感应定律的综合应用
专题限时训练一、单项选择题1．如图所示，两个相同的闭合铝环M、N套在一根光滑的绝缘水平杆上，螺线管的轴线与铝环的圆心在同一直线上，闭合开关S后，向左快速移动滑动变阻器的滑片P，不考虑两环间的相互作用力，则在移动滑片P的过程中()A．M、N环向左运动，它们之间的距离增大B．M、N环向左运动，它们之间的距离减小C．M、N环向右运动，它们之间的距离增大D．M、N环向右运动，它们之间的距离减小答案：C2．(2019·北京海淀区高三二模)．如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在水平匀强磁场中，棒在竖直向上的恒力F 作用下匀速上升的一段时间内，金属棒受恒定大小的滑动摩擦力f，下列说法正确的是()A．通过电阻R的电流方向水平向右，棒受到的安培力方向竖直向上B．通过电阻R的电流方向水平向左，棒受到的安培力方向竖直向下C．棒机械能增加量的大小等于棒克服重力所做的功D．棒机械能的增加量等于恒力F和滑动摩擦力f做的总功答案：C解析：由右手定则可以判断，导体棒中的电流方向向左，所以通过电阻R的电流方向向右；再由左手定则可以判断出导体棒受到的安培力方向竖直向下，所以A 、B 错误；由题意知导体棒做匀速运动，故动能不变，所以导体棒机械能的增加量也就是重力势能的增加量，等于棒克服重力所做的功，所以C 正确；导体棒机械能的变化量等于除重力以外的力做的功，所以棒机械能的增加量等于恒力F 、安培力和滑动摩擦力f 做的总功，所以D 错误．3．(2018·山东德州一模改编)如图所示，半径为r 且水平放置的光滑绝缘的环形细管道内有一带电粒子．此装置放在匀强磁场中，其磁感应强度随时间变化的关系式为B ＝B 0＋kt (k >0)．根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场将产生稳定的电场，该感应电场对带电粒子将有沿圆环切线方向的作用力．粒子转动一周后的磁感应强度为B 1，则( )A ．此装置产生的感生电动势为(B 1－B 0)πr 2B ．此装置产生的感生电动势为k πr 2C ．感应电场的方向沿顺时针D ．粒子转动过程中一定是洛伦兹力提供向心力答案：B解析：根据法拉第电磁感应定律得感生电动势大小为 E 电＝ΔB Δt·πr 2＝k πr 2，选项A 错误，B 正确；根据楞次定律可知，电场方向逆时针，选项C 错误；感应电场对带电粒子将有沿圆环切线方向的作用力，使得粒子的速度逐渐变大，则圆形管道将对粒子产生压力，管道的压力和洛伦兹力的合力提供向心力，选项D 错误．4．如图所示，三条平行虚线位于纸面内，中间虚线两侧有方向垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度等大反向．菱形闭合导线框ABCD 位于纸面内且对角线AC 与虚线垂直，磁场宽度与对角线AC 长均为d .现使线框沿AC 方向匀速穿过此磁场，以逆时针方向为感应电流的正方向，则从C 点进入磁场到A 点离开磁场的过程中，线框中电流i随时间t的变化关系，以下可能正确的是()A B C D答案：D解析：线圈在进入磁场的过程中，根据楞次定律可知，感应电流的方向沿逆时针方向，为正值；在通过两个磁场的分界线时，根据楞次定律可知，感应电流的方向沿顺时针方向，为负值；线圈出磁场的过程中，根据楞次定律知，感应电流的方向为逆时针，为正值，故B、C错误．设BD＝L.在一半线圈进入磁场的过程中，切割的有效长度均匀增大，感应电动势均匀增大，则感应电流均匀增大，当BD刚进入磁场时，感应电流最大为I1＝BL vR＝i0；在全部线圈进入磁场过程中，切割的有效长度均匀减小，感应电动势均匀减小，则感应电流均匀减小至零；线圈通过两个磁场的分界线时，切割的有效长度先均匀增大，感应电流均匀增大，当BD通过磁场分界线时，感应电流最大为I2＝2BL vR＝2i0；后均匀减小至零；在一半线圈出磁场到全部线圈出磁场的过程中，切割的有效长度先均匀增大后均匀减小，感应电流先均匀增大后均匀减小，此过程感应电流最大为I3＝BL vR＝i0，故D正确，A错误．5.某校科技小组的同学设计了一个传送带测速仪，测速原理如图所示．在传送带的下方固定有间距为L、长度为d的平行金属电极，电极间充满磁感应强度大小为B、方向垂直于传送带平面(纸面)向里、有理想边界的匀强磁场，且电极之间接有理想电压表和电阻R，传送带背面固定有若干根间距为d的平行细金属条，其电阻均为r，传送带运行过程中始终仅有一根金属条处于磁场中，且金属条与电极接触良好．当传送带以一定的速度匀速运动时，电压表的示数为U，则下列说法中正确的是()A．传送带匀速运动的速率为U BLB．电阻R产生焦耳热的功率为U2 R＋rC．金属条经过磁场区域受到的安培力大小为BUd R＋rD．每根金属条经过磁场区域的全过程中克服安培力做的功为BLUd R答案：D解析：由于金属条有电阻，所以电压表示数与感应电动势不相等，根据E＝BL v和U＝RR＋r E可知，传送带匀速运动的速率为(R＋r)URBL，A选项错误；电阻R产生焦耳热的功率为U2R，B选项错误；根据安培力公式F＝BIL可知，安培力大小为BLUR，C选项错误；安培力做的功W＝－Fd＝－BILd，所以克服安培力做的功为BLUdR，D选项正确．6．如图甲，光滑平行的、足够长的金属导轨ab、cd所在平面与水平面成θ角，b、c两端接有阻值为R的定值电阻．阻值为r的金属棒PQ垂直导轨放置，其他部分电阻不计．整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向上．从t＝0时刻开始，棒受到一个平行于导轨向上的外力F，使棒由静止开始沿导轨向上运动，运动中棒始终与导轨垂直且接触良好，通过R的感应电流随时间t变化的图象如图乙所示．