考点7 电磁感应与交变电流—高考物理一轮复习考点创新题训练

这是一份考点7 电磁感应与交变电流—高考物理一轮复习考点创新题训练，共16页。试卷主要包含了5 s等内容，欢迎下载使用。

A.B.C.D.
2.如图甲是物理实验小组利用实验室的器材自主组装的发电机给电动机供电的实物图，发电机的齿轮传动结构如图乙所示，两个大轮齿数记为，且，两个小轮齿数记为，且，小齿轮与发电机同轴传动。某次实验中摇动手柄使电动机稳定转动起来，测得电动机的功率，发电机两端的电压变化规律如图丙所示，忽略电路中的电阻，下列说法正确的是( )
A.交流电电压的瞬时值表达式为
B.流过发电机的电流的有效值为
C.手柄摇动的角速度为
D.手柄摇动的周期为0.5 s
3.电路过载时电流一般比额定电流大一些，而短路时则可能达到额定电流的十几倍以上。空气开关是一种常见的电气设备，可用于保护电气线路和设备避免过载或短路的破坏，如图1所示。空气开关内部有电磁脱扣器和热脱扣器两种断开结构，如图2所示。在过载或短路发生的情况下，电路中的强电流流过电磁线圈，线圈内的金属顶针在电磁力的作用下压缩弹簧撞击弹片使电路断开；热脱扣器则是利用双金属片热胀冷缩的原理，当强电流流过双金属片时，材料不同的双金属片发热形变程度不同，金属片带动连杆开关使电路断开。
一般家庭电路中用电器往往启动瞬间电流较大，为保证用电器顺利启动，多采用脱扣特征曲线如图3所示的空气开关。脱扣特征曲线的横轴表示线路实际电流相对于额定电流的倍数（部分刻度值未画出），纵轴（t/s）表示电流持续时间，曲线①左下方区域表示空气开关不脱扣，曲线②右上方区域表示脱扣，①、②曲线所夹的区域为不确定区域，在此区域中脱扣器可能是脱扣状态或未脱扣状态。根据以上信息，下列说法正确的是( )
A.电路发生过载情况时，更易发生电磁脱扣
B.实际电流为额定电流2倍时，线路设备可持续工作至少10秒
C.实际电流为额定电流7倍时，一定是电磁脱扣器执行断开电路动作
D.线路设备在工作条件下，电磁脱扣器不产生焦耳热
4.2023年11月15日，中国首套港口岸电大功率无线充电系统在浙江宁波象山石浦渔港正式投运，标志着浙江港口岸电率先进入“无线时代”。某兴趣小组通过对无线充电原理的学习，设计了如图1所示的受电线圈电路，已知线圈的匝数为n，直径为d，电阻为r，外电路电阻为R。整个装置处于如图2所示的变化磁场中，磁场方向竖直向上为正方向，则下列说法正确的是( )
A.M端的电势高于N
B.在0~T内通过电阻R的电荷量为
C.在时刻感应电流方向发生变化
D.外电阻R越大，电阻R消耗的功率越大
5.某电学研究小组根据电工技术中“钳形电流测量仪”工作原理，自制了一个50Hz的钳形电流表，如图所示，铁芯左侧绕有匝数为的线圈，并与电流表A组成闭合电路。某次进行测量时，钳口打开，把被测的通电导线放在钳口中间，通过电流表A，可以间接测出通电导线中的电流。不考虑铁芯的漏磁及各种能量损耗，则下列说法正确的是( )
A.该测量仪属于升压变压器
B.该测量仪工作原理是利用自感现象
C.若导线中通过的是10A直流电，电流表中通过的电流是10mA
D.电流表的示数随铁芯左侧线圈的匝数增加而变大
6.在第70场“南方教研大讲堂”罗老师展示的课例中，她用磁力小车做了小实验。磁力小车如图甲所示，它的内部结构可以简化为如图乙所示，其中A、B是具有单向导电性的发光二极管（正向电阻为零，反向电阻为无穷大），与线圈C构成闭合回路。实验前，磁力小车静止在水平桌面上（不计一切阻力）。关于实验现象，下列说法正确的是( )
