(通用版)2016高考物理二轮复习 第一部分 考前复习方略 专题十一 电磁感应规律的综合应用限时训练

1、1专题十一专题十一 电磁感应规律的综合应用电磁感应规律的综合应用A A一、选择题1(多选)(2015高考全国卷，T19，6 分)1824 年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后下列说法正确的是()A圆盘上产生了感应电动势B圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动解析：选 AB.当圆盘转

2、动时，圆盘的半径切割磁针产生的磁场的磁感线，产生感应电动势，选项 A 正确；如图所示，铜圆盘上存在许多小的闭合回路，当圆盘转动时，穿过小的闭合回路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流阻碍其相对运动，但抗拒不了相对运动，故磁针会随圆盘一起转动，但略有滞后，选项 B 正确；在圆盘转动过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量始终为零，选项 C 错误；圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成的电流的磁场方向沿圆盘轴线方向，会使磁针沿轴线方向偏转，选项 D 错误2.(2015高考海南卷)如图，空间有一匀强磁场，一直金属棒与磁感应强度方向垂直，当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动

3、时，棒两端的感应电动势大小为；将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线，置于与磁感应强度相垂直的平面内，当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时，棒两端的感应电动势大小为.则等于()A.12B.22C1D. 2解析：选 B.由法拉第电磁感应定律知直金属棒运动时其两端电动势BLv，将此棒弯成两段长度相等且互相垂直的折线， 并放于与磁感应强度垂直的平面内， 并沿折线夹角平分线的方向以相同的速度v运动时，12BLv，则12BLvBLv22.因此 B 对，A、C、D错3.(多选)(2015高考山东卷)如图，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动 现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，

4、 圆盘开始减速 在圆盘减速过程中，以下说法正确的是()A处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高B所加磁场越强越易使圆盘停止转动C若所加磁场反向，圆盘将加速转动D若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动2解析：选 ABD.根据右手定则可判断靠近圆心处电势高，选项 A 正确；圆盘处在磁场中的部分转动切割磁感线，相当于电源，其他部分相当于外电路，根据左手定则，圆盘所受安培力与运动方向相反，磁场越强，安培力越大，故所加磁场越强越易使圆盘停止转动，选项B 正确；磁场反向，安培力仍阻碍圆盘转动，选项 C 错误；若所加磁场穿过整个圆盘，整个圆盘相当于电源， 不存在外电路， 没有电流， 所以圆盘不受安培力而匀速

5、转动， 选项 D 正确4(2015高考福建卷)如图，由某种粗细均匀的总电阻为 3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场中 一接入电路电阻为R的导体棒PQ， 在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中()APQ中电流先增大后减小BPQ两端电压先减小后增大CPQ上拉力的功率先减小后增大D线框消耗的电功率先减小后增大解析：选 C.设PQ左侧金属线框的电阻为r，则右侧电阻为 3Rr；PQ相当于电源，其电阻为R，则电路的外电阻为R外r（3Rr）r（3Rr）r3R223R22

6、3R，当r3R2时，R外 max34R， 此时PQ处于矩形线框的中心位置， 即PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中外电阻先增大后减小PQ中的电流为干路电流IER外R内， 可知干路电流先减小后增大， 选项 A 错误PQ两端的电压为路端电压UEU内，因EBlv不变，U内IR先减小后增大，所以路端电压先增大后减小，选项 B 错误拉力的功率大小等于安培力的功率大小，PF安vBIlv，可知因干路电流先减小后增大，PQ上拉力的功率也先减小后增大，选项 C 正确线框消耗的电功率即为外电阻消耗的功率，因外电阻最大值为34R，小于内阻R；根据电源的输出功率与外电阻大小的变化关系，外电阻越接近内阻时，输出功率越大，

7、可知线框消耗的电功率先增大后减小，选项 D 错误5.(多选)(2014高考四川卷)如图所示，不计电阻的光滑 U 形金属框水平放置，光滑、竖直玻璃挡板H、P固定在框上，H、P的间距很小质量为 0.2 kg 的细金属杆CD恰好无挤压地放在两挡板之间，与金属框接触良好并围成边长为1 m的正方形， 其有效电阻为0.1 .此时在整个空间加方向与水平面成 30 角且与金属杆垂直的匀强磁场，磁感应强度随时间变化规律是B(0.40.2t) T，图示磁场方向为正方向框、挡板和杆不计形变则()At1 s 时，金属杆中感应电流方向从C到DBt3 s 时，金属杆中感应电流方向从D到CCt1 s 时，金属杆对挡板P的压