下面分别给出了穿过回路PQcb的磁通量Φ、磁通量的变化率ΔΦΔt、电阻R两端的电势差U和通过棒上某横截面的总电荷量q随运动时间t变化的图象，其中正确的是()A B C D答案：B解析：由于产生的感应电动势是逐渐增大的，而选项A描述磁通量与时间关系中斜率不变，产生的感应电动势不变，故A错误；回路中的感应电动势为E＝ΔΦΔt，感应电流为I＝ER＋r ＝ΔΦΔt(R＋r)，由图乙可知I＝kt，即ΔΦΔt(R＋r)＝kt，故有ΔΦΔt＝kt(R＋r)，所以选项B正确；I均匀增大，棒两端的电势差U ab＝IR＝ktR，则知U ab与时间t成正比，故C错误；通过导体棒的电荷量为Q＝It＝kt2，故Q－t图象为抛物线，并非过原点的直线，故D错误．二、多项选择题7．(2019·全国卷Ⅱ)如图，两条光滑平行金属导轨固定，所在平面与水平面夹角为θ，导轨电阻忽略不计．虚线ab、cd均与导轨垂直，在ab与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场．将两根相同的导体棒PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放，两者始终与导轨垂直且接触良好．从PQ进入磁场开始计时，到MN离开磁场区域为止，流过PQ的电流随时间变化的图象可能正确的是()A B C D答案：AD解析：如果PQ进入磁场时加速度为零，PQ做匀速运动，感应电流恒定．若PQ 出磁场时MN仍然没有进入磁场，则PQ出磁场后至MN进入磁场的这段时间，由于磁通量Φ不变，无感应电流．由于PQ、MN从同一位置释放，故MN进入磁场时与PQ进入磁场时的速度相同，所以电流大小也应该相同，但方向相反，A正确，B错误．若PQ出磁场前MN已经进入磁场，由于磁通量Φ不变，无感应电流，PQ、MN均加速运动，PQ出磁场后，由于MN在磁场中的速度比进磁场时的速度大，故电流比PQ进入磁场时电流大，此后PQ做减速运动，电流减小，故C错误，D正确．8．如图所示，S和P是半径为a的环形导线的两端点，OP间电阻为R，其余电阻不计，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直环面．当金属棒OQ与环形导线接触，以角速度ω绕O点无摩擦匀速转动时，则()A．电阻R两端的电压为Bωa2 2B．电阻R消耗的功率为B2ω2a4 4RC．金属棒受的安培力为B2ωa2 2RD．外力对OQ做功的功率为B2ω2a4 2R答案：AB解析：Q端的线速度为v＝ωa，OQ杆切割磁感线的平均速度为v＝v2＝12aω，OQ杆转动切割磁感线产生的电动势为E＝BL v＝12Ba2ω，由于其他部分电阻不计，故选项A正确；电阻R消耗的功率P＝U2R ＝E2R＝B2ω2a44R，故选项B正确；根据闭合电路欧姆定律有I ＝E R ，则安培力F ＝BIL ＝B E R a ＝B 2a 3ω2R ，故选项C 错误；根据能量守恒定律，由于金属棒OQ 匀速转动，外力所做的功转化为电阻R 消耗的热量，故选项D 错误．9．如图所示，间距为L 、足够长的光滑导轨倾斜放置，其下端连接一个定值电阻R ，匀强磁场垂直于导轨所在平面向上，将ab 棒在导轨上无初速度释放，当ab 棒下滑到稳定状态时，速度为v ，通过电阻R 的电荷量为q ，电阻R 上消耗的功率为P ，导轨和导体棒电阻不计．下列判断正确的是( )A ．导体棒的a 端电势比b 端低B ．ab 棒在达到稳定状态前做加速度减小的加速运动C ．ab 棒由开始释放到达到稳定状态的过程中，金属棒在导轨上发生的位移为qR BLD ．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 消耗的功率将变为原来的2倍答案：BC解析：由右手定则可知，导体棒的a 端电势比b 端高，选项A 错误；ab 棒在开始时受竖直向下的重力和平行斜面向上的安培力作用，加速度为a ＝mg sin θ－B 2L 2v R m，随v 的增大，则a 减小，即达到稳定状态前做加速度减小的加速运动，选项B 正确；根据q ＝I ·Δt ＝E R ·Δt ＝ΔΦR ＝BLx R ，可得ab 棒由开始释放到达到稳定状态的过程中金属棒在导轨上发生的位移为x ＝qR BL ，选项C 正确；当ab 棒下滑到稳定状态时，满足mg sin θ＝B 2L 2v R ，电阻R 消耗的电功率P ＝(BL v )2R ＝m 2g 2R sin 2 θB 2L 2，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 消耗的功率将变为原来的4倍，选项D 错误．三、计算题10．(2019·北京海淀区高三二模)．如图所示，阻值忽略不计、间距为l 的两金属导轨MN 、PQ 平行固定在水平桌面上，导轨左端连接阻值为R 的电阻，一阻值为r 、质量为m 的金属棒ab 放置在金属导轨上，与导轨接触良好，动摩擦因数为μ，磁感应强度为B 的磁场垂直于导轨平面向里，给金属棒一水平向右的初速度v 0，金属棒运动一段时间后静止，水平位移为x ，导轨足够长，求整个运动过程中，安培力关于时间的平均值的大小F t .答案：B 2l 2xμmg m v 0(R ＋r )－B 2l 2x解析：由动量定理可知，I A ＝ΣBlI Δt ＝ΣBlq再根据：q ＝I t ＝ER ＋r t ＝n ΔΦR ＋r ＝Blx R ＋r ， 则I A ＝B 2l 2x R ＋r再根据动量定理：－μmgt －I A ＝0－m v 0，则t ＝m v 0－B 2l 2x R ＋r μmg解得：F t ＝I A t ＝B 2l 2xμmg m v 0(R ＋r )－B 2l 2x11．