2022版高考物理一轮复习第十章电磁感应第3讲电磁感应的综合应用练习含解析新人教版

1、第3讲电磁感应的综合应用一、选择题(本题共8小题，15题为单选，68题为多选)1(2021昌平区质检)如图所示，由均匀导线制成的半径为r的圆环，以速度v匀速进入一磁感应强度大小为b的匀强磁场。当圆环运动到图示位置(aob90)时，a、b两点的电势差为(d)abrvbbrvcbrvdbrv解析当圆环运动到图示位置，圆环切割磁感线的有效长度为r；线框刚进入磁场时ab边产生的感应电动势为ebrv；线框进入磁场的过程中a、b两点的电势差由欧姆定律得uabebrv；选项d正确。2在图甲所示的电路中，螺线管匝数n1 000匝，横截面积s20 cm2。螺线管导线电阻r1.0 ，r14.0 ，r25.0 ，c

2、30 f。在一段时间内，垂直穿过螺线管的磁场的磁感应强度b的方向如图甲所示，大小按如图乙所示的规律变化，则下列说法中正确的是(c)a螺线管中产生的感应电动势为1.2 vb闭合开关s，电路中的电流稳定后，电容器下极板带负电c闭合开关s，电路中的电流稳定后，电阻r1消耗的电功率为2.56102 wds断开后，流经r2的电荷量为1.8102 c解析本题考查感生电动势、闭合电路欧姆定律问题。根据法拉第电磁感应定律有enns，解得螺线管中产生的感应电动势e0.8 v，故a错误；闭合开关，电路中的电流稳定后，根据楞次定律可知，螺线管中的感应电流盘旋而下，则螺线管下端相当于电源的正极，那么电容器下极板带正电

3、，故b错误；闭合开关，电路中的电流稳定后，根据闭合电路欧姆定律，有i0.08 a，根据pi2r1，解得电阻r1消耗的电功率p2.56102 w，故c正确；s断开后，流经r2的电荷量即为s闭合时电容器极板上所带的电荷量q，断开s前，电容器两端的电压为uir20.4 v，流经r2的电荷量为qcu1.2105 c，故d错误。3(2020辽宁沈阳一模)如图所示，竖直放置的足够长的u形金属框架中，定值电阻为r，其他电阻均可忽略，ef是一水平放置的电阻可忽略的导体棒，导体棒质量为m，棒的两端始终与ab、cd保持良好接触，且能沿框架无摩擦下滑，整个装置放在与框架平面垂直的匀强磁场中，当导体棒ef从静止下滑一

4、段时间后闭合开关s，则s闭合后(d)a导体棒ef的加速度一定大于gb导体棒ef的加速度一定小于gc导体棒ef的机械能一定守恒d导体棒ef的机械能一定减少解析本题考查电磁感应中的单杆的加速度、机械能等问题。当导体棒ef从静止下滑一段时间后闭合开关s，则s闭合后由于导体棒ef切割磁感线产生感应电动势，在回路中产生感应电流，则导体棒ef受到向上的安培力作用，而fa，此时棒的速度大小未知，则其加速度与g的大小关系未知，选项a、b错误；由于回路中产生了感应电流，导体棒ef的机械能一部分转化成了电阻r的内能，则机械能一定减少，选项d正确，c错误。4(2021湖南岳阳模拟)如图所示，由某种粗细均匀的总电阻为

5、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b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(c)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导体棒产生的电动势eblv，画出其等效电路如图，总电阻r总rr，在pq从靠近ad处向bc滑动的过程中，总电阻先增大后减小，总电流先减小后增大，选项a错误；pq两端的电压路端电压ueir，即先增大后减小，选项b错误；拉力的功率等

6、于克服安培力做功的功率，有p安bilv，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，外电阻先增大后减小，因外电阻最大值为r，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，外电阻越来越接近内电阻时，输出功率越大，可知线框消耗的电功率先增大后减小，选项d错误。5(2020浙江7月选考)如图所示，固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为b的匀强磁场。长为l的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在在竖直导电转轴oo上，随轴以角速度匀速转动。在圆环的a点和电刷间接有阻值为r的电阻和电容为c、板间距为d的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处

7、于静止状态。已知重力加速度为g，不计其他电阻和摩擦，下列说法正确的是(b)a棒产生的电动势为bl2b微粒的电荷量与质量之比为c电阻消耗的电功率为d电容器所带电的电荷量为cbr2解析棒转动时垂直切割磁感线，由于只有圆环内存在磁场，故产生的电动势为ebrbr2，a项错误；由于棒无电阻，故电容器、电阻两端电压均等于e，对微粒，由平衡条件有mg，故微粒的比荷为，b项正确；电阻r消耗的电功率为p，c项错误；由qce可知电容器所带电荷量qcbr2，d项错误。6如图(a)所示，圆形线圈p静止在水平桌面上，其正上方悬挂相同的线圈q，p和q共轴，q中通有变化的电流，电流变化的规律如图(b)所示，p所受的重力为g

