2022届高考物理选择题专题强化训练:电磁感应现象 磁通量 法拉第电磁感应定律 楞次定律(北京使用)
展开一、单项选择题(共20小题;共80分)
1. 关于磁通量,下列说法中正确的是
A. 磁通量不仅有大小,而且有方向,所以是矢量
B. 磁通量越大,磁感应强度越大
C. 穿过某一平面的磁通量为零,该处磁感应强度不一定为零
D. 磁通量就是磁感应强度
2. 关于磁通量,下列说法正确的是
A. 穿过某一面积的磁通量为零,该处磁感应强度为零
B. 垂直于磁场方向的磁感线条数越多,磁通量越大
C. 在磁场中所取平面的面积增大,磁通量总是增大的
D. 磁场中磁感应强度大的地方,磁通量不一定很大
3. 磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量。如图所示,通有恒定电流的导线 MN 与闭合线框共面,第一次将线框由 1 平移到 2,第二次将线框绕 cd 边翻转到 2,设先后两次通过线框的磁通量变化量分别为 ΔΦ1 和 ΔΦ2,则
A. ΔΦ1>ΔΦ2B. ΔΦ1=ΔΦ2C. ΔΦ1<ΔΦ2D. 无法确定
4. 如图所示,圆环和长直导线 MN 均处于纸面内,P 、 Q 是关于导线对称的两点,当导线 MN 中通以从 N→M 的电流时,下列说法正确的是
A. P 、 Q 两点的磁感应强度大小相同,方向相反
B. P 点处磁感应强度方向垂直于纸面向里
C. 圆环向右运动直到远离通电导线,环内磁通量一直减小
D. 圆环向右运动直到远离通电导线,环内磁通量先增大后减小
5. 如图所示,小金属环和大金属环重叠在同一平面内,两环相互绝缘,小环有一半面积在大环内,当大环接通电源的瞬间,小环中感应电流的情况是
A. 无感应电流B. 有顺时针方向的感应电流
C. 有逆时针方向的感应电流D. 无法确定
6. 将面积为 3.0×10−4 m2 的圆面放入水平向右的匀强磁场中,圆面与磁感线之间的夹角为 30∘,如图所示。若穿过该圆面的磁通量为 3.0×10−5 Wb,则此匀强磁场的磁感应强度 B 应等于
A. 1.0×10−1 TB. 5.0×10−1 TC. 2.0 TD. 2.0×10−1 T
7. 如图所示,在一固定的水平放置的闭合导体圆环上方,有一条形磁铁,从离地面 h 处,由静止开始下落,最后落在水平地面上,磁铁下落过程中始终保持竖直方向,并从圆环中心穿过圆环,而不与圆环接触。若不计空气阻力,重力加速度为 g,下列说法中正确的是 。
A. 在磁铁下落的整个过程中,圆环中的感应电流方向先逆时针后顺时针(从上向下看圆环)
B. 磁铁在整个下落过程中,所受圆环对它的作用力先竖直向上后竖直向下
C. 磁铁在整个下落过程中,它的机械能不变
D. 磁铁落地时的速度一定等于 2gh
8. 如图所示,一个水平放置的矩形线圈 abcd,在细长水平磁铁的 S 极附近竖直下落,由位置Ⅰ经位置Ⅱ到位置Ⅲ。位置Ⅱ与磁铁同一平面,位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近 Ⅱ,则在下落过程中,线圈中的感应电流的方向为
A. abcdaB. adcba
C. 从 abcda 到 adcbaD. 从 adcba 到 abcda
9. 如图所示,竖直放置的长直导线通以恒定电流,有一矩形线框与导线在同一平面,在下列情况中线圈不能产生感应电流的是
A. 导线中电流强度变大B. 线框向右平动
C. 线框向下平动D. 线框以 ad 边为轴转动
10. 如图所示,水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线,以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系。四个相同的圆形闭合线圈 a 、 b 、 c 、 d 在四个象限内完全对称放置,两直导线中的电流大小与变化情况完全相同,电流方向如图所示,当两直导线中的电流都增大时,产生顺时针方向感应电流的是
A. 线圈 aB. 线圈 bC. 线圈 cD. 线圈 d
11. 如图所示,竖直放置的螺线管与导线 abcd 构成回路,导线所围区域内有一垂直纸面向里的变化的匀强磁场,螺线管下方水平桌面上有一导线圆环。要使导体圆环将受到向上的磁场作用力,导线 abcd 所围区域内磁场的磁感强度应按下列哪一图线所表示的方式随时间变化
