专题17 转动切割磁感线模型-2023年高考物理电磁感应常用模型最新模拟题精练（原卷版）

高考物理《电磁感应》常用模型最新模拟题精练

专题17  转动切割磁感线模型

一．选择题

1.  （2022山东物理）如图所示，平面的第一、三象限内以坐标原点O为圆心、半径为的扇形区域充满方向垂直纸面向外的匀强磁场。边长为L的正方形金属框绕其始终在O点的顶点、在平面内以角速度顺时针匀速转动，时刻，金属框开始进入第一象限。不考虑自感影响，关于金属框中感应电动势E随时间t变化规律的描述正确的是（　　）

A. 在到的过程中，E一直增大

B. 在到的过程中，E先增大后减小

C. 在到过程中，E的变化率一直增大

D. 在到的过程中，E的变化率一直减小

2．(2020·浙江7月选考)如图所示，固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。长为l的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直导电转轴OO′上，随轴以角速度ω匀速转动，在圆环的A点和电刷间接有阻值为R的电阻和电容为C、板间距为d的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为g，不计其他电阻和摩擦，下列说法正确的是(　　)

A．棒产生的电动势为Bl2ω

B．微粒的电荷量与质量之比为

C．电阻消耗的电功率为

D．电容器所带的电荷量为CBr2ω

3. （2022重庆第9次质检）如图甲所示，是一种手压式环保节能手电筒的结构示意图。使用时，迅速按压手柄，灯泡（可视为纯电阻）就能发光，这种不需要干电池的手电筒的工作原理是利用电磁感应现象。其转动装置和齿轮传动装置的简化原理图如图乙、丙所示。假设图乙中的转动装置由金属内圈和金属外圈构成，内、外圈之间接有一根沿半径方向的金属条ab，灯泡通过电刷分别跟内外线圈相连接（图乙中未画出）。整个转动装置固定在转动轴上，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直线圈平面（纸面）向里。图丙中的齿轮传动装置中A齿轮固定在转动装置的转动轴上，B、C齿轮同心固定，C轮边缘与手柄相啮合，A、B齿轮边缘相啮合，手柄重力忽略不计（　　）

A. 向下压手柄时，齿轮C逆时针转动

B. 转动装置中的A齿轮逆时针转动时，电流由a流向b

C. 手柄向下向上运动时流过ab杆的电流方向相同

D. 流过灯泡的电流大小与手柄向下压的速度成正比

 4. （2022·河北石家庄三模）如图所示的电路中，电流表为理想交流电表，定值电阻的阻值为R，长度为l的金属棒OM可绕O点在竖直面内转动，M端固定一金属小环，长度略大于2l的金属棒PQ穿过小环，可在小环的带动下绕P点在竖直面内转动。时，金属棒OM在外界控制下以角速度绕O端逆时针匀速转动，且金属棒OM每次转至水平时立即以大小相等的角速度返回，整个装置处在磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中。两金属棒电阻不计，金属环与金属棒接触良好。下列说法正确的是（　　）

A. 该装置产生交流电的周期为

B. 时，电流表的示数为

C. OM运动一个周期的过程中，流过定值电阻的电荷量为

D. OM运动一个周期的过程中，定值电阻产生的焦耳热为

5. （2022山东枣庄一模）如图所示，在竖直平面内有一半圆形区域，O为圆心，AOD为半圆的水平直径，区域内有磁感应强度大小为B、方向垂直于竖直平面向里的匀强磁场。在A、D两点各固定一颗水平的光滑钉子，一个由细软导线制成的闭合导线框ACDE挂在两颗钉子上，在导线框的E处有一个动滑轮，动滑轮下面挂重物，使导线处于绷紧状态。设导线框的电阻为r，圆的半径为R，从t=0时刻开始，将导线上的C点绕圆心O以恒定角速度ω从A点沿圆弧移动到D点，此过程中不考虑导线中产生的磁场。在C从A点移动到D点的过程中，下列说法正确的是（　　）

A. 导线框中的感应电流先沿逆时针方向，后沿顺时针方向

B. 导线框中产生的电热为

C. 通过导线框横截面的电荷量为

D. 导线框中感应电动势随时间t的变化关系为

6. （2022河南许昌一模）如图所示是铜制圆盘发电机的示意图，铜盘安装在水平固定的转轴上，它的边缘正好在两磁极之间（磁板未画出;磁场方向和铜盘盘面垂直），两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触。使铜盘转动，电阻R中就有电流通过。设铜盘沿顺时针方向（从左向右看）匀速转动，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，关于通过电阻R的电流，下列说法正确的是（　　）

A. 正弦式交变电流

B. 恒定电流，电流方向从上向下通过电阻R

C. 恒定电流，电流方向从下向上通过电阻R

D. 电流大小不断变化，电流方向从下向上通过电阻R

 7．(多选)(2020·广西南宁市高三第一次适应性测试)如图5所示为粗细均匀的裸铜导线制成的半径为r的圆环，PQ为圆环的直径，其左侧上方的圆面积内存在垂直圆环所在平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，圆环的电阻为2R.一根长度为2r、电阻为R的均匀金属棒MN以圆环的圆心O点为旋转中心，紧贴着圆环以角速度ω沿顺时针方向匀速转动，转动过程中金属棒与圆环始终接触良好，开始时MN与PQ重合(　　)

