2022年高考物理二轮复习题型研究专题四 第二讲 电磁感应的规律及综合应用—— 课后“高仿”检测卷.doc
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2022年高考物理二轮复习题型研究专题四 第二讲 电磁感应的规律及综合应用—— 课后“高仿”检测卷.doc
专题四 第二讲 电磁感应的规律及综合应用 课后“高仿”检测卷一、高考真题集中演练明规律1多选(2018·全国卷)如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是()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:选AD根据安培定则,开关闭合时铁芯上产生水平向右的磁场。开关闭合后的瞬间,根据楞次定律,直导线上将产生由南向北的电流,根据安培定则,直导线上方的磁场垂直纸面向里,故小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动,故A正确。同理D正确。开关闭合并保持一段时间后,直导线上没有感应电流,故小磁针的N极指北,故B、C错误。2多选(2018·全国卷)如图(a),在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R,R在PQ的右侧。导线PQ中通有正弦交流电i,i的变化如图(b)所示,规定从Q到P为电流正方向。导线框R中的感应电动势()A在t时为零B在t时改变方向C在t时最大,且沿顺时针方向D在tT时最大,且沿顺时针方向解析:选AC在t时,交流电图线斜率为0,即磁场变化率为0,由ES知,E0,故A正确。在t和tT时,图线斜率最大,在t和tT时感应电动势最大。在到之间,电流由Q向P减弱,导线在R处产生垂直纸面向里的磁场,且磁场减弱,由楞次定律知,R产生的感应电流的磁场方向也垂直纸面向里,则R中感应电动势沿顺时针方向,同理可判断在到T时,R中电动势也为顺时针方向,在T到T时,R中电动势为逆时针方向,C正确,B、D错误。3(2017·全国卷)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。金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是()APQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向BPQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向CPQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向DPQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向解析:选D金属杆PQ向右切割磁感线,根据右手定则可知PQRS中感应电流沿逆时针方向;原来T中的磁场方向垂直于纸面向里,闭合回路PQRS中的感应电流产生的磁场方向垂直于纸面向外,使得穿过T的磁通量减小,根据楞次定律可知T中产生顺时针方向的感应电流,综上所述,可知A、B、C项错误,D项正确。4多选(2016·全国卷)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是()A若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定B若从上向下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向流动C若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化D若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍解析:选AB由右手定则知,圆盘按如题图所示的方向转动时,感应电流沿a到b的方向流动,选项B正确;由感应电动势EBl2知,角速度恒定,则感应电动势恒定,电流大小恒定,选项A正确;角速度大小变化,感应电动势大小变化,但感应电流方向不变,选项C错误;若变为原来的2倍,则感应电动势变为原来的2倍,电流变为原来的2倍,由PI2R知,电流在R上的热功率变为原来的4倍,选项D错误。 5(2016·全国卷)如图,两固定的绝缘斜面倾角均为,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。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,回路电阻为R,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为,重力加速度大小为g。已知金属棒ab匀速下滑。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。解析:(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2mgsin N1TFN12mgcos 对于cd棒,同理有mgsin N2TN2mgcos 联立式得Fmg(sin 3cos )。(2)由安培力公式得FBIL这里I是回路abdca中的感应电流。ab棒上的感应电动势为BLv式中,v是ab棒下滑速度的大小。由欧姆定律得I联立式得v(sin 3cos )。答案:(1)mg(sin 3cos )(2)(sin 3cos )6(2016·全国卷)如图,水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻,质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上。t0时,金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动。t0时刻,金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为。重力加速度大小为g。求(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小; (2)电阻的阻值。解析:(1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为a,由牛顿第二定律得maFmg设金属杆到达磁场左边界时的速度为v,由运动学公式有vat0当金属杆以速度v在磁场中运动时,由法拉第电磁感应定律,杆中的电动势为EBlv联立式可得EBlt0。