高考物理二轮复习专题强化练十二电磁感应规律及其应用含解析

专题强化练(十二)考点1楞次定律和电磁感应定律1．(2019·合肥模拟)如图所示，闭合圆形导体线圈放置在匀强磁场中，线圈平面与磁场平行，当磁感应强度逐渐增大时，以下说法正确的是()A．线圈中产生顺时针方向的感应电流B．线圈中产生逆时针方向的感应电流C．线圈中不会产生感应电流D．线圈面积有缩小的倾向解析：由于线圈平面与磁场平行，所以穿过线圈的磁通量为零．当磁感应强度增大时，穿过线圈的磁通量仍然为零，则线圈中不会产生感应电流，故C项正确．答案：C2．(多选)(2019·郑州模拟)如图甲所示，等离子气流由左方连续以速度v0射入M和N两板间的匀强磁场中，ab直导线与M、N相连接，线圈A与直导线cd连接，线圈A内有按图乙所示规律变化的磁场，且规定向左为磁场B的正方向，则下列叙述正确的是()A．0～1s内，ab、cd导线互相排斥B．1～2s内，ab、cd导线互相吸引C．2～3s内，ab、cd导线互相吸引D．3～4s内，ab、cd导线互相排斥解析：根据左手定则，可判定等离子气流中的正离子向上极板M偏转，负离子向下极板N偏转，所以ab中电流方向是由a向b的．在第1s内，线圈A内磁场方向向右，磁感应强度减小，由楞次定律可知感应电流方向是由c向d的，根据ab、cd内电流的流向关系，可知两导线相互吸引，故A项错误；在第2s内，线圈A内磁场方向向左，磁感应强度增加，由楞次定律可知感应电流的方向是由c向d的，根据电流的流向关系可知两导线相互吸引，故B项正确；同理可以判断C项错误，D项正确．答案：BD3．(2019·深圳模拟)某一学习小组在研究电磁感应现象时，利用一根粗细均匀的金属丝弯成导轨abcd，b＝3c.导体棒ef的电阻是bc段电阻的两倍，如图所示，匀强磁场垂直于导轨平面，当用平行于导轨的外力F将导体棒ef由靠近bc位置匀速向右移动时，则()A．导体棒ef两端的电压不变B．导体棒ef中的电流变大C．拉力F的瞬时功率变大D．导轨abcd消耗的电功率先变大后变小解析：设ef的电阻为r，ebcf的电阻为R，ef长为L，速度为v，磁感应强度为B，则导体棒ef产生的感应电动势为：E＝BLv；ef两端的电压为：U＝eq\f(R,R＋r)E，E、r不变，R变大，可知U变大，选项A错误；ef中的电流为：I＝eq\f(E,R＋r)，E、r不变，R变大，I变小，选项B错误；导体棒匀速运动时拉力F的功率等于回路中的电功率，为P＝eq\f(E2,R＋r)，R增大，则P减小，选项C错误．abcd消耗的功率是电源ef的输出功率，根据条件：b＝3c，ef的电阻是bc段电阻的两倍，可知ebcf的电阻先小于ef的电阻，再等于ef的电阻，后大于ef的电阻，所以导轨abcd消耗的电功率先增大后减小，选项D正确．答案：D4．(2019·成都模拟)如图所示，ef、gh为水平放置的足够长的平行光滑导轨，导轨间距为L＝1m，导轨左端连接一个R＝2Ω的电阻，将一根质量为0.2kg的金属棒cd垂直地放置导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻均不计，整个装置放在磁感应强度为B＝2T的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向上．现对金属棒施加一水平向右的拉力F，使棒从静止开始向右运动，试解答以下问题：(1)若施加的水平外力恒为F＝8N，则金属棒达到的稳定速度v1是多少？(2)若施加的水平外力的功率恒为P＝18W，则金属棒达到的稳定速度v2是多少？解析：(1)由平衡条件得F＝F安＝eq\f(B2L2v,R)，所以金属棒的速度v1＝eq\f(FR,B2L2)，代入数据解得v1＝4m/s；(2)金属棒速度达到稳定时，由平衡条件得水平外力F′＝F′安＝eq\f(B2L2v2,R)，功率P＝F′v2，解得v2＝3m/s.答案：(1)4m/s(2)3m/s考点2电磁感应中的图象问题5．(2019·惠州模拟)如图所示，一个有矩形边界的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里．一个三角形闭合导线框，由位置1(左)沿纸面匀速运动到位置2(右)．取线框刚到达磁场边界的时刻为计时起点(t＝0)，规定逆时针方向为电流的正方向，则下图中能正确反映线框中电流与时间关系的是()解析：线框进入磁场的过程，磁通量向里增加，根据楞次定律得知感应电流的磁场向外，由安培定则可知感应电流方向为逆时针，电流i应为正方向，选项B、C错误；线框进入磁场的过程，线框有效的切割长度先均匀增大后均匀减小，由E＝BLv，可知感应电动势先均匀增大后均匀减小；线框完全进入磁场的过程，磁通量不变，没有感应电流产生．