高考物理一輪復(fù)習(xí) 考點(diǎn)規(guī)范練33 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路和圖像問(wèn)題（含解析）新人教版-新人教版高三物理試題

考點(diǎn)規(guī)范練33電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路和圖像問(wèn)題一、單項(xiàng)選擇題1.在自行車(chē)速度表中,條形磁鐵與車(chē)輪的輻條連接,線圈固定在車(chē)架上,使輪子每轉(zhuǎn)一圈磁鐵就移過(guò)它一次。當(dāng)磁鐵移過(guò)線圈時(shí),在線圈中會(huì)感應(yīng)出一個(gè)電流脈沖。右圖中顯示了磁鐵正要移經(jīng)線圈。若以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?下圖中哪一個(gè)圖顯示的可能是所產(chǎn)生的電流脈沖()答案:C解析:根據(jù)題圖可知,當(dāng)磁鐵經(jīng)過(guò)線圈時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量向外且增加,根據(jù)楞次定律可知,線圈中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流(負(fù)方向);當(dāng)磁鐵遠(yuǎn)離線圈時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量向外且減小,根據(jù)楞次定律可知,線圈中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流(正方向),故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。2.如圖所示,螺線管匝數(shù)n=1 500,橫截面積S=20 cm2,螺線管導(dǎo)線電阻r=1 ,電阻R=4 ,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的B-t圖像如圖所示(以向右為正方向),下列說(shuō)法正確的是()A.電阻R的電流方向是從A到CB.感應(yīng)電流的大小逐漸增大C.電阻R兩端的電壓為6 VD.C點(diǎn)的電勢(shì)為4.8 V答案:D解析:從題圖可知磁通量在逐漸增大,根據(jù)楞次定律可得通過(guò)R的電流方向?yàn)閺腃到A,A錯(cuò)誤;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,有E=nt=nSBt=1500×0.002×6-22V=6V,而感應(yīng)電流大小為I=ER+r=64+1A=1.2A,B錯(cuò)誤;根據(jù)閉合電路歐姆定律,有U=IR=1.2×4V=4.8V,C錯(cuò)誤;因?yàn)锳端接地,電壓為零,所以C端的電勢(shì)為4.8V,D正確。3.如圖所示,豎直平面內(nèi)有一粗細(xì)均勻的金屬環(huán),其半徑為a,總電阻為2r,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)環(huán)平面,環(huán)的最高點(diǎn)A處用鉸鏈連接長(zhǎng)度為2a、電阻為r的導(dǎo)體棒AB,AB由水平位置緊貼環(huán)面擺下,當(dāng)擺到豎直位置時(shí),B點(diǎn)的線速度為v,則此時(shí)A、B兩端的電壓大小為()A.13B0avB.16B0avC.23B0avD.B0av答案:A解析:棒擺到豎直位置時(shí)整根棒處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,切割磁感線的長(zhǎng)度為2a,導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=B0·2a·v,而v=vA+vB2,得E=B0·2a·0+v2=B0av。此時(shí)外電路的總電阻R=r2,根據(jù)閉合電路歐姆定律I=ER+r,得總電流I=2B0av3r,A、B兩端的電壓大小U=IR=2B0av3r·r2=13B0av,選項(xiàng)A正確。4.如圖所示,在平面直角坐標(biāo)系xOy的第一、三象限內(nèi)有垂直坐標(biāo)平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),二者磁感應(yīng)強(qiáng)度相同,圓心角為90°的扇形導(dǎo)線框OPQ以角速度繞O點(diǎn)在坐標(biāo)平面內(nèi)沿順時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)。規(guī)定圖示時(shí)刻t=0,導(dǎo)線框中感應(yīng)電流逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?。