A. B.
C. D.
12. 如图所示,一有限范围的匀强磁场,宽度为 d。一个边长为 l 的正方形导线框以速度 v 匀速通过磁场区。若 d>l,则在线框中不产生感应电流的时间等于
A. dvB. lvC. d−lvD. d−2lv
13. 闭合矩形线框在足够大的匀强磁场中做以下运动,那么一定能产生感应电流的是
A. 以矩形线框的一条边为转轴,在磁场中转动
B. 以一个顶点为圆心,在磁场中做圆周运动
C. 保持线框平面与磁场方向垂直并沿垂直于磁场方向做加速运动
D. 保持线框平面与磁场垂直且增大线框的面积
14. 如图所示,一根导体棒 MN 沿竖直放在匀强磁场中的光滑金属导轨下滑,而串联在框架中的灵敏电流计 G 的指针未发生偏转,则可以断定磁场方向
A. 一定沿竖直方向B. 一定沿水平方向,且与棒平行
C. 一定沿水平方向,且与棒垂直D. 以上说法都不正确
15. 如图所示,一有限范围的匀强磁场,宽度为 d。一个边长为 l 的正方形导线框以速度 v 匀速通过磁场区。
若 d
16. 矩形导线框 abcd 固定在匀强磁场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直,规定磁场的正方向垂直纸面向里,磁感应强度 B 随时间变化的规律如图所示。若规定顺时针方向为感应电流 I 的正方向,下列各图中正确的是
A. B.
C. D.
17. 如图所示,ab 是一个可绕垂直于纸面的轴 O 转动的闭合矩形导线框,当滑动变阻器 R 的滑片自左向右滑动时,线框 ab 的运动情况是
A. 保持静止不动
B. 逆时针转动
C. 顺时针转动
D. 发生转动,但电源极性不明,无法确定转动的方向
18. 如图所示,有两个在同一平面内的圆形导线框 a 、 b,下列能使导线框 b 中产生感应电流的是
A. 先闭合 S1,再闭合 S2
B. 先闭合 S2,再闭合 S1 的瞬间
C. S1 、 S2 都闭合时
D. 将 S1 、 S2 都闭合,先断开 S2,再断开 S1
19. 如图所示,通电螺线管置于水平放置的光滑平行金属导轨 MN 和 PQ 之间,ab 和 cd 是放在导轨上的两根金属棒,它们分别静止在螺线管的左右两侧。现使滑动变阻器的滑片向左滑动,则 ab 和 cd 棒的运动情况是
A. ab 向左运动,cd 向右运动B. ab 向右运动,cd 向左运动
C. ab 、 cd 都向右运动D. ab 、 cd 保持静止
20. 如图所示为安检门原理图,左边门框中有一通电线圈,右边门框中有一接收线圈,工作过程中某段时间通电线圈存在顺时针方向(从左向右看)均匀增大的电流,则
A. 无金属片通过时,接收线圈中的感应电流方向为顺时针
B. 无金属片通过时,接收线圈中的感应电流增大
C. 有金属片通过时,金属片中没有感应电流
D. 有金属片通过时,接收线圈中的感应电流大小发生变化
二、双项选择题(共8小题;共32分)
21. 均匀带负电的塑料圆环绕垂直于圆环平面过圆心的轴旋转,在环的圆心处有一闭合小线圈,小线圈和圆环在同一平面,则
A. 只要圆环在转动,小线圈内就一定有感应电流
B. 不管环怎样转动,小线圈内都没有感应电流
C. 圆环在作变速转动时,小线圈内一定有感应电流
D. 圆环作匀速转动时,小线圈内没有感应电流
22. 如图所示,一个闭合线圈静止于磁场中,由于磁场强弱的变化,而使线圈中产生了感应电动势,下列说法中正确的是
A. 使电荷定向移动形成电流的力是磁场力
B. 磁场变化时,会在空间激发一个电场
C. 从上往下看,当磁场增强时,线圈中有逆时针方向的感应电流
D. 使电荷定向移动形成电流的力是电场力
23. 如图所示,闭合导体环固定,条形磁铁沿导体环的轴线竖直下落,条形磁铁在穿过导体环过程中
A. 条形磁铁的加速度始终小于 g
B. 导体环中的感应电流方向(从上往下看)先是逆时针后是顺时针
C. 条形磁铁重力势能的减少量等于导体环中产生的焦耳热
D. 导体环先受到向下的排斥力后受到向下的吸引力
24. 如图所示,矩形线圈与磁场垂直,且一半在匀强磁场内,一半在匀强磁场外。若要线圈中产生感应电流,下列方法中可行的是
