2020版高考物理总复习第十章电磁感应综合检测（含解析）.docx

电磁感应 综合检测(时间:90分钟满分:100分)一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分.在每小题给出的四个选项中,第17小题只有一个选项正确,第812小题有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分)1.如图所示,在条形磁铁的中央位置的正上方水平固定一铜质圆环,不计空气阻力,以下判断正确的是(B)A.释放圆环,环下落时产生感应电流B.释放圆环,环下落时无感应电流C.释放圆环,环下落时环的机械能不守恒D.以上说法都不正确解析:圆环竖直向下运动时,通过圆环的磁通量始终为零,不产生感应电流,故A,D错误,B正确;由于没有感应电流,没有安培力做功,只有重力做功,故环的机械能守恒,故C错误.2.如图所示,在光滑绝缘水平面上,有一矩形线圈以一定的初速度进入匀强磁场区域,线圈全部进入匀强磁场区域时,其动能恰好等于它在磁场外面时的一半,设磁场区域宽度大于线圈宽度,则(C)A.线圈恰好在完全离开磁场时停下B.线圈在未完全离开磁场时即已停下C.线圈能通过场区不会停下D.线圈在磁场中某个位置停下解析:线圈进入或出磁场,安培力做负功,则出磁场时的速度小于进磁场时的速度,所受的安培力小于进磁场时所受的安培力,根据动能定理,出磁场时动能的变化量小于进磁场时动能的变化量,而进磁场时其动能恰好等于它在磁场外面时的一半,由于出磁场后,动能不为零,线圈将继续运动,故C正确,A,B,D错误.3.如图所示,三个灯泡L1,L2,L3的电阻关系为R1R2R3,电感线圈L的电阻可忽略,D为理想二极管,开关S从闭合状态突然断开时,下列判断正确的是(B)A.L1逐渐变暗,L2,L3均先变亮,然后逐渐变暗B.L1逐渐变暗,L2立即熄灭,L3先变亮,然后逐渐变暗C.L1立即熄灭,L2,L3均逐渐变暗D.L1,L2,L3均先变亮,然后逐渐变暗解析:开关S处于闭合状态时,由于R1R2I2I3,开关S从闭合状态突然断开时,L产生自感电动势,由于二极管的反向截止作用,L2立即熄灭,电感线圈、L1,L3组成闭合回路,L1逐渐变暗,通过L3的电流由I3变为I1,再逐渐减小,故L3先变亮,然后逐渐变暗,选项B正确.4.美国大众科学月刊网站报道,美国明尼苏达大学的研究人员发现,一种具有独特属性的新型合金能够将热能直接转化为电能.具体而言,只要略微提高温度,这种合金就会变成强磁性合金,从而使环绕它的线圈中产生电流,其简化模型如图所示.A为圆柱形合金材料,B为线圈,套在圆柱形合金材料上,线圈的半径大于合金材料的半径.现对A进行加热,则(D)A.B中将产生逆时针方向的电流B.B中将产生顺时针方向的电流C.B线圈有收缩的趋势D.B线圈有扩张的趋势解析:合金材料加热后,合金材料成为磁体,通过线圈B的磁通量增大,由楞次定律可知线圈只有扩张,才能阻碍磁通量的变化,C错误,D正确;由于不知道极性,无法判断感应电流的方向,A,B错误.5.有一个匀强磁场边界是EF,在EF右侧无磁场,左侧是匀强磁场区域,如图(甲)所示.现有一个闭合的金属线框以恒定速度从EF右侧水平进入匀强磁场区域.线框中的电流随时间变化的it图像如图(乙)所示,则可能的线框是下列四个选项中的(A)解析:由题图(乙)可知,电流先是均匀增加,后均匀减小,又i=l,所以金属线框切割磁感线的有效长度应先是均匀增加,后均匀减小,A项符合;B项线框中间部分进入磁场后切割磁感线的有效长度不变;C项切割磁感线的有效长度不变;D项切割磁感线的有效长度不是均匀地增加和减小.6.如图,固定在水平桌面上的光滑金属导轨cd,eg处于方向竖直向下的匀强磁场中,金属杆ab与导轨接触良好,在两根导轨的端点d,e之间连接一电阻,其他部分电阻忽略不计.现用一水平向右的恒力F作用在金属杆ab上,使金属杆由静止开始向右沿导轨滑动,滑动中杆ab始终垂直于导轨,金属杆受到的安培力用F安表示,则下列说法正确的是(C)A.金属杆ab做匀加速直线运动B.金属杆ab运动过程回路中有顺时针方向的电流C.金属杆ab所受到的F安先不断增大,后保持不变D.