2020高考物理二輪復習 600分沖刺 專題四 電路和電磁感應 第12講 電磁感應規(guī)律及其應用優(yōu)練（含解析）

電磁感應規(guī)律及其應用一、選擇題(本題共8小題，其中15題為單選，68題為多選)1(2019·廣東模擬)航母上飛機彈射起飛是利用電磁驅動來實現(xiàn)的。電磁驅動原理如圖所示，在固定線圈左右兩側對稱位置放置兩個閉合金屬圓環(huán)，鋁環(huán)和銅環(huán)的形狀、大小相同，已知銅的電阻率較小，則合上開關S的瞬間(D)A兩個金屬環(huán)都向左運動B兩個金屬環(huán)都向右運動C銅環(huán)受到的安培力小于鋁環(huán)受到的安培力D從左側向右看，鋁環(huán)中感應電流沿順時針方向解析若環(huán)放在線圈兩邊，根據(jù)“來拒去留”可得，合上開關S的瞬間，環(huán)為阻礙磁通量增大，則環(huán)將向兩邊運動，A、B錯誤；由于銅環(huán)的電阻較小，則銅環(huán)中感應電流較大，故銅環(huán)受到的安培力要大于鋁環(huán)，C錯誤；線圈中電流為右側流入，磁場方向為向左，在閉合開關的過程中，磁場變強，由楞次定律可知，電流由左側向右看為順時針，D正確。2(2019·湖南模擬)圖甲為興趣小組制作的無線充電裝置中受電線圈示意圖，已知線圈匝數(shù)n100匝、電阻r1 、橫截面積S1.5×103 m2，外接電阻R7 。線圈處在平行于線圈軸線的磁場中，磁場的磁感應強度隨時間變化如圖乙所示，設磁場的正方向水平向左，則(C)A在0.005 s時通過電阻R的電流大小為0B在0.005 s時通過電阻R的電流方向由a流向bC在00.01 s內通過電阻R的電荷量q1.5×103CD在0.020.03 s內電阻R產生的焦耳熱為Q1.8×103 J解析t0.005 s時磁感應強度為0，磁通量為0，但磁通量的變化率最大，感應電動勢最大，感應電流最大，A錯誤；00.005 s過程中，磁感應強度減小，磁通量減小，根據(jù)楞次定律，根據(jù)電流磁場方向向左，由安培定則知流過電阻R的電流方向由b流向a，B錯誤；在00.01 s內，根據(jù)感應電量的公式有qn，其中2BS2×4×102×1.5×1031.2×104Wb，所以q100×C1.5×103C，C正確；由圖象知周期T2.0×102s，角速度100 rad/s，感應電動勢的最大值EmnBS100×4×102×1.5×103×1000.6，感應電動勢的有效值E，電流IA，電阻R上產生的焦耳熱QI2Rt()2×7×0.01 J4.0×103 J，D錯誤。3(2019·江蘇模擬)發(fā)光二極管是目前電器指示燈廣泛使用的電子元件，在電路中的符號是“”。只有電流從標有“”號的一端流入時，它才能發(fā)光，如圖所示，螺線管與兩只反向并聯(lián)的發(fā)光二極管相連，磁鐵從螺線管的正上方由靜止釋放，向下穿過螺線管。下列說法正確的是(A)A磁鐵N極朝下釋放時，先紅燈亮后綠燈亮B磁鐵S極朝下釋放時，先紅燈亮后綠燈亮C若磁鐵磁性足夠強，則磁鐵可以懸停在管內D磁鐵減少的重力勢能等于回路中產生的電能解析磁鐵N極朝下釋放時， 由楞次定律可判斷先是紅燈亮后綠燈亮，A正確；磁鐵S極朝下釋放時，由楞次定律可判斷先是綠燈亮后紅燈亮，B錯誤；即使磁鐵磁性足夠強，磁鐵也不可能懸停在管內，因為假設懸停在管內，螺線管內無磁通量變化，無感應電流產生，磁鐵只受重力，C錯誤；此過程中，磁鐵的重力勢能、動能和回路中的電能相互轉化，磁鐵減少的機械能等于回路中產生的電能，D錯誤。4(2019·云南模擬)如圖所示，兩光滑水平放置的平行金屬導軌間距為L，直導線MN垂直跨在導軌上，且與導軌接觸良好，整個裝置處于垂直于紙面向里的勻強磁場中，磁感應強度為B。電容器的電容為C，除電阻R外，導軌和導線的電阻均不計?