（广西专用）2020高考物理二轮复习 专题能力训练12 电磁感应及综合应用（含解析）

专题能力训练12电磁感应及综合应用(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共8小题,每小题8分,共64分。在每小题给出的四个选项中,16题只有一个选项符合题目要求,78题有多个选项符合题目要求。全部选对的得8分,选对但不全的得4分,有选错的得0分)1.如图所示,边长为a的导线框abcd处于磁感应强度为b0的匀强磁场中,bc边与磁场右边界重合。现发生以下两个过程:一是仅让线框以垂直于边界的速度v匀速向右运动;二是仅使磁感应强度随时间均匀变化。若导线框在上述两个过程中产生的感应电流大小相等,则磁感应强度随时间的变化率为()a.2b0vab.b0vac.b0v2ad.4b0va答案:b解析:线框以垂直于边界的速度v匀速向右运动时,根据法拉第电磁感应定律有e=b0av,感应电流为i=b0avr;磁感应强度随时间均匀变化时,e=bta2,e=ir,联立得e=bta2=b0av,得bt=b0va。2.(2018全国卷)如图所示,导体轨道opqs固定,其中pqs是半圆弧,q为半圆弧的中点,o为圆心。轨道的电阻忽略不计,om是有一定电阻、可绕o转动的金属杆,m端位于pqs上,om与轨道接触良好。空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为b,现使om从oq位置以恒定的角速度逆时针转到os位置并固定(过程);再使磁感应强度的大小以一定的变化率从b增加到b(过程)。在过程、中,流过om的电荷量相等,则bb等于()a.54b.32c.74d.2答案:b解析:根据q=r得,q1=b14r2r=br24r,q2=(b-b)r22r,因为q1=q2,解得b=32b,故b正确。3.用导线绕一圆环,环内有一用同样导线折成的内接正方形线框,圆环与线框彼此绝缘,如图所示。把它们放在磁感应强度为b的匀强磁场中,磁场方向垂直于圆环平面(纸面)向里。当磁感应强度均匀减小时()a.圆环和线框中的电流方向都为顺时针b.圆环和线框中的电流方向都为逆时针c.圆环和线框中的电流大小之比为12d.圆环和线框中的电流大小之比为21答案:a解析:根据楞次定律可知当磁感应强度均匀减小时,线圈内产生的感应磁场方向与原磁场方向相同,所以感应电流方向都为顺时针,a正确、b错误;设圆半径为a,则圆面积为s=a2,圆周长为l=2a,正方形面积为s=2a2,正方形周长为l=42a,因为磁感应强度是均匀减小的,故e=sbt,所以圆和正方形内的电动势之比为ee=ss=2,两者的电阻之比为rr=22,故电流之比为ii=21,故c、d错误。4.(2019江西南昌模拟)如图所示,质量为m=0.04 kg、边长l=0.4 m的正方形线框abcd放置在一光滑绝缘斜面上,线框用一平行于斜面的细绳系于o点,斜面的倾角为=30;线框的一半处于磁场中,磁场的磁感应强度随时间变化的关系为b=2+0.5t(t),方向垂直于斜面;已知线框电阻为r=0.5 ,重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是()a.线框中的感应电流方向为abcdab.t=0时,细绳拉力大小为f=0.2 nc.线框中感应电流大小为i=80 mad.经过一段时间t,线框可能拉断细绳向下运动答案:c解析:由楞次定律可知线框中的感应电流方向为adcba,选项a错误;感应电动势e=t=bt12l2=0.04v,由闭合电路欧姆定律,可知线框中感应电流大小为i=er=0.08a=80ma,由平衡条件可知ft+bil=mgsin,t=0时,b=2t,解得ft=0.136n,选项b错误,选项c正确;经过一段时间t,安培力bil可能大于mgsin,所以线框可能沿斜面向上运动,选项d错误。5.如图甲所示,正三角形导线框abc固定在磁场中,磁场方向与线圈平面垂直,磁感应强度b随时间变化的关系如图乙所示。t=0时刻磁场方向垂直纸面向里,在04 s的时间内,线框ab边所受到的安培力f随时间t变化的关系(规定水平向左为力的正方向)可能是下图中的()答案:a解析:由磁感应强度随时间的变化图像可判断出12s内线框的电流方向为顺时针,然后利用左手定则判定ab边所受到的安培力水平向左,大小为bil,由于b随时间均匀变化,则安培力也随时间均匀变化,据此排除选项c、d;然后再由34s内安培力方向排除选项b。6.(2019辽宁联考)如图所示,间距为l的光滑平行金属导轨弯成“”形,底部导轨面水平,倾斜部分与水平面成角,导轨与固定电阻相连,整个装置处于竖直向上的磁感应强度为b的匀强磁场中。导体棒ab与cd均垂直于导轨放置,且与导轨间接触良好,两导体棒的电阻均与阻值为r的固定电阻相等,其余部分电阻不计,当导体棒cd沿导轨向右以速度v匀速滑动时,导体棒ab恰好在倾斜导轨上处于静止状态,导体棒ab的重力为mg,则()a.导体棒cd两端的电压为blvb.t时间内通过导体棒cd横截面的电荷量为2blvt3rc.cd棒克服安培力做功的功率为b2l2v2rd.导体棒ab所受安培力为mgsin 答案:b解析:根据题意画出等效电路如图甲所示。导体棒cd产生的感应电动势为e=blv,导体棒cd两端的电压是路端电压,u=13e=13blv,选项a错误;通过cd棒的电流i=e0.5r+r=blv1.5r,在时间t内通过导体棒cd横截面的电荷量为q=it=2blvt3r,选项b正确;对ab棒进行受力分析如图乙所示,由于ab棒静止,所以ab棒所受安培力fab=mgtan,选项d错误;由功能关系知cd棒克服安培力做功的功率等于整个电路的电功率,为p=e20.5r+r=b2l2v21.5r,选项c错误。7.