2022届新高考物理二轮检测-专题五　第11讲　电磁感应的规律及综合运用.docx

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1、第11讲电磁感应的规律及综合运用一、选择题1某电子天平原理如图所示，E形磁铁的两侧为N极，中心为S极，两极间的磁感应强度大小均为B，磁极宽度均为L，忽略边缘效应，一正方形线圈套于中心磁极，其骨架与秤盘连为一体，且骨架与秤盘的总质量为m0，线圈两端C、D与外电路连接。当质量为m的重物放在秤盘上时，弹簧从长度L0被压缩至L1，秤盘和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接触)，随后外电路对线圈供电，秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置L0并静止，由此时对应的供电电流I可确定重物的质量。已知线圈的匝数为n，线圈的总电阻为R，重力加速度为g，则()A线圈向下运动过程中，线圈中感应电流从D端流出B外电路对线圈供电电

2、流为I时，弹簧长度从L1恢复至L0的过程中，C端电势高于D端电势C外电路对线圈供电电流为I，且弹簧长度恢复至L0并静止时，重物的质量mD若线圈电阻为R，且线圈上的热功率不能超过P，线圈上安培力的最大值为F2nBLm0g解析： 由图知，线圈向下运动过程中切割磁感线，根据右手定则，线圈中感应电流应从D端流入，从C端流出，故A错误；外电路对线圈供电电流为I时，弹簧长度从L1恢复至L0的过程中，必须在线圈中产生向上的安培力与重物重力平衡，根据左手定则可知，电流应从D端流入，所以C端电势低于D端电势，故B错误；外电路对线圈供电电流为I，且弹簧长度恢复至L0并静止时，由平衡条件mg2nBIL，重物的质量m

3、，故C正确；线圈上的热功率不能超过P，而线圈上的热功率PI2R，线圈上安培力F2nBIL，联立可得线圈上安培力的最大值为F2nBL，故D错误。答案：C2.(2021广东汕头一模)在物理兴趣小组的活动中，某同学将轻质圆形铝板用细棉线悬挂在固定点O上，铝板可以绕O点自由摆动，如图所示。在平行于铝板的竖直面内将一竖放的条形磁铁在铝板附近左右来回拉动(与铝板始终不相碰)，若空气流动对铝板的影响可忽略不计，则下列对这个实验结果的判断，正确的是()A铝板内不会产生感应电动势B铝板内能产生感应电动势但不会产生感应电流C铝板可以在安培力的作用下摆动起来D铝板始终保持静止不动解析：条形磁铁运动导致通过铝板的磁通

4、量发生变化，所以铝板内产生感应电动势，故A错误；铝板内产生感应电动势，且铝板相当于一个闭合回路，所以会产生感应电流，B错误；铝板产生感应电流后，在磁场中会受到安培力的作用，阻碍铝板和磁铁之间的相对运动，所以会摆动，故C正确，D错误。答案：C3(2021天津红桥区一模)如图所示灯泡A1、A2的规格完全相同，线圈L的电阻不计，下列说法中正确的是()A当接通电路时，A1和A2始终一样亮B当接通电路时，A2先达到最大亮度，A1后达到最大亮度，最后两灯一样亮C当断开电路时，A2立即熄灭、A1过一会儿才熄灭D当断开电路时，两灯都立即熄灭解析：当接通电路时，A2立即正常发光，而流过线圈中电流要增大，由于自感

5、电动势的阻碍，灯泡A1中电流只能逐渐增大，则A2先达到最大亮度，A1后达到最大亮度，电路稳定后，最后两灯一样亮，故B正确，A错误；当断开电路时，A2原来方向的电流立即减小为零，线圈中产生自感电动势，两灯泡串联和线圈组成回路，由于线圈L的电阻不计，回路中电流从原来值逐渐减小到零，流过A2的电流与原来方向相反，则A1和A2都要过一会儿才熄灭，故C、D错误。答案：B4(2021山东泰安二模)如图所示，AB、CD组成一个平行轨道，导轨间距为L，轨道平面的倾角30，轨道与导轨EF、GH由两小段光滑绝缘的圆弧(长度可忽略)BE、DG相连，倾斜导轨部分处于垂直导轨平面向下的匀强磁场当中，磁感应强度大小为B，

6、水平部分(足够长)处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为2B(磁场未画出)，质量为m、电阻为R的导体棒Q静止于水平导轨上。AC端接一个电容器，电容器的电容为C，质量为m、电阻忽略不计的导体棒P与导轨垂直放置，从靠近AC端的位置由静止释放，导体棒P初始时离水平轨道的高度为h。已知重力加速度为g，不考虑导体棒P与导轨间的摩擦力，不计导轨的电阻，整个过程中Q始终静止不动且PQ没有发生碰撞。则下列说法正确的是()A导体棒P在倾斜导轨上做匀加速运动，加速度大小为B导体棒P进入水平导轨时的速度大小为 C导体棒Q在此过程中受到的最大摩擦力为D导体棒P在水平轨道发生的位移为解析：对导体棒P在下滑过程中由牛