金属杆ab克服安培力做功的功率与时间的平方成正比解析:对金属杆根据牛顿第二定律得F-F安=ma,即F-=ma,由于速度变化,故加速度发生变化,故金属杆不是匀变速直线运动,故选项A错误;根据楞次定律可以知道,金属杆ab运动过程回路中有逆时针方向的电流,故选项B错误;由F安=可知,当速度增大时,则安培力增大,当金属杆最后做匀速运动时,安培力不变,故选项C正确;金属杆中感应电流的瞬时功率P=I2R=()2R=,由于速度与时间不成正比,故选项D错误.7.如图(甲)所示,电路的左侧是一个电容为C的电容器,电路的右侧是一个单匝环形导体,环形导体所围的面积为S,在环形导体中有一垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度的大小随时间变化的规律如图(乙)所示.则在0t0时间内电容器(A)A. 上极板带正电,所带电荷量为B. 上极板带正电,所带电荷量为C. 上极板带负电,所带电荷量为D. 上极板带负电,所带电荷量为解析:根据法拉第电磁感应定律,电动势E=,电容器两端的电压等于电源的电动势,所以电容器所带的电荷量Q=CU=,根据楞次定律,在环形导体中产生的感应电动势的方向为逆时针方向,所以电容器的上极板带正电,故A正确,B,C,D错误.8.如图所示,光滑导轨倾斜放置,下端连一灯泡,匀强磁场垂直于导轨平面,当金属棒ab(电阻不计)沿导轨下滑达到稳定状态时,灯泡的电功率为P,导轨和导线电阻不计.要使灯泡在金属棒稳定运动状态下的电功率为2P,则下面选项中符合条件的是(AC)A.将导轨间距变为原来的B.换一电阻值减半的灯泡C.换一质量为原来倍的金属棒D.将磁场磁感应强度B变为原来的倍解析:当ab棒下滑到稳定状态时,有mgsin =F安,电动势为E=BLv,安培力为F安=,即mgsin =,由能量守恒定律得,灯泡的功率为P=,将导轨间距变为原来的倍,P变为原来的2倍,故A正确;换一个电阻为原来一半的灯泡,P变为原来的,故B错误;当换一根质量为原来倍的金属棒时,P变为原来的2倍,故C正确;当把磁感应强度B增为原来的倍,P变为原来的,故D错误.9.如图所示,在匀强磁场的上方有一半径为R、质量为m的导体圆环,圆环的圆心距离匀强磁场上边界的距离为h.将圆环由静止释放,圆环刚进入磁场的瞬间和完全进入磁场的瞬间,速度均为v.已知圆环的电阻为r,匀强磁场的磁感应强度大小为B,重力加速度为g.下列说法正确的是(AD)A.圆环进入磁场的过程中,圆环的右端电势高B.圆环进入磁场的过程做的是匀速直线运动C.圆环进入磁场的过程中,通过导体某个横截面的电荷量为D.圆环进入磁场的过程中,电阻产生的热量为2mgR解析:根据楞次定律可判断电流为逆时针,等效电源内部电流由低电势流向高电势,选项A正确;圆环进入磁场的过程中,切割磁感线的有效长度不同,受到的安培力大小不同,不能做匀速直线运动,选项B错误;圆环进入磁场的过程中,通过导体某个横截面的电荷量Q=,选项C错误;根据功能关系,圆环进入磁场的过程中,电阻产生的热量等于机械能的减小量,大小为2mgR,选项D正确.10. 矩形导线框abcd固定在匀强磁场中,磁场的方向与导线框所在的平面垂直,磁感应强度B随时间变化的规律如图所示,规定垂直纸面向里为磁场正方向,顺时针方向为感应电流正方向,水平向右为ad边所受安培力F的正方向.下列图像正确的是(BD)解析:线圈中的感应电流决定于磁感应强度B随t的变化率.由图可知,01 s时间内,B增大,增大,感应磁场与原磁场方向相反(感应磁场的磁感应强度的方向向外),由右手定则知感应电流是逆时针的,因而是负值,因磁场均匀变化,所以产生的感应电流恒定,故A错误,B正确;01 s时间内,ad边感应电流是向下的,ad边所受的安培力F=BIL,根据左手定则得安培力方向向右为正值,由于B随时间均匀增大,I不变,所以安培力F随时间t均匀增大,故C错误,D正确.11.某同学在实验室里做如下实验,光滑竖直金属导轨(电阻不计)上端接有电阻R,下端开口,所在区域有垂直纸面向里的匀强磁场,一个矩形导体框(电阻不计)和光滑金属导轨在整个运动中始终保持良好接触,矩形导体框的宽度大于两个导轨的间距,一弹簧下端固定在水平面上,弹簧涂有绝缘漆,弹簧和导体框接触时,二者处于绝缘状态,且导体框与弹簧接触过程无机械能的损失.