2020版物理新增分大一轮江苏专用版讲义：第九章电磁感应本章综合能力提升练

本章综合能力提升练

一、单项选择题

1.(2018·淮阴中学期末)如图1所示，在水平桌面上有个金属圆环，在它圆心正上方有一个条形磁铁(极性不明)，当条形磁铁下落时，可以判定(　　)

图1

A.环将产生俯视逆时针的感应电流

B.环有缩小面积的趋势

C.环对桌面的压力将减小

D.磁铁将受到竖直向下的电磁作用力

答案　B

2.(2018·射阳二中模拟)有一矩形线圈，面积为S，匝数为n，将它置于匀强磁场中，且使线圈平面与磁感线方向垂直，设穿过该线圈的磁通量为Φ，则该匀强磁场的磁感应强度大小为(　　)

A.   B.

C.   D.无法判断

答案　C

解析　磁感线与线圈平面垂直，则Φ＝BS，磁感应强度：B＝，故A、B、D错误，C正确.

3.(2018·小海中学模拟)如图2所示是两个形状相同的竖直管，左管为真空玻璃管，右管为真空铜管，使小磁石、羽毛从两管内顶端由静止释放，已知小磁石、羽毛下落过程均未与管内壁接触，则(　　)

图2

A.左管中小磁石的下落时间小于羽毛的下落时间

B.右管中小磁石的下落时间大于羽毛的下落时间

C.两管中小磁石的下落时间相等

D.若右管足够长，落到管底端时，羽毛的速度小于小磁石的速度

答案　B

解析　左管中小磁石和羽毛都做自由落体运动，下落时间相等，故A错误；当小磁石在铜管中下落时，由于穿过铜管的磁通量变化，导致铜管中产生感应电流，小磁石将受到安培力的阻碍作用，而羽毛做自由落体运动，所以右管中小磁石的下落时间大于羽毛的下落时间，故B正确，C错误；在铜管中小磁石受到安培力的阻碍作用，则在右管中，落到管底端时，羽毛的速度大于小磁石的速度，故D错误.

4.(2017·南通市第三次调研)法拉第发明了世界上第一台发电机.如图3所示，圆形金属盘安置在电磁铁的两个磁极之间，两电刷M、N分别与盘的边缘和中心点接触良好，且与灵敏电流计相连.金属盘绕中心轴沿图示方向转动，则(　　)

图3

A.电刷M的电势高于电刷N的电势

B.若只将电刷M移近N，灵敏流计的示数变大

C.若只提高金属盘转速，灵敏电流计的示数变大

D.若只将变阻器滑片向左滑动，灵敏电流计的示数变大

答案　C

解析　根据安培定则可知，穿过金属盘的磁场方向向右，由右手定则判断可知，金属盘产生的感应电流方向从M到N，则电刷N的电势高于电刷M的电势，故A错误；若仅将电刷M移近N，使电刷M、N之间距离减小，切割磁感线的有效长度减小，产生的感应电动势减小，感应电流减小，则灵敏电流计的示数变小，故B错误；若只提高金属盘转速，感应电动势增大，感应电流增大，故灵敏电流计的示数变大，故C正确；若仅将滑动变阻器滑片向左滑动，滑动变阻器接入电路的阻值变大，电路电流减小，磁场减弱，感应电动势减小，感应电流减小，灵敏电流计的示数将减小，故D错误.

5.(2018·泰州中学四模)铺设海底金属油气管道时，焊接管道需要先用感应加热的方法对焊口两侧进行预热.将被加热管道置于感应线圈中，当感应线圈中通以电流时管道发热.如图4，下列说法中正确的是(　　)

图4

A.管道发热是由于线圈中的电流直接流经管道引起的

B.感应加热是利用线圈电阻产生的焦耳热加热管道的

C.感应线圈中通以恒定电流时也能在管道中产生电流

D.感应线圈中通以正弦交流电在管道中产生的涡流也是交流电

答案　D

解析　高频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在焊接的金属工件中就产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律分析可知，电流变化的频率越高，磁通量变化频率越高，产生的感应电动势越大，感应电流越大，焊缝处的温度升高得越快.管道发热是由于线圈的作用，导致管道有涡流，A错误；感应加热是利用线圈周围变化的磁场，从而产生感应电场，形成涡流，B错误；感应线圈中通的恒定电流时不能产生电流，C错误；感应线圈中通以正弦交流电在管道中产生的涡流也是交流，D正确.

二、多项选择题

6.(2018·第二次全国大联考(江苏卷))如图5所示是研究自感现象的电路图，甲、乙是两个规格相同的小灯泡，电源内阻不可忽略.开始前先闭合开关S1、S2，使电路稳定，两个小灯泡亮度相同.下列说法正确的是(　　)

图5

A.仅将S2断开，甲亮度不变

B.仅将S2断开，甲逐渐变得更亮

C.仅将S1断开，乙立刻熄灭

D.仅将S1断开，乙的电流方向改变

答案　BD

解析　仅将S2断开，由于电路中总电流变小，则电源的内电压减小，外电压增大，使流过甲的电流变大，但由于线圈自感作用，甲逐渐变得更亮，选项A错误，B正确；若仅将S1断开，由于线圈自感作用，则乙中仍有电流，不会立刻熄灭，但电流方向相反，选项C错误，D正确.

