2021年高考物理真题训练12 电磁感应(解析版)

初始时静止。将图中开关 S 由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到
A．拨至 M 端或 N 端，圆环都向左运动 B．拨至 M 端或 N 端，圆环都向右运动 C．拨至 M 端时圆环向左运动，拨至 N 端时向右运动 D．拨至 M 端时圆环向右运动，拨至 N 端时向左运动 【答案】B 【解析】无论开关 S 拨至哪一端，当把电路接通一瞬间，左边线圈中的电流从无到有，电流在线圈轴线上
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。已知PQ进 入磁场时加速度变小恰好为零，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 间变化的图像可能正确的是
中虚线MN所示，一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S，将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内， 圆心O在MN上。t=0时磁感应强度的方向如图（a）所示。磁感应强度B随时间t的变化关系如图（b）所示， 则在t=0到t=t1的时间间隔内
A．圆环所受安培力的方向始终不变
B．圆环中的感应电流始终沿顺时针方向
专题 12 电磁感应
1．（2020·新课标Ⅱ卷）管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示，圆 管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使 接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为
A．库仑
B．霍尔
C．洛伦兹
A．送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化 B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变 C．送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递 D．手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失 【答案】AC 【解析】AB．由于送电线圈输入的是正弦式交变电流，是周期性变化的，因此产生的磁场也是周期性变化
的，A 正确，B 错误； C．根据变压器原理，原、副线圈是通过互感现象实现能量传递，因此送电线圈和受电线圈也是通过互感现 象实现能量传递，C 正确； D．手机与机座无需导线连接就能实现充电，但磁场能有一部分以电磁波辐射的形式损失掉，因此这样传递 能量是有能量损失的，D 错误。故选 AC。 7．（2019·新课标全国Ⅰ卷）空间存在一方向与直面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图（a）
，
T
R
RT
故 C 正确；从 0 时刻到 T 时刻的平均感应电动势为 E 4
t
m T
4 m T
，故 D 错误。
4
12．（2018·全国 II 卷）如图，在同一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 3 l 的正方形金属线框在导轨上向 2
D．法拉第
【答案】D
【解析】由题意可知，圆管为金属导体，导体内部自成闭合回路，且有电阻，当周围的线圈中产生出交变
磁场时，就会在导体内部感应出涡电流，电流通过电阻要发热。该过程利用原理的是电磁感应现象，其发
现者为法拉第。故选 D。
பைடு நூலகம்
2．（2020·新课标Ⅲ卷）如图，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。圆环
C．圆环中的感应电流大小为
B0rS 4t0
D．圆环中的感应电动势大小为 B0πr2 4t 0
【答案】BC 【解析】AB、根据 B-t 图象，由楞次定律可知，线圈中感应电流方向一直为顺时针，但在 t0 时刻，磁场
的方向发生变化，故安培力方向 FA 的方向在 t0 时刻发生变化，则 A 错误，B 正确；
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
A．
B．
C．
D．
【答案】D 【解析】找到线框在移动过程中谁切割磁感线，并根据右手定则判断电流的方向，从而判断整个回路中 总电流的方向。要分过程处理本题。 第一过程从①移动②的过程中
左边导体棒切割产生的电流方向是顺时针，右边切割磁感线产生的电流方向也是顺时针，两根棒切割产
