2020高考物理二轮复习 600分冲刺 专题四 电路和电磁感应 第12讲 电磁感应规律及其应用优练（含解析）

电磁感应规律及其应用一、选择题(本题共8小题，其中15题为单选，68题为多选)1(2019广东模拟)航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的。电磁驱动原理如图所示，在固定线圈左右两侧对称位置放置两个闭合金属圆环，铝环和铜环的形状、大小相同，已知铜的电阻率较小，则合上开关s的瞬间(d)a两个金属环都向左运动b两个金属环都向右运动c铜环受到的安培力小于铝环受到的安培力d从左侧向右看，铝环中感应电流沿顺时针方向解析若环放在线圈两边，根据“来拒去留”可得，合上开关s的瞬间，环为阻碍磁通量增大，则环将向两边运动，a、b错误；由于铜环的电阻较小，则铜环中感应电流较大，故铜环受到的安培力要大于铝环，c错误；线圈中电流为右侧流入，磁场方向为向左，在闭合开关的过程中，磁场变强，由楞次定律可知，电流由左侧向右看为顺时针，d正确。2(2019湖南模拟)图甲为兴趣小组制作的无线充电装置中受电线圈示意图，已知线圈匝数n100匝、电阻r1 、横截面积s1.5103 m2，外接电阻r7 。线圈处在平行于线圈轴线的磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化如图乙所示，设磁场的正方向水平向左，则(c)a在0.005 s时通过电阻r的电流大小为0b在0.005 s时通过电阻r的电流方向由a流向bc在00.01 s内通过电阻r的电荷量q1.5103cd在0.020.03 s内电阻r产生的焦耳热为q1.8103 j解析t0.005 s时磁感应强度为0，磁通量为0，但磁通量的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，a错误；00.005 s过程中，磁感应强度减小，磁通量减小，根据楞次定律，根据电流磁场方向向左，由安培定则知流过电阻r的电流方向由b流向a，b错误；在00.01 s内，根据感应电量的公式有qn，其中2bs241021.51031.2104wb，所以q100c1.5103c，c正确；由图象知周期t2.0102s，角速度100 rad/s，感应电动势的最大值emnbs10041021.51031000.6，感应电动势的有效值e，电流ia，电阻r上产生的焦耳热qi2rt()270.01 j4.0103 j，d错误。3(2019江苏模拟)发光二极管是目前电器指示灯广泛使用的电子元件，在电路中的符号是“”。只有电流从标有“”号的一端流入时，它才能发光，如图所示，螺线管与两只反向并联的发光二极管相连，磁铁从螺线管的正上方由静止释放，向下穿过螺线管。下列说法正确的是(a)a磁铁n极朝下释放时，先红灯亮后绿灯亮b磁铁s极朝下释放时，先红灯亮后绿灯亮c若磁铁磁性足够强，则磁铁可以悬停在管内d磁铁减少的重力势能等于回路中产生的电能解析磁铁n极朝下释放时， 由楞次定律可判断先是红灯亮后绿灯亮，a正确；磁铁s极朝下释放时，由楞次定律可判断先是绿灯亮后红灯亮，b错误；即使磁铁磁性足够强，磁铁也不可能悬停在管内，因为假设悬停在管内，螺线管内无磁通量变化，无感应电流产生，磁铁只受重力，c错误；此过程中，磁铁的重力势能、动能和回路中的电能相互转化，磁铁减少的机械能等于回路中产生的电能，d错误。4(2019云南模拟)如图所示，两光滑水平放置的平行金属导轨间距为l，直导线mn垂直跨在导轨上，且与导轨接触良好，整个装置处于垂直于纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为b。电容器的电容为c，除电阻r外，导轨和导线的电阻均不计。