2015届高三物理一轮总复习同步训练：第9章　电磁感应

第九章 电磁感应 第 1 节 电磁感应现象 楞次定律 一 单项选择题 1 假如有一宇航员登月后 想探测一下月球表面是否有磁场 他手边有一只灵敏电 流表和一个小线圈 则下列推断正确的是 A 直接将电流表放于月球表面 看是否有示数来判断磁场的有无 B 将电流表与线圈组成闭合回路 使线圈沿某一方向运动 如电流表无示数 则可 判断月球表面无磁场 C 将电流表与线圈组成闭合回路 使线圈沿某一方向运动 如电流表有示数 则可 判断月球表面有磁场 D 将电流表与线圈组成闭合回路 使线圈在某一平面内沿各个方向运动 如电流表 无示数 则可判断月球表面无磁场 2 如图所示 虚线框内有匀强磁场 大环和小环是垂直于磁场放置的两个圆环 分 别用 1和 2表示穿过大小两环的磁通量 则有 A 1 2 B 1E2 a 端为正 B E1 E2 b 端为正 C E1 E2 a 端为正 D E1 E2 b 端为正 3 如图所示 两块距离为 d 的金属板水平放置 将其用导线和开关与一个匝数为 n 的线圈连接 线圈所处的空间有方向竖直向上且大小变化的磁场 B 两金属板间放一台压 力传感器 传感器上表面静止放置一个质量为 m 电荷量为 q 的小球 S 断开时传感器上 有示数 S 闭合时传感器上示数为 2mg 则线圈中的磁场 B 的变化情况和磁通量变化率分 别是 A 正在增加 B 正在减弱 t mgd q t mgd nq C 正在减弱 D 正在增加 t mgd q t mgd nq 4 图中 a d 所示分别为穿过某一闭合回路的磁通量 随时间 t 变化的图象 关于回 路中产生的感应电动势的下列论述正确的是 A 图 a 中回路产生的感应电动势恒定不变 B 图 b 中回路产生的感应电动势一直在变大 C 图 c 中回路在 0 t1时间内产生的感应电动势小于在 t1 t2时间内产生的感应电动 势 D 图 d 中回路产生的感应电动势先变小再变大 5 如图中半径为 r 的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场 B 中 绕 O 轴以角速度 沿 逆时针方向匀速转动 则通过电阻 R 的电流的方向和大小是 金属圆盘的电阻不计 A 由 c 到 d I B 由 d 到 c I Br2 R Br2 R C 由 c 到 d I D 由 d 到 c I Br2 2R Br2 2R 6 如图所示 一个菱形的导体线框沿着自己的对角线匀速运动 穿过具有一定宽度 的匀强磁场区域 已知对角线 AC 的长度为磁场宽度的两倍且与磁场边界垂直 下面对于 线框中感应电流随时间变化的图象 电流以 ABCD 顺序流向为正方向 从 C 点进入磁场开 始计时 正确的是 7 在如图所示的电路中 两个灵敏电流表 G1和 G2的零点都在刻度盘中央 当电流 从 接线柱流入时 指针向右摆 当电流从 接线柱流入时 指针向左摆 在电 路接通后再断开的瞬间 下列说法中符合实际情况的是 A G1表指针向左摆 G2表指针向右摆 B G1表指针向右摆 G2表指针向左摆 C G1 G2表的指针都向左摆 D G1 G2表的指针都向右摆 8 如图 a 是用电流传感器 相当于电流表 其电阻可以忽略不计 研究自感现象的实验 电路 图中两个电阻的阻值均为 R L 是一个自感系数足够大的自感线圈 其直流电阻值 也为 R 图 b 是某同学画出的在 t0时刻开关 S 切换前后 通过传感器的电流随时间变化的图 象 关于这些图象 下列说法中正确的是 A 甲是开关 S 由断开变为闭合 通过传感器 1 的电流随时间变化的情况 B 乙是开关 S 由断开变为闭合 通过传感器 2 的电流随时间变化的情况 C 丙是开关 S 由闭合变为断开 通过传感器 2 的电流随时间变化的情况 D 丁是开关 S 由闭合变为断开 通过传感器 2 的电流随时间变化的情况 二 多项选择题 9 2012 四川卷 半径为 a 右端开小口的导体圆环和长为 2a 的导体直杆 单位长度电 阻均为 R0 圆环水平固定放置 整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场 磁感应强度为 B 杆 在圆环上以速度 v 平行于直径 CE 向右做匀速直线运动 杆始终有两点与圆环良好接触 从圆环中心 O 开始 杆的位置由 确定 如图所示 则 A 0 时 杆产生的电动势为 2Bav B 时 杆产生的电动势为Bav 33 C 0 时 杆受的安培力大小为 2B2av 2 R0 D 时 杆受的安培力大小为 