(2019·天津市和平区高三三模)如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN 、PQ 固定在同一水平面上，两导轨间距L ＝0.30 m ．导轨电阻忽略不计，其间连接有固定电阻R ＝0.40 Ω.导轨上停放一质量m ＝0.10 kg 、电阻r ＝0.20 Ω的金属杆ab ，整个装置处于磁感应强度B ＝0.50 T 的匀强磁场中，磁场方向竖直向下．用一外力F 沿水平方向拉金属杆ab ，使之由静止开始做匀加速运动，电压传感器可将R 两端的电压U 即时采集并输入电脑，获得电压U 随时间t 变化的关系如图乙所示．(1)计算加速度的大小；(2)求第2 s末外力F的瞬时功率；(3)如果水平外力从静止开始拉动杆2 s所做的功W＝0.35 J，求金属杆上产生的焦耳热．答案：(1)1 m/s2(2)0.35 W(3)5.0×10－2 J解析：(1)根据E＝BL v，v＝at，U R＝RR＋rE结合图乙所示数据，解得：a＝1 m/s2.(2)由图象可知在2 s末，电阻R两端电压为0.2 V通过金属杆的电流I＝U RR金属杆受安培力F安＝BIL设2 s末外力大小为F2，由牛顿第二定律，F2－F安＝ma 故2 s末时F的瞬时功率P＝F2v2＝0.35 W(3)设回路产生的焦耳热为Q，由能量守恒定律，W＝Q＋12m v22电阻R与金属杆的电阻r串联，产生焦耳热与电阻成正比金属杆上产生的焦耳热Q r＝rR＋rQ解得：Q r＝5.0×10－2 J .[满分设计](2016·全国卷Ⅰ，24,14分) 如图，两固定的绝缘斜面倾角均为θ，上沿相连．两细金属棒ab(仅标出a端)和cd(仅标出c端)长度均为L，质量分别为2m和m；用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca，并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上，使两金属棒水平①.右斜面上存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于斜面向上，已知两根导线刚好不在磁场中②，回路电阻为R，两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为μ③，重力加速度大小为g，已知金属棒ab匀速下滑④.求：(1)作用在金属棒ab上的安培力的大小；(2)金属棒运动速度的大小．[科学审题]关键点获取信息①两斜面倾斜角大小相同，可以分析出两棒所受摩擦力的方向②导体不受安培力③可以确定最大静摩擦力的大小④另一棒匀速上滑，两棒均处于平衡状态[对左右两根棒，线上拉力大小相等，ab棒在重力沿斜面的分力，线的拉力，滑动摩擦力和安培力作用下处于平衡状态，cd棒与ab棒相比，少受一个安培力，通过列两根棒的平衡方程，消掉拉力，即可从平衡角度求出金属棒ab上的安培力的大小；结合安培力公式及棒切割磁感线的速度与感应电动势的关系即可求出棒的速度．[规范解答](1)设导线的张力的大小为T，右斜面对ab棒的支持力的大小为N1，作用在ab 棒上的安培力的大小为F，左斜面对cd棒的支持力大小为N2，对于ab棒，由力的平衡条件得2mg sin θ＝μN1＋T＋F①(2分)N1＝2mg cos θ②(1分)对于cd棒，同理有mg sin θ＋μN2＝T③(2分)N 2＝mg cos θ ④(1分)联立①②③④式得F ＝mg (sin θ－3μcos θ) ⑤(2分)(2)由安培力公式得F ＝BIL ⑥(2分)这里I 是回路abdca 中的感应电流，ab 棒上的感应电动势为 E ＝BL v ⑦(1分)式中，v 是ab 棒下滑速度的大小，由欧姆定律得 I ＝E R ⑧(1分)联立⑤⑥⑦⑧式得v ＝(sin θ－3μcos θ)mgR B 2L 2 ⑨(2分)。
2020届高考物理二轮复习专题练习卷：电磁感应规律及其综合应用
电磁感应规律及其综合应用一、选择题1．(2018·黄冈中学元月月考)如右图所示，ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈，当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动的过程中，线圈ab将()A．静止不动B．顺时针转动C．逆时针转动D．发生转动，但电源的极性不明，无法确定转动方向2．(2018·乐山二诊)如右图所示，两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两环时，两环的运动情况是()A．同时向左运动，间距增大B．同时向左运动，间距减小C．同时向右运动，间距减小D．同时向右运动，间距增大3．(2019·珠海毕业班水平测试)如右图所示，金属杆ab水平放置在某高处，当它被平抛进入方向竖直向上的匀强磁场中时，以下说法中正确的是()A ．运动过程中感应电动势大小不变，且φa >φbB ．运动过程中感应电动势大小不变，且φa <φbC ．由于速率不断增大，所以感应电动势不断变大，且φa >φbD ．由于速率不断增大，所以感应电动势不断变大，且φa <φb4．(多选)(2019·德阳高三年级二诊)如图甲所示，质量m ＝3.0×10－3 kg 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B 1＝1.0 T 、方向水平向右的匀强磁场中．