电磁感应（1）——2024届高考物理电磁知识专练

这是一份电磁感应（1）——2024届高考物理电磁知识专练，共15页。试卷主要包含了单选题，多选题，计算题，实验题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题
1．关于产生感应电流的条件，以下说法中正确的是( )
A.闭合电路在磁场中运动，闭合电路中就一定会有感应电流
B.闭合电路在磁场中作切割磁感线运动，闭合电路中一定会有感应电流
C.穿过闭合电路的磁通量不为零，闭合电路中一定会产生感应电流
D.无论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁感线条数发生了变化，闭合电路中一定会有感应电流
2．如图a、b、c三个圆环在同一平面内，当a环中的顺时针方向电流减小时，则( )
A.b环中感应电流方向为顺时针，有收缩趋势
B.b环中感应电流方向为逆时针，有扩张趋势
C.c环中感应电流方向为顺时针，有扩张趋势
D.c环中感应电流方向为逆时针，有收缩趋势
3．如图所示，边长为2l的正三角形ABC区域存在方向垂直纸面、大小随时间均匀变化的磁场（图中未画出），磁场随时间的变化关系为。以三角形顶点C为圆心，半径为l、匝数为N、电阻为R的圆形线圈平行纸面固定放置，时刻线圈受到的安培力为( )
A.B.C.D.
4．如图甲所示，圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方固定一螺线管Q，P和Q共轴，Q中通有变化的电流i，电流随时间变化的规律如图乙所示，电流正方向如图甲中箭头所示。P所受的重力为G，桌面对P的支持力为，则( )
A.0时刻穿过线圈P磁通量为零，所以P中感应电流也为零
B.时间内穿过线圈磁通量减小，线圈有收缩的趋势
C.时刻P中无感应电流，
D.时间内螺线管对线圈表现为排斥力，且一直增大
5．自感线圈广泛应用在无线电技术中，是交流电路或无线电设备中的基本元件。如图所示，L是电感足够大的线圈，其直流电阻可忽略不计，A和B是两个参数相同的灯泡，若将开关S闭合，等灯泡亮度稳定后，再断开开关S，则( )
A.开关S闭合时，A、B亮度始终相同
B.开关S闭合时，灯泡A、B同时亮，随后A灯变暗直至熄灭，B灯逐渐变亮
C.开关S断开瞬间，A、B立即熄灭
D.开关S断开瞬间，A、B都闪亮一下逐渐熄灭
二、多选题
6．如图所示电路中，电源内阻不计，L是自感系数很大、电阻可忽略不计的自感线圈，A和B是两个相同的小灯泡。则( )
A.闭合开关S时，A、B灯同时亮
B.闭合开关S时，B灯立即亮，A灯逐渐亮，最后一样亮
C.断开开关S时，A灯逐渐熄灭，B灯闪亮一下再熄灭
D.断开开关S时，通过B灯的电流方向发生改变
7．在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形导体环，导体环面积为，导体环的总电阻为。规定导体环中电流的正方向如图甲所示，磁场向上为正。磁感应强度B随时间t的变化如乙图所示，。下列说法正确的是( )
A.时，导体环中电流为零
B.第2s内，导体环中电流为负方向
C.第3s内，导体环中电流的大小为0.01A
D.第4s内，通过导体环中某一截面的电荷量为0.01C
8．L是自感系数很大、电阻不计的线圈，a、b是两个型号相同的小灯泡，假设灯泡电阻为R不变，如图所示接入电路中，在图示虚线的右侧区域接入两平行光滑轨道，轨道间距为d，金属棒c与轨道接触良好，不计金属棒电阻。现用水平恒力F拉着金属棒由静止开始向右运动，右侧轨道足够长，虚线右侧空间存在垂直于轨道平面的匀强磁场B，则( )
A.金属棒c做匀加速直线运动
B.金属棒c的最终速度大小为
C.力F所做的功将全部变为整个回路中产生的电能
D.a、b灯先同时变亮，后a灯逐渐变暗至熄灭
9．如图，MN和PQ为水平固定的间距为L的足够长的光滑平行金属导轨，在P、M之间接有阻值均为R的甲、乙两个定值电阻，整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一长为L、质量为m、电阻为r的导体杆ab与导轨接触良好，并以一定的初速度开始水平向右运动，不计导轨电阻。在ab杆运动的整个过程中( )