A.将强磁铁N极快速靠近小车，二极管A将闪亮
B.将强磁铁S极快速靠近小车，二极管B将闪亮
C.将强磁铁N极快速靠近小车，小车将向右运动
D.将强磁铁S极快速靠近小车，小车将向左运动
7.如图甲，一质量为m的磁悬浮列车，车厢底部前端安装一匝数为N、边长为L的正方形线圈，线圈总电阻为R，在区域ABCD内有如图乙所示的方向交替变化的匀强磁场，正方形磁场区域边长均为L、磁感应强度大小均为B。列车以速度进入磁场区域，进入磁场时将线圈闭合（为位移起点和计时起点），使列车实现电制动（仅考虑题述磁场的作用）。当列车到CD时将列车底部线圈断开，转为机械制动。不计空气阻力，则( )
A.线圈刚进入刹车区域时的加速度大小为
B.列车位移为时，通过线圈的磁通量为0，感应电流为0
C.线圈最右侧从AB到EF与从EF到GH安培力对线圈的冲量大小之比为1:2
D.线圈最右侧从AB到GH过程线圈中产生的焦耳热为
8.如图，两个完全相同的圆形金属薄片组成的电容器与金属杆AB组合成一质量为m的“耳机状”装置，现将该装置从高度为的位置由静止释放两次，第一次空间中未加磁场，第二次空间中加上垂直纸面向外的匀强磁场，金属杆始终与磁场的方向垂直，金属薄片沿竖直方向。已知所加磁场的磁感应强度大小为B，两圆形薄片之间的距离为L，电容器的电容为C，不计所有电阻，重力加速度为g，下列说法正确的是( )
A.加上磁场后，整个装置下落过程减少的重力势能等于增加的动能
B.加上磁场后，电容器在空中做匀加速直线运动
C.加上磁场后，装置落地前瞬间电容器储存的电荷量为
D.加上磁场后，电容器的下落时间延长了
9.自行车上装有车头灯发电机，发电机结构示意图如图甲，自行车车轮通过摩擦带动小轮转动，小轮再动旋转磁极转动产生的电动势e随时间t的变化如图乙所示。已知车轮和小轮的转动角速度分别是ω和，车轮半径，小轮半径（），车头灯两端电压与车轮转动角速度ω成正比，假设小轮与车轮间无相对滑动，线圈电阻不计，车头灯电阻为R且看作纯电阻，下列说法正确的是( )
A.时刻穿过线圈的磁通量变化率最小
B.小轮的角速度与车轮转动的角速度ω大小相等
C.车头灯的电功率与自行车前进速度的平方成反比
D.自行车前进时的速率为
10.如图甲所示，在水平面上一质量为m的金属杆在外力作用下从时刻开始沿平行导轨向右运动，已知导轨间距为d，导轨内侧分布着垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为，已知金属杆的速度随时间变化的关系图像如图乙所示，为正弦曲线的一部分，导轨的末端连接一理想变压器，原、副线圈匝数分别为，副线圈连接有定值电阻、滑动变阻器和白炽灯，且、与的最大阻值均为，初始时滑动变阻器滑片位于正中间位置。不计金属杆、线圈和导轨的电阻，假设导轨光滑且足够长，金属杆与导轨始终接触良好，不考虑的阻值变化。下列说法正确的是( )
A.金属杆中产生的是方向不断变化的交变电流
B.当滑动变阻器滑片移到最下方时，理想变压器的输出功率为
C.当滑动变阻器滑片移到最下方时，理想变压器的输出功率为
D.当滑动变阻器滑片向下滑动时，滑动变阻器消耗的功率一定减小
11.如图，两条“∧”形的光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上，间距为L，左、右两导轨面与水平面夹角均为30°，均处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小分别为和B。将有一定阻值的导体棒放置在导轨上，同时由静止释放，两棒在下滑过程中始终与导轨垂直并接触良好。的质量分别为和m，长度均为L。导轨足够长且电阻不计，重力加速度大小为g，两棒在下滑过程中( )