7、顿第二定律得，mg sin 30F安ma，其中F安BIL，I，qCU，UBLv，a，联立解得a，即导体棒P做匀加速直线运动，加速度大小为， 故A正确；导体棒在倾斜导轨上做匀变速直线运动，由v22ax得，v22，解得v，故B错误；当导体棒P进入水平导轨后，导体棒P切割磁感线产生感应电动势，产生感应电流，导体棒P在安培力作用下开始减速，产生的感应电流逐渐减小，安培力逐渐减小，所以当导体棒P刚进入水平轨道时产生的感应电动势最大，感应电流最大，安培力最大，由受力平衡可知此时导体棒Q受到的摩擦力最大，所以有FfF安2BIL2BL，故C错误；导体棒P在安培力作用下减速最后速度为零，对导体棒P由动量定理有I

8、安0mv，又I安2BLt2BLt2BLt2BL，解得x，故D错误。答案：A5(多选)(2021山东菏泽二模)如图所示，倾角为的斜面上固定了成一定的角度的两根光滑的金属导轨，两轨道的角平分线与斜面的边线平行，轨道的电阻不计。斜面内分布了垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。某时刻起，用沿角平分线的力F，将质量为m，单位长度电阻为r的金属杆拉着匀速向上运动，速度大小为v，金属杆始终与拉力F垂直。以开始运动作为t0时刻，这一过程中。金属杆中的电流I、金属杆受到的安培力F安、拉力F、回路中产生的热量Q等随时间t变化的关系图像中可能正确的是()解析：金属杆切割磁感线的有效长度为l，产生的感应电动势

9、EBlv，回路中的电阻为Rlr，则回路中的感应电流为I，则感应电流恒定，A正确；金属杆在斜面上运动的位移为xvt，设金属轨道构成的夹角为2，则切割磁感线的金属杆的有效长度为l2vt tan ，则金属杆受到的安培力为F安BIlBI2v tan tt，则安培力随时间正比增加，B错误；分析金属杆的受力，根据平衡条件有FF安mg sin mg sin t，由数学知识得，F随时间成线性变化，C正确；回路中产生的热量Q等于克服安培力所做的功，即QF安xBI2v tan tvt2BIv2tan t2t2，与时间的平方成正比，D错误。答案：AC6(多选)(2021海南海口二模)如图所示，宽为L的两固定光滑金属

10、导轨水平放置，空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。质量均为m、电阻值均为r的两导体棒ab和cd静止置于导轨上，其间距也为L，现给cd一向右的初速度v0，对它们之后的运动过程说法正确的是()Aab的加速度越来越大，cd的加速度越来越小B回路产生的焦耳热为mv02C通过ab的电荷量为D两导体棒间的距离最终变为L解析：对ab棒、cd棒整体分析，根据安培力公式和牛顿第二定律得F总ma，解得a，由于cd棒速度减小，ab棒速度增加，则两棒的加速度a均越来越小，A错误；棒ab和cd在运动过程中始终受到等大反向的安培力，系统的动量守恒，以向右的方向为正方向，则有mv02mv1，解得v1v0，由动能

11、定理得W安2mv12mv02，解得回路产生的焦耳热为QW安mv02，故B正确；设整个过程中通过回路的电荷量为q，对cd棒由动量定理得mv1mv0BILtBLq，即q，故C正确；对cd棒由动量定理得mv1mv0t，解得x，两导体棒间的距离最终变为L，故D正确。答案：BCD7(2021辽宁沈阳一模)如图甲所示，正五边形硬导线框abcde固定在磁场中，磁场方向与线框平面垂直，图乙表示该磁场的磁感应强度B随时间t变化的关系，t0时刻磁场方向垂直纸面向里。设垂直cd边向下为安培力的正方向，在05t0时间内，线框cd边受到该磁场对它的安培力F随时间t变化的关系图为()解析：在02t0时间内，磁感应强度的变

12、化率不变，则感应电流的方向不变，为顺时针方向，则在0t0时间内，线框cd边受到的安培力向下，并均匀减小，在t02t0时间内，线框cd边受到的安培力向上，并均匀增大；在2t03t0时间内，磁感应强度不变，无感应电流，无安培力；在3t05t0时间内，磁感应强度的变化率不变，则感应电流的方向不变，为逆时针方向，则在3t04t0时间内，线框cd边受到的安培力向下，并均匀减小，在4t05t0时间内，线框cd边受到的安培力向上，并均匀增大。综上所述B正确，ACD错误。答案：B8.(多选)(2021广东广州一模)如图所示，固定在水平面上的光滑平行金属导轨，间距为L，右端接有阻值为R的电阻，空间存在方向竖直、