A. 将线圈向左平移一小段距离B. 将线圈向上平移
C. 以 ab 为轴转动线圈(小于 90∘)D. 以 bc 为轴转动线圈(小于 60∘)
25. 图甲中 bacd 为导体做成的框架,其平面与水平面成 θ 角,质量为 m 的导体棒 PQ 与 ab 、 cd 接触良好,回路的电阻为 R,整个装置放在垂直于框架平面的变化的磁场中,磁感应强度的变化如图乙,PQ 始终静止,在 0∼t1 时间内
A. PQ 受安培力方向始终沿轨道斜面向上
B. PQ 受安培力方向始终沿轨道斜面向下
C. PQ 受到的摩擦力可能一直增大
D. PQ 受到的摩擦力可能先减小后增大
26. 如图(a),在同一平面内固定有一长直导线 PQ 和一导线框 R,R 在 PQ 的右侧。导线 PQ 中通有正弦式交变电流 i,i 的变化如图(b)所示,规定从 Q 到 P 为电流正方向。导线框 R 中的感应电动势
A. 在 t=T4 时为零B. 在 t=T2 时改变方向
C. 在 t=T2 时最大,且沿顺时针方向D. 在 t=T 时最大,且沿顺时针方向
27. 有多款智能手机支持无线充电,如图为充电原理示意图。充电板接交流电源,对充电板供电,充电板内的送电线圈可产生交变磁场,从而使手机内的受电线圈产生交变电流,再经整流电路转变成直流电后对手机电池充电,下列说法正确的是
A. 手机外壳用金属材料制作可以减少能量损耗
B. 如果图示方向的磁场在变强,受电线圈中 c 点的电势低于 d 点的电势
C. 在送电线圈电压不变的情况下,增加送电线圈匝数可以提高受电线圈的电压
D. 受电线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同
28. 如图 A 中水平放置的 U 形光滑金属导轨 NMPQ,MN 接有电键 K,导轨宽度为 L,其电阻不计。在左侧边长为 L 的正方形区域存在方向竖直向上磁场 B,其变化规律如图 B 所示:中间一段没有磁场,右侧一段区域存在方向竖直向下的匀强磁场,其磁感应强度为 B0,在该段导轨之间放有质量为 m 、电阻为 R 、长为 L 的金属棒 ab。若在图 B 所示的 t02 时刻关闭电键 K,则在这一瞬间
A. 金属棒 ab 中的电流方向为由 a 流向 b
B. 金属棒 ab 中的电流大小为 LB0t0R
C. 金属棒 ab 所受安培力方向水平向右
D. 金属棒 ab 的加速度大小为 L3B02mt0R
三、多项选择题(共2小题;共8分)
29. 下列磁场垂直加在金属圆盘上能产生涡流的是
A. B.
C. D.
30. 如图所示,两个单匝闭合线圈 a 、 b 的半径分别为 r 和 2r,用相同粗细、相同材料的金属导线制成。圆形匀强磁场区域的边缘恰好与 a 线圈重合,其磁感应强度 B 随时间均匀增大,则
A. 穿过 a 、 b 两线圈的磁通量之比为 1:1
B. a 、 b 两线圈的感应电动势之比为 1:2
C. a 、 b 两线圈的感应电流之比为 2:1
D. a 、 b 两线圈的电功率之比为 2:1
答案
第一部分
1. C
【解析】磁通量是标量,故A错误;
由 Φ=BS 可知,Φ 大,B 不一定大,故B错误;
由 Φ=BS⊥ 知,当 S 与 B 平行时,S⊥=0,Φ=0,但 B 不为零,故C正确;
Φ 和 B 是两个不同的物理量,故D错误。
2. D
3. C
【解析】第一次将线框由位置 1 平移到位置 2,磁感线从线框的同一侧穿入,ΔΦ1 为前后两位置磁通量的绝对值之差。第二次将线框由位置 1 绕 cd 边翻转到位置 2,磁感线从线框的另一侧穿入,ΔΦ2 为前后两位置磁通量的绝对值之和,故 ΔΦ1<ΔΦ2,选项C正确。
4. A
【解析】由安培定则判断可知,P 、 Q 两点的磁感应强度大小相同,方向相反,即 P 点处磁感应强度方向垂直于纸面向外,Q 点处磁感应强度方向垂直于纸面向里,选项A正确,B错误;圆环向右运动直到远离通电导线,环内磁通量先增大再减小,然后再增大,再减小,选项C、D错误
5. C
【解析】环内的半圆,其磁感线密集,磁通量较大.