A.回路中的电流方向为B.中电流趋于
C.与加速度大小之比始终为2:1D.两棒产生的电动势始终相等
12.如图，将一空的铝质易拉罐倒扣于笔尖上，在“冂”型木框两侧各固定一个强铷磁铁，用电钻控制木框匀速转动，发现木框虽然不与易拉罐接触，但易拉罐也会随木框转动。则下列说法正确的是( )
A.木框的转速总比易拉罐的大
B.易拉罐与木框的转动方向相反
C.易拉罐与木框保持相同的转速同方向转动
D.两个磁铁必须异名磁极相对
13.如图甲所示，游乐园中的过山车惊险刺激，但有多种措施保证了它的安全运行。其中磁力刹车是为保证过山车在最后进站前的安全而设计的一种刹车形式。磁场很强的钕磁铁安装在轨道上，刹车金属框安装在过山车底部。简化为图乙所示的模型，将刹车金属框简化为由两个边长为L的正方形单匝线框圈成的一个“日”字形线框，其中边电阻均为R，其他边电阻忽略不计，则过山车返回水平站台前的运动可以简化如下：线框沿着足够长的光滑斜面由某位置静止下滑，ef进入匀强磁场时恰好做匀速运动。已知斜面与水平面的夹角为θ，过山车的总质量为m，磁场区上下边界间的距离为2L，磁感应强度大小为B，方向垂直斜面向上，重力加速度为g。则下列说法正确的是( )
A.开始下滑时的位置到磁场上边界的距离为
B.当cd进入磁场瞬间，线框开始减速运动
C.线框的cd边刚离开下边界时，流过ab边的电流大于
D.线框穿过磁场的过程中产生的焦耳热为
14.如图所示，光滑水平轨道MN、PQ和光滑倾斜轨道NF、QE在Q、N点连接，倾斜轨道倾角为θ，轨道间距均为L。水平轨道间连接着阻值为R的电阻，质量分别为M、m电阻分别为R、r的导体棒a、b分别放在两组轨道上，导体棒均与轨道垂直，a导体棒与水平放置的轻质弹簧通过绝缘装置连接，弹簧另一端固定在竖直墙壁上。水平轨道所在的空间区域存在竖直向上的匀强磁场，倾斜轨道空间区域存在垂直轨道平面向上的匀强磁场，该磁场区域仅分布在QN和EF之间的区域内，QN、EF距离为d，两个区域内的磁感应强度分别为B1、，以QN为分界线且互不影响。现在用一外力F将导体棒a向右拉至某一位置处，然后把导体棒b从紧靠分界线QN处由静止释放，导体棒b在出磁场边界EF前已达最大速度。当导体棒b在磁场中运动达稳定状态，撤去作用在a棒上的外力后发现a棒仍能静止一段时间，然后又来回运动并最终停下来。求：
（1）导体棒b在倾斜轨道上的最大速度；
（2）撤去外力后，弹簧弹力的最大值；
（3）如果两个区域内的磁感应强度且导体棒电阻，从b棒开始运动到a棒最终静止的整个过程中，电阻R上产生的热量为Q，求弹簧最初的弹性势能。
15.如图1所示，刚性导体线框由长为L、质量均为m的两根竖杆，与长为2l的两轻质横杆组成，且.线框通有恒定电流，可以绕其中心竖直轴转动.以线框中心O为原点、转轴为z轴建立直角坐标系，在y轴上距离O为a处，固定放置一半径远小于a，面积为S、电阻为R的小圆环，其平面垂直于y轴.在外力作用下，通电线框绕转轴以角速度ω匀速转动，当线框平面与xOz平面重合时为计时零点，圆环处的磁感应强度的y分量与时间的近似关系如图2所示，图中已知.
（1）求0到时间内，流过圆环横截面的电荷量q；
（2）沿y轴正方向看以逆时针为电流正方向，在时间内，求圆环中的电流与时间的关系；
（3）求圆环中电流的有效值；
（4）当撤去外力，线框将缓慢减速，经时间角速度减小量为，设线框与圆环的能量转换效率为k，求的值[当，有].