則關(guān)于該導(dǎo)線框在轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電流i隨時(shí)間t的變化圖像,下列選項(xiàng)正確的是()答案:A解析:線框切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),由E=12BL2知,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為一定值,則感應(yīng)電流大小不變,故B、D錯(cuò)誤;在T23T4內(nèi),由楞次定律判斷可知線框中感應(yīng)電流方向沿逆時(shí)針?lè)较?為正,故A正確,C錯(cuò)誤。5.(2019·陜西咸陽(yáng)質(zhì)檢)如圖甲所示,匝數(shù)n=2的金屬線圈(電阻不計(jì))圍成的面積為20 cm2,線圈與R=2 的電阻連接,置于豎直向上、均勻分布的磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)與線圈平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,B-t關(guān)系如圖乙所示。規(guī)定感應(yīng)電流i從a經(jīng)過(guò)R到b的方向?yàn)檎较?忽略線圈的自感影響,則下列i-t關(guān)系圖正確的是()答案:D解析:由題圖乙可知,02s內(nèi),線圈中磁通量的變化率相同,故02s內(nèi)電流的方向相同,由楞次定律可知,電路中電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,即電流為正方向;同理可知,25s內(nèi)電路中的電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針,為負(fù)方向。由E=nt可得E=nSBt,則知02s內(nèi)電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E1=2×20×10-4×3×10-32V=6×10-6V,則電流大小為I1=E1R=62×10-6A=3×10-6A;同理25s內(nèi),I2=2×10-6A,故A、B、C錯(cuò)誤,D正確。二、多項(xiàng)選擇題6.如圖所示,在垂直紙面的正方形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi),有一位于紙面且電阻均勻的正方形導(dǎo)體框abcd,現(xiàn)將導(dǎo)體框分別朝兩個(gè)方向以v、3v速度勻速拉出磁場(chǎng),則導(dǎo)體框分別從兩個(gè)方向移出磁場(chǎng)的過(guò)程中()A.導(dǎo)體框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相同B.導(dǎo)體框中產(chǎn)生的焦耳熱相同C.導(dǎo)體框ad邊兩端電勢(shì)差相同D.通過(guò)導(dǎo)體截面的電荷量相同答案:AD解析:由右手定則可知兩種情況導(dǎo)體框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相同,A項(xiàng)正確;熱量Q=I2Rt=BlvR2R×lv=B2l3vR,導(dǎo)體框產(chǎn)生的焦耳熱與運(yùn)動(dòng)速度有關(guān),B項(xiàng)錯(cuò)誤;電荷量q=It=BlvR×lv=Bl2R,電荷量與速度無(wú)關(guān),即兩種速度下電荷量相同,D項(xiàng)正確;以速度v拉出時(shí),|Uad|=14Blv,以速度3v拉出時(shí),|Uad|=34Bl·3v,C項(xiàng)錯(cuò)誤。7.圖甲為手機(jī)及無(wú)線充電板。圖乙為充電原理示意圖。充電板接交流電源,對(duì)充電板供電,充電板內(nèi)的送電線圈可產(chǎn)生交變磁場(chǎng),從而使手機(jī)內(nèi)的受電線圈產(chǎn)生交變電流,再經(jīng)整流電路轉(zhuǎn)變成直流后對(duì)手機(jī)電池充電。為方便研究,現(xiàn)將問(wèn)題做如下簡(jiǎn)化:設(shè)受電線圈的匝數(shù)為n,面積為S,若在t1到t2時(shí)間內(nèi),磁場(chǎng)垂直于受電線圈平面向上穿過(guò)線圈,其磁感應(yīng)強(qiáng)度由B1均勻增加到B2,下列說(shuō)法正確的是()A.c點(diǎn)的電勢(shì)低于d點(diǎn)的電勢(shì)B.受電線圈中感應(yīng)電流方向由d到cC.c、d之間的電勢(shì)差為-n(B2-B1)St2-t1D.c、d之間的電勢(shì)差為n(B2-B1)t2-t1答案:AC解析:根據(jù)楞次定律可知,受電線圈內(nèi)部產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向俯視為順時(shí)針,受電線圈中感應(yīng)電流方向由c到d,所以c點(diǎn)的電勢(shì)低于d點(diǎn)的電勢(shì),A正確,B錯(cuò)誤;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得c、d之間的電勢(shì)差為Ucd=E=t=-n(B2-B1)St2-t1,C正確,D錯(cuò)誤。