8、力大小为 0.1 NDt3 s 时，金属杆对挡板H的压力大小为 0.2 N解析：选 AC.根据楞次定律可判断感应电流的方向总是从C到D，故 A 正确，B 错误；由法拉第电磁感应定律可知：EtBStBL2tsin 300.21212V0.1 V，故感应电流为IER1 A，金3属杆受到的安培力FABIL，t1 s 时，FA0.211 N0.2 N，方向如图 1，此时金属杆受力分析如图 1，由平衡条件可知F1FAcos 600.1 N，F1为挡板P对金属杆施加的力t3 s 时，磁场反向，此时金属杆受力分析如图 2，此时挡板H对金属杆施加的力向右，大小F3BILcos 600.21112N0.1 N故

9、 C 正确，D 错误6(多选)(2015济南一模)如图所示，水平放置的光滑平行金属导轨上有一质量为m的金属棒ab.导轨的一端连接电阻R，其他电阻均不计，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向下，金属棒ab在一水平恒力F作用下由静止开始向右运动则()A随着ab运动速度的增大，其加速度也增大B外力F对ab做的功等于电路中产生的电能C当ab做匀速运动时，外力F做功的功率等于电路中的电功率D无论ab做何种运动，它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能解析：选 CD.金属棒ab在一水平恒力F作用下由静止开始向右运动，随着ab运动速度的增大，产生的感应电流增大，所受与F方向相反的安培力增大，其加速度减

10、小，选项 A错误；外力F对ab做的功等于电路中产生的电能和金属棒增加的动能之和，选项 B 错误；由能量守恒定律可知，当ab做匀速运动时，外力F做功的功率等于电路中的电功率，选项C 正确；无论ab做何种运动，它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能，选项 D 正确7.如图所示，质量为m的金属线框A静置于光滑水平面上，通过细绳跨过定滑轮与质量为m的物体B相连， 图中虚线内为一水平匀强磁场，d表示A与磁场左边界的距离， 不计滑轮摩擦及空气阻力， 设B下降h(hd高度时的速度为v，则以下关系中能够成立的是()Av2ghBv22ghCA产生的热量Qmghmv2DA产生的热量Qmgh12mv2解析：选

11、C.在线框进入磁场的过程中，可能匀速运动，也可能做变加速运动，因此 A、B 错由能量守恒得：Qmgh12(2m)v2mghmv2，故 C 对、D 错8 (多选)(2015山西四校三联)如图所示， 两根等高光滑的14圆弧轨道，半径为r、间距为L，轨道电阻不计在轨道顶端连有一阻值为R的电阻，整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B.现有一根长度稍大于L、电阻不计的金属棒从轨道最低位置cd开始，在拉力作用下以初速度v0向右沿轨道做匀速圆周运动至ab处，则该过程中()A通过R的电流方向由外向内B通过R的电流方向由内向外CR上产生的热量为rB2L2v04RD流过R的电荷量为BLr2R解析：选

12、AC.cd棒运动至ab处的过程中，闭合回路中的磁通量减小，再由楞次定律及4安培定则可知， 回路中电流方向为逆时针方向(从上向下看)， 则通过R的电流方向为由外向内，故 A 对，B 错通过R的电荷量为qRBrLR，D 错R上产生的热量为QU2Rt（BLv0/ 2）2Rr2v0rB2L2v04R，C 对9.(2015湖北八校二联)如图所示，两个垂直于纸面的匀强磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B， 磁场区域的宽度均为a.高度为a的正三角形导线框ABC从图示位置沿x轴正方向匀速穿过两磁场区域，以逆时针方向为电流的正方向，在下列图形中能正确描述感应电流I与线框移动距离x关系的是()解析：选 B.正三角

13、形线框ABC刚进入向里的磁场时，利用右手定则知，感应电流沿逆时针方向为正，大小I0BavR，之后线框随进入磁场距离的增大，有效切割长度变小，则I2Bv（avt）tan 30R变小； 当线框ABC前进a距离， 在刚进入向外的磁场区域瞬间，ABC线框中感应电流方向沿顺时针为负，大小为I2BavR2I0，则 B 正确二、非选择题10.(2015高考海南卷)如图， 两平行金属导轨位于同一水平面上， 相距l，左端与一电阻R相连；整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向竖直向下一质量为m的导体棒置于导轨上，在水平外力作用下沿导轨以速率v匀速向右滑动，滑动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好已知导体棒