答案以及解析
1.答案：B
解析：原线圈中输入电压的有效值，根据理想变压器变压公式，副线圈输出电压的有效值，若火花塞产生的电火花恰好可以点燃汽缸中的燃料空气混合物，则副线圈中电压瞬时最大值，B项正确。
2.答案：C
解析：由题图丙得交流电电动势的最大值，周期，所以，交流电电压的瞬时值表达式为，A错误；由于电路的电阻忽略不计，由能量守恒得，其中，解得流过发电机的电流的有效值，B错误；摇动手柄，齿轮传动时发电机转动角速度与小齿轮的角速度大小相等，由题图乙可知，小齿轮的线速度与大齿轮的线速度大小相等，大齿轮的角速度与小齿轮的角速度大小相等，小齿轮的线速度与大齿轮的线速度大小相等，大齿轮的角速度与手柄摇动的角速度大小相等，发电机的角速度，所以有，手柄摇动的周期，C正确，D错误。
3.答案：B
解析：A.电路发生过载情况时，电路过载时电流一般比额定电流大一些，所以线路实际电流相对于额定电流的倍数偏小，由图3可知更容易发生热脱扣，故A错误；
B.实际电流为额定电流2倍时，由图3可得线路设备可持续工作至少10秒，故B正确；
C.实际电流为额定电流7倍时，由图3可见刚好处于不确定区域，所以不一定是电磁脱扣器执行断开电路动作，故C错误；
D.线路设备在工作条件下，电路中的强电流流过电磁线圈，所以电磁脱扣器产生焦耳热，故D错误。
故选B。
4.答案：B
解析：由题图2知，穿过线圈的磁通量先正向均匀减小后反向均匀增大，由楞次定律可知，从上往下看电流沿逆时针方向，可知M端的电势低于N，且整个过程中电流方向不变，A、C错误；在内磁通量变化量为，由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势，且，可得，由闭合电路欧姆定律有，由电流的定义式可得，B正确；根据电源输出功率的特点可知，当内外电阻相等时线圈的输出功率最大，即电阻R消耗的功率最大，D错误。
5.答案：A
解析：A.根据题意可知，原线圈匝数为1，副线圈匝数为100，则该测量仪属于升压变压器，故A正确；
B.该测量仪工作原理是利用互感现象，故B错误；
C.若导线中通过的是10A直流电，变压器不工作，电流表无示数，故C错误；
D.根据公式
铁芯左侧多绕几圈导线，即增大，而和不变，故应减小，故电流表示数减小，故D错误。
故选A。
6.答案：ABC
解析：将强磁铁N极快速靠近线圈，穿过线圈的磁通量增大，由楞次定律可知，整个回路中产生逆时针方向的感应电流，二极管A将闪亮，故A正确；将强磁铁S极快速靠近线圈，穿过线圈的磁通量增大，由楞次定律可知，整个回路中产生顺时针方向的感应电流，则二极管B将闪亮，故B正确；不管是强磁铁N极快速靠近小车，还是强磁铁S极快速靠近小车，根据楞次定律的推论“来拒去留”可知，小车都将向右运动，故C正确，D错误。
7.答案：AD
解析：线圈刚进入刹车区域时，线圈右侧切割磁感线，感应电动势，感应电流，所受安培力，则加速度，A正确。列车位移为时，通过线圈的磁通量为0，但磁通量的变化率不为0，线圈左右两侧的边都在切割磁感线，且各自产生的感应电流相互叠加，所以感应电流不为0，B错误。线圈最右侧从AB到EF，根据法拉第电磁感应定律有，感应电流，安培力，联立解得安培力冲量大小。线圈最右侧EF到GH，线圈左右两侧的边都在切割磁感线，且各自产生的感应电流相互叠加，线圈左右两侧的边受到大小相等的安培力，同理可得安培力冲量大小，C错误。线圈最右侧从AB运动到GH的过程，由动量定理有，由能量守恒定律有，可得，D正确。
8.答案：BD
解析：整个装置下落过程中减少的重力势能会转化为装置增加的动能、电容器储存的电场能等，A错误；加上磁场后，金属杆切割磁感线产生的感应电动势为，感应电流为，由牛顿第二定律有，联立各式得，可知电容器做的是匀加速直线运动，B正确；加上磁场后，装置落地前瞬间电容器两极板间的电压为，则电容器储存的电荷量为，C错误；未加磁场时电容器的下落时间为，加上磁场后电容器的下落时间为，电容器的下落时间延长了，D正确。