A.ab杆做匀减速直线运动
B.ab杆的速度减为时，ab杆的加速度大小为
C.ab杆的速度减为时，通过甲的电荷量
D.ab杆的速度减为时，ab杆运动的位移
三、计算题
10．如图甲所示，轻质细绳吊着一个质量的梯形线圈abcd，其下底边长，上底边长，高为0.4m，电阻，bc和ad两边中点P、Q以下区域存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度随时间的变化规律如乙图所示。取，试求：
（1）0.1s到0.4s时间内通过线圈截面的净电荷量；
（2）何时线绳的拉力等于零。
11．如图所示，一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距，左端接有阻值的电阻.一质量，电阻的金属棒放置在导轨上，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度.棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以的加速度做匀加速运动，当棒的位移时撤去外力，棒继续运动一段距离后停下来，已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比.导轨足够长且电阻不计，棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触.求：
（1）棒在匀加速运动过程中，通过电阻R的电荷量q；
（2）撤去外力后回路中产生的焦耳热；
（3）外力做的功。
12．如图所示，电阻不计的两条平行足够长光滑金属导轨固定在同一水平面上，其间距为1m。甲、乙两根完全相同的金属棒垂直导轨放置，且与导轨接触良好，整个装置处于磁感应强度大小为0.5T，方向竖直向下的匀强磁场中。某时刻给金属棒甲施加一个大小为、水平向右的拉力，拉力F作用4s时，金属棒甲、乙的加速度相等，此时撤去拉力F。已知金属棒甲、乙的质量均为1kg，接入电路中的电阻均为0.5Ω。求：
（1）金属棒甲、乙加速度相等时甲、乙的速度大小；
（2）从撤去拉力F到经过一段时间金属棒甲、乙之间的距离不再变化这一过程，电路中产生的热量以及金属棒甲、乙之间距离的增加量。
四、实验题
13．胡丽同学在做探究电磁感应现象规律的实验中，她选择了一个灵敏电流计G，在没有电流通过灵敏电流计的情况下，电流计的指针恰好指在刻度盘中央。她先将灵敏电流计G连接在图甲所示的电路中，电流计的指针如图甲所示。
（1）为了探究电磁感应规律，胡同学将灵敏电流计G与一螺线管串联，如图乙所示。通过分析可知图乙中的条形磁铁的运动情况是______（填“向上拔出”或“向下插入”）。
（2）胡丽同学将灵敏电流计G接入图丙所示的电路。此时电路已经连接好，A线圈已插入B线圈中，她合上开关后，灵敏电流计的指针向右偏了一下，若要使灵敏电流计的指针向左偏转，可采取的操作是______。
A.在A线圈中插入铁芯B.拔出A线圈
C.变阻器的滑片向右滑动D.变阻器的滑片向左滑动
（3）通过本实验可以得出：感应电流产生的磁场，总是______。
14．如图所示为定量验证法拉第电磁感应定律，甲、乙两同学设计了如图所示实验装置，实验操作步骤如下：将线圈和光电门固定在长木板的轨道上，线圈与电压传感器相连，强磁铁和挡光片固定在小车上，每当小车经过光电门时，光电门会记录下挡光时间，同时触发电压传感器记录时间内线圈产生的感应电动势E。
①甲同学进行如下操作：改变弹簧压缩程度，使小车以不同的速度从轨道的右端弹出，得到一系列E和的实验数据，做出图象。
②乙同学进行如下操作：换用不同匝数的线圈进行实验，更换线圈时保持线圈位置、光电门位置不变，每次记录电压传感器示数E及对应的线圈匝数n，做出图象，由图象得出实验结论。
（1）由上述实验原理、过程和操作可知，该实验采用了控制变量法.在甲同学的研究中，下列操作不影响实验结论的是__________。
A.实验中保持线圈固定、光电门的位置可以左右移动
B.实验中轨道右端适当抬高，增大倾角
C.实验中轨道不够光滑
D.实验中光电门位置不变，将线圈靠近光电门