现将导体框在距离弹簧上端H处由静止释放,导体框下落,接触到弹簧后一起向下运动然后反弹,直至导体框静止.导体框的质量为m,重力加速度为g,则下列说法正确的是(AC)A.导体框接触到弹簧后,可能立即做减速运动B.在接触弹簧前导体框下落的加速度为gC.只改变下落的初始高度H,导体框的最大速度可能不变D.只改变R的阻值,在导体框运动过程中系统产生的焦耳热会改变解析:导体框下落过程中导体框两部分切割磁感线,相当于两个电源给电阻R供电,接入导轨部分的导体框有电流流过,所以当导体框所受安培力等于导体框的重力时速度达到最大,达到最大速度可能发生在接触弹簧之前,所以有可能在接触弹簧前已经达到匀速,故A,C正确;由于有感应电流,导体框受到安培力作用,所以加速度小于g,故B错误;由于质量一定,所以最后弹簧停止的位置是确定的,重力势能的减少量是确定的,弹簧增加的弹性势能是确定的,所以电阻产生的热量与R无关,电阻大小会影响导体框反复的次数,故D错误.12.如图所示,在光滑的水平面上,有一质量为M,边长为l,电阻为R的正方形均匀金属线框,BC边与虚线PQ平行,PQ右侧有竖直向上的匀强磁场,磁场宽度大于l,磁感应强度大小为B.线框通过一水平细线绕过光滑定滑轮悬挂一质量为m的物体,现由静止释放物体,当线框有一半进入磁场时已匀速运动,当地的重力加速度为g,线框从开始运动到AD边刚进入磁场过程中下列说法正确的是(ABD)A.刚释放物体的瞬间,线框的加速度为B.细绳拉力的最小值为C.线框恰全部进入磁场时,产生的热量等于mgl-D.线框有一半进入磁场时与线框AD边刚进入磁场时BC两端的电压大小之比为34解析:刚释放物体的瞬间,对物体有mg-T=ma,对线框有T=Ma,解得线框的加速度为a=,故A正确;刚释放物体的瞬间,细绳拉力最小,故细绳拉力的最小值Tmin=Ma=,故B正确;线框恰全部进入磁场时,线框做匀速直线运动,线框的速度最大,则有=mg,解得vm=,根据能量守恒定律可得线框产生的热量Q=mgl-(m+M)=mgl-,故C错误;线框有一半进入磁场时BC两端的电压大小UBC=Blvm,线框AD边刚进入磁场时BC两端的电压大小UBC=Blvm,所以UBCUBC=34,故D正确.二、非选择题(共52分)13.(6分)如图为“探究电磁感应现象”的实验装置.(1)将图中所缺的导线补接完整.(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么合上开关后可能出现的情况有:将小线圈迅速插入大线圈时,灵敏电流计指针将;小线圈插入大线圈后,将滑动变阻器触头迅速向左拉时,灵敏电流计指针.(3)在做“探究电磁感应现象”实验时,如果大线圈两端不接任何元件,则大线圈电路中将.A.因电路不闭合,无电磁感应现象B.有电磁感应现象,但无感应电流,只有感应电动势C.不能用楞次定律判断大线圈两端电势的高低D.可以用楞次定律判断大线圈两端电势的高低解析:(1)将电源、开关、变阻器、小线圈串联成一个回路,再将电流计与大线圈串联成另一个回路,连线图如图所示.(2)闭合开关,磁通量增加,指针向右偏转,将小线圈迅速插入大线圈,磁通量增加,则灵敏电流计的指针向右偏转一下.小线圈插入大线圈后,将滑动变阻器触头迅速向左拉时,电阻增大,则电流减小,穿过大线圈的磁通量减小,则灵敏电流计指针向左偏转一下.(3)如果大线圈两端不接任何元件,大线圈中仍有磁通量的变化,仍会产生感应电动势,不会有感应电流存在,可根据楞次定律来确定电荷移动的方向,从而可以判断出大线圈两端电势高低情况.故B,D正确,A,C错误.答案:(1)见解析(2)向右偏转一下向左偏转一下(3)BD评分标准:每小题2分.14.(6分)某同学在学习了感应电流的产生条件和楞次定律之后,自己制作了一个手动手电筒.如图是手电筒的简单结构示意图,左右两端是两块完全相同的条形磁铁,中间是一根绝缘直杆,由绝缘细铜丝绕制的多匝环形线圈只可在直杆上自由滑动,线圈两端接一灯泡,晃动手电筒时线圈也来回滑动,灯泡就会发光,其中O点是两磁极连线的中点,a,b两点关于O点对称.(1)试分析其工作原理;(2)灯泡中的电流方向(选填“变化”或“不变化”).解析:(1)当晃动手电筒时,线圈来回滑动,线圈的磁通量有变化,就会产生感应电流,与线圈相连的灯泡就会发光.