线框穿出磁场的过程，磁通量向里减小，根据楞次定律得知感应电流的磁场向里，由安培定则可知感应电流方向为顺时针，电流i应为负方向；线框有效的切割长度先均匀增大后均匀减小，由E＝BLv，可知感应电动势先均匀增大后均匀减小，选项A正确，D错误．答案：A6．(多选)(2019·德州模拟)如图甲所示，一正方形导线框ABCD置于匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化如图乙所示，则线框中的电流I和导线AB受到的安培力F随时间t变化的图象分别是(规定垂直纸面向里的方向为磁感应强度的正方向，逆时针方向为线框中电流的正方向，向右为安培力的正方向)()解析：由B-t图象可知，0～eq\f(T,2)内，线圈中向里的磁通量增大，由楞次定律可知，电路中电流方向为逆时针，沿ABCDA方向，即电流为正方向；eq\f(T,2)～T内，线圈中向里的磁通量减小，由楞次定律可知，电路中电流方向为顺时针方向，即电流为负方向；由法拉第电磁感应定律E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB·S,Δt)，由于磁感应强度均匀变化，所以产生的感应电流大小保持不变，选项A正确，B错误；0～eq\f(T,2)内，电路中电流方向为逆时针，根据左手定则可知，AB边受到的安培力的方向向右，为正值；eq\f(T,2)～T内，电路中的电流为顺时针，AB边受到的安培力的方向向左，为负值；根据安培力的公式F＝BIL，电流大小不变，安培力的大小与磁感应强度成正比，选项C正确，D错误．答案：AC7．(2019·上饶模拟)在如图所示的竖直平面内，在水平线MN的下方有足够大的匀强磁场，一个等腰三角形金属线框顶点C与MN重合，线框由静止释放，沿轴线DC方向竖直落入磁场中．忽略空气阻力，从释放到线框完全进入磁场过程中，关于线框运动的v-t图象，可能正确的是()解析：线框进入磁场过程中受到的安培力F＝BIl＝eq\f(B2l2v,R)，线框切割磁感线的有效长度l增大、安培力增大，由牛顿第二定律得：mg－F＝ma，得a＝g－eq\f(B2l2v,mR)，线框由静止加速，由于l、v不断增大，a不断减小，则线框做加速度减小的加速运动，选项C正确．答案：C8．(2019·太原模拟)如图甲中，两平行光滑金属导轨放置在水平面上且间距为L，左端接电阻R，导轨电阻不计．整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中．将质量为m、电阻为r的金属棒ab置于导轨上．当ab受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动时，F与金属棒速度v的关系如图乙所示．已知ab与导轨始终垂直且接触良好，设ab中的感应电流为I，ab受到的安培力大小为F安，R两端的电压为UR，R的电功率为P，则下图中正确的是()解析：由题图乙可得F＝F0－kv，金属棒切割磁感线产生电动势E＝BLv，金属棒中电流I＝eq\f(BLv,（R＋r）)，金属棒受安培力F安＝BIL，对金属棒根据牛顿第二定律：F－F安＝ma，代入得：F0－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k＋\f(B2L2,R＋r)))v＝ma，所以金属棒做加速度减小的加速运动，当加速度减为零时，做匀速运动，选项A正确；F安＝eq\f(B2L2v,R＋r)，UR＝eq\f(BLv,R＋r)R，R消耗的功率P＝eq\f(Ueq\o\al(2,R),R)，选项B、C、D错误．答案：A考点3电磁感应中的电路和动力学问题9．(多选)(2019·成都模拟)如图甲，线圈A(图中实线，共100匝)的横截面积为0.3m2，总电阻r＝2Ω，A右侧所接电路中，电阻R1＝2Ω，R2＝6Ω，电容C＝3μF，开关S1闭合．A中有横截面积为0.2m2的区域C(图中虚线)，C内有图乙所示的变化磁场，t＝0时刻，磁场方向垂直于线圈平面向里．下列判断正确的是()A．闭合S2、电路稳定后，通过R2的电流由b流向aB．闭合S2、电路稳定后，通过R2的电流大小为0.4AC．闭合S2、电路稳定后再断开S1，通过R2的电流由b流向aD．