7.如图6甲所示，一个刚性圆形线圈与电阻R构成闭合回路，线圈平面与所在处的匀强磁场方向垂直，磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示.关于线圈中产生的感应电动势e、电阻R消耗的功率P随时间t变化的图象，可能正确的有(　　)

图6

答案　BD

8.(2018· 江苏省高考压轴冲刺卷)如图7所示，abcd为边长为L的正方形线框，线框在纸面内，电阻为R.图中虚线区域内有垂直纸面向里的匀强磁场.现用外力作用于线框，使线框从图示位置开始沿x轴正方向做初速度为零的匀加速运动，线框运动过程中，ad边始终水平，线框平面始终与磁场垂直，磁场宽度大于L，以x轴正方向作为力的正方向，则磁场对线框的作用力F随时间t的变化图象及线框ab边的电压U随时间t的变化图象正确的是(　　)

图7

答案　AD

解析　线框做初速度为零的匀加速直线运动，速度v＝at，进磁场和出磁场受到的安培力F＝＝，A正确，B错误；进磁场时，ab两端的电压U＝BLv＝BLat，在磁场中运动时，U＝BLv＝BLat，出磁场时，ab两端的电压U＝BLv＝BLat，C错误，D正确.

三、计算题

9.(2018·泰州中学月考)如图8甲所示，一个圆形线圈的匝数n＝100，线圈面积S＝200 cm2，线圈的电阻r＝1 Ω，线圈外接一个阻值R＝4 Ω的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示.求：

图8

(1)线圈中的感应电流的大小和方向；

(2)电阻R两端电压及0～6 s消耗的总功率；

(3)前4 s内通过R的电荷量.

答案　见解析

解析　(1)0～4 s内，由法拉第电磁感应定律有：

E1＝n＝n＝100××0.02 V＝

0.1 V，

线圈中的感应电流大小为：I1＝＝ A＝0.02 A，由楞次定律知感应电流方向沿逆时针方向.

4～6 s内，由法拉第电磁感应定律有：E2＝n＝

n＝100××0.02 V＝0.4 V，

线圈中的感应电流大小为：I2＝＝ A＝0.08 A，由楞次定律知感应电流方向沿顺时针方向.

(2)0～4 s内，R两端的电压为：U1＝I1R＝0.02×4 V＝0.08 V

消耗的功率为：P1＝U1I1＝0.08×0.02 W＝1.6×10－3 W

4～6 s内，R两端的电压为：U2＝I2R＝0.08×4 V＝0.32 V

消耗的功率为：P2＝U2I2＝0.32×0.08 W＝2.56×10－2 W

故R消耗的总功率为：P＝P1＋P2＝2.72×10－2 W

(3)前4 s内通过R的电荷量为：q＝I1Δt＝0.02×4 C＝0.08 C.

10.(2018·南京市期中)如图9所示，MN、PQ为间距L＝0.5 m的足够长平行导轨，NQ⊥MN.导轨平面与水平面间的夹角θ＝37°，NQ间连接一个R＝5 Ω的电阻.有一匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B0＝1 T.将一根质量为m＝0.05 kg的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻均不计.现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行.已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ＝0.5，当金属棒滑行至cd处时已经达到稳定速度，cd距离NQ为s＝10 m.则：(取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)

图9

(1)当金属棒滑行至cd处时回路中的电流是多大？

(2)金属棒达到的稳定速度是多大？

(3)当金属棒滑行至cd处时回路中产生的焦耳热是多少？

答案　(1)0.2 A　(2)2 m/s　(3)0.9 J

解析　(1)金属棒匀速运动时，沿导轨方向金属棒受力平衡得mgsin θ＝Ff＋F

金属棒受的安培力为F＝B0IL

Ff＝μFN＝μmgcos θ

解得I＝0.2 A.

(2) 由欧姆定律得I＝

由法拉第电磁感应定律得E＝B0Lv

解得v＝2 m/s.

(3)当金属棒滑行至cd处时，设回路中产生的焦耳热是Q，由能量守恒定律得

mgsin θ·s＝mv2＋Q＋μmgcos θ·s

解得Q＝0.9 J.

11.(2018·溧水中学期初模拟)如图10为俯视图，虚线MN的右侧存在一个竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、质量为m、边长为L的正方形单匝金属线框abcd放在光滑水平面上，ab边在磁场外侧紧靠MN虚线边界.当线框以初速度v0向左离开磁场过程中，安培力对线框所做的功为W.求：

图10

(1)初速度v0时刻，线框中感应电流I的大小和方向；

(2)线框cd边穿出磁场时速度v；

(3)线框穿出磁场一半过程中，通过线框横截面的电荷量q.

答案　(1)　电流方向为abcda

(2)　(3)

解析　(1)根据法拉第电磁感应定律有E＝BLv0

线框中感应电流为I＝＝，由楞次定律知电流方向为abcda

(2)由动能定理W＝mv2－mv02，

解得v＝

(3)根据电荷量定义式q＝Δt

由法拉第电磁感应定律＝＝及欧姆定律＝，解得q＝.