图5

A．金属棒中感应电动势的最大值为Br2ω

B．0～时间内通过金属棒MN的横截面电荷量为

C．金属棒中电流的有效值是

D．金属棒旋转一周电路中产生的热量为

8.（2020年3月北京延庆模拟）如图9甲所示是法拉第制作的世界上最早的发电机的实验装置.有一个可绕固定转轴转动的铜盘，铜盘的一部分处在蹄形磁体中实验时用导线连接铜盘的中心C。用导线通过滑片与钢盘的边线D连接且按触良好，如图9乙所示，若用外力转动手柄使圆盘转动起来，在CD两端会产生感应电动势（    ）

A.如图9甲所示，产生感应电动势的原因是铜盘盘面上无数个以C 为圆心的同心圆环中的磁通量发生了变化

B.如图9甲所示，因为铜盘转动过程中穿过铜盘的磁通量不变，所以没有感应电动势

C.如图9乙所示，用外力顺时针(从左边看)转动铜盘，电路中会产生感应电流，通过R的电流自下而上

D.如图9乙所示，用外力顺时针(从左边看)转动铜盘，电路中会产生感应电流，通过R的电流自上而下

9、（2020·金太阳高三下学期线上一模）如图所示，两光滑圆形导轨固定在水平面内，圆心均为点，半径分别为，，两导轨通过导线与阻值的电阻相连，一长为的导体棒与两圆形导轨接触良好，导体棒一端以点为圆心，以角速度顺时针匀速转动，两圆形导轨所在区域存在方向竖直向下、磁感应强度大小的匀强磁场，不计导轨及导体棒的电阻，下列说法正确的是（　　）

A．通过电阻的电流方向为由到

B．通过电阻的电流为2A

C．导体棒转动时产生的感应电动势为4V

D．当减小而其他条件不变时，通过电阻的电流减小

10.（2023湖南名校联考）半径分别为r和2r的同心半圆光滑导轨MN、PQ固定在同一水平面内，一长为r、电阻为2R、质量为m且质量分布均匀的导体棒AB置于半圆轨道上面，BA的延长线通过导轨的圆心O，装置的俯视图如图所示。整个装置位于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中。在N、Q之间接有一阻值为R的电阻。导体棒AB在水平外力作用下，以角速度ω绕O顺时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触。设导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ，导轨电阻不计，重力加速度为g，则下列说正确的是(     )

A．导体棒AB两端的电压为Brω2

B．电阻R中的电流方向从Q到N，大小为

C．外力的功率大小为＋μmgrω

D．若导体棒不动，要产生同方向的感应电流，可使竖直向下的磁场的磁感应强度增加，且变化得越来越慢

11.（2023河北邯郸名校联考）如图所示，固定平行导轨间有磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向里的匀强磁场，导轨间距为l且足够长，左端接阻值为R的定值电阻，导轨电阻不计。现有一长为2l的金属棒垂直放在导轨上，在金属棒以O点为轴沿顺时针方向以角速度ω转过60°的过程中（金属棒始终与导轨接触良好，电阻不计）（　　）

A．通过定值电阻的电流方向由b到a 

B．金属棒刚开始转动时，产生的感应电动势最大 

C．通过定值电阻的最大电流为 

D．通过定值电阻的电荷量为

12.（2018湖南长郡中学实验班选拔考试）如图所示，x轴上方第一象限和第二象限分别有垂直纸面向里和垂直纸面向外的匀强磁场，且磁感应强度大小相同，现有四分之一圆形线框OMN绕O点逆时针匀速转动，若规定线框中感应电流I顺时针方向为正方向，从图示时刻开始计时，则感应电流I及ON边所受的安培力大小F随时间t的变化示意图正确的是（    ）

13. 如图所示为感应式发电机，a、b、c、d是空间四个可用电刷与铜盘边缘接触的点，O1、O2是铜盘轴线导线的接线端，M、N是电流表的接线端。现在将铜盘转动，能观察到感应电流的是(　　)

 A.将电流表的接线端M、N分别连接a、c位置

 B.将电流表的接线端M、N分别连接O1、a位置

 C.将电流表的接线端M、N分别连接O1、O2位置

 D.将电流表的接线端M、N分别连接c、d位置

14.如图所示为一圆环发电装置，用电阻R＝4 Ω的导体棒弯成半径L＝0.2 m的闭合圆环，圆心为O，COD是一条直径，在O、D间接有负载电阻R1＝1 Ω。整个圆环中均有B＝0.5 T的匀强磁场垂直环面穿过。电阻r＝1 Ω的导体棒OA贴着圆环做匀速运动，角速度ω＝300 rad/s，则(　　)

 A.当OA到达OC处时，圆环的电功率为1 W

 B.当OA到达OC处时，圆环的电功率为2 W

 C.全电路最大功率为3 W

 D.全电路最大功率为4.5 W

15.如图所示，半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中，绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻R的电流的方向和大小是(金属圆盘的电阻不计)(　　)