3 3B2av 5 3 R0 10 如图所示 空间存在两个磁场 磁感应强度大小均为 B 方向相反且垂直纸面 MN PQ 为其边界 OO 为其对称轴 一导线折成边长为 l 的正方形闭合回路 abcd 回路 在纸面内以恒定速度 v0向右运动 当运动到关于 OO 对称的位置时 A 穿过回路的磁通量为零 B 回路中感应电动势大小为 2Blv0 C 回路中感应电流的方向为顺时针方向 D 回路中 ab 边与 cd 边所受安培力方向相同 三 非选择题 11 如图所示 磁感应强度 B 0 2T 的匀强磁场中有一折成 30 角的金属导轨 aOb 导 轨平面垂直磁场方向 一条直导线 MN 垂直 Ob 方向放置在导轨上并接触良好 当 MN 以 v 4 m s 的速度从导轨 O 点开始向右沿水平方向匀速运动时 若所有导线单位长度的电阻 0 1 m 求 1 经过时间 t 后 闭合回路的感应电动势的瞬时值 2 时间 t 内 闭合回路的感应电动势的平均值 3 当时间为 t 时 闭合回路中的电流大小和方向 12 有一面积为 S 100 cm2的金属环如图甲所示 电阻为 R 0 1 环中磁场变化规 律如图乙所示 且磁场方向垂直环面向里 在 t1到 t2时间内 1 环中感应电流的方向如何 2 通过金属环的电荷量为多少 13 如图所示 电阻不计的平行金属导轨 MN 和 OP 放置在水平面内 MO 间接有阻值 为 R 3 的电阻 导轨相距 d 1 m 其间有竖直向下的匀强磁场 磁感应强度 B 0 5 T 质量为 m 0 1 kg 电阻为 r 1 的导体棒 CD 垂直于导轨放置 并接触良好 用平行 于 MN 的恒力 F 1 N 向右拉动 CD CD 受的摩擦阻力 Ff恒为 0 5 N 求 1 CD 运动的最大速度的大小 2 当 CD 达到最大速度后 电阻 R 消耗的电功率是多少 3 当 CD 的速度为最大速度的一半时 CD 的加速度的大小 14 如图甲所示 空间存在一宽度为 2L 的有界匀强磁场 磁场方向垂直纸面向里 在 光滑绝缘水平面内有一边长为 L 的正方形金属线框 其质量 m 1 kg 电阻 R 4 在水 平向左的外力 F 作用下 以初速度 v0 4 m s 匀减速进入磁场 线框平面与磁场垂直 外 力 F 的大小随时间 t 变化的图线如图乙所示 以线框右边刚进入磁场时开始计时 求 1 匀强磁场的磁感应强度 B 2 线框进入磁场的过程中 通过线框的电荷量 q 3 判断线框能否从右侧离开磁场 说明理由 第 3 节 电磁感应中的综合应用 一 单项选择题 1 2012 新课标卷 如图 均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框 半圆直 径与磁场边缘重合 磁场方向垂直于半圆面 纸面 向里 磁感应强度大小为 B0 使该线框从 静止开始绕过圆心 O 垂直于半圆面的轴以角速度 匀速转动半周 在线框中产生感应电 流 现使 线框保持图中所示位置 磁感应强度大小随时间线性变化 为了产生与线框转动 半周过程中同样大小的电流 磁感应强度随时间的变化率的大小应为 B t A B 4 B0 2 B0 C D B0 B0 2 2 甲 乙两个完全相同的铜环可绕固定轴 OO 旋转 当给以相同的初始角速度开始 转动后 由于阻力 经相同的时间后便停止 若将两环分别置于磁感应强度 B 大小相同的 匀强磁场中 甲环的转轴与磁场方向垂直 乙环的转轴与磁场方向平行 如图所示 当甲 乙两环同时以相同的角速度开始转动后 则下列判断正确的是 A 甲环先停 B 乙环先停 C 两环同时停下 D 无法判断两环停止的先后 3 如图所示 固定的水平长直导线中通有电流 I 下方有一矩形线框 与导线在同一 竖直平面内 且一边与导线平行 线框由静止释放 在下落过程中 A 穿过线框的磁通量保持不变 B 线框中感应电流方向保持不变 C 线框所受安培力的合力为零 D 线框的机械能不断增大 4 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线 如图所示 抛物线的方程是 y x2 下半部 分处在一个水平方向的匀强磁场中 磁场的上边界是 y a 的直线 图中的虚线所示 一个 小金属圆环从抛物线上 y b b a 处以速度 v 沿抛物线下滚 假设抛物线足够长 金属圆 环沿抛物线下滚后产生的焦耳热的总量是 A mgb B mv2 1 2 C mg b a D mg b a mv2 1 2 二 多项选择题 5 如图所示一导线弯成闭合线圈 以速度 v 向左匀速进入磁感应强度为 