14、与导轨间的动摩擦因数为， 重力加速度大小为g， 导轨和导体棒的电阻均可忽略 求：(1)电阻R消耗的功率；(2)水平外力的大小解析：法一：导体棒匀速向右滑动，速率为v，则有FF安mgEBlvIERF安BIl解得FB2l2vRmg.由能量守恒定律得FvmgvPR，故得PRB2l2v2R.法二：(1)导体棒切割磁感线产生的电动势EBlv由于导轨与导体棒的电阻均可忽略，则R两端电压等于电动势：5UE则电阻R消耗的功率PRU2R综合以上三式可得PRB2l2v2R.(2)设水平外力大小为F，由能量守恒有FvPRmgv故得FPRvmgB2l2vRmg.答案：(1)B2l2v2R(2)B2l2vRmg11(2

15、015高考天津卷)如图所示， “凸”字形硬质金属线框质量为m，相邻各边互相垂直，且处于同一竖直平面内，ab边长为l，cd边长为 2l，ab与cd平行，间距为 2l.匀强磁场区域的上下边界均水平，磁场方向垂直于线框所在平面开始时，cd边到磁场上边界的距离为 2l，线框由静止释放，从cd边进入磁场直到ef、pq边进入磁场前，线框做匀速运动，在ef、pq边离开磁场后，ab边离开磁场之前，线框又做匀速运动线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q.线框在下落过程中始终处于原竖直平面内，且ab、cd边保持水平，重力加速度为g.求：(1)线框ab边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍；(2

16、)磁场上下边界间的距离H.解析：(1)设磁场的磁感应强度大小为B，cd边刚进入磁场时，线框做匀速运动的速度为v1，cd边上的感应电动势为E1，由法拉第电磁感应定律，有E12Blv1设线框总电阻为R，此时线框中电流为I1，由闭合电路欧姆定律，有I1E1R设此时线框所受安培力为F1，有F12I1lB由于线框做匀速运动，其受力平衡，有mgF1由式得v1mgR4B2l2设ab边离开磁场之前，线框做匀速运动的速度为v2，同理可得v2mgRB2l2由式得v24v1.(2)线框自释放直到cd边进入磁场前，由机械能守恒定律，有2mgl12mv216线框完全穿过磁场的过程中，由能量守恒定律，有mg(2lH)12

17、mv2212mv21Q由式得HQmg28l.答案：(1)4 倍(2)Qmg28l12(2015安徽合肥一模)如图甲所示，平行长直导轨MN、PQ水平放置，两导轨间距L0.5 m， 导轨左端M、P间接有一阻值R0.2 的定值电阻， 导体棒ab的质量m0.1 kg，与导轨间的动摩擦因数0.1，导体棒垂直于导轨放在距离左端为d1.0 m 处，导轨和导体棒始终接触良好，电阻均忽略不计整个装置处在范围足够大的匀强磁场中，t0 时刻，磁场方向竖直向下，此后，磁感应强度B随时间t的变化如图乙所示，不计感应电流磁场的影响取重力加速度g10 m/s2.(1)求t0 时棒所受到的安培力F0；(2)分析前 3 s 时

18、间内导体棒的运动情况并求前 3 s 内棒所受的摩擦力Ff随时间t变化的关系式；(3)若t3 s 时， 突然使ab棒获得向右的速度v08 m/s， 同时垂直棒施加一方向水平、大小可变化的外力F，使棒的加速度大小恒为a4 m/s2、方向向左求从t3 s 到t4 s的时间内通过电阻的电荷量q.解析：(1)t0 时棒的速度为零，故回路中只有感生电动势，为EtBtLd0.10.51.0 V0.05 V感应电流为：IER0.050.2A0.25 A可得t0 时棒所受到的安培力：F0B0IL0.025 N.(2)ab棒与导轨间的最大静摩擦力：Ffmmg0.10.110 N0.1 NF00.025 N所以在t

19、0 时刻棒静止不动，加速度为零，在 03 s 内磁感应强度B都小于B0，棒所受的安培力都小于最大静摩擦力，故前 3 s 内导体棒静止不动，电流恒为I0.25 A在 03 s 内，磁感应强度为：BB0kt0.20.1t(T)因导体棒静止不动，ab棒在水平方向受安培力和摩擦力，二力平衡，则有：FfBIL(B0kt)IL(0.20.1t)0.250.50.012 5(2t)(N)(tmg，所以从静止开始加速运动，ab棒运动会切割磁感线产生感应电流，从而使ab棒受到一个向左的安培力，这样加速度会减小，最终会做匀速运动；而cd棒所受到的最大安培力与摩擦力相同，所以总保持静止状态，即安培力对ab棒做负功，