(2019全国卷)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图甲中虚线mn所示。一硬质细导线的电阻率为、横截面积为s,将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内,圆心o在mn上。t=0时磁感应强度的方向如图甲所示;磁感应强度b随时间t的变化关系如图乙所示。则在t=0到t=t1的时间间隔内()甲乙a.圆环所受安培力的方向始终不变b.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向c.圆环中的感应电流大小为b0rs4t0d.圆环中的感应电动势大小为b0r24t0答案:bc解析:根据楞次定律可知,圆环中的感应电流始终沿顺时针方向,b正确。从0到t1,电流方向未变,磁场方向改变,根据左手定则,安培力方向必定改变,a错误。根据法拉第电磁感应定律,e=nt=b0r22t0,d错误。圆环的电阻r=ls=2rs,感应电流i=er=b0s4t0,c正确。8.如图所示,在倾角为的光滑斜面上,存在着两个磁感应强度大小均为b的匀强磁场区域。区域的磁场方向垂直斜面向上,区域的磁场方向垂直斜面向下,磁场边界mn、pq、gh均平行于斜面底边,mp、pg均为l。一个质量为m、电阻为r、边长也为l的正方形导线框,由静止开始沿斜面下滑,下滑过程中ab边始终与斜面底边平行。t1时刻ab边刚越过gh进入磁场区域,此时导线框恰好以速度v1做匀速直线运动;t2时刻ab边下滑到pq与mn的中间位置,此时导线框又恰好以速度v2做匀速直线运动。重力加速度为g,下列说法正确的是()a.当ab边刚越过pq时,导线框加速度大小为a=gsin b.导线框两次匀速直线运动的速度v1v2=41c.从t1到t2的过程中,导线框克服安培力做功的大小等于机械能的减少量d.从t1到t2的过程中,有m(v12-v22)2机械能转化为电能答案:bc解析:线框在区域 内做匀速直线运动,满足合力为零,有mgsin-b2l2v1r=0;线框的ab边刚越过pq时,两边都在切割磁感线,都受到沿斜面向上的安培力,则mgsin-4b2l2v1r=ma,a=-3gsin,选项a错误;线框再次匀速时,其受合力也为零,有mgsin-4b2l2v2r=0,可得v1v2=41,选项b正确;从t1到t2的过程中,安培力做负功,重力做正功,根据动能定理,可得wg-wf=12mv22-12mv12,解得wf=wg+12mv12-12mv22,即线框从t1到t2过程中克服安培力所做的功等于线框机械能的减少量,选项c正确,选项d错误。二、非选择题(本题共2小题,共36分)9.(16分)(2019广东深圳模拟)如图所示,竖直固定的倒u形导轨nmpq,轨道间距l=0.8 m,上端开小口与水平线圈c连接,线圈面积s=0.8 m2,匝数n=200,电阻r=15 。质量m=0.08 kg的导体棒ab被外力水平压在导轨一侧,导体棒接入电路部分的电阻r=1 。开始时整个装置处于竖直向上的匀强磁场中。t=0时撤去外力,同时磁感应强度按b=b0-kt的规律变化,其中k=0.4 t/s;t1=1 s时,导体棒开始下滑,它与导轨间的动摩擦因数=0.5,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。其余电阻不计(重力加速度g取10 m/s2)。(1)求01 s内通过导体棒的电流大小。(2)求t=0时的磁感应强度b0。(3)若仅将磁场方向改为竖直向下,要使导体棒ab在01 s内仍静止,是否需要将它靠在导轨的另一侧?简要说明理由。答案:(1)4 a(2)0.9 t(3)不需要;由楞次定律可知,磁场方向相反,感应电流方向也相反,由左手定则可知导体棒所受安培力的方向不变,所以不需要将它靠在导轨的另一侧。解析:(1)0t1时间内,对线圈c和整个回路有,e=ntt=bts=ksi=er+r联立并代入数据解得i=4a。(2)t1=1s时刻,导体棒即将下滑,有mg=ffff=fnfn=b1ilb1=b0-kt1联立并代入数据解得b0=0.9t。10.(20分)(2017天津卷)电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度,其原理可用来研制新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意图如图所示,图中直流电源电动势为e,电容器的电容为c。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l,电阻不计。炮弹可视为一质量为m、电阻为r的金属棒mn,垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触。首先开关s接1,使电容器完全充电。然后将s接至2,导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为b的匀强磁场(图中未画出),mn开始向右加速运动。当mn上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时,回路中电流为零,mn达到最大速度,之后离开导轨。求:(1)磁场的方向;(2)mn刚开始运动时加速度a的大小;(3)mn离开导轨后电容器上剩余的电荷量q是多少。答案:(1)垂直于导轨平面向下(2)blemr(3)b2l2c2em+b2l2c解析:(1)由题意可知,mn所受安培力可以使其水平向右运动,故安培力方向为水平向右,而mn中的电流方向为从m到n,因此,根据左手定则可判断磁场方向为垂直于导轨平面向下。(2)电容器完全充电后,两极板间电压为e,当开关s接2时,电容器放电,设刚放电时