2023高考物理一轮复习高频考点强化训练专题15 电磁感应的综合问题（解析版）

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专题15 电磁感应的综合问题
1. (2021·山东青岛市统一质量检测) 物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图所示，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环。闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路，经重复试验，线圈上的套环均未动。对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是(　　)

A.线圈接在了直流电源上 B.电源电压过高
C.所选线圈的匝数过多 D.所用套环的材料与老师的不同
【答案】　D
【解析】　金属套环跳起来的原因是开关S闭合时，套环上产生的感应电流与通电螺线管上的电流相互作用而引起的，线圈接在直流电源上时，金属套环也会跳起。电压越高线圈匝数越多，S闭合时，金属套环跳起越剧烈。若套环是非导体材料，则套环不会跳起，故选项A、B、C错误，D正确。
2. (多选)(2021·海南省新高考3月线上诊断)如图所示，螺线管导线的两端与平行金属板相接，一个带正电的小球用绝缘细线悬挂在两金属板间，并处于静止状态。若使一条形磁铁从左向右靠近螺线管，则(　　)

A.小球向右摆动
B.小球向左摆动
C.螺线管的左端相当于条形磁铁的N极
D.螺线管的左端相当于条形磁铁的S极
【答案】　AD
【解析】　当磁铁靠近时，导致线圈的磁通量发生变化，从而导致线圈中产生感应电动势，假设电路闭合，则由楞次定律可知，感应电流方向是从右极向下通过线圈再到左极，由于线圈相当于电源，因此左极电势高，所以带正电小球将向右摆动，故A正确，B错误；假如电路闭合，则螺线管中的电流方向如图所示，根据右手螺旋定则可知螺线管的左端相当于S极，故C错误，D正确。

3. (多选)(2021·山东省济南市第一次模拟)如图所示，铜圆盘安装在竖直的铜轴上，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场中。电路通过电刷与圆盘的边缘和铜轴接触良好，电源电动势为E，内阻为r，定值电阻为R。先将开关闭合，待圆盘转速稳定后再断开开关，不计一切摩擦，下列说法中正确的是(　　)

A.闭合开关时，从上往下看圆盘逆时针转动
B.闭合开关转速稳定时，流过圆盘的电流为零
C.断开开关时，a点电势低于b点电势
D.断开开关后，流过电阻R上的电流方向与原电流方向相反
【答案】　BC
【解析】　闭合开关时，铜圆盘中有电流经过，圆盘中电流方向沿半径向外，根据左手定则可知，从上往下看圆盘顺时针转动，故A错误；闭合开关转速稳定时，圆盘不受安培力作用，根据F＝BIL可知流过圆盘的电流为零，故B正确；断开开关时，从上往下看，圆盘顺时针转动，圆盘的半径切割磁感线产生感应电动势，由右手定则知，圆盘中电流方向沿半径向里，所以a点电势低于b点电势，故C正确；闭合开关时，流过电阻R上的电流方向从b点经电阻R到a点；断开开关时，a点电势低于b点电势，流过电阻R上的电流方向从b点经电阻R到a点，所以断开开关后，流过电阻R上的电流方向与原电流方向相同，故D错误。
4.(2021·山东临沂市上学期期末)如图所示，光滑铜环水平固定，半径为l，长为l、电阻为r的铜棒OA的一端在铜环的圆心O处，另一端与铜环良好接触，整个装置处在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。现使铜棒OA以角速度ω逆时针(俯视)匀速转动，A端始终在铜环上，定值电阻的阻值为3r，上方导线与O点连接，下方导线与铜环连接，其他电阻不计。下列说法正确的是(　　)

A.O点的电势比A点的电势高
B.回路中通过的电流为
C.该定值电阻两端的电压为ωBl2
D.该定值电阻上的热功率为
【答案】　C
【解析】　由右手定则可知电流方向从O点指向A点，OA是电源，电流从低电势流向高电势，故O点的电势比A点的电势低，故A错误；由法拉第电磁感应定律可知E＝Bl＝Bl2ω，由闭合电路欧姆定律可知回路中通过的电流为I＝＝，两式联立可得I＝，故B错误；该定值电阻两端的电压为U＝I×3r，将前面求得电流值代入可得U＝ωBl2，故C正确；由焦耳定律可知该定值电阻上的热功率P＝I2×3r＝，故D错误。
5. (多选)(2021·安徽皖南八校4月联考)如图所示，在纸面内有半圆形轻质导体框，O为圆心，圆半径长为L，AO段、弧AB段的电阻均为r，BO段导体的电阻可忽略，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场的边界与半圆直径重合，现用外力使导体框在纸面内绕O点以角速度ω沿顺时针方向，从图示位置匀速转动一周，下列说法正确的是(　　)