20、对cd棒不做功，所以选项 C 正确，A、B、D 错误4.(多选)如图所示，xOz是光滑水平面，空间有沿z轴正方向的匀强磁场，其磁感应强度为B，现有两块平行金属板，彼此间距为d，构成一个电容为C的电容器；在两板之间焊一根垂直于两板的电阻不计金属杆PP，已知两板和杆PP的总质量为m，若对此杆PP作用一个沿x轴正方向的恒力F，则下列说法正确的是()A金属杆PP不存在感应电流B金属杆PP存在沿P到P方向的感应电流C两板和杆先做加速度减小的加速运动，最后做匀速直线运动D两板和杆做匀加速直线运动解析：选 BD.设某时刻金属杆运动的加速度为a，速度为v，那么金属杆切割磁感线所产生的感应电动势为EBdv，电容

21、器两端的电压UEBdv，所以，通过金属杆的电流为ICUtBdCvt，方向沿P到P方向，所以 B 选项正确；又因为avt，所以IBdCa，这样，两板和杆整体的水平方向除受恒力F作用外，还受到沿x轴负方向的安培力，它的大小为：FABdIB2d2Ca，运用牛顿第二定律得：FB2d2Cama，所以aFmB2d2C，即 D 选项正确5(多选)如图甲是矩形导线框，电阻为R，虚线左侧线框面积为S，右侧面积为 2S，虚线左右两侧导线框内磁场的磁感应强度随时间变化如图乙所示， 设垂直线框向里的磁场为正，则关于线框中 0t0时间内的感应电流的说法正确的是()A感应电流的方向为顺时针方向B感应电流的方向为逆时针方向

22、C感应电流的大小为B0SRt0D感应电流的大小为3B0SRt0解析：选 BD.向里的变化磁场产生的感应电动势为：E1SB1t1，感应电流方向为逆时针方向；向外的变化磁场产生的感应电动势为：E22SB2t2，感应电流方向为逆时针方向；从题图乙中可以得到：B1t1B2t2B0t0，感应电流为IE1E2R3B0SRt0，方向为逆时针方向，即 B、D 正确6.(2015河北石家庄质检)如图所示，两根电阻不计的光滑金属导轨竖直放置，导轨上端接电阻R，宽度相同的水平条形区域和内有方向垂直导轨平面向9里的匀强磁场B，和之间无磁场一导体棒两端套在导轨上，并与两导轨始终保持良好接触，导体棒从距区域上边界H处由静

23、止释放，在穿过两段磁场区域的过程中，流过电阻R上的电流及其变化情况相同下面四个图象能定性描述导体棒速度大小与时间关系的是()解析：选 C.MN棒先做自由落体运动，当到区磁场时由四个选项知棒开始减速，说明F安mg，由牛顿第二定律得，F安mgma，减速时F安减小，合力减小，a也减小，速度图象中图线上各点切线斜率减小； 离开区后棒做加速度为g的匀加速直线运动， 随后进入区磁场，因棒在穿过两段磁场区域的过程中，流过电阻R上的电流变化情况相同，则在区磁场中运动情况与区磁场中完全相同，所以只有 C 项正确7(多选)(2015江西八校联考)如图甲所示，光滑绝缘水平面上，虚线MN的右侧存在磁感应强度B2 T

24、的匀强磁场，MN的左侧有一质量m0.1 kg 的矩形线圈abcd，bc边长L10.2 m，电阻R2 .t0 时，用一恒定拉力F拉线圈，使其由静止开始向右做匀加速运动，经过时间 1 s，线圈的bc边到达磁场边界MN，此时立即将拉力F改为变力，又经过1 s，线圈恰好完全进入磁场，整个运动过程中，线圈中感应电流i随时间t变化的图象如图乙所示则()A恒定拉力大小为 0.05 NB线圈在第 2 s 内的加速度大小为 1 m/s2C线圈ab边长L20.5 mD在第 2 s 内流过线圈的电荷量为 0.2 C解析：选 ABD.在第 1 s 末，i1ER，EBL1v1，v1a1t1，Fma1，联立得F0.05

25、N，A项正确在第 2 s 内，由图象分析知线圈做匀加速直线运动，第 2 s 末i2ER，EBL1v2，v2v1a2t2，解得a21 m/s2，B 项正确在第 2 s 内，v22v212a2L2，得L21 m，C 项错误qRBL1L2R0.2 C，D 项正确8如图甲所示，在竖直平面内有四条间距相等的水平虚线L1、L2、L3、L4，在L1与L2、L3与L4之间均存在着匀强磁场，磁感应强度的大小均为 1 T，方向垂直于竖直平面向里现有一矩形线圈abcd，宽度cdL0.5 m，质量为 0.1 kg，电阻为 2 ，将其从图示位置(cd边与L1重合)由静止释放，速度随时间变化的图象如图乙所示，t1时刻cd