6. D
【解析】圆面放在匀强磁场中,与磁场方向不垂直,将圆面投影到与磁场垂直的方向,投影面积和磁感应强度的乘积等于磁通量,据此求出磁感应强度。根据 Φ=BSsin30∘,B=ΦSsin30∘=3×10−53×10−4×0.5 T=2×10−1 T,故D正确,A、B、C错误。
7. A
【解析】当条形磁铁靠近圆环时,穿过圆环的磁通量增加,根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为逆时针;当条形磁铁远离圆环时,穿过圆环的磁通量减小,根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为顺时针,A正确。根据楞次定律的推论“来拒去留”原则,可判断磁铁在整个下落过程中,所受圆环对它的作用力始终竖直向上,B错误。磁铁在整个下落过程中,由于受到磁场力的作用,磁铁的机械能不守恒,C错误。若磁铁从高度 h 处做自由落体运动,其落地时的速度为 v=2gh,但磁铁穿过圆环的过程中要产生一部分电热,根据能量守恒定律可知,其落地速度一定小于 2gh,D错误
8. B
【解析】如图所示,线圈从位置 1 到位置 2 的过程中,穿过线圈方向向下的磁通量减小,则产生感应电流;根据楞次定律,感应电流的磁场的方向向下,属于感应电流的方向为 adcba 方向;
线圈从位置 2 到位置 3 的过程中,穿过线圈向上的磁通量增加,所以感应电流的磁场的方向向下,产生感应电流的方向为 adcba 方向。所以整个过程中感应电流的方向始终都是沿 adcba 方向。故B选项正确,ACD错误。
9. C
【解析】导线中电流强度变大,则周围的磁感应强度增强,则线框中磁通量增大,故可以产生感应电流,故A错误;
线框向右运动时,线框中的磁感应强度减小,故磁通量减小,可以产生感应电流,故B错误;
线框向下运动时,线框中的磁感应强度不变,磁通量不变,故不会产生感应电流,故C正确;
线框以 ad 边为轴转动时,线框中的磁通量发生变化,故会产生感应电流,故D错误;
10. C
11. A
【解析】导体圆环受到向上的磁场作用力,说明导体圆环中的感应电流的磁场与线圈中的电流磁场方向相同,这样线圈中的电流磁场的变化就应越来越慢,因此导线 abcd 所围区域内的磁场的变化率要越来越小,答案选A。
12. C
13. D
14. D
15. C
16. D
【解析】由图可知,0∼1 s 内,线圈中磁通量的变化率相同,故 0∼1 s 内电流的方向相同,由楞次定律可知,电路中电流方向为逆时针,即电流为负方向;
同理可知,1∼2 s 内电路中的电流为顺时针,2∼3 s 内,电路中的电流为顺时针,3∼4 s 内,电路中的电流为逆时针,
由 E=ΔΦΔt=ΔB⋅SΔt 可知,电路中电流大小恒定不变。
17. C
【解析】根据题图所示电路,线框 ab 所处位置的磁场是水平方向的,当滑动变阻器的滑片向右滑动时,电路中电阻增大,电流减弱,则穿过闭合导线框 ab 的磁通量将减少.
Φ=BSsinθ,θ 为线圈平面与磁场方向的夹角,根据楞次定律,感应电流的磁场将阻碍原来磁场的变化,则线框 ab 只有顺时针旋转使 θ 角增大,而使穿过线圈的磁通量增加,则C正确.
注意此题并不需要明确电源的极性.
