高考物理二轮专题突破 专题七 电磁感应和电路（1）电磁感应问题检测题-人教版高三全册物理试题.doc

专题七 电磁感应和电路第1讲：电磁感应问题一、夯实基础1.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1A.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2.(多选)高频焊接技术的原理如图2(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2A.图(b)中电流有效值为IB.0t1时间内工件中的感应电流变大C.0t1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3.(2016·潮州市二模)在竖直平面内固定一根水平长直导线，导线中通以如图3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()图3A.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4.如图4所示，用均匀导线做成边长为0.2m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20T/s的变化率增强时，a、b两点间电势差的大小为U，则()图4A.a<b，U0.2VB.a>b，U0.2VC.a<b，U0.4VD.a>b，U0.4V二、能力提升5.(2016·河南焦作模拟)如图5所示，两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置，间距为l1 m，c、d间，d、e间，c、f间分别接着阻值R10 的电阻。一阻值R10 的导体棒ab以速度v4 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B0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场。下列说法中正确的是()图5A导体棒ab中电流的流向为由b到aBc、d两端的电压为2 VCd、e两端的电压为1 VDf、e两端的电压为1 V6. (2016·山东临沂模拟)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6所示，则下列图象与这一过程相符合的是()图67.如图7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匀速转动，则下列说法中正确的是()图7AC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Br2C电流表中的电流方向为由a到bD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8.如图8所示，一边长为l2a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)()图8三、课外拓展9.如图9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uabt图象可能正确的是()图910.如图10所示，MN、PQ为足够长的平行导轨，间距L0.5m.导轨平面与水平面间的夹角37°.NQMN，NQ间连接有一个R3的电阻.有一匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B01T.将一根质量为m0.05kg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r2，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s2m.试解答以下问题：(g10m/s2，sin37°0.6，cos37°0.8)图10(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t0，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t1s时磁感应强度应为多大？11.如图11甲所示，宽为L、倾角为的平行金属导轨，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.t0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11(1)求0t1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.12.(2016·福建龙岩模拟)如图12所示，两根足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距L1 m，一理想电流表和R10 的电阻通过导线与两导轨相连，导轨之间存在着方向相反、高度均为h5 m的磁感应强度分别为B1、B2的匀强磁场区域、，匀强磁场方向与导轨平面垂直。一质量为m1 kg、有效电阻为R10 的导体棒，从距磁场下方边界一定距离处，在F20 N的恒定外力作用下从静止开始竖直向上运动，导体棒在进入磁场的过程中电流表的示数恒为1 A，导体棒离开磁场前的一段时间内电流表的示数恒为2 A，导体棒始终保持水平，不计导轨的电阻。g取10 m/s2。求：图12(1)导体棒进入磁场时速度的大小v1和导体棒离开磁场时速度的大小v2；(2)全过程中电路中产生的热量。四、高考链接13.(多选)(2016·全国丙卷·21)如图13，M为半圆形导线框，圆心为OM；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON；两导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧半径相等；过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面.现使线框M、N在t0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则()图13A.两导线框中均会产生正弦交流电B.两导线框中感应电流的周期都等于TC.在t时，两导线框中产生的感应电动势相等D.两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等14(2016·浙江理综，16)如图14所示，a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，边长la3lb，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则()图14A两线圈内产生顺时针方向的感应电流Ba、b线圈中感应电动势之比为91Ca、b线圈中感应电流之比为34Da、b线圈中电功率之比为3115.(2016·四川理综，7)如图15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FF0kv(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()图15参考答案1. 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.2. 