有一匝数n ＝300、面积S ＝0.01 m 2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B 2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/s 2，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 VB ．开关K 闭合瞬间，CD 中的电流方向由C 到D C ．磁感应强度B 2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 C5．(2018·全国卷Ⅱ)如图，在同一水平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域，区域宽度均为l ，磁感应强度大小相等、方向交替向上向下．一边长为32l 的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动．线框中感应电流i 随时间t 变化的正确图线可能是( )6．(2019·江西六校联考)如图所示，两条平行虚线之间存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，虚线间的距离为L，金属圆环的直径也为L.自圆环从左边界进入磁场开始计时，以垂直于磁场边界的恒定速度v穿过磁场区域．规定逆时针方向为感应电流i的正方向，则圆环中感应电流i随其移动距离x变化的i－x图像最接近图中的()7．(2019·黑龙江三市调研)如图甲所示，圆形金属线圈与定值电阻组成闭合回路，线圈处于均匀分布的磁场中，磁场方向与线圈平面垂直(取垂直纸面向里为正方向)，B－t图像如图乙所示，已知t1为0～t2的中间时刻，则定值电阻中的感应电流I(取通过定值电阻由上往下的方向为正方向)随时间t变化的图线是()8．(2019·石家庄质检二)如图甲所示，导体棒MN 置于水平导轨上，P 、Q 之间有阻值为R 的电阻，PQNM 所围的面积为S ，不计导轨和导体棒的电阻．导轨所在区域内存在沿竖直方向的磁场，规定磁场方向竖直向上为正，在0～2t 0时间内磁感应强度的变化情况如图乙所示，导体棒MN 始终处于静止状态．下列说法正确的是( )A ．在0～t 0和t 0～2t 0内，导体棒受到导轨的摩擦力方向相同B ．在t 0～2t 0内，通过电阻R 的电流方向为P 到QC ．在0～t 0内，通过电阻R 的电流大小为2B 0S Rt 0D ．在0～2t 0内，通过电阻R 的电荷量为B 0SR9．(多选)(2019·武汉市武昌区高三调研)如图1和图2所示，匀强磁场的磁感应强度大小均为B ，垂直于磁场方向均有一足够长的、间距均为l 的光滑竖直金属导轨，图1和图2的导轨上端分别接有阻值为R 的电阻和电容为C 的电容器(不会被击穿)，水平放置的、质量分布均匀的金属棒的质量均为m ，现使金属棒沿导轨由静止开始下滑，金属棒和导轨始终接触良好且它们的电阻均可忽略．以下关于金属棒运动情况的说法正确的是(已知重力加速度为g )( )A．图1中的金属棒先做匀加速直线运动，达到最大速度v m＝mgRB2l2后，保持这个速度做匀速直线运动B．图1中的金属棒先做加速度逐渐减小的加速运动，达到最大速度v m＝mgRB2l2后，保持这个速度做匀速直线运动C．图2中电容器相当于断路，金属棒做加速度大小为g的匀加速直线运动D．图2中金属棒做匀加速直线运动，且加速度大小为a＝mgm＋CB2l2二、非选择题10．(2019·天津卷)如图所示，固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨，垂直于导轨放置的两根金属棒MN和PQ长度也为l、电阻均为R，两棒与导轨始终接触良好．MN 两端通过开关S与电阻为R的单匝金属线圈相连，线圈内存在竖直向下均匀增加的磁场，磁通量变化率为常量k.图中虚线右侧有垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B.PQ的质量为m，金属导轨足够长、电阻忽略不计．(1)闭合S，若使PQ保持静止，需在其上加多大的水平恒力F，并指出其方向；(2)断开S，PQ在上述恒力作用下，由静止开始到速度大小为v的加速过程中流过PQ 的电荷量为q，求该过程安培力做的功W.11．如右图所示，两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为θ，间距为L.导轨上端接有一平行板电容器，电容为C.导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面．在导轨上放置一质量为m的金属棒，棒可沿导轨下滑，且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触．已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g.忽略所有电阻．让金属棒从导轨上端由静止开始下滑，求：(1)电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系；(2)金属棒的速度大小随时间变化的关系．参考答案1.B2.B3.A4.BD5.D6.A7.D8.D9.BD10.[答案] (1)Bkl 3R 方向水平向右 (2)12mv 2－23kq11.[答案] (1)Q ＝CBLv (2)v ＝m (sin θ－μcos θ)m ＋B 2L 2C gt。
2020年高考物理二轮热点专题训练----《电磁感应的综合应用》(解析版)