8.磁場(chǎng)中有一固定的圓形導(dǎo)體閉合線圈,如圖甲所示,圖中所示的磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流的方向?yàn)樵O(shè)定的正方向,已知線圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖像如圖乙所示。則在下列圖像中表示磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化可能正確的是()答案:BD解析:由題圖甲知,以線圈中順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流方向、垂直紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)檎?則由題圖乙可知,線圈中在00.5s內(nèi)產(chǎn)生了逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流,由楞次定律可知,磁通量為向里增加,或者向外減少,即正方向增加或者負(fù)方向減少,故選項(xiàng)A排除;而在0.51.5s內(nèi),結(jié)合感應(yīng)電流方向和楞次定律可得磁通量為垂直向里(正方向)減少,或者垂直向外(負(fù)方向)增加,故C錯(cuò)誤,B、D正確。9.在光滑水平面上,有一個(gè)粗細(xì)均勻的邊長(zhǎng)為l的單匝正方形閉合線框abcd,在水平外力的作用下,從靜止開(kāi)始沿垂直磁場(chǎng)邊界方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng),穿過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng),如圖甲所示,測(cè)得線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流I的大小和運(yùn)動(dòng)時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示,則()A.線框開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)ab邊到磁場(chǎng)左邊界的距離為l3B.線框邊長(zhǎng)與磁場(chǎng)寬度的比值為38C.離開(kāi)磁場(chǎng)的時(shí)間與進(jìn)入磁場(chǎng)的時(shí)間之比為(3-22)1D.離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程中外力做的功與進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中外力做的功相等答案:AB解析:由題圖乙知,線框做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),在磁場(chǎng)外運(yùn)動(dòng)時(shí)間2s,位移為x;進(jìn)入磁場(chǎng)用時(shí)2s,位移為l,所以x=l3,故A正確;在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間也是2s,所以在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的位移x0=5x=5l3,磁場(chǎng)的寬度d=x0+l=8l3,故B正確;由題圖乙知,在進(jìn)入與離開(kāi)磁場(chǎng)過(guò)程線框中電流大小不同,所以線框受安培力大小不等,再根據(jù)F-BIl=ma知,兩個(gè)過(guò)程拉力大小不等,而進(jìn)入和離開(kāi)磁場(chǎng)的位移相同,所以做的功不同,故D錯(cuò)誤;設(shè)加速度為a,進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程有l(wèi)=v1t1+12at12,v1=at0,t0=2s,t1=2s;離開(kāi)磁場(chǎng)過(guò)程有l(wèi)=v2t3+12at32,v2=at2,t2=6s,求得t3=(43-6)s,故C錯(cuò)誤。10.如圖所示,邊長(zhǎng)為l、不可形變的正方形導(dǎo)線框內(nèi)有半徑為r的圓形磁場(chǎng)區(qū)域,其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系為B=kt(常量k>0)?；芈分谢瑒?dòng)變阻器R的最大阻值為R0,滑片P位于滑動(dòng)變阻器中央,定值電阻R1=R0、R2=R02。閉合開(kāi)關(guān)S,電壓表的示數(shù)為U,不考慮虛線MN右側(cè)導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),則()A.R2兩端的電壓為U7B.電容器的a極板帶正電C.