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.it图象切线的斜率等于电流的变化率，根据数学知识可知：0t1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：0t1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.3. 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，离导线远的地方磁感应强度小.线框从上向下靠近导线的过程，向外的磁感应强度增加，根据楞次定律，线框中产生顺时针方向的电流；穿越导线时，上方向外的磁场和下方向里的磁场叠加，先是向外的磁通量减小，之后变成向里的磁通量，并逐渐增大，直至最大；根据楞次定律，线框中产生逆时针方向的电流.向里的磁通量变成最大后，继续向下运动，向里的磁通量又逐渐减小，这时的电流新方向又变成了顺时针.故A正确；根据A中的分析，穿越导线时，上方向外的磁场和下方向里的磁场叠加，先是向外的磁通量减小，一直减小到0，之后变成向里的磁通量，并逐渐增大.这一过程是连续的，始终有感应电流存在，不是0，故B错误；根据楞次定律，感应电流始终阻碍导线框相对磁场的运动，故受安培力的方向始终向上，故C错误；根据能量守恒定律，导线框产生的焦耳热等于下落过程中框损失的重力势能与增加动能之差，故D错误.4. 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.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：20T/s.由法拉第电磁感应定律，得：EN1×20×V0.4V所以有：UIR×0.2V，由于a点电势低于b点电势，故有：Uab0.2V.5. 答案D解析由右手定则可知ab中电流方向为ab，选项A错误；导体棒ab切割磁感线产生的感应电动势EBlv，ab为电源，c、d间电阻R为外电路负载，d、e和c、f间电阻中无电流，d、e间无电压，因此c、d间与f、e间电压相等，Ucd×R1 V，选项D正确，B、C错误。6. 答案B解析该过程中，框架切割磁感线的有效长度等于框架与磁场右边界两交点的间距，根据几何关系有l有x，所以E电动势Bl有vBvxx，选项A错误，B正确；F外力x2，选项C错误；P外力功率F外力vx2，选项D错误。7. 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，每根铜棒都在切割磁感线，相当于电源，由右手定则知，盘边缘为电源正极，中心为电源负极，C点电势低于D点电势，选项A错误；此电源对外电路供电，电流由b经电流表再从a流向铜盘，选项C错误；铜棒转动切割磁感线，相当于电源，回路中感应电动势为EBrvBrrBr2，选项B正确；若铜盘不转动，使所加磁场磁感应强度均匀增大，在铜盘中产生感生环形电场，使铜盘中的自由电荷在电场力的作用下定向移动，形成环形电流，选项D正确。8. 答案BD解析由于安培力在整个运动过程中都在阻碍线框向右运动，所以安培力的方向不会发生改变，线框未进入磁场前和线框完全在磁场中时不受安培力作用，所以选项A错误，B正确；当线框经过一段时间进入磁场时，由楞次定律可知，产生的感应电流的方向为逆时针方向，线框完全在磁场中时不产生感应电流，当线框出磁场时，由楞次定律可知，产生的感应电流的方向为顺时针方向，所以选项C错误，选项D正确。9. 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0.25T00.5T0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.10. 答案(1)2m/s(2)0.06J(3)0.4T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：mgsinB0ILmgcosEB0LvEI(Rr)代入已知数据，得v2m/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：mgssinmv2mgcos·sQ电阻R上产生的热量：QRQ解得：QR0.06J(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：mgsinmgcosma设t时刻磁感应强度为B，则：B0LsBL(sx)xvtat2故t1s时磁感应强度B0.4T11. 答案(1)(2)mgsin(3)解析(1)感应电动势：E感应电流：I通过定值电阻的电荷量qI·tI·t1即q(2)在t1时刻，对杆有mgsinFfmF安0其中F安B1IL联立可得：Ffmmgsin(3)当金属杆达到最大速度时mgsinFfmF安0即此时感应电流与0t1时间内感应电流大小相等，感应电动势也相等.所以B1Lv从开始滑动到达到最大速度过程mgx2sinQ焦Q滑mv2其中Q滑Ffmx2电阻R上产生的焦耳热QRQ焦解得QR12. 答案(1)2 m/s8 m/s(2)70 J解析(1)导体棒进入磁场时，导体棒做匀速运动，根据平衡条件得FmgB1I1L又I1，解得v12 m/s导体棒离开磁场前的一段时间内，导体棒做匀速运动，根据平衡条件得FmgB2I2L又I2，解得v28 m/s(2)从导体棒进入磁场到导体棒离开磁场的过程中，由动能定理可得F·2hmg·2h|W安|mvmv由功能关系得电路中产生的热量Q|W安|解得Q70 J。13. 答案BC解析当导线框进入磁场过程中，根据EBR2可得，感应电动势恒定，感应电流恒定，不是正弦式交流电，A错误，C正确；当导线框进入磁场时，根据楞次定律可得，两导线框中的感应电流方向为逆时针，当导线框穿出磁场时，根据楞次定律可得，导线框中产生的感应电流为顺时针，所以感应电流的周期和导线框运动周期相等，B正确；导线框N在完全进入磁场后有时间穿过导线框的磁通量不变化，没有感应电动势产生，即导线框N在0和TT内有感应电动势，其余时间内没有；而导线框M在整个过程中都有感应电动势，即便两导线框电阻相等，两者的电流有效值不会相同，D错误.14答案B解析根据楞次定律可知，两线圈内均产生逆时针方向的感应电流，选项A错误；因磁感应强度随时间均匀增大，设k，根据法拉第电磁感应定律可得Ennl2，则()2，选项B正确；根据I可知，Il，故a、b线圈中感应电流之比为31，选项C错误；电功率PIE·nl2，则Pl3，故a、b线圈中电功率之比为271，选项D错误。15. 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EBLv，回路电流Iv，即Iv；安培力FABILv，方向水平向左，即FAv；R两端电压URIRv，即URv；感应电流功率PEIv2，即Pv2。分析金属棒运动情况，由牛顿运动第二定律可得F0kvvma，即F0(k)vma。因为金属棒从静止出发，所以F0>0 。(1)若k，金属棒水平向右做匀加速直线运动。所以在此情况下没有选项符合；(2)若k>，F合随v增大而增大，即a随v增大而增大，说明金属棒在做加速度增大的加速运动，根据四个物理量与速度的关系可知B选项符合；(3)若k<，F合随v增大而减小，即a随v增大而减小，说明金属棒在做加速度减小的加速运动，直到加速度减小为0后金属棒做匀速直线运动，根据四个物理量与速度关系可知C选项符合。综上所述，选项B、C符合题意。