2020年高考物理二轮热点专题训练----《电磁感应的综合应用》1.如图所示，间距为L 的两条足够长的光滑平行金属导轨MN 、PQ 与水平面夹角为30°，导轨的电阻不计，导轨的N 、Q 端连接一阻值为R 的电阻，导轨上有一根质量一定、电阻为r 的导体棒ab 垂直导轨放置，导体棒上方距离L 以上的范围存在着磁感应强度大小为B 、方向与导轨平面垂直向下的匀强磁场．现在施加一个平行斜面向上且与棒ab 重力相等的恒力，使导体棒ab 从静止开始沿导轨向上运动，当ab 进入磁场后，发现ab 开始匀速运动，求：(1)导体棒的质量；(2)若进入磁场瞬间，拉力减小为原来的一半，求导体棒能继续向上运动的最大位移． 【解析】(1)导体棒从静止开始在磁场外匀加速运动，距离为L ，其加速度为 F －mg sin 30°＝ma F ＝mg 得a ＝12g棒进入磁场时的速度为v ＝2aL ＝gL 由棒在磁场中匀速运动可知F 安＝12mgF 安＝BIL ＝B 2L 2vR ＋r得m ＝2B 2L 2R ＋rL g(2)若进入磁场瞬间使拉力减半，则F ＝12mg则导体棒所受合力为F 安F 安＝BIL ＝B 2L 2vR ＋r ＝mav ＝Δx Δt 和a ＝ΔvΔt 代入上式B 2L 2Δx Δt R ＋r＝m Δv Δt即B 2L 2ΔxR ＋r＝m Δv 设导体棒继续向上运动的位移为x ，则有B 2L 2xR ＋r ＝mv将v ＝gL 和m ＝2B 2L 2R ＋r L g代入得x ＝2L 【答案】(1)2B 2L 2R ＋rLg(2)2L 2.如图所示，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B 0＝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/s 2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)(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：mg sin θ＝ B 0IL ＋μmg cos θE ＝B 0Lv E ＝I (R ＋r )代入已知数据，得v ＝2 m/s(2)根据能量守恒得，重力势能减小转化为动能、摩擦产生的内能和回路中产生的焦耳热.有：mgs sin θ＝12mv 2＋μmg cos θ·s ＋Q电阻R 上产生的热量：Q R ＝R R ＋rQ 解得：Q R ＝0.06 J(3)当回路中的总磁通量不变时，金属棒中不产生感应电流.此时金属棒将沿导轨做匀加速运动，故： mg sin θ－μmg cos θ＝ma设t 时刻磁感应强度为B ，则： B 0Ls ＝BL (s ＋x ) x ＝vt ＋12at 2故t ＝1 s 时磁感应强度B ＝0.4 T3.如图甲所示，MN 、PQ 是相距d ＝1.0 m 足够长的平行光滑金属导轨，导轨平面与水平面间的夹角为θ，导轨电阻不计，整个导轨处在方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，金属棒ab 垂直于导轨MN 、PQ 放置，且始终与导轨接触良好，已知金属棒ab 的质量m ＝0.1 kg ，其接入电路的电阻r ＝1 Ω，小灯泡电阻R L ＝9 Ω，重力加速度g 取10 m/s 2.现断开开关S ，将棒ab 由静止释放并开始计时，t ＝0.5 s 时刻闭合开关S ，图乙为ab 的速度随时间变化的图像．求：(1)金属棒ab 开始下滑时的加速度大小、斜面倾角的正弦值； (2)磁感应强度B 的大小． 【答案】(1)6 m/s 235(2)1 T 【解析】(1)S 断开时ab 做匀加速直线运动 由图乙可知a ＝ΔvΔt ＝6 m/s 2根据牛顿第二定律有：mg sin θ＝ma 所以sin θ＝35.(2)t ＝0.5 s 时S 闭合，ab 先做加速度减小的加速运动，当速度达到最大v m ＝6 m/s 后做匀速直线运动根据平衡条件有mg sin θ＝F 安又F 安＝BId E ＝Bdv m I ＝ER L ＋r，解得B ＝1 T.4.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：(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3Bωr 22R(2)9B 2ω2r 44R ＋3μmgωr 2【解析】(1)根据右手定则，得导体棒AB 上的电流方向为B →A ，故电阻R 上的电流方向为C →D .设导体棒AB 中点的速度为v ，则v ＝v A ＋v B2而v A ＝ωr ，v B ＝2ωr根据法拉第电磁感应定律，导体棒AB 上产生的感应电动势E ＝Brv根据闭合电路欧姆定律得I ＝ER ，联立以上各式解得通过电阻R 的感应电流的大小为I＝3Bωr 22R.(2)根据能量守恒定律，外力的功率P 等于安培力与摩擦力的功率之和，即P ＝BIrv ＋F f v ，而F f ＝μmg解得P ＝9B 2ω2r 44R ＋3μmgωr 2.5.相距L ＝1.5m 的足够长金属导轨竖直放置，质量为m 1＝1kg 的金属棒ab 和质量为m 2＝0.27kg 的金属棒cd 均通过棒两端的套环水平地套在金属导轨上，如图(a)所示，虚线上方磁场方向垂直纸面向里，虚线下方磁场方向竖直向下，两处磁场磁感应强度大小相同．ab 棒光滑，cd 棒与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.75，两棒总电阻为1.8Ω，导轨电阻不计，ab 棒在方向竖直向上，大小按图(b)所示规律变化的外力F 作用下，从静止开始，沿导轨匀加速运动，同时cd 棒也由静止释放(取g ＝10m/s 2)．