现给导线mn一初速度，使导线mn向右运动，当电路稳定后，mn以速度v向右匀速运动时(c)a电容器两端的电压为零b通过电阻r的电流为c电容器所带电荷量为cblvd为保持mn匀速运动，需对其施加的拉力大小为解析导线向右运动时切割磁感线，给电容器充电，根据左手定则可知，安培力使得导线减速运动，当电容器电压与导线的电动势相等时，导线中没有电流，导线做匀速运动，因此选项a、b均错；根据qcu可知，最终电容器所带电荷量为qcblv，c正确；根据上述分析，当电容器电压与切割磁感线的电动势相等时，就没有感应电流，因此不要外界作用力，d错误。5(2019辽宁沈阳模拟)如图所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向如图甲所示，左线圈连着正方形线框abcd，线框所在区域存在变化的磁场，取垂直纸面向外力正，磁感应强度随时间变化如图乙所示，不计线框以外的感生电场，右侧线圈连接一定值电阻r，下列说法中正确的是(d)a设t1、t3时刻ab边电流大小分别为i1、i3，则有i1i3，定值电阻r中有电流bt2t4时间内通过ab边电量为0，定值电阻r中无电流ct1时刻ab边中电流方向由ab，e点电势高于f点dt5时刻ab边中电流方向由ba，f点电势高于e点解析根据法拉第电磁感应定律enns，正方形线框中的感应电动势是恒定值， 原线圈中电流值恒定，副线圈中不产生感应电动势，e点电势等于f点电势，a错误；t2t4时间内磁感应强度均匀变化，磁通量均匀变化，有恒定感应电流通过ab，通过ab边的电量不为0，副线圈磁通量不变，定值电阻r中无电流，b错误；t1时刻磁场方向向外且均匀增加，根据楞次定律，线框中感应电流沿顺时针方向，ab边中电流方向由ba，副线圈中不产生感应电动势，e点电势等于f点电势，c错误；t5时刻磁场方向垂直纸面向里，磁场变小，磁通量减小，根据楞次定律得感应电流为顺时针方向，ab边中电流方向由ba，磁感应强度的变化率增大，感应电流变大，穿过副线圈的磁通量增大，根据楞次定律，副线圈中感应电动势上负下正，因此e点电势低于f点，d正确。6(2019福建漳浦模拟)健身车的磁控阻力原理如图所示，在铜质飞轮的外侧有一些磁铁(与飞轮不接触)，人在健身时带动飞轮转动，磁铁会对飞轮产生阻碍，拉动控制拉杆可以改变磁铁与飞轮间的距离。则(cd)a飞轮受到阻力大小与其材料密度有关b飞轮受到阻力大小与其材料电阻率无关c飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，其受到的阻力越大d磁铁与飞轮间距不变时，飞轮转速越大，其受到阻力越大解析飞轮在磁场中做切割磁感线的运动，所以会产生电源电动势和感应电流，根据楞次定律可知，磁场会对运动的飞轮产生阻力，以阻碍飞轮与磁场之间的相对运动，所以飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，而安培力大小与其材料的电阻率有关，与其密度无关，故a、b错误；磁铁越靠近飞轮，飞轮处于的磁感应强度越强，所以在飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大；飞轮受到的阻力越大，c正确；磁铁和飞轮间的距离一定时，根据法拉第电磁感应定律可知，飞轮转速越大，则飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，那么飞轮受到的阻力越大，d正确。7(2019浙江模拟)如图所示，两根足够长、间距为l的固定光滑平行金属导轨，位于同一水平面内，导轨上横放着质量分别为m和3m的导体棒ab和cd，构成矩形回路，在整个导轨平面内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为b的匀强磁场，已知两棒的电阻均为r，回路中其余部分的电阻不计。