（2）若甲同学做出的图线在误差范围内是通过原点的倾斜直线，甲得出的感应电动势与磁通量的变化率的关系是____________________。
（3）乙同学进行实验时，每次更换线圈后小车释放时的位置要__________（填“改变”或“不变”），做出的图象是过原点的直线，说明____________________。
参考答案
1．答案：D
解析：A.闭合电路在磁场中运动，磁通量可能不变，没有感应电流产生，A错误；
B.闭合电路在磁场中做切割磁感线运动时，若有多个边切割磁感线，产生几个感应电动势，总的感应电动势可能为零，没有感应电流，B错误；
C.产生感应电流的条件是闭合回路的磁通量发生变化，与磁通量是否是0无关，C错误；
D.只要穿过闭合电路的磁感应条数发生了变化，即穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中一定会有感应电流，D正确。
故选D。
2．答案：A
解析：AB.由安培定则可知，a环在b环内产生的磁场的方向向里，当a环中电流逐渐减小时，在环外产生的磁场减小，b环内的磁通量减小，为阻碍磁通量的减小，b环有面积缩小的趋势，根据楞次定律可知，b环感应电流的方向为顺时针方向，故A正确，B错误；
CD.根据磁场分布的特点可知，c环处磁场的方向向外，当a环中电流逐渐减小时，c环内向外的磁通量减小，为阻碍磁通量的减小，c环有面积增大的趋势，根据楞次定律可知，c环感应电流的方向为逆时针方向，故CD错误；
故选A。
3．答案：A
解析：根据法拉第电磁感应定律有
在磁场中的有效面积
有效长度
计算可得
故选A。
4．答案：C
解析：A.由图乙可知，0时刻螺线管Q中电流为0，电流的变化率最大，则0时刻穿过线圈P磁通量为零，磁通量的变化量最大，P中感应电流最大，故A错误；
B.由图乙可知，时间内，螺线管Q中电流减小，则穿过线圈磁通量减小，根据增缩减扩原理可知，线圈有扩张的趋势，故B错误；
C.由图乙可知，时刻螺线管Q中电流的变化率为0，则穿过线圈的磁通量变化率为0，P中无感应电流，故有
故C正确；
D.由图乙可知，时刻，螺线管Q中电流为0，电流的变化率最大，P中感应电流最大，二者之间没有安培力，时刻，螺线管Q中电流的变化率为0，P中无感应电流，二者之间没有安培力，则时间内螺线管对线圈的排斥力先增大后减小，故D错误。
故选C。
5．答案：B
解析：AB.将开关S闭合时，灯泡A、B同时亮；由于线圈的直流电阻可忽略不计，电路稳定后，灯泡A会被短路，所以随后A灯会变暗直至熄灭，B灯逐渐变亮，选项A错误，B正确；
CD.开关S断开瞬间，灯B立即熄灭；由于线圈L对电流的阻碍作用，L中仍有电流，与灯泡A构成回路，所以A灯会先变亮然后再熄灭，选项CD错误。
故选B。
6．答案：BD
解析：AB.闭合开关S时，电路中的电流从无到有，L发生自感B灯立即亮，A灯逐渐亮，最后一样亮，故A错误，B正确；
CD.L电阻可忽略，A和B是两个相同的小灯泡，在断开开关前，电路稳定之后，流过A和B两个小灯泡的电流大小相等；断开开关S时，L发生自感，A灯和B灯电路形成闭合回路，L给两灯供电；因此，B灯不会闪亮一下，A灯和B灯逐渐熄灭；且通过B灯的电流方向发生改变，故C错误，D正确；
故选BD。
7．答案：CD
解析：A.时，穿过导体环的磁通量变化率不为零，则导体环中感应电流不为零，故A错误；
B第2s内，向上穿过导体环的磁通量增大，根据楞次定律感应磁场方向向下，由安培定则可知，导体环中感应电流为正方向，故B错误；
C.第3s内，导体环中电流大小为，故C正确；
D.第4s内，通过导体环中某一截面的电荷量为，故D正确。
故选：CD。
8．答案：BD
解析：金属棒在力F和安培力作用下加速运动，速度增大，安培力增大，加速度减小，故金属棒c先做加速度减小、速度增大的加速运动，当加速度为零时，棒做匀速运动，A错误；当加速度为零时，金属棒做匀速运动，电感线圈不再产生自感电动势，因不计线圈电阻，故灯泡a被短路熄灭，回路中只有灯泡b的电阻R，棒受力平衡，，解得棒速度，B正确；力F所做的功有一部分转化为回路中的电能，另一部分转化为金属棒的动能，C错误；在金属棒加速过程中，左侧流过灯泡b的电流增大，电感线圈产生阻碍电流增大的反向自感电动势，故a、b一起变亮，随着金属棒的加速度减小，速度增加得越来越慢，电流增大得越来越慢，自感电动势越来越小，流过电感线圈的电流增大，流过灯泡a的电流越来越小，灯泡a变暗，金属棒匀速后，灯泡a被短路熄灭，D正确。