(1)求磁感应强度B 的大小和ab 棒加速度大小；(2)已知在2s 内外力F 做功40J ，求这一过程中两金属棒产生的总焦耳热；(3)判断cd 棒将做怎样的运动，求出cd 棒达到最大速度所需的时间t 0，并在图(c)中定性画出cd 棒所受摩擦力随时间变化的图象．【答案】见解析【解析】(1)经过时间t ，金属棒ab 的速率v ＝at 此时，回路中的感应电流为I ＝E R ＝BLv R对金属棒ab ，由牛顿第二定律得F －BIL －m 1g ＝m 1a 由以上各式整理得：F ＝m 1a ＋m 1g ＋B 2L 2Rat在图线上取两点：t 1＝0，F 1＝11N ；t 2＝2s ，F 2＝14.6N 代入上式得a ＝1m/s 2，B ＝1.2T(2)在第2s 末金属棒ab 的速率v 2＝at 2＝2m/s 所发生的位移x ＝12at 22＝2m由动能定理得W F －m 1gx －W 安＝12m 1v 22又Q ＝W 安联立以上方程，解得Q ＝18J.(3)cd 棒先做加速度逐渐减小的加速运动，当cd 棒所受重力与滑动摩擦力相等时，速度达到最大，然后做加速度逐渐增大的减速运动，最后停止运动，当cd 棒速度达到最大时，有m 2g ＝μF N 又F N ＝F 安F 安＝BILI ＝E R ＝BLv m R ，v m ＝at 0 整理解得t 0＝m 2gRμB 2L 2a＝2s F f cd 随时间变化的图象如图所示。
适用于新高考新教材2024版高考物理二轮复习专题电磁感应规律及综合应用(含答案)
适用于新高考新教材高考物理二轮复习专题：专题分层突破练11 电磁感应规律及综合应用A组基础巩固练1.(2023山东烟台一模)智能手表通常采用无线充电方式充电。
如图甲所示,充电基座与交流电源相连,智能手表放置在充电基座旁时未充电,将智能手表压在充电基座上,无需导线连接,智能手表便可以充电(如图乙所示)。
已知充电基座与智能手表都内置了线圈,则()A.智能手表和充电基座无导线连接,所以传输能量时没有损失B.用塑料薄膜将充电基座包裹起来,之后仍能为智能手表充电C.无线充电的原理是利用充电基座内的线圈发射电磁波传输能量D.充电时,充电基座线圈的磁场对智能手表线圈中的电子施加力的作用,驱使电子运动2.(2023山东德州模拟)某课题组要测量某金属材料的电阻率,他们先取适量该金属材料切割成如图所示的长方体,长方体的三条边长分别为a、b、c,长方体上、下表面与电流传感器用导线相连,导线左端紧贴长方体上、下表面。
虚线框左侧有垂直于长方体前、后表面的匀强磁场,磁感应强度大小为B。
使匀强磁场以大小为v的速度向左运动时(长方体全部处于磁场中),电流传感器显示回路中的电流大小为I。
不计电流传感器及导线的电阻,则该金属材料的电阻率为()A.BvabI B.Bvab2IcC.Bvbc2IaD.Bvcb2Ia3.(2023江苏卷)如图所示,圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,OC导体棒的O端位于圆心,棒的中点A位于磁场区域的边缘。
现使导体棒绕O点在纸面内逆时针转动。
O、A、C点电势分别为φO、φA、φC,则()A.φO>φCB.φC>φAC.φO=φAD.φO-φA=φA-φC4.(多选)(2023辽宁沈阳模拟)如图所示,有界匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里。
有一半径为R的线圈,其单位长度上的电阻为r,线圈平面与磁场方向垂直,线圈直径MN垂直磁场边界于M点。
现以M点为轴在纸面内,线圈沿顺时针方向匀速旋转90°,角速度为ω,则()A.感应电流方向为顺时针方向B.感应电动势的最大值为BR2ωC.感应电流的最大值为2BR 2ωrD.通过线圈任意横截面的电荷量为BR4r5.(2023湖南娄底模拟)轻质细线吊着一质量为m=1 kg、边长为0.2 m、电阻R=1 Ω、匝数n=10的正方形闭合线圈abcd,bd为正方形闭合线圈的对角线,bd下方区域分布着匀强磁场,如图甲所示。
2020年高考物理二轮热点专题训练----《电磁感应定律及应用》(解析版)
2020年高考物理二轮热点专题训练----《电磁感应定律及应用》一 单项选择题1.如图所示，直角坐标系xOy 的二、四象限有垂直坐标系向里的匀强磁场，磁感应强度大小均为B ，在第三象限有垂直坐标系向外的匀强磁场，磁感应强度大小为2B .现将半径为L 、圆心角为90°的扇形闭合导线框OPQ 在外力作用下以恒定角速度绕O 点在纸面内沿逆时针方向匀速转动．t ＝0时刻线框在图示位置，设电流逆时针方向为正方向．则下列关于导线框中的电流随时间变化的图线，正确的是( )【解析】根据楞次定律，线框从第一象限进入第二象限时，电流方向是正方向，设导线框的电阻为R ，角速度为ω，则电流大小为BωL 22R，从第二象限进入第三象限时，电流方向是负方向，电流大小为3BωL 22R，从第三象限进入第四象限时，电流方向是正方向，电流大小是3BωL 22R ，线框从第四象限进入第一象限时，电流方向是负方向，电流大小为BωL 22R，B 选项正确．【答案】B2.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( )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【解析】铜盘转动产生的感应电动势为：E ＝12BL 2ω，B 、L 、ω不变，E 不变，电流：I ＝E R ＝BL 2ω2R，电流大小恒定不变，由右手定则可知，回路中电流方向不变，从b 导线流进电流表，故A 、B 、C 错误，D 正确．3.