 A.由c到d，I＝   B.由d到c，I＝

 C.由c到d，I＝   D.由d到c，I＝

 二．计算题

1. .（2022南京三模） (8分)某风速实验装置由风杯组系统(如图甲所示)和电磁信号产生系统(如图乙所示)两部分组成．电磁信号产生器由圆形匀强磁场和固定于风轮转轴上的导体棒OA组成(O点连接风轮转轴)，磁场半径为L，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，导体棒OA长为1.5L，电阻为r.风推动风杯绕水平轴顺时针匀速转动，风杯中心到转轴距离为2L.导体棒每转一周A端与弹性簧片接触一次，接触时产生的电流强度恒为I.图中电阻为R，其余电阻不计．求：

(1) 当导体棒与弹性簧片接触时，OA两端电势差UOA；

(2) 风杯的速率v.

2. （2022河南名校联盟大联考）如图所示，右边是法拉第圆盘发电机，圆盘直径，转动方向如图所示（从右向左看是逆时针），圆盘处于磁感应强度的匀强磁场中，左边有两条间距的平行倾斜导轨，倾角，导轨处有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度，用导线把两导轨分别与圆盘发电机中心和边缘的电刷连接，圆盘边缘和圆心之间的电阻。在倾斜导轨上水平放一根质量、电阻的导体棒，导体棒与导轨之间的动摩擦因数且始终接触良好，导体棒长度也是，重力加速度g取，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，，，其余电阻不计。求：

（1）若圆盘转动的角速度时，产生的感应电动势；

（2）若导体棒静止在倾斜导轨上时，导体棒所受的安培力应满足的条件；

（3）若导体棒静止在倾斜导轨上时，圆盘转动的角速度应满足的条件。

3. (2020·绍兴诸暨中学期中)如图所示，ab和cd为质量m＝0.1 kg、长度L＝0.5 m、电阻R＝0.3 Ω的两相同金属棒，ab放在半径分别为r1＝0.5 m和r2＝1 m的水平同心圆环导轨上，导轨处在磁感应强度为B＝0.2 T竖直向上的匀强磁场中；cd跨放在间距也为L＝0.5 m、倾角为θ＝30°的光滑平行导轨上，导轨处于磁感应强度也为B＝0.2 T方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中．四条导轨由导线连接并与两导体棒组成闭合电路，除导体棒电阻外其余电阻均不计．ab在外力作用下沿圆环导轨匀速转动，使cd在倾斜导轨上保持静止．重力加速度为g＝10 m/s2.

(1)从上向下看ab应沿顺时针还是逆时针方向转动？

(2)求ab转动的角速度大小；

(3)若使ab加速转动一周，同时用外力保持cd静止，则该过程中通过cd的电荷量为多少？

4.(12分) （2020高考仿真冲刺卷7）如图所示,在水平面内放置着金属导轨OAC,OA段是直径为a的半圆,AC段是半径为a的圆弧,半圆、圆弧和虚线CO围成的区域内充满垂直于水平面向下的匀强磁场(未画出),磁感应强度大小为B;其余区域没有磁场.OP是一根长为a的均匀细金属棒,以恒定的角速度ω绕O点顺时针旋转,旋转过程中金属棒OP与圆弧均接触良好.已知金属棒OP的电阻为R0,两个圆弧的电阻可忽略,开始时P点与A点重合.求:

(1)t(T<)时刻,金属棒OP产生的感应电动势的大小.

(2)t(T<)时刻,金属棒OP所受到的安培力的大小.

5. 有电阻的导电圆盘半径为R，其边缘用电阻不计的导电材料包裹，可绕固定点O在水平面内转动，其轴心O和边缘处电刷A均不会在转动时产生阻力，空气阻力也忽略不计。用导线将电动势为E的电源、导电圆盘、电阻和开关连接成闭合回路，如图1所示在圆盘所在区域内充满竖直向下的匀强磁场，如图2所示只在A、O之间的一块圆形区域内存在竖直向下的匀强磁场，两图中磁场的磁感应强度大小均为B，且磁场区域固定。如果将开关S闭合，圆盘将会转动起来。
（1）在图1中，将开关S闭合足够长时间后，圆盘转速达到稳定。
a．从上往下看，圆盘的转动方向是顺时针还是逆时针？
b．求稳定时圆盘转动的角速度ω1的大小。
（2）在图2中，进行了两次操作：第一次，当圆盘加速到ω0时将开关断开，圆盘逐渐减速停下；第二次，当圆盘加速到2ω0时将开关断开，圆盘逐渐减速停下。已知从理论上可以证明：在圆盘减速过程中任意一个极短的时间△t内，角速度的变化量△ω=kF△t，F是该时刻圆盘在磁场区域受到的安培力的大小，k为常量。求两次操作中从开始减速到停下的过程中圆盘转过的角度之比θ1：θ2。
（3）由于图1中的磁场范围比图2中的大，所以刚闭合开关瞬时，图1中圆盘比图2中圆盘加速得快。有人认为：断开开关后，图1中圆盘也将比图2中圆盘减速得快。请分析说明这样的想法是否正确。