A.圆弧AB段内电流方向总是从A流向B
B.转动的前半周内A、B两端电压为
C.转动的后半周内通过O点的电荷量为
D.外力对线框做的功为
【答案】　CD
【解析】　导体框转动的前半周内，AO切割磁感线，感应电动势为E1＝，圆弧AB段内电流方向从A流向B，AB段为外电路、分压一半，故两端电压为U＝E1＝；转动的后半周BO段切割磁感线，感应电动势为E2＝，圆弧AB段内电流方向从B流向A，故A、B错误；转动的后半周穿过导线框的磁通量变化量为ΔΦ＝πBL2，电路总电阻为R＝2r，则转动的后半周内通过O点的电荷量为q＝＝＝，故C正确；从图示位置匀速转动一周过程中，外力对线框做的功等于产生的电能，则W＝T＝×＝，故D正确。
6.(2021·北京市海淀区上学期期末)在如图所示的电路中，两个完全相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S待电路稳定后，调整R的滑片使L1和L2亮度一样，此时通过两个灯泡的电流均为I。在之后的t0时刻断开S，则在如图所示的图象中，能正确反映t0前后的一小段时间内通过L1的电流i1和通过L2的电流i2随时间t变化关系的是(　　)


【答案】　A
【解析】　当开关断开瞬间，通过电感线圈的电流减小，根据楞次定律可知感应电流为了阻碍电感线圈中的电流减小，感应电流的方向与原电流方向相同，如图所示。随着原电流的减小，感应电流也逐渐减小，所以通过小灯泡L1的电流方向不变且逐渐减小，故A正确，B错误；断开开关后感应电流通过小灯泡L2的方向与原电流方向相反，电流逐渐减小，故C、D错误。

7.[2021·苏、锡、常、镇四市调研(一)]如图所示，电路中L为电感线圈，C为电容器，先将开关S1闭合，稳定后再将开关S2闭合，则(　　)

A.S1闭合时，灯A、B都逐渐变亮
B.S1闭合时，灯A中无电流通过
C.S2闭合时，灯B立即熄灭
D.S2闭合时，灯A中电流由b到a
【答案】　D
【解析】　S1闭合时，因为电容器通交流阻直流，所以灯A中有短暂电流通过，且不会逐渐变亮，故A、B错误；S2闭合时，因为电感线圈，灯B会逐渐熄灭，故C错误；开关S2闭合时，电容放电，所以S2闭合瞬间A灯有电流从b到a，故D正确。
8．(多选) (2021·广东汕头市第一次模拟)如图甲是法拉第圆盘发电机的照片，乙是圆盘发电机的侧视图，丙是发电机的示意图。设CO＝r，匀强磁场的磁感应强度为B，电阻为R，圆盘顺时针转动的角速度为ω(　　)

A.感应电流方向由D端经电阻R流向C端
B.铜盘产生的感应电动势E＝Br2ω
C.设想将此圆盘中心挖去半径为的同心圆，其他条件不变，则感应电动势变为Br2ω
D.设想将此圆盘中心挖去半径为的同心圆，其他条件不变，则感应电动势变为Br2ω
【答案】　BC
【解析】　根据丙图，由右手定则可知感应电流由C端经电阻R流向D端，选项A错误；铜盘产生的感应电动势E＝BL＝Br＝Br·ω＝Br2ω，选项B正确；由B可知，铜盘产生的感应电动势E＝Br2ω，同理可求得挖去半径为的同心圆产生的电动势E′＝Bω()2＝Br2ω，故此圆盘挖去同心圆后，产生的电动势E″＝E－E′＝Br2ω－Br2ω＝Br2ω，选项C正确，D错误。
9.(2021·海南省新高考一模)如图(a)所示，一根直导线和一个矩形导线框固定在同一竖直平面内，直导线在导线框上方，规定图(a)中箭头方向为电流的正方向。直导线中通以图(b)所示的电流，则在0～t1时间内，导线框中感应电流的方向(　　)