，F(xiàn)給導線MN一初速度，使導線MN向右運動，當電路穩(wěn)定后，MN以速度v向右勻速運動時(C)A電容器兩端的電壓為零B通過電阻R的電流為C電容器所帶電荷量為CBLvD為保持MN勻速運動，需對其施加的拉力大小為解析導線向右運動時切割磁感線，給電容器充電，根據(jù)左手定則可知，安培力使得導線減速運動，當電容器電壓與導線的電動勢相等時，導線中沒有電流，導線做勻速運動，因此選項A、B均錯；根據(jù)QCU可知，最終電容器所帶電荷量為QCBLv，C正確；根據(jù)上述分析，當電容器電壓與切割磁感線的電動勢相等時，就沒有感應電流，因此不要外界作用力，D錯誤。5(2019·遼寧沈陽模擬)如圖所示，兩個線圈套在同一個鐵芯上，線圈的繞向如圖甲所示，左線圈連著正方形線框abcd，線框所在區(qū)域存在變化的磁場，取垂直紙面向外力正，磁感應強度隨時間變化如圖乙所示，不計線框以外的感生電場，右側線圈連接一定值電阻R，下列說法中正確的是(D)A設t1、t3時刻ab邊電流大小分別為i1、i3，則有i1i3，定值電阻R中有電流Bt2t4時間內通過ab邊電量為0，定值電阻R中無電流Ct1時刻ab邊中電流方向由ab，e點電勢高于f點Dt5時刻ab邊中電流方向由ba，f點電勢高于e點解析根據(jù)法拉第電磁感應定律EnnS，正方形線框中的感應電動勢是恒定值， 原線圈中電流值恒定，副線圈中不產生感應電動勢，e點電勢等于f點電勢，A錯誤；t2t4時間內磁感應強度均勻變化，磁通量均勻變化，有恒定感應電流通過ab，通過ab邊的電量不為0，副線圈磁通量不變，定值電阻R中無電流，B錯誤；t1時刻磁場方向向外且均勻增加，根據(jù)楞次定律，線框中感應電流沿順時針方向，ab邊中電流方向由ba，副線圈中不產生感應電動勢，e點電勢等于f點電勢，C錯誤；t5時刻磁場方向垂直紙面向里，磁場變小，磁通量減小，根據(jù)楞次定律得感應電流為順時針方向，ab邊中電流方向由ba，磁感應強度的變化率增大，感應電流變大，穿過副線圈的磁通量增大，根據(jù)楞次定律，副線圈中感應電動勢上負下正，因此e點電勢低于f點，D正確。6(2019·福建漳浦模擬)健身車的磁控阻力原理如圖所示，在銅質飛輪的外側有一些磁鐵(與飛輪不接觸)，人在健身時帶動飛輪轉動，磁鐵會對飛輪產生阻礙，拉動控制拉桿可以改變磁鐵與飛輪間的距離。則(CD)A飛輪受到阻力大小與其材料密度有關B飛輪受到阻力大小與其材料電阻率無關C飛輪轉速一定時，磁鐵越靠近飛輪，其受到的阻力越大D磁鐵與飛輪間距不變時，飛輪轉速越大，其受到阻力越大解析飛輪在磁場中做切割磁感線的運動，所以會產生電源電動勢和感應電流，根據(jù)楞次定律可知，磁場會對運動的飛輪產生阻力，以阻礙飛輪與磁場之間的相對運動，所以飛輪受到的阻力主要來源于磁鐵對它的安培力，而安培力大小與其材料的電阻率有關，與其密度無關，故A、B錯誤；磁鐵越靠近飛輪，飛輪處于的磁感應強度越強，所以在飛輪轉速一定時，磁鐵越靠近飛輪，飛輪上產生的感應電動勢和感應電流越大；飛輪受到的阻力越大，C正確；磁鐵和飛輪間的距離一定時，根據(jù)法拉第電磁感應定律可知，飛輪轉速越大，則飛輪上產生的感應電動勢和感應電流越大，那么飛輪受到的阻力越大，D正確。7(2019·浙江模擬)如圖所示，兩根足夠長、間距為l的固定光滑平行金屬導軌，位于同一水平面內，導軌上橫放著質量分別為m和3m的導體棒ab和cd，構成矩形回路，在整個導軌平面內存在方向豎直向上、磁感應強度大小為B的勻強磁場，已知兩棒的電阻均為R，回路中其余部分的電阻不計。開始時，導體棒cd靜止，導體棒ab以大小為v0的初速度從導軌左端開始向右運動，忽略回路中電流對磁場的影響，導體棒ab和cd在運動過程中不會發(fā)生碰撞，經過足夠長的時間后，下列說法正確的是 (BC)A金屬棒cd先做勻加速直線運動，達到v0后做直線運動B金屬棒cd先做變加速直線運動，后以某一速度勻速直線運動C兩金屬棒在運動中產生的焦耳熱最多為mvD兩金屬棒在運動中產生的焦耳熱最多為mv解析開始階段ab棒向右減速運動，cd棒向右加速運動，cd棒速度小于ab棒速度。設某時刻ab棒速度為v1，cd棒速度為v2，v1v2，則cd棒的加速度a2。隨時間推移，v1減小，v2增大，故a2隨時間減小，因此cd棒先做變加速直線運動。