滑動(dòng)變阻器R的熱功率為電阻R2的5倍D.正方形導(dǎo)線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為kl2答案:AC解析:由法拉第電磁感應(yīng)定律E=nt=nBtS有E=kr2,D錯(cuò)誤;因k>0,由楞次定律知線框內(nèi)感應(yīng)電流沿逆時(shí)針?lè)较?故電容器b極板帶正電,B錯(cuò)誤;由題圖知外電路結(jié)構(gòu)為R2與R的右半部并聯(lián),再與R的左半部、R1相串聯(lián),故R2兩端電壓U2=R02×12R0+R02+R02×12U=U7,A正確;設(shè)R2消耗的功率為P=IU2,則R消耗的功率P'=2I×2U2+IU2=5P,C正確。三、非選擇題11.(2019·天津?qū)嶒?yàn)中學(xué)模擬)如圖所示,固定光滑金屬導(dǎo)軌間距為l,導(dǎo)軌電阻不計(jì),上端a、b間接有阻值為R的電阻,導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為,且處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。質(zhì)量為m、電阻為r的導(dǎo)體棒與固定彈簧相連后放在導(dǎo)軌上。初始時(shí)刻,彈簧恰處于自然長(zhǎng)度,導(dǎo)體棒具有沿導(dǎo)軌向上的初速度v0。整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸。已知彈簧的勁度系數(shù)為k,彈簧的中心軸線與導(dǎo)軌平行。(1)求初始時(shí)刻通過(guò)電阻R的電流I的大小和方向;(2)當(dāng)導(dǎo)體棒第一次回到初始位置時(shí),速度變?yōu)関,求此時(shí)導(dǎo)體棒的加速度大小a。答案:(1)Blv0R+r電流方向?yàn)閎a(2)gsin -B2l2vm(R+r)解析:(1)導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1=Blv0根據(jù)閉合電路歐姆定律得通過(guò)R的電流大小為I1=E1R+r=Blv0R+r根據(jù)右手定則判斷得知電流方向?yàn)閎a。(2)導(dǎo)體棒第一次回到初始位置時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E2=Blv根據(jù)閉合電路歐姆定律得感應(yīng)電流為I2=E2R+r=BlvR+r導(dǎo)體棒受到的安培力大小為F=BIl=B2l2vR+r,方向沿斜面向上。導(dǎo)體棒受力如圖所示。根據(jù)牛頓第二定律有mgsin-F=ma解得a=gsin-B2l2vm(R+r)。12.在周期性變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一圓形閉合線圈,線圈平面與磁場(chǎng)垂直,如圖甲所示,規(guī)定圖中磁場(chǎng)方向?yàn)檎?。已知線圈的半徑為r、匝數(shù)為N,總電阻為R,磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為B0,變化周期為T(mén),磁感應(yīng)強(qiáng)度按圖乙所示規(guī)律變化。(1)求在0T6內(nèi)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流I1的大小;(2)規(guī)定甲圖中感應(yīng)電流的方向?yàn)檎较?在圖丙中畫(huà)出一個(gè)周期內(nèi)的i-t圖像,已知I0=3r2NB0RT;(3)求在一個(gè)周期T內(nèi)線圈產(chǎn)生的電熱Q。答案:(1)6Nr2B0RT(2)圖像見(jiàn)解析(3)18(Nr2B0)2RT解析:(1)在0T6內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1=N1t1,磁通量的變化1=B0r2,解得E1=6Nr2B0T,線圈中感應(yīng)電流大小I1=E1R=6Nr2B0RT。(2)根據(jù)楞次定律可知,0T6時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電流為正,大小為2I0;在T6T2時(shí)間內(nèi),感應(yīng)電流為負(fù),大小為I2=E2R,E2=N2t2,所以I2=I0;同理可得出在T25T6時(shí)間內(nèi)和5T6T時(shí)間內(nèi)的電流,其變化規(guī)律見(jiàn)圖。(3)在0T6和5T6T兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的熱量相同,有Q1=Q3=I12R·T6,在T65T6時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q2=I22R·4T6,一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量Q=Q1+Q2+Q3=18(Nr2B0)2RT。