13、磁感应强度为B的匀强磁场。质量为m、电阻为r的导体棒ab与固定弹簧相连，放在导轨上。初始时刻，弹簧恰处于自然长度。给导体棒水平向右的初速度v0，导体棒开始沿导轨往复运动，最终停在初始位置。在此过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。已知导体棒的电阻r与定值电阻R的阻值相等，不计导轨电阻，则下列说法中正确的是()A导体棒开始运动的初始时刻受到的安培力向左B导体棒开始运动的初始时刻导体棒两端的电压UBLv0C导体棒开始运动后速度第一次为零时，系统的弹性势能Epmv02D在金属棒整个运动过程中，电阻R上产生的焦耳热Qmv02解析：导体棒和定值电阻组成闭合线圈，导体棒开始运动的初始时刻，由右手定则

14、可知，ab棒中产生的感应电流方向从a到b，由右手定则可知，ab棒受到的安培力水平向左，A正确；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EBLv0，导体棒两端电压为路端电压，已知导体棒的电阻r与定值电阻R的阻值相等，所以路端电压UEBLv0，B错误；导体棒向右运动的过程中，安培力和弹簧弹力做功，根据功能关系可知QEpmv02，系统的弹性势能小于mv02，C错误；导体棒最终会停在初始位置，根据功能关系，电路上产生的焦耳热Qmv02，由于电路内阻等于外阻，所以电阻R上产生的焦耳热为QRQQmv02，D正确。答案：AD9.(2021福建漳州二模)如图为带灯的自行车后轮的示意图，金属轮框

15、与轮轴之间均匀地连接四根金属条，每根金属条中间都串接一个阻值为3 小灯泡，车轮半径为0.3 m，轮轴半径可以忽略。车架上固定一个强磁铁，可形成圆心角为60扇形匀强磁场区域，磁感应强度大小为2.0 T，方向垂直纸面(车轮平面)向里。若自行车后轮逆时针转动的角速度恒为10 rad/s，不计其它电阻，则下列说法不正确的是()A通过每个小灯泡的电流始终相等B当金属条ab在磁场中运动时，金属条ab中的电流从b指向aC当金属条ab在磁场中运动时，电路的总电阻为4 D当金属条ab在磁场中运动时，所受安培力大小为0.135 N解析：当其中一根金属条在磁场中切割磁感应线时，该金属条相当于电源，其它三根金属条相当

16、于外电路且并联，根据电路特点可知，通过磁场中的金属条的电流是通过其它三根金属条电流的三倍，故A错误；当金属条ab在磁场中运动时，根据右手定则可知通过金属条ab中的电流方向从b指向a，故B正确；金属条ab在匀强磁场中运动时充当电源，其余为外电路，且并联，其等效电路如图所示。设电路的总电阻为R总，由串并联知识得R总RR3 3 4 ，故C正确；当金属条ab在磁场中运动时，产生的感应电动势为EBr220.3210 V0.9 V，此时通过ab的电流为I A0.225 A，所以金属条ab所受安培力大小为FABIr20.2250.3 N0.135 N，故D正确。答案：A二、计算题10(2021山东日照二模)

17、如图甲所示，电阻不计的光滑平行金属导轨相距L0.5 m，水平导轨上的金属棒ab在水平拉力F作用下以v2 m/s的速度向右匀速运动，导轨左侧弯成圆弧，有另一金属棒cd刚好静止在圆弧内侧PP位置，半径OP与竖直面的夹角53，过O点、O点与水平导轨垂直的竖直面恰好是左右两侧匀强磁场的分界面，从a端(或d端)看的侧视图如图乙所示，右侧磁场B10.2 T，方向竖直向下，左侧磁场B20.4 T，方向竖直但未知上下，两金属棒的质量均为m、电阻均为R0.05 ，金属棒与导轨始终接触良好。水平导轨足够长，g取10 m/s2，sin 530.8，cos 530.6，求：(1)拉力F的大小；(2)左侧磁场B2的方向

18、和金属棒cd的质量m；(3)ab棒前进20 m的过程中cd棒产生的焦耳热。解析：(1)ab棒匀速切割磁感线产生的电动势EB1Lv0.20.52 V0.2 V回路中的电流I A2 Aab棒受的安培力F安1B1IL20.50.2 N0.2 Nab棒匀速运动所受拉力FF安10.2 N(2)由右手定则知，ab棒产生的电动势方向由a指向b，cd棒中的电流方向由c指向d，cd平衡所受安培力应水平向左，故由左手定则可得磁场B2方向竖直向上。cd棒受的安培力F安2B2IL20.50.4 N0.4 N对cd受力分析得tan 解得m0.03 kg(3)ab棒前进20 m过程中拉力F做功WFFx0.220 J4 Jab匀速运动，则克服安培力做功W克安WF4 J整个电路产生的焦耳热QW克安4 Jcd棒产生的焦耳热QcdQ2 J答案：(1)0.2 N(2)方向竖直向上，0.03 kg(3)2 J