B 的匀强磁 场 磁场方向垂直平面向外 线圈总电阻为 R 从线圈进入磁场开始到完全进入磁场为止 下列结论正确的是 A 感应电流一直沿顺时针方向 B 线圈受到的安培力先增大 后减小 C 感应电动势的最大值 E Brv D 穿过线圈某个横截面的电荷量为 B r2 r2 R 6 如图所示 垂直纸面的正方形匀强磁场区域内 有一位于纸面且电阻均匀的正方 形导体框 abcd 现将导体框分别朝两个方向以 v 3v 速度匀速拉出磁场 则导体框从两个 方向移出磁场的两个过程中 A 导体框中产生的感应电流方向相同 B 导体框中产生的焦耳热相同 C 导体框 ad 边两端电势差相同 D 通过导体框截面的电荷量相同 7 如图所示 电阻为 R 其他电阻均可忽略 ef 是一电阻可不计的水平放置的导体 棒 质量为 m 棒的两端分别与 ab cd 保持良好接触 又能沿框架无摩擦下滑 整个装置 放在与框架垂直的匀强磁场中 当导体棒 ef 从静止下滑经一段时间后闭合开关 S 则 S 闭 合后 A 导体棒 ef 的加速度可能大于 g B 导体棒 ef 的加速度一定小于 g C 导体棒 ef 最终速度随 S 闭合时刻的不同而不同 D 导体棒 ef 的机械能与回路内产生的电能之和一定守恒 8 两根足够长的光滑导轨竖直放置 间距为 L 底端接阻值为 R 的电阻 将质量为 m 的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端 金属棒和导轨接触良好 导轨所在平面与磁感 应强度为 B 的匀强磁场垂直 如图所示 除电阻 R 外其余电阻不计 现将金属棒从弹簧原 长位置由静止释放 则 A 释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度 g B 金属棒向下运动时 流过电阻 R 的电流方向为 a b C 金属棒的速度为 v 时 电路中的电功率为 B2L2v2 R D 电阻 R 上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少量 9 如图所示 相距为 L 的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为 上端 接有定值电阻 R 匀强磁场垂直于导轨平面 磁感应强度为 B 将质量为 m 的导体棒由静止 释放 当速度达到 v 时开始匀速运动 此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力 并保 持拉力的功率恒为 P 导体棒最终以 2v 的速度匀速运动 导体棒始终与导轨垂直且接触良 好 不计导轨和导体棒的电阻 重力加速度为 g 下列选项正确的是 A P 2mgvsin B P 3mgvsin C 当导体棒速度达到 时加速度大小为 sin v 2 g 2 D 在速度达到 2v 以后匀速运动的过程中 R 上产生的焦耳热等于拉力所做的功 三 非选择题 10 如图 两根足够长的金属导轨 ab cd 竖直放置 导轨间距离为 L 电阻不计 在 导轨上端并接两个额定功率均为 P 电阻均为 R 的小灯泡 整个系统置于匀强磁场中 磁 感应强度方向与导轨所在平面垂直 现将一质量为 m 电阻可以忽略的金属棒 MN 从图示 位置由静止开始释放 金属棒下落过程中保持水平 且与导轨接触良好 已知某时刻后两 灯泡保持正常发光 重力加速度为 g 求 1 磁感应强度的大小 2 灯泡正常发光时导体棒的运动速率 11 如图 a 所示 间距为 l 电阻不计的光滑导轨固定在倾角为 的斜面上 在区域 内有方向垂直于斜面的匀强磁场 磁感应强度为 B 在区域 内有垂直于斜面向下的匀强 磁场 其磁感应强度 Bt的大小随时间 t 变化的规律如图 b 所示 t 0 时刻在轨道上端的金 属细棒 ab 从如图所示位置由静止开始沿导轨下滑 同时下端的另一金属细棒 cd 在位于区 域 内的导轨上由静止释放 在 ab 棒运动到区域 的下边界 EF 处之前 cd 棒始终静止不 动 两棒均与导轨接触良好 已知 cd 棒的质量为 m 电阻为 R ab 棒的质量 阻值均未知 区域 沿斜面的长度为 2l 在 t tx时刻 tx未知 ab 棒恰进入区域 重力加速度为 g 求 1 通过 cd 棒电流的方向和区域 内磁场的方向 2 当 ab 棒在区域 内运动时 cd 棒消耗的电功率 3 ab 棒开始下滑的位置离 EF 的距离 4 ab 棒从开始下滑至 EF 的过程中回路中产生的热量 12 2013 湖南四校联考 