【答案】AD 【解析】于 PQ 进入磁场时加速度为零，AB．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 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，A 正确 B 错误；CD．若 PQ 出磁场 前 MN 已经进入磁场，由于磁通量 φ 不变，PQ、MN 均加速运动，PQ 出磁场后，MN 由于加速故电流比 PQ 进入磁场时电流大，故 C 正确 D 错误。 9．（2019·新课标全国Ⅲ卷）楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现？ A．电阻定律 B．库仑定律 C．欧姆定律 D．能量守恒定律 【答案】D 【解析】楞次定律指感应电流的磁场阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量的变化,这种阻碍作用做功将其 他形式的能转变为感应电流的电能,所以楞次定律的阻碍过程实质上就是能量转化的过程。 10．（2019·新课标全国Ⅲ卷）如图，方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行 金属导轨，两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上。t=0时，棒ab以初速度v0向右滑动。运动过程中， ab、cd始终与导轨垂直并接触良好，两者速度分别用v1、v2表示，回路中的电流用I表示。下列图像中可 能正确的是
A．金属框的速度大小趋于恒定值 B．金属框的加速度大小趋于恒定值 C．导体棒所受安培力的大小趋于恒定值 D．导体棒到金属框 bc 边的距离趋于恒定值 【答案】BC 【解析】由 bc 边切割磁感线产生电动势，形成电流，使得导体棒 MN 受到向右的安培力，做加速运动，bc 边受到向左的安培力，向右做加速运动。当 MN 运动时，金属框的 bc 边和导体棒 MN 一起切割磁感线，设
当线框再向左运动时，左边切割产生的电流方向顺时针，右边切割产生的电流方向是逆时针，此时回路 中电流表现为零，故线圈在运动过程中电流是周期性变化，故 D 正确。 13．（2018·新课标 I 卷）如图，导体轨道 OPQS 固定，其中 PQS 是半圆弧，Q 为半圆弧的中心，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。空间存在半圆所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为 B，现使 OQ 位置以恒定的角速度逆 时针转到 OS 位置并固定（过程Ⅰ）；再使磁感应强度的大小以一定的变化率从 B 增加到 B'（过程Ⅱ）。
生电动势方向相同所以 E 2Blv ，则电流为 i E 2Blv ，电流恒定且方向为顺时针，再从②移动到 RR
③的过程中左右两根棒切割磁感线产生的电流大小相等，方向相反，所以回路中电流表现为零，
然后从③到④的过程中，左边切割产生的电流方向逆时针，而右边切割产生的电流方向也是逆时针，所
以电流的大小为 i E 2Blv ，方向是逆时针 RR
【答案】AC 【解析】ab 棒向右运动，切割磁感线产生感应电流，则受到向左的安培力，从而向左做减速运动，；金 属棒 cd 受向右的安培力作用而做加速运动，随着两棒的速度差的减小安培力减小，加速度减小，当两棒 速度相等时，感应电流为零，最终两棒共速，一起做匀速运动，故最终电路中电流为 0，故 AC 正确， BD 错误。
导体棒 MN 和金属框的速度分别为 v1 、 v2 ，则电路中的电动势
电流中的电流 金属框和导体棒 MN 受到的安培力
E BL(v2 v1)
I E BL(v2 v1)
R
R
F安框 =
B2L2 (v2 R
v1)
，与运动方向相反
F安MN
=
B2L2 (v2 R
v1 )
，与运动方向相同
设导体棒 MN 和金属框的质量分别为 m1 、 m2 ，则对导体棒 MN
11．（2019·天津卷）单匝闭合矩形线框电阻为 R ，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框 的磁通量 与时间 t 的关系图像如图所示。下列说法正确的是
A． T 时刻线框平面与中性面垂直 2
B．线框的感应电动势有效值为 2πm T
C．线框转一周外力所做的功为
2π
2 2 m
RT
D．从 t 0 到 t T 过程中线框的平均感应电动势为 πm
A．同时增大 B1 减小 B2 B．同时减小 B1 增大 B2 C．同时以相同的变化率增大 B1 和 B2 D．同时以相同的变化率减小 B1 和 B2
【答案】B 【解析】AB．产生顺时针方向的感应电流则感应磁场的方向垂直纸面向里。由楞次定律可知，圆环中的净 磁通量变化为向里磁通量减少或者向外的磁通量增多，A 错误，B 正确。 CD．同时以相同的变化率增大 B1 和 B2，或同时以相同的变化率较小 B1 和 B2，两个磁场的磁通量总保持大 小相同，所以总磁通量为 0，不会产生感应电流，CD 错误。故选 B。 4．（2020·浙江选考 7 月）如图所示，固定在水平面上的半径为 r 的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应
B2L2 (v2 R
v1)
m1a1
对金属框
F
B2L2 (v2 R
v1 )
m2a2
初始速度均为零，则
a1
从零开始逐渐增加，a2
从
F m2
开始逐渐减小。当 a1＝a2 时，相对速度
v2
v1
FRm1 2B2L2 (m1
m2 )
大小恒定。整个运动过程用速度时间图象描述如下。
综上可得，金属框的加速度趋于恒定值，安培力也趋于恒定值，BC 选项正确； 金属框的速度会一直增大，导体棒到金属框 bc 边的距离也会一直增大，AD 选项错误。故选 BC。 6．（2020·天津卷）手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器 类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送 电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电 过程中