闭合S2、电路稳定后再断开S1，通过R2的电荷量为×10－6C解析：根据楞次定律，线圈中产生的感应电流为顺时针方向，则闭合S2、电路稳定后，通过R2的电流由a流向b，选项A错误；根据法拉第电磁感应定律E＝neq\f(ΔB,Δt)S＝100×eq\f,3)×0.2V＝4V，则闭合S2、电路稳定后，通过R2的电流大小为I＝eq\f(E,R1＋R2＋r)＝eq\f(4,2＋6＋2)A＝0.4A，选项B正确；闭合S2、电路稳定后电容器上极板带正电，则当再断开S1，电容器放电，通过R2的电流由a流向b，选项C错误；电路稳定后电容器带电量Q＝CUR2＝3×10－6××6C＝×10－6C，则电路稳定后再断开S1，通过R2的电荷量为×10－6C，选项D正确．答案：BD10．(多选)(2019·桂林三校联考)如图甲所示，光滑且足够长的金属导轨MN、PQ平行地固定在同一水平面上，两导轨间距L＝0.20m，两导轨的左端之间连接的电阻R＝0.40Ω，导轨上停放一质量m＝0.10kg的金属杆ab，位于两导轨之间的金属杆的电阻r＝0.10Ω，导轨的电阻可忽略不计．整个装置处于磁感应强度B＝0.50T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下．现用一水平外力F水平向右拉金属杆，使之由静止开始运动，在整个运动过程中金属杆始终与导轨垂直并接触良好，若理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图乙所示．求金属杆开始运动经t＝5.0s时()A．通过金属杆的感应电流的大小为1A，方向由b指向aB．金属杆的速率为4m/sC．外力F的瞬时功率为1WD．0～5.0s内通过R的电荷量为5C解析：金属杆向右切割磁感线，由右手定则知电流方向为b指向a，金属杆开始运动经t＝5.0s，由图象可知电压为0.4V，根据闭合电路欧姆定律得I＝eq\f(U,R)＝eq\f,0.4)A＝1A，故A正确；根据法拉第电磁感应定律知E＝BLv，根据电路结构可知：U＝eq\f(R,R＋r)E，解得v＝5m/s，故B错误；根据电路知U＝eq\f(R,R＋r)BLv＝v＝at，结合U-t图象知金属杆做匀加速运动，加速度为a＝1m/s2，根据牛顿第二定律，在5s末时对金属杆有：F－BIL＝ma，解得：F＝0.2N，此时F的瞬时功率P＝Fv＝×5W＝1W，故C正确；0～5.0s内通过R的电荷量为q＝t＝eq\f(\o(E,\s\up6(－)),R＋r)t＝eq\f(ΔΦ,R＋r)＝eq\f(B×\f(1,2)at2×L,R＋r)＝2.5C，故D错误．答案：AC11．(2019·怀化模拟)如图甲所示，足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨MN，PQ竖直放置，其宽度L＝1m，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端M与P之间连接阻值为R＝0.40Ω的电阻，质量为m＝0.01kg，电阻为r＝0.30Ω的金属棒ab紧贴在导轨上．现使金属棒ab由静止开始下滑，下滑过程中ab始终保持水平，且与导轨接触良好，其下滑距离x与时间t的关系如图乙所示，图乙中的OA段为曲线，AB段为直线，导轨电阻不计，g取10m/s2(忽略ab棒运动过程中对原磁场的影响)．求：(1)判断金属棒两端a、b的电势高低；(2)磁感应强度B的大小；(3)在金属棒ab从开始运动的1.5s内，电阻R上产生的热量．解析：(1)由右手定则可知，ab中的感应电流由a流向b，ab相当于电源，则b点电势高，a点电势低；(2)由x-t图象求得t＝1.5s时，金属棒的速度v＝eq\f(Δx,Δt)＝eq\f－7,－1.5)m/s＝7m/s，金属棒匀速运动时所受的安培力大小为F＝BIL，I＝eq\f(E,R＋r)，E＝BLv，联立得F＝eq\f(B2L2v,R＋r)，根据平衡条件得F＝mg，则有mg＝eq\f(B2L2v,R＋r)，代入数据解得B＝0.1T；(3)金属棒ab在开始运动的1.5s内，金属棒的重力势能减小转化为金属棒的动能和电路的内能．设电路中产生的总焦耳热为Q，根据能量守恒定律得mgx＝eq\f(1,2)mv2＋Q，代入数据解得Q＝0.455J，故R产生的热量为QR＝eq\f(R,R＋r)Q＝0.26J.答案：(1)b点电势高，a点电势低(2)0.1T(3)0.26J12．(2019·泉州模拟)如图，水平面内有一光滑金属导轨QPMN，MP边长度为d＝3m、阻值为R＝1.5Ω，且MP与PQ垂直，与MN的夹角为135°，MN、PQ边的电阻不计．将质量m＝2kg、电阻不计的足够长的直导体棒搁在导轨上，并与MP平行，棒与MN、PQ交点E、F间的距离L＝4m，整个空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度B＝0.5T．在外力作用下，棒由EF处以初