8、，桌面对p的支持力为fn，则(ad)at1时刻，fngbt2时刻，fngct3时刻，fngdt4时刻，fng，a正确；t2时刻电流减小，则磁场减弱，则穿过p的磁通量变小，由楞次定律可知p将阻碍磁通量的变小，则p有向上运动的趋势，对桌面的压力减小，故fng，c错误；t4时刻电流减小，与b情况相同，fng，d正确。7如图所示，质量为3m的重物与一质量为m的线框用一根绝缘细线连接起来，挂在两个高度相同的定滑轮上，已知线框的横边边长为l，水平方向匀强磁场的磁感应强度为b，磁场上下边界的距离、线框竖直边长均为h。初始时刻，磁场的下边缘和线框上边缘的高度差为2h，将重物从静止开始释放，线框上边缘刚进磁场时

9、，恰好做匀速直线运动，滑轮质量、摩擦阻力均不计。则下列说法中正确的是(abd)a线框进入磁场时的速度为b线框的电阻为c线框通过磁场的过程中产生的热量q2mghd线框通过磁场的过程中产生的热量q4mgh解析从初始时刻到线框上边缘刚进入磁场，由机械能守恒定律得3mg2hmg2h，解得线框刚进入磁场时的速度v，故a项正确；线框上边缘刚进磁场时，恰好做匀速直线运动，故受合力为0,3mgbilmg，i，解得线框的电阻r，故b项正确；线框匀速通过磁场的距离为2h，产生的热量等于系统重力势能的减少，即q3mg2hmg2h4mgh，故c项错误，d项正确。8(2019全国卷)如图，两条光滑平行金属导轨固定，所在

10、平面与水平面夹角为，导轨电阻忽略不计。虚线ab、cd均与导轨垂直，在ab与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场。将两根相同的导体棒pq、mn先后自导轨上同一位置由静止释放，两者始终与导轨垂直且接触良好。已知pq进入磁场时加速度恰好为零。从pq进入磁场开始计时，到mn离开磁场区域为止，流过pq的电流随时间变化的图像可能正确的是(ad)abcd解析pq刚进入磁场时，加速度为零，则mgsinbil，i，即电流恒定；且由题意知，mn刚进入磁场时与pq刚进入磁场时速度相同。情形1：若mn刚进入磁场时，pq已离开磁场区域，则对mn，由mgsinbil及右手定则知，通过pq的电流大小不变，方向相反

11、，故it图像如图a所示。情形2：若mn刚进入磁场时，pq未离开磁场区域，由于两导体棒速度相等，产生的电动势等大、反向，故电流为0，但两棒在重力作用下均加速直至pq离开磁场，此时mn为电源，由eblv，i，bilmgsinma知，mn减速，电流减小，可能的it图像如图d所示。二、非选择题9(2020江苏单科，14)如图所示，电阻为0.1 的正方形单匝线圈abcd的边长为0.2 m，bc边与匀强磁场边缘重合。磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为0.5 t。在水平拉力作用下，线圈以8 m/s的速度向右穿过磁场区域。求线圈在上述过程中(1)感应电动势的大小e；(2)所受拉力的大小f；(3)感应电

12、流产生的热量q。答案(1)0.8 v(2)0.8 n(3)0.32 j解析(1)感应电动势eblv，代入数据得e0.8 v。(2)感应电流i，拉力的大小等于安培力，fbil解得f，代入数据得f0.8 n。(3)运动时间t，焦耳定律qi2rt解得q，代入数据得q0.32 j。10如图所示，两条平行的光滑金属导轨所在平面与水平面的夹角为，间距为d。导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为b，方向与导轨平面垂直。质量为m的金属棒被固定在导轨上，距底端的距离为s，导轨与外接电源相连，使金属棒通有电流。金属棒被松开后，以加速度a沿导轨匀加速下滑，金属棒中的电流始终保持恒定，重力加速度为g。求下滑到底端的过程

13、中，金属棒(1)末速度的大小v；(2)通过的电流大小i；(3)通过的电荷量q。答案(1)(2) (3)解析(1)金属棒做匀加速直线运动，根据运动学公式有v22as解得v(2)金属棒所受安培力f安idb金属棒所受合力fmgsin f安根据牛顿第二定律有fma解得i。(3)金属棒的运动时间t ，通过的电荷量qit解得q。11(2019天津卷)如图所示，固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨，垂直于导轨放置的两根金属棒mn和pq长度也为l、电阻均为r，两棒与导轨始终接触良好。mn两端通过开关s与电阻为r的单匝金属线圈相连，线圈内存在竖直向下均匀增加的磁场，磁通量变化率为常量k。图中虚线右侧有垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为b。pq的质量为m，金属导轨足够长、电阻忽略不计。(1)闭合s，若使pq保持静止，需在其上加多大的水平恒力f，并指出其方向；(2)断开s，pq在上述恒力作用下，由静止开始到速度大小为v的加速过程中流过pq的电荷量为q，求该过程安培力做的功w。答案(1)，方向水平向右(2)mv2kq解析(1)设线圈中的感应电动势为e，由法拉第电磁感应定律e，则ek设pq与mn并联的电阻为r