开始时，导体棒cd静止，导体棒ab以大小为v0的初速度从导轨左端开始向右运动，忽略回路中电流对磁场的影响，导体棒ab和cd在运动过程中不会发生碰撞，经过足够长的时间后，下列说法正确的是 (bc)a金属棒cd先做匀加速直线运动，达到v0后做直线运动b金属棒cd先做变加速直线运动，后以某一速度匀速直线运动c两金属棒在运动中产生的焦耳热最多为mvd两金属棒在运动中产生的焦耳热最多为mv解析开始阶段ab棒向右减速运动，cd棒向右加速运动，cd棒速度小于ab棒速度。设某时刻ab棒速度为v1，cd棒速度为v2，v1v2，则cd棒的加速度a2。随时间推移，v1减小，v2增大，故a2随时间减小，因此cd棒先做变加速直线运动。当v1v2时，a20，ab棒和cd棒以相同的速度v做匀速直线运动。故选项a错误、选项b正确；设整个运动过程中产生的焦耳为q，以两棒为系统，由动量守恒定律有：mv04mv；由能量守恒定律有：mv4mv2q，联立求解得：qmv，故选项c正确、选项d错误。8(2019江苏苏州模拟)如图所示，导体框位于竖直平面内，匀强磁场垂直于纸面向里，磁感应强度大小b2.0 t，水平导体棒mn可沿两侧足够长的光滑导轨下滑而不分离，导体棒mn质量m0.1 kg，接入电路的电阻r1.0 ；导轨宽度l1.0 m，定值电阻r3.0 ，装置的其余部分电阻可忽略不计。将导体棒mn无初速度释放，导体棒下滑h2.0 m高度时速度达到最大，重力加速度g10 m/s2。则导体棒(bd)a下滑的最大速度为4 m/sb从释放到下滑h高度所经历时间为2.1 sc从释放到下滑h高度过程中，电阻r产生的热量为1.95 jd从释放到下滑h高度过程中，通过电阻r的电荷量为1 c解析导体棒匀速运动时速度最大，设为v。根据mg得：v1 m/s，a错误；根据牛顿第二定律得：mgmam，变形得：mgttmv，两边求和得：mgttmv，可得：mgtmv，解得t2.1 s，b正确；从释放到下滑h高度过程中，根据能量守恒定律得：mghmv2q，电阻r产生的热量为：qrq，解得：qr1.462 5 j，c错误；从释放到下滑h高度过程中，通过电阻r的电荷量为：1 c，d正确。二、计算题(本题共2小题，需写出完整的解题步骤)9(2019四川模拟)如图所示， 一金属导线单位长度的电阻为r，折成闭合的等腰直角三角形线框abc，直角边长为d，在t0时刻从图示位置开始以速度v匀速穿过磁感应强度为b0的有界匀强磁场区域，磁场区域宽度为2d。则：(1)当线框刚进入磁场区域时，直角边ac产生电动势的大小；(2)当线框的水平直角边进入一半时，导线内电流的大小；(3)若使线框穿出磁场区域过程中不产生感应电流，仅改变磁场，其他条件不变，求磁感应强度b随时间t的变化规律。答案(1)b0dv(2)(3)bb0(t)解析(1)当线框刚进入磁场区域时，直角边ac产生电动势eb0dv(2)当线框的水平直角边进入一半时，有效切割长度为，产生的感应电动势为eb0vb0dv线框的总电阻r总(2dd)r则i(3)在t0时刻磁通量0b0d2t时刻磁通量b(dvt)2要使线框穿出磁场区域过程中不产生感应电流，则0可得bb0(t)10(2019高考大纲调研卷)两固定水平平行金属导轨间距为l，导轨上放着两根相同导体棒ab和已知每根导体棒质量均为m，电阻均为r，导轨光滑且电阻不计，整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为b，开始时ab和cd两导体棒有方向相反的水平初速度，大小分别为v0和2v0。(1)求从开始到最终稳定的过程中回路总共产生的焦耳热；(2)当ab棒的速度大小变为时，求：通过cd棒的电荷量为多少？两棒间的距离增大为多少？回路消耗的电功率为多少？答案(1)mv(2)或或或解析(1)从开始到最终稳定的过程中，两棒总动量守恒，则有：2mv0mv02mv解得：v由能量守恒可得从开始到最终稳定回路中产生的焦耳热为：qmvm(2v0)2(2m)v2mv(2)分析两棒运动的情况可知，ab棒的速度大小为有两种情况： 当ab棒速度未反向时，即vab，设此时cd棒的速度为v1