如图所示，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( )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【解析】由乙图中的电流峰值大于甲中电流峰值，可知乙实验的电磁感应现象更明显，故乙实验中的高度更高或磁铁磁性更强，A 、B 错误；电流峰值越大，产生的焦耳热越多，损失的机械能越大，故C 正确；整个过程中，磁铁所受的磁场力都是阻碍磁铁运动，故磁场力一直向上，D 错误.4.如图所示，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( )A.φa <φb ，U ＝0.2 VB.φa >φb ，U ＝0.2 VC.φa <φb ，U ＝0.4 VD.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r 2，画出等效电路如图所示.则a 、b 两点间的电势差即为电源的路端电压，设l 是边长，且依题意知：ΔB Δt＝20 T/s. 由法拉第电磁感应定律，得：E ＝N ΔB ·S Δt ＝1×20×0.2×0.22V ＝0.4 V 所以有：U ＝IR ＝E r 2＋r 2×r 2＝0.2 V ， 由于a 点电势低于b 点电势，故有：U ab ＝－0.2 V .5.如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U 形金属导轨，导轨平面与磁场垂直。
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答案 (1)2 V N点电势高 (2)a.4 . 2 J b.15 m (3) 证明见解析
10. (2019 山西晋中模拟 ) 如图所示 , 两根质量均为 m=2 kg 的金属棒垂直地放在光滑的水平导轨上 ,
A. 开关闭合后的瞬间 , 小磁针的 N 极朝垂直纸面向里的方向转动 B. 开关闭合并保持一段时间后 , 小磁针的 N 极指向垂直纸面向里的方向 C.开关闭合并保持一段时间后 , 小磁针的 N 极指向垂直纸面向外的方向 D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间 , 小磁针的 N极朝垂直纸面向外的方向转动 解析如图甲所示 , 闭合开关瞬间右边线圈产生电流 , 左边线圈磁通量增强。由楞次定律可知 , 增反减 同, 左边线圈感应磁场方向向左。根据右手螺旋定则可得铁芯中电流方向为从南到北。由此可得铁 芯上方磁场为垂直纸面向里 , 则磁针 N极朝垂直纸面向里的方向转动 , 故 A 项正确。
据右手定则可知 , N端为电源的正极 , 所以 N点电势高。
(2)a. 根据能量守恒可得回路产生的焦耳热
1
Q=2
mv02
-
12mv12,
R
解得 : Q=6. 3J, 则 QR=R + r Q=4. 2J。
b. 设导体棒移动的距离为 x, 所用时间为 t , 根据动量定理得 -BI L· t=mv1-mv0, 化简得 -BLq=mv1-mv0,
答案 B
7. ( 考点 3)( 多选 )(2019 河南焦作检测 ) 如图所示 , 两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置 , 间距
为 l= 1 m, cd 间、 de 间、 cf 间分别接着阻值 R=10 Ω 的电阻。一阻值 R=10 Ω 的导体棒 ab 以速度
v=4 m/s 匀速向左运动 , 导体棒与导轨接触良好 ; 导轨所在平面存在磁感应强度大小 B=0. 5 T 、方向
甲
开关闭合并保持一段时间后电路稳定 , 线圈中无磁通量变化 , 则铁芯中无电流 , 小磁针恢复南北
指向 , 故 B、 C 项错误 ; 如图乙所示 , 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间 , 左边线圈磁通量减小 , 由
增反减同得其感应磁场方向向右。由右手螺旋定则可得铁芯中电流由北到南
, 铁芯上方磁场为垂直
(3) 在上述情景中 , 金属棒 MN相当于一个电源 , 这时的非静电力与棒中自由电子所受洛伦兹力有关
,
请根据电动势的定义 , 推导金属棒 MN中的感应电动势 E=BLv。
解析 (1) 切割磁感应线产生的感应电动势
ER
E=BLv0=1×0. 6×5V=3V, MN两端的电势差大小 UMN=R + r =2V, 根
纸面向外 , 则小磁针的 N极朝垂直纸面向外的方向转动 , 故 D 项正确。
乙
答案 AD 2. ( 考点 1)( 多选 )(2019 贵州贵阳模拟 ) 如图所示的电路中 , 电源电动势为 E, 内阻为 r , 线圈 L 的电 阻不计。以下判断正确的是 ( )
A. 闭合 S, 稳定后 , 电容器的 a 极板带正电 B. 闭合 S, 稳定后 , 电容器两端电压小于 E C.断开 S 的瞬间 , 通过 R1 的电流方向向右 D.断开 S 的瞬间 , 通过 R2 的电流方向向右 解析闭合 S, 稳定后 , 电容器相当于断路 , 线圈 L 相当于短路 , 所以电容器 b 极板与电源正极相连 , 带 正电荷 ,A 项错误 ; 电源有内阻 , 电容器两端电压等于电路的路端电压 , 小于电源电动势 ,B 项正确 ; 断 开 S 瞬间 , 电容器与 R2 构成回路放电 , 通过 R2 的电流方向向左 ,D 项错误 ; 断开 S 瞬间 , 由于自感现象 , 线 圈 L 相当于临时电源 , 阻碍原来的电流减小 , 通过线圈的电流方向不变 , R1 与线圈 L 构成回路 , 所以 通过 R1 的电流方向向右 ,C 项正确。 答案 BC
的变化 , 导致导线框内产生感应电动势 , 结合题意可知 , 产生感应电动势正好是两者之和
π r 2B0