(2)线圈所在处的原磁场方向水平向左,线圈在O点时磁通量最小,在向左或向右移动时,磁通量增大,在从一端经过O点向另一端移动时,磁通量先减小后增大,产生相反方向的感应电流,所以灯泡中的电流方向发生变化.答案:(1)磁通量变化,有感应电流(2)变化评分标准:每问3分.15.(8分)如图,两足够长光滑平行金属导轨固定在水平面(纸面)内,导轨间距为l,两根长度也为l的金属杆a,b置于导轨上,两轨之间是匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向竖直向下.已知两金属杆质量均为m,电阻均为R,若给a杆一个水平向右的初速度v0,两杆在运动过程中始终与导轨保持垂直且接触良好,除两金属杆电阻外,其他电阻忽略不计,求:(1)a杆刚运动时,通过a杆的电流大小;(2)a杆速度达到稳定时,a杆中产生的总热量.解析:(1)a杆刚运动时,感应电动势E=Blv0(1分)对闭合回路,E=I2R(1分) 解得流过a杆的电流I=.(1分)(2)对a杆和b杆构成的系统,由动量守恒,mv0=2mv(1分) 由能量守恒,m=2mv2+2Q(2分)解得a杆产生的热量Q=m.(2分)答案:(1)(2)m16.(8分)如图所示,平行导轨宽度L=0.5 m,固定在水平面内,左端A,C间接有电阻R=3 ,金属棒DE质量m=0.40 kg,电阻r=1 ,垂直导轨放置,棒与导轨间的动摩擦因数=0.25,到AC的距离x=2.0 m,匀强磁场磁感应强度方向垂直平面向上,磁感应强度随时间t的变化规律是B=(2+2t)T,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,不计导轨电阻,g=10 m/s2,求:(1)t=0时刻回路中的磁通量及回路中感应电流的方向;(2)经多长时间棒开始滑动?(3)从t=0到开始滑动的时间内,电阻R上产生的焦耳热.解析:(1)t=0时刻磁感应强度B0=2 T,(1分)磁通量=B0Lx,解得=2.0 Wb;(1分)根据楞次定律可知,回路中感应电流的方向为ACDE.(1分)(2)棒刚开始滑动时,对棒受力分析如图:此时FA=fm,(1分)又FA=BIL,I=,E=(1分)联立解得t=1 s.(1分)(3)根据焦耳定律Q=I2Rt,(1分)代入数据可得Q=0.75 J.(1分)答案:(1)2.0 Wb方向为ACDE(2) 1 s(3) 0.75 J17.(12分)如图(甲)所示,足够长的光滑导轨倾角为30,间距L=4 m,电阻不计,恒定的非匀强磁场方向垂直于斜面向下,电阻R=5 ,导体棒ab的质量m=1 kg,电阻r=3 ,垂直于导轨放置.现使导体棒ab从磁场上边界由静止下滑,测得导体棒所到达位置的磁感应强度B与导体棒在该位置速度之间的关系如图(乙)所示.(g取10 m/s2)(1)求导体棒下滑5 s时的速度和位移;(2)求导体棒下滑5 s内回路中产生的焦耳热.解析:(1)由题图(乙)可知,棒下滑的任意状态有B2v=0.5 T2ms-1(2分)对棒下滑过程中某一状态由牛顿第二定律得mgsin 30-=ma(2分)以上两式代入数据可得物体的加速度a=4 m/s2(1分)可见导体棒在斜面上做a=4 m/s2的匀加速直线运动,t=5 s时,棒的速度v=at=20 m/s(1分)棒的位移s=at2=50 m.(1分)(2)由能量守恒得mgsin 30s=mv2+Q(3分)代入数据解得Q=50 J.(2分)答案:(1)20 m/s50 m(2)50 J18.(12分)涡流制动是一种利用电磁感应原理工作的新型制动方式,它的基本原理如图(甲)所示,水平面上固定一块铝板,当一竖直方向的条形磁铁在铝板上方几毫米高度上水平经过时,铝板内感应出的涡流会对磁铁的运动产生阻碍作用,涡流制动是磁悬浮列车在高速运行时进行制动的一种方式.某研究所制成如图(乙)所示的车和轨道模型来定量模拟磁悬浮列车的涡流制动过程,车厢下端安装有电磁铁系统,能在长为L1=0.6 m,宽L2=0.2 m的矩形区域内产生竖直方向的匀强磁场,磁感应强度可随车速的减小而自动增大(由车内速度传感器控制),但最大不超过B1=2 T,将铝板简化为长大于L1 ,宽也为L2的单匝矩形线圈,间隔铺设在轨道正中央,其间隔也为L2,每个线圈的电阻为R1=0.1,导线粗细忽略不计,在某次实验中