A.先顺时针后逆时针 B.先逆时针后顺时针
C.始终沿顺时针 D.始终沿逆时针
【答案】　C
【解析】　开始阶段直导线中电流向右减小，则穿过线圈的磁通量向里减小，由楞次定律可知，线框中感应电流为顺时针方向；后一阶段直导线中电流向左增加，则穿过线圈的磁通量向外增加，由楞次定律可知，线框中感应电流为顺时针方向，故C正确。
10.(2021·北京市昌平区二模练习)如图所示，MN是矩形导线框abcd的对称轴，其左方有垂直于纸面向外的匀强磁场。以下过程中，abcd中有感应电流产生且感应电流的方向为abcda的是(　　)

A.将abcd向左平移
B.将abcd垂直纸面向外平移
C.将abcd以MN为轴转动30°
D.将abcd以ab为轴转动30°
【答案】　C
【解析】　将abcd向左平移，则穿过线圈的磁通量向外增加，根据楞次定律可知线圈中产生的感应电流方向是adcba，选项A错误；将abcd垂直纸面向外平移，则穿过线圈的磁通量不变，则线圈中无感应电流产生，选项B错误；将abcd以MN为轴转动30°，则穿过线圈的磁通量向外减小，根据楞次定律可知线圈中产生的感应电流方向是abcda，选项C正确；将abcd以ab为轴转动30°，则穿过线圈的磁通量不变，则线圈中无感应电流产生，选项D错误。
11．(2021·1月辽宁普高校招生适应性测试，6)如图所示，“凹”字形金属线框右侧有一宽度为3L的匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向里。线框在纸面内向右匀速通过磁场区域，t＝0时，线框开始进入磁场。设逆时针方向为感应电流的正方向，则线框中感应电流i随时间t变化的图象可能正确的是(　　)


【答案】　A
【解析】磁场L～3L时，金属线切割磁感线的有效长度为3L，线框中产生更大的逆时针方向电流；线框离开磁场0～L时，金属线切割磁感线的有效长度为2L，线框中产生顺时针方向电流；线框离开磁场L～3L时，金属线切割磁感线的有效长度为3L，线框中产生更大的顺时针方向电流，故A项正确，B、C、D项错误。
12.(2021·山东六地市3月在线大联考)如图甲，一矩形金属线圈abcd垂直匀强磁场并固定于磁场中，磁场是变化的，磁感应强度B随时间t的变化关系图象如图乙所示，则线圈的ab边所受安培力F随时间t变化的图象是图中的(规定向右为安培力F的正方向)(　　)


【答案】　A
【解析】　0～1 s内，由楞次定律知，感应电流的方向为adcba，根据I＝，电流为定值，根据左手定则，ab边所受安培力的方向向左，为负值，由F＝BIL知，安培力均匀减小；1～2 s内，由楞次定律知，感应电流的方向为abcda，根据I＝，电流为定值，根据左手定则，ab边所受安培力的方向向右，为正值，由F＝BIL知，安培力均匀增大。
13.(多选)(2021·1月广东学业水平选择考适应性测试，10)如图所示，绝缘的水平面上固定有两条平行的光滑金属导轨，导轨电阻不计，两相同金属棒a、b垂直导轨放置，其右侧矩形区域内存在恒定的匀强磁场，磁场方向竖直向上。现两金属棒分别以初速度2v0和v0同时沿导轨自由运动，先后进入磁场区域。已知a棒离开磁场区域时b棒已经进入磁场区域，则a棒从进入到离开磁场区域的过程中，电流i随时间t的变化图象可能正确的有(　　)


【答案】　AB
【解析】　a棒以初速度2v0先进入磁场区域切割磁感线，产生的感应电流为i0＝，a棒受安培力做变减速直线运动，感应电流i＝也随之减小，即i－t图象的斜率逐渐变小；设当b棒刚进入磁场时a棒的速度为v1，此时的瞬时电流为i1＝；若v1＝v0，即i1＝＝，此时a、b棒产生的感应电动势相等，方向相反，回路中电流为零，不受安培力，两棒均匀速运动离开磁场，故A正确，C错误；若v1