2t 0 , 再由闭合电路欧姆定律 , 可得感应电流大小为
E
π r 2B0
, 即为 E=2×
答案 C
5. ( 考点 2)(2019 云南昆明联考 ) 如图所示 , 导体棒沿两平行金属导轨从图中位置以速度
F 作用在导体棒上 , 使其沿
导轨向右匀速运动 , 速度 v0=5 m/s 。
(1) 求匀速运动过程中 MN两点的电势差 , 并且指出 M、 N两点哪点电势高 ; (2) 某时刻撤去外力 F, 求撤去外力 F 后至速度变为 v1=2. 0 m/s 的过程中 a. 电流流过外电阻 R产生的焦耳热 ; b. 导体棒 MN向右移动的距离。
解析由 E=BLv可知 , 导体棒由 b 运动到 ac 过程中 , 切割磁感线有效长度 L 均匀增大 , 感应电动势 E 均匀增大 , 由欧姆定律可知 , 感应电流 I 均匀增大。由右手定则可知 , 感应电流方向由 M到 N, 由左手 定则可知 , 导体棒所受安培力水平向左 , 大小不断增大 , 故只有选项 A 正确。
内的感应电流大小和方向相同 , 电流从下向上通过导体棒 , 安培力向左 , 静摩擦力向右 , 为正 ;1 ~2s 和 4~5s 内, 感应电流为零 , 导体棒不受安培力 , 也不受静摩擦力 ;2 ~3s 和 5~6s 内 , 电流从上向下流过 导体棒 , 安培力向右 , 静摩擦力向左 , 为负 , 大小和 0~1s 内相同 , 所以 B 正确。
R
好、有效阻值为 2的金属杆 ab 垂直导轨放置 , 并在水平外力 F 的作用下以速度 v 向右匀速运动 , 则
( 不计导轨电阻 )( )
A. 通过电阻 R的电流方向为 P→ M
B. a、 b 间的电压为 BLv
C.a 端电势比 b 端电势高
D.外力 F 做的功等于电阻 R上产生的焦耳热
解析金属杆在外力作用下向右匀速运动 , 由右手定则可判断出金属杆中产生的感应电流方向为从
根据电磁感应的电荷量推论公式
ΔΦ
BLx
q=R + r = R + r ,
联立解得 : x=15m。 (3) 棒向右运动时 , 电子具有向右的分速度 , 受到沿棒向上的洛伦兹力为 : f=evB 在 f 的作用下 , 电子从 N移动到 M的过程中 , 非静电力做功为 : W=evBL
W
根据电动势定义为 : E=q, 解得 : E=BLv。
阻为 R, 且与导轨接触良好 , 导体棒处于另一匀强磁场中 , 如图甲所示。若导体棒始终保持静止 , 则其
所受的静摩擦力 Ff 随时间变化的图象是下图中的 ( 设向右的方向为静摩擦力的正方向 )( )
ΔB
E ΔB S
解析对棒受力分析 , 棒受的静摩擦力 Ff =F 安=BIL, 电动势 E=Δt S, 感应电流 I= R = Δt · R,0 ~1s 和 3~4s
竖直向下的匀强磁场。下列说法中正确的是
( )
A. 导体棒 ab 中电流的流向为由 b 到 a
B. cd 两端的电压为 1 V
C.de 两端的电压为 1 V
D.fe 两端的电压为 1 V
解析由右手定则可知 ab 中电流方向为 a→b,A 错误 ; 导体棒 ab 切割磁感线产生的感应电动势 E=Blv, ab 为电源 , cd 间电阻 R为外电路负载 , de 和 cf 间电阻中无电流 , de 和 cf 间无电压 , 因此 cd
答案 B
4. ( 考点 1、 3)(2019 黑龙江大庆模拟 ) 在半径为 r 、电阻为 R的圆形导线框内 , 以直径为界 , 左、右
两侧分别存在着方向如图甲所示的匀强磁场。以垂直纸面向外的磁场为正
, 两部分磁场的磁感应强
度 B 随时间 t 的变化规律分别如图乙所示。则 0~t 0 时间内 , 导线框中 ( )
v 向右匀速
通过一正方形磁场区域 abcd, ac 垂直于导轨且平行于导体棒 , ac 右侧的磁感应强度是左侧的 2 倍且
方向相反。导轨和导体棒的电阻均不计 , 下列关于导体棒中感应电流和所受安培力随时间变化的图
象正确的是 ( 规定电流从 M经 R到 N为正方向 , 安培力向左为正方向 )( )
值 R=2. 0 Ω 的定值电阻 , 导轨所在空间存在竖直向上的匀强磁场 , 磁感应强度 B=1. 0 T, 其俯视图如
图所示。长度恰好等于导轨间距的导体棒
MN放在导轨上 , 其质量 m=0. 6 kg, 电阻 r= 1. 0 Ω, 与导轨
始终垂直且接触良好 , 导轨的电阻可忽略不计。现用平行于导轨的拉力
F 做的功大于电阻 R上产生的焦耳热 , 选项 D错误 ; 由于金属杆 ab 相当于回路的电源 , ab 中电流方 向为从 b 到 a, a 端相当于电源正极 , 则 a 端电势比 b 端电势高 , 选项 C 正确。
答案 C
二、计算题 (9 题 18 分 ,10 题 18 分 , 共 36 分 )
9. (2019 北京顺义区一模 ) 固定在水平面内的两条平行光滑金属导轨 , 间距 L=0. 6 m, 左端连接一阻
答案 A
6. ( 考点 2、 3)(2019 江苏苏州模拟 ) 在水平桌面上 , 一个面积为 S的圆形金属框置于匀强磁场中 , 线
框平面与磁场垂直 , 磁感应强度 B 随时间 t 的变化关系如图乙所示 ,0 ~1 s 内磁场方向垂直线框平面
向下 , 圆形金属框与两根水平的平行金属导轨相连接
, 导轨上放置一根导体棒 , 导体棒的长为 L、电
3.
( 考点 1)(2018 全国卷 Ⅰ) 如图 , 导体轨道 OPQS固定 , 其中 PQS是半圆弧 , Q为半圆弧的中点 , O为圆 心。轨道的电阻忽略不计 , OM是有一定电阻、可绕 O转动的金属杆 , M端位于 PQS上 , OM与轨道接触
良好。空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场