(2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时,金属杆中的电流为I,根据欧姆定律I式中R为电阻的阻值。金属杆所受的安培力为fBlI因金属杆做匀速运动,由牛顿运动定律得Fmgf0联立式得R。答案:(1)Blt0(2)二、名校模拟重点演练知热点7.多选(2019·常州模拟)如图所示,半径为2r的弹性螺旋线圈内有垂直纸面向外的圆形匀强磁场区域,磁场区域的半径为r,已知弹性螺旋线圈的电阻为R,线圈与磁场区域共圆心,则以下说法中正确的是()A保持磁场不变,线圈的半径由2r变到3r的过程中,有顺时针的电流B保持磁场不变,线圈的半径由2r变到0.5r的过程中,有逆时针的电流C保持线圈半径不变,使磁场随时间按Bkt变化,线圈中的电流为D保持线圈半径不变,使磁场随时间按Bkt变化,线圈中的电流为解析:选BC保持磁场不变,线圈的半径由2r变到3r的过程中,穿过线圈的磁通量没有变化,没有感应电流,线圈的半径由2r变到0.5r的过程中,穿过线圈的磁通量减小,有感应电流,根据楞次定律判断感应电流方向为逆时针,选项A错误,B正确;保持半径不变,磁场随时间按照Bkt变化,根据法拉第电磁感应定律解得感应电动势为Ekr2,所以根据闭合电路的欧姆定律有I,选项C正确,D错误。8多选(2019·昆明市高三摸底)如图甲所示,导体框架abcd放置于水平面内,ab平行于cd,导体棒MN与两导轨垂直并接触良好,整个装置置于竖直方向的磁场中,磁感应强度B随时间的变化规律如图乙所示,MN始终保持静止。规定竖直向上为磁场正方向,沿导体棒由M到N为感应电流的正方向,水平向右为导体棒所受安培力F的正方向,水平向左为导体棒所受摩擦力f的正方向,下列图像中正确的是()解析:选BD在0t1时间内,磁感应强度B不变,则闭合回路中的磁通量不变,不发生电磁感应现象,闭合回路中无感应电流,导体棒MN不受安培力和摩擦力,选项C错误;在t1t2时间内,磁感应强度B竖直向上且均匀减小,则闭合回路中的磁通量均匀减少,由楞次定律判断知,感应电流由M流向N为正方向,由左手定则判断知,导体棒MN受到的安培力水平向右为正方向,根据平衡知,导体棒MN受到的摩擦力水平向左,也为正方向,由法拉第电磁感应定律EnnSnkS(定值,其中k为B­t图像的斜率的绝对值),根据欧姆定律I(定值),安培力大小FBILB0k(tt1)L(随时间均匀减小),摩擦力大小fF(随时间均匀减小);同理可得,在t2t3时间内感应电流仍为正方向、定值,安培力为负方向,大小Fk(tt2)L(随时间均匀增大),摩擦力为负方向,大小fF(随时间均匀增大),选项A错误,B、D正确。9.多选(2019·开封模拟)如图所示,空间某区域内存在沿水平方向的匀强磁场,一正方形闭合金属线框自磁场上方某处释放后穿过磁场,整个过程线框平面始终竖直,线框边长小于磁场区域上下宽度。以线框刚进入磁场时为计时起点,下列描述线框所受安培力F随时间t变化关系的图中可能正确的是()解析:选BCD线框释放后受重力作用加速下落,进入与离开磁场时受到安培力作用。若ab边刚进入磁场时安培力大于重力,线框做加速度减小的减速运动,安培力随速度减小而减小,如果某时刻安培力减小到与重力大小相等,线框开始做匀速运动,此时速度为v0,线框完全进入磁场后只受重力,做加速运动,故ab边刚要离开磁场时安培力大于重力,线框做减速运动,速度减小,安培力也减小,故A错误;若ab边恰好以速度v0进入磁场,F­t图像对应选项B;若线框进入磁场过程速度一直大于v0,进入过程与离开过程安培力变化情况可能完全相同,故C正确;若线框进入磁场时重力大于安培力,线框做加速度减小的加速运动,安培力增大且增大得越来越慢,但离开磁场时安培力可能大于重力,故D正确。10多选(2019·武汉市高三调研)如图(a)所示,水平面内有一光滑金属导轨,ac边的电阻为R,其他电阻均不计,ab与ac夹角为135°,cd与ac垂直。将质量为m的长直导体棒搁在导轨上,并与ac平行。棒与ab、cd交点G、H间的距离为L0,空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为B。在外力作用下,棒由GH处以初速度v0向右做直线运动。其速度的倒数随位移x变化的关系如图(b)所示。在棒运动L0到MN处的过程中()A导体棒做匀变速直线运动B导体棒运动的时间为C流过导体棒的电流大小不变D外力做的功为解析:选BC根据题图(b)导体棒运动的速度的倒数随位移x变化的关系可知,导体棒做非匀变速直线运动,选项A错误;题图(b)中­x图线与横轴所围的面积表示导体棒运动的时间t×L0,选项B正确;根据题图(b)可得,x,解得v,导体棒切割磁感线的有效长度LL0x,根据法拉第电磁感应定律,导体棒切割磁感线产生的感应电动势EBLvB×(L0x)×BL0v0,为一恒量,由闭合电路欧姆定律可知,流过导体棒的电流大小I不变,选项C正确;根据能量守恒知,在棒从GH处运动到MN处的过程中,外力做的功等于电阻产生的热量Q和金属棒动能变化量的代数和,电阻产生的热量QI2Rt2R×,金属棒动能变化量Ekm2mv02mv02,即外力做的功为Wmv02,选项D错误。11如图所示,固定于水平面的导线框处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中,导线框两平行导轨间距为d,左端接一电动势为E0、内阻不计的电源,一质量为m、电阻为r的导体棒MN垂直平行导轨放置并接触良好,闭合开关S,导体棒从静止开始运动,当导体棒运动距离L时,达到最大速度,忽略摩擦阻力和导轨的电阻,平行导轨足够长,求:(1)导体棒的最大速度v;(2)导体棒从静止开始运动距离L的过程中,通过导体棒的电量q及发热量Q;(3)若导体棒MN在达到最大速度时,断开开关S,然后在导体棒MN的左边垂直导轨放置一根与MN完全相同的导体棒PQ,求导体棒PQ的最大速度v1。解析:(1)闭合开关S后,线框与导体棒组成的回路中产生电流,导体棒受到安培力作用开始加速运动,同时导体棒切割磁感线产生感应电动势会使电路中的电流变小,导体棒受到的安培力变小,加速度变小,当感应电动势等于电源电动势时,电路中的电流为零,安培力为零,导体棒达到最大速度开始做匀速运动。有E0Bdv,解得v。(2)对导体棒由动量定理得Bd·tmv解得qt电源做的功转化为导体棒的动能和焦耳热,根据能量守恒定律可得qE0Qmv2解得Q。(3)断开电源,加上金属棒PQ后,两导体棒组成的系统受到的合外力为零,动量守恒,到两棒运动稳定时有:mv2mv1解得v1。答案:(1)(2)(3)