如图所示 竖直面内的正方形导线框 ABCD 和 abcd 的边长均 为 l 电阻均为 R 质量分别为 2m 和 m 它们分别系在一跨过两个定滑轮的轻绳两端 在 两导线框之间有一宽度为 2l 磁感应强度大小为 B 方向垂直竖直面向里的匀强磁场 开 始时 ABCD 的下边与匀强磁场的上边界重合 abcd 的上边到匀强磁场的下边界的距离为 l 现将系统由静止释放 当 ABCD 刚全部进入磁场时 系统开始做匀速运动 不计摩擦和空 气阻力 求 1 系统匀速运动的速度大小 2 两线框从开始运动至等高的过程中所产生的总焦耳热 3 线框 abcd 通过磁场的时间 第九章 电磁感应 第 1 节 电磁感应现象 楞次定律 1 C 2 C 3 D 4 A 5 D 6 B 7 D 8 B 9 C 10 C 11 AD 12 BC 13 解析 要使 MN 棒中不产生感应电流 应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化 即任一时刻的磁通量与 t 0 时刻的磁通量相等 在 t 0 时刻 穿过线圈平面的磁通量 1 B0 S B0 l2 设 t 时刻的磁感应强度为 B 此时磁通量为 2 Bl l vt 由 1 2得 B B0l l vt 第 2 节 法拉第电磁感应定律及其应用 1 D 2 D 3 B 4 D 5 D 6 B 7 B 8 C 9 AD 10 ABD 11 解析 1 设运动时间 t 后 直导线 MN 在 Ob 上移动了 x vt 4t MN 的有效长度 l xtan 30 t 4 3 3 感应电动势的瞬时值 E Blv 0 2 t 4V 1 84tV 4 3 3 2 这段时间内感应电动势的平均值 Blv 0 2 4V 0 92tV E t B S t B 1 2lvt t 1 2 1 2 4 3t 3 3 随 t 增大 回路电阻增大 当时间为 t 时 回路总长度 L 4t t 10 9t 4 3 3 8 3 3 回路总电阻 R L 10 9t 0 1 1 09t 回路总电流 I A 1 69A E R 1 84t 1 09t 电流大小恒定 由右手定则知 电流方向沿逆时针 12 解析 1 由楞次定律 可以判断出金属环中感应电流的方向为逆时针方向 2 由题图乙可知 磁感应强度的变化率 B t B2 B1 t2 t1 金属环中产生的电动势为 E S S t B t B2 B1 t2 t1 环中形成的感应电流 I E R t R R t 通过金属环的电荷量 q I t 由 式解得 q C 0 01C B2 B1 S R 0 2 0 1 10 2 0 1 13 解析 1 设导体棒的运动速度为 v 则产生的感应电动势为 E Bdv 根据闭合电路欧姆定律有 I E R r 则安培力为 F0 BdI 据题意分析 当 v 最大时 有 F F0 Ff 0 联立以上各式得 vm 8 m s F Ff R r B2d2 2 棒 CD 速度最大时 同理有 Em Bdvm Im 而 PRm I R Em R r2 m 联立得 PRm 3 W B2d2v2 mR R r 2 3 当 CD 速度为 vm时有 E I 1 2 Bdvm 2 E R r F BId 据牛顿第二定律有 F F Ff ma 联立得 a 2 5 m s2 14 解析 1 由 F t 图象可知 线框的加速度 a 2 m s2 F2 m 线框的边长 L v0t at2 4 1 2 12 m 3 m 1 2 1 2 t 0 时刻线框中的感应电流 I BLv0 R 线框所受的安培力 F安 BIL 由牛顿第二定律得 F1 F安 ma 又 F1 1 N 联立得 B T 0 33 T 1 3 2 线框进入磁场的过程中 平均感应电动势 E BL2 t 平均电流 I E R 通过线框的电荷量 q t I 联立得 q 0 75C 3 设匀减速运动速度减为零的过程中线框通过的位移为 x 由运动学公式得 0 v 2ax 2 0 代入数值得 x 4 m 2L 所以线框不能从右侧离开磁场 第 3 节 电磁感应中的综合应用 1 C 2 A 3 B 4 D 5 AB 6 AD 7 AD 8 AC 9 AC 10 解析 1 设小灯泡的额定电流为 I0 有 P I R 2 0 由题意知 在金属棒沿导轨竖直下落的某时刻后 两小灯泡保持正常发光 流经 MN 的电流为 I 2I0 此时金属棒 MN 所受的重力和安培力大小相等 下落的速度达到最大值 有 mg BLI 联立 式得 B mg 2L R P 2 设灯泡正常发光时 导体棒的速度为