26、边与L2重合，t2时刻ab边与L3重合，t3时刻ab边与L4重合，t2t3之间的图线为与t轴平行的直线，t1t2的时间间隔为 0.6 s， 整个运动过程中线圈始终位于竖直平面内 (重力加速度g取 10 m/s2)则()10A在 0t1时间内，通过线圈的电荷量为 2.5 CB线圈匀速运动的速度为 8 m/sC线圈的长度ad1 mD0t3时间内，线圈产生的热量为 4.2 J解析：选 B.t2t3时间内，线圈做匀速直线运动，而EBLv2，FBELR，Fmg，解得v2mgRB2L28 m/s，选项 B 正确；线圈在cd边与L2重合到ab边与L3重合的过程中一直做匀加速运动，则ab边刚进磁场时，cd边也

27、刚进磁场，设磁场宽度为d，则 3dv2t12gt2，解得d1 m，则ad边的长度为 2 m，选项 C 错误；在 0t3时间内，由能量守恒定律，有Q5mgd12mv221.8 J，选项 D 错误；在 0t1时间内，通过线圈的电荷量qRBLdR0.25 C，选项 A 错误9(多选)(2015湖北八校二联)如图xOy平面为光滑水平面，现有一长为d，宽为L的线框MNPQ在外力F作用下，沿x轴正方向以速度v做匀速直线运动， 空间存在竖直方向的磁场， 磁感应强度BB0cosdx(式中B0为已知量)，规定竖直向下方向为磁感应强度正方向，线框电阻为R.t0 时刻MN边恰好在y轴处，则下列说法正确的是()A外力

28、F为恒力Bt0 时，外力大小F4B20L2vRC通过线框的瞬时电流i2B0LvcosvtdRD经过tdv，线框中产生的电热Q2B20L2vdR解析：选 BCD.因线框沿x轴方向匀速运动，故FF安，由图中磁场分布知F安的大小是变化的，故F不是恒力，A 错t0 时，x0 处，BB0；xd处，BB0，由EBLv，又MN、PQ两边均切割磁感线且产生的感应电动势方向相同， 则E2B0Lv，I0ER，F安2B0I0L4B20L2vR，而FF安，故 B 对因线框做匀速直线运动，则有xvt，BB0cosvtd，又E2BLv，故i2B0LvcosvtdR，C 对由电流的瞬时值表达式可知此电流为交流电，有效值I1

29、1Im22B0LvR，又QI2Rt，故经过tdv，线框中产生的电热Q2B20L2vdR，D 对二、非选择题10.(2015高考江苏卷)做磁共振(MRI)检查时，对人体施加的磁场发生变化时会在肌肉组织中产生感应电流某同学为了估算该感应电流对肌肉组织的影响，将包裹在骨骼上的一圈肌肉组织等效成单匝线圈，线圈的半径r5.0 cm，线圈导线的截面积A0.80 cm2，电阻率1.5 m.如图所示，匀强磁场方向与线圈平面垂直，若磁感应强度B在 0.3 s 内从 1.5 T 均匀地减为零，求：(计算结果保留一位有效数字)(1)该圈肌肉组织的电阻R；(2)该圈肌肉组织中的感应电动势E；(3)0.3 s 内该圈肌

30、肉组织中产生的热量Q.解析：(1)由电阻定律得R2rA，代入数据得R6103.(2)感应电动势EBr2t，代入数据得E4102V.(3)由焦耳定律得QE2Rt，代入数据得Q8108J.答案：(1)6103(2)4102V(3)8108J11(2015高考广东卷)如图甲所示，平行长直金属导轨水平放置，间距L0.4 m导轨右端接有阻值R1 的电阻导体棒垂直放置在导轨上，且接触良好，导体棒及导轨的电阻均不计，导轨间正方形区域abcd内有方向竖直向下的匀强磁场，bd连线与导轨垂直，长度也为L.从 0 时刻开始，磁感应强度B的大小随时间t变化，规律如图乙所示；同一时刻，棒从导轨左端开始向右匀速运动，1 s 后刚好进入磁场若使棒在导轨上始终以速度v1 m/s 做直线运动，求：甲乙(1)棒进入磁场前，回路中的电动势E；(2)棒在运动过程中受到的最大安培力F的大小，以及棒通过三角形abd区域时电流i与时间t的关系式解析：(1)正方形磁场的面积为S，则SL220.08 m2.在棒进入磁场前，回路中的感应电动势是由于磁场的变化而产生的由Bt图象可知Bt0.5 T/s，根据Ent，得回12路中的感应电动势EBtS0.50.08 V