9．答案：BD
解析：A.安培力的大小为
根据闭合电路欧姆定律得
根据法拉第电磁感应定律得
解得
根据牛顿第二定律得
解得
随着速度的减小，杆的加速度减小，ab杆做变减速直线运动，A错误；
B.ab杆的速度减为时，ab杆的加速度大小为
B正确；
C.ab杆的速度从减为的过程中，根据动量定理得
通过甲的电荷量为
解得
C错误；
D.通过杆的电荷量为
又因为
根据闭合电路欧姆定律
根据法拉第电磁感应定律
又因为
解得，ab杆的速度减为时，ab杆运动的位移为
D正确。
故选BD。
10．答案：（1）0.01C（2）0.40s
解析：（1）磁场中线圈的面积
0.1s到0.2s内
通过的电量
0.2s到0.4s内
通过的电量
由于两段电流方向相反，故0.1s到0.4s时间内通过线圈截面的净电荷量为
（2）磁感应强度增大时感应电流顺时针，所受安培力向上，
磁场中的有效长度为
拉力为零时，由
得
由图象知0.2s到0.5s内
将
代入表达式得
11．答案：（1）4.5C
（2）1.8J
（3）5.4J
解析：（1）设棒匀加速运动的时间为，回路的磁通量变化量为：，
由法拉第电磁感应定律得，回路中的平均感应电动势为：
由闭合电路欧姆定律得，回路中的平均电流为：
通过电阻R的电荷量为：
联立以上各式，代入数据解得：
（2）设撤去外力时棒的速度为v，棒做匀加速运动过程中，由运动学公式得：
设撤去外力后的运动过程中安培力做功为W，由动能定理得：
撤去外力后回路中产生的焦耳热：
联立以上各式，代入数据解得：
（3）由题意各，撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比
可得：
在棒运动的整个过程中，由功能关系可得：
联立以上各式，代入数据解得：
12．答案：（1）6m/s，2m/s；（2）4J，8m
解析：（1）两棒的加速度相等时，设甲、乙受到的安培力大小为，对金属棒乙
对金属棒甲
设回路中的感应电动势为E，根据安培力公式
设两棒的加速度相等时，甲、乙的速度分别是、
设t时间内金属棒乙受到的安培力冲量为I，对金属棒乙
对金属棒甲
解得
联立以上各式可解得
（2）撤去外力F后，甲做加速度逐渐减小的减速运动，乙棒做加速度逐渐减小的加速运动，最后两棒速度相等，做匀速运动，设最终共同速度为v
根据动量守恒定律：
代入数据解得
根据能量守恒定律，回路中产生的热量
对乙棒，根据动量定理
根据法拉第电磁感应定律
设甲、乙两棒间距离增大了x
联立解得
13．答案：（1）向下插入
（2）BC
（3）阻碍引起感应电流的磁通量的变化
解析：（1）要使灵敏电流计的指针向左偏转，可知线圈中感应电流的方向是顺时针的，由安培定则可知，感应电流的磁场方向向下，条形磁铁磁场方向向上，根据楞次定律可知，磁通量增加，条形磁铁向下插入。
（2）A.要使灵敏电流计的指针向左偏转，根据楞次定律可知，磁通量减小，插入铁芯，B线圈磁通量增加，故A错误；
B.拔出线圈A时，B线圈中的磁通量减小，B正确；
CD.滑动变阻器滑片向右滑动，电流减小，B线圈磁通量减小，故C正确，D错误。
故选BC。
（3）通过本实验可以得出：感应电流产生的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
14．答案：（1）BC（2）感应电动势与时间的变化成反比（3）不变；感应电动势与线圈匝数成正比
解析：（1）BC.由法拉第电磁感应定律为了定量验证感应电动势E与时间的关系，实验只需要控制线圈匝数与磁通量的变化量不变即可，对轨道是否光滑、轨道是否水平没有要求，BC正确；
AD.实验需要控制线圈匝数n与磁通量的变化量不变，为控制磁通量的变化量不变，实验中必须保持线圈、光电门位置不变，AD错误。
（2）在直角坐标系中作关系图线，若图线是基本过坐标原点的倾斜直线，则E与成正比，又因线圈与光电门距离一定，磁通量变化量一定，则E与成正比，即感应电动势与磁通量的变化率成正比。
（3）实验中，要确保不变，因此实验中小车释放位置要不变；因E与n成正比，即感应电动势与线圈匝数成正比。