當v1v2時，a20，ab棒和cd棒以相同的速度v做勻速直線運動。故選項A錯誤、選項B正確；設整個運動過程中產生的焦耳為Q，以兩棒為系統(tǒng)，由動量守恒定律有：mv04mv；由能量守恒定律有：mv·4mv2Q，聯(lián)立求解得：Qmv，故選項C正確、選項D錯誤。8(2019·江蘇蘇州模擬)如圖所示，導體框位于豎直平面內，勻強磁場垂直于紙面向里，磁感應強度大小B2.0 T，水平導體棒MN可沿兩側足夠長的光滑導軌下滑而不分離，導體棒MN質量m0.1 kg，接入電路的電阻r1.0 ；導軌寬度L1.0 m，定值電阻R3.0 ，裝置的其余部分電阻可忽略不計。將導體棒MN無初速度釋放，導體棒下滑h2.0 m高度時速度達到最大，重力加速度g10 m/s2。則導體棒(BD)A下滑的最大速度為4 m/sB從釋放到下滑h高度所經歷時間為2.1 sC從釋放到下滑h高度過程中，電阻R產生的熱量為1.95 JD從釋放到下滑h高度過程中，通過電阻R的電荷量為1 C解析導體棒勻速運動時速度最大，設為v。根據(jù)mg得：v1 m/s，A錯誤；根據(jù)牛頓第二定律得：mgmam，變形得：mgttmv，兩邊求和得：mgttmv，可得：mgtmv，解得t2.1 s，B正確；從釋放到下滑h高度過程中，根據(jù)能量守恒定律得：mghmv2Q，電阻R產生的熱量為：QRQ，解得：QR1.462 5 J，C錯誤；從釋放到下滑h高度過程中，通過電阻R的電荷量為：1 C，D正確。二、計算題(本題共2小題，需寫出完整的解題步驟)9(2019·四川模擬)如圖所示， 一金屬導線單位長度的電阻為r，折成閉合的等腰直角三角形線框ABC，直角邊長為d，在t0時刻從圖示位置開始以速度v勻速穿過磁感應強度為B0的有界勻強磁場區(qū)域，磁場區(qū)域寬度為2d。則：(1)當線框剛進入磁場區(qū)域時，直角邊AC產生電動勢的大??；(2)當線框的水平直角邊進入一半時，導線內電流的大??；(3)若使線框穿出磁場區(qū)域過程中不產生感應電流，僅改變磁場，其他條件不變，求磁感應強度B隨時間t的變化規(guī)律。答案(1)B0dv(2)(3)BB0(t)解析(1)當線框剛進入磁場區(qū)域時，直角邊AC產生電動勢EB0dv(2)當線框的水平直角邊進入一半時，有效切割長度為，產生的感應電動勢為EB0·vB0dv線框的總電阻R總(2dd)×r則I(3)在t0時刻磁通量0B0d2t時刻磁通量B·(dvt)2要使線框穿出磁場區(qū)域過程中不產生感應電流，則0可得BB0(t)10(2019·高考大綱調研卷)兩固定水平平行金屬導軌間距為L，導軌上放著兩根相同導體棒ab和已知每根導體棒質量均為m，電阻均為R，導軌光滑且電阻不計，整個導軌平面內都有豎直向上的勻強磁場，磁感應強度為B，開始時ab和cd兩導體棒有方向相反的水平初速度，大小分別為v0和2v0。(1)求從開始到最終穩(wěn)定的過程中回路總共產生的焦耳熱；(2)當ab棒的速度大小變?yōu)闀r，求：通過cd棒的電荷量為多少？兩棒間的距離增大為多少？回路消耗的電功率為多少？答案(1)mv(2)或或或解析(1)從開始到最終穩(wěn)定的過程中，兩棒總動量守恒，則有：2mv0mv02mv解得：v由能量守恒可得從開始到最終穩(wěn)定回路中產生的焦耳熱為：Qmvm(2v0)2(2m)v2mv(2)分析兩棒運動的情況可知，ab棒的速度大小為有兩種情況： 當ab棒速度未反向時，即vab，設此時cd棒的速度為v1，由動量守恒定律：2mv0mv0mmv1解得： v1當ab棒速度反向時，即vab，設此時cd棒的速度為v2，由動量守恒定律：2mv0mv0mmv2解得： v2對棒由動量定理可得： F安tmv，其中F安BILI，EBL(vcdvab)，qIt代入兩種情況可知：當vab時，BLq2mv0m解得： q1當vab時， BLq2mv0m解得： q2由q可得：x1 或x2由于是純電阻電路，電功率就是電生熱的功率，即PI2R，將I，EBL(vcdvab)代入得：P；P1，P2 - 8 -