18. B
19. A
【解析】由安培定则可知,螺线管中的磁场方向向上,金属棒 ab 、 cd 处的磁场方向均向下。当滑片向左滑动时,螺线管中的电流增大,因此磁场变强,即磁感应强度变大,回路中的磁通量增大,由楞次定律结合安培定则可知,感应电流方向为 a→c→d→b→a,由左手定则知 ab 受安培力方向向左,cd 受安培力方向向右,故 ab 向左运动,cd 向右运动。选项A正确,B、C、D错误
20. D
第二部分
21. C, D
【解析】当圆环匀速转动时形成的电流是不变的,电流的磁场是不变的,穿过小线圈的磁通量不变,小线圈内没有感应电流,故A错误;
当圆环做变速运动时,形成的电流是变化的,电流产生的磁场也是变化的,穿过圆心处闭合线圈的磁通量将发生变化,线圈中一定产生感应电流,故B错误,C正确;
当圆环做匀速转动时,带负电的圆环形成恒定电流,产生的磁场是稳恒的,穿过圆心处闭合线圈的磁通量不变,线圈中没有感应电流产生,故D正确。
22. B, D
【解析】在变化的电场周围产生磁场,变化的磁场周围产生电场,选项B正确;
因线圈处于激发的电场中,电场力使线圈中的自由电荷定向移动,从而产生了感应电流,选项A错误,D正确;
当磁场变强时,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向向下,从上往下看,线圈中有顺时针方向的感应电流,选项C错误。
23. B, D
24. A, C
25. C, D
【解析】在 0∼t1 时间内,磁感应强度 B 先减小后反向增大,穿过 PQca 回路的磁通量先减小后反向增大,由楞次定律可知,当回路磁通量均匀减小时,产生恒定的感应电流,回路面积有扩大趋势,导体棒 PQ 受到的安培力沿轨道斜面向上,安培力的大小 FA=BIL=IL(B0−kt) 随磁感应强度 B 的减小而减小,导体棒受到的静摩擦力在 t=0 时若沿斜面向下,则随 B 的减小而减小;在 t=0 时若沿斜面向上,则随 B 的减小而增大;当磁感应强度 B 反向增大时,回路磁通量增大,回路面积有缩小的趋势,导体棒 PQ 受到的安培力沿斜面向下,且随磁感应强度 B 的增大而增大,导体棒受到的静摩擦力 Ff=mgsinθ+BIL 则随之增大。因此安培力在磁感应强度 B 减小到 0 之前沿斜面向上,之后沿斜面向下,A、B错;
而静摩擦力可能先减小后增大或者一直增大,C、D正确。
26. A, C
【解析】PQ 中的电流在导线框 R 中产生变化的磁场,所以线框 R 中的磁通量变化规律和 PQ 中电流的变化规律相同,PQ 中电流在 T4 时刻变化率为零,即线框 R 中的磁通量的变化率为零,线框中 R 产生的感应电动势为零,A选项正确;T2 时刻 PQ 中电流变化最快,即线框 R 中磁通量变化最快,斜率正负没有发生变化,所以感应电动势的方向没有发生变化,B选项错误;在 T2 时刻,线框 R 中的磁通量从向内减弱变为向外增强,感应电流的磁场方向垂直纸面向里,感应电动势为顺时针方向,C选项正确;在 T 时刻,线框 R 中的磁场从垂直纸面向外减弱变为垂直纸面向里增强,感应电流的磁场方向垂直纸面向外,感应电动势为逆时针方向,D选项错误。
27. B, D
28. C, D
【解析】A.根据楞次定律可得金属棒 ab 中的电流方向为由 b 流向 a,A错误;
B.根据法拉第电磁感应定律可得感应电动势 E=ΔBΔt⋅S=B0t0⋅L2,所以金属棒 ab 中的电流大小为 I=ER=L2B0t0R,B错误;
C.金属棒 ab 的电流方向为由 b 流向 a,根据左手定则可得 ab 棒所受安培力方向水平向右,C正确;
D.根据牛顿第二定律可得金属棒 ab 的加速度大小为 a=BILm=B02L3mRt0,D正确。
第三部分
29. B, C, D
【解析】只有垂直加在金属圆盘上的是变化的磁场,才会引起磁通量的变化,使金属圆盘内产生涡流,选项B、C、D正确,A错误。
30. A, C, D
【解析】任意时刻穿过 a 、 b 两线圈的磁感线条数相同,即磁通量相同,穿过两线圈的磁通量之比为 1:1,选项A正确;根据法拉第电磁感应定律得 E=nΔBΔtS,S=πr2,ΔBΔt 是个定值,所以 a 、 b 两线圈的感应电动势之比为 1:1,选项B错误;线圈 a 、 b 的半径分别为 r 和 2r,周长之比为 1:2,电阻之比为 1:2,则 a 、 b 两线圈的感应电流之比为 2:1,选项C正确;根据电功率 P=EI 知,E 相同,电流之比为 2:1,则 a 、 b 两线圈的电功率之比为 2:1,选项D正确。
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