9.答案：AD
解析：A.由图乙可知，当时的瞬时感应电动势为零，根据法拉第电磁感应定律
可知，此时的线圈的磁通量变化率为零，故A正确；
B.因为摩擦小轮与车轮之间没有相对滑动，所以它们的线速度大小相等，即
又因为
所以
故B错误；
C.车头灯两端的电压U与车轮转动的角速度ω成正比，而车轮行进的速度
所以车头灯两端的电压U与自行车速度v成正比，根据车头灯的电功率
所以车头灯的电功率与自行车速度的平方成正比，故C错误；
D.由图乙可知，线圈转动的角速度为
则小轮边缘的线速度为
因为，小轮与车轮间无相对滑动，所以自行车前进时的速率等于小轮边缘的线速度大小，故D正确。
故选AD。
10.答案：BD
解析：根据安培定则可知，金属杆中产生感应电流时，电流方向始终为从上到下，A错误；金属杆切割磁感线的长度为d，则，根据理想变压器原、副线圈电压与匝数关系可知，副线圈中的电压变化规律如图甲所示，且副线圈电压最大值，有效值，则当滑动变阻器滑片移到最下方时，输出功率，B正确，C错误；如图乙所示，根据等效电源法，将和看做一个整体，可知等效电阻，等效电动势，滑动变阻器的功率为，当时功率最大，故从中间向下滑动时，功率必然减小，D正确。
11.答案：AB
解析：由于ab和cd均沿导轨下滑，则通过abcd回路的磁通量增大，根据楞次定律可知，回路中的电流方向为abcda，A正确；初始时，对ab和cd分别受力分析，如图所示，根据牛顿第二定律分别有，可得，则ab与cd加速度大小之比始终为1:1，C错误；当加速度趋于零时，两导体棒中的电流趋于稳定，结合C项分析可知，ab中的电流趋于，B正确；由于ab和cd加速度大小始终相等，则两导体棒的速度大小始终相等，则由法拉第电磁感应定律可知两导体棒产生的感应电动势大小之比始终为2:1，D错误。
12.答案：A
解析：ABC.根据电磁驱动原理，易拉罐与木框的转动方向相同，木框的转速总比易拉罐的大，A正确；BC错误；
D.两个磁铁异名磁极或同名磁极相对均可，在磁极附近的易拉罐导体中都会产生涡流，在磁场受安培力使易拉罐跟着木框转动起来，D错误。
故选A。
13.答案：AD
解析：线框进入磁场时，ef切割磁感线相当于电源，ab、cd并联，整个回路的总电阻，由于线框匀速运动，因此有，而，根据匀变速直线运动规律线框开始下滑位置到磁场上边界的距离，联立解得，A正确；当cd进入磁场后，将cd、ef作为整体，相当于cd、ef并联再与ab串联，整个回路总电阻大小不变，所受安培力不变，因此线框仍匀速运动，B错误；cd边刚离开磁场下边界时，ab边相当于电源，导线框匀速运动，此时流过ab边的电流，C错误；由于线框匀速穿过磁场，根据能量守恒，可知回路产生的焦耳热为，D正确。故选AD。
14.答案：（1）（2）（3）
解析：（1）b棒达到最大速度时设b杆中的电流为I，则有：
切割感应电动势：
闭合电路欧姆定律，
解得：
(2)撤去外力后，a杆将做减幅振动，最大弹力出现在其静止阶段，此时b杆正处于匀速运动阶段，故
解得：
(3)设b杆在磁场中运动期间，电阻R上产生的热量为，a杆振动期间，电阻R上产生的热量为，则有：
由于且导体棒电阻R=r可得到，b杆在磁场中运动期间
由能量守恒定律：
a杆振动期间：
解得：
15.答案：（1）
（2）时，时，
（3）
（4）
解析：（1）由法拉第电磁感应定律有，
由闭合电路欧姆定律有，
由电流定义式有，
联立可得.
（2）在时间内，，
在时间内，.
（3）根据电流有效值的定义，有，
解得.
（4）从能量角度分析，有，
整理可得，
即，
解得.