2019高考物理二轮复习第13讲 电磁感应 专题训练(含解析)

第13讲　电磁感应一、选择题(每小题6分,共36分)1.(2018湖北宜昌元月调研)一种早期发电机原理示意图如图所示,该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成,两磁极相对于线圈平面对称,线圈圆心为O点。在磁极绕转轴匀速转动的过程中,当磁极与O点在同一条直线上时,穿过线圈的(　　)A.磁通量最大,磁通量变化率最大B.磁通量最大,磁通量变化率最小C.磁通量最小,磁通量变化率最大D.磁通量最小,磁通量变化率最小2.(2018辽宁大连双基,8)如图所示,线圈L的自感系数很大,且其电阻可以忽略不计,L1、L2是两个完全相同的灯泡,随着开关S闭合和断开(灯丝不会断),灯L1、L2亮度的变化情况是　(　　)A.S闭合,L1不亮,L2亮度逐渐变亮,最后两灯一样亮B.S闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2则逐渐变得更亮C.S断开,L1、L2立即不亮D.S断开,L1、L2都会亮一下再熄灭3.(2018安徽六校二联)(多选)如图所示,光滑水平面上存在有界匀强磁场,磁感应强度为B,质量为m、边长为a的正方形线框ABCD斜向右上方穿进磁场,当AC刚进入磁场时,线框的速度为v,方向与磁场边界成45°角,若线框的总电阻为R,则(　　)A.线框穿进磁场过程中,线框中电流的方向为DCBADB.AC刚进入磁场时线框中感应电流为C.AC刚进入磁场时线框所受安培力为D.此时CD两端电压为Bav4.(2018河南豫南九校联盟第一次联考)(多选)如图所示,足够长的U形光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0<θ<90°),其中MN与PQ平行且间距为L,导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,导轨电阻不计。金属棒ab由静止开始沿导轨下滑,并与两导轨始终保持垂直且良好接触,金属棒ab接入电路的电阻为R,当流过金属棒ab某一横截面的电量为q时,金属棒ab的速度大小为v,则金属棒ab在这一过程中　(　　)A.运动的平均速度大于vB.受到的最大安培力大小为 sin θC.下滑的位移大小为D.产生的焦耳热为qBLv5.(2018宁夏银川唐徕回民中学等三校三模,7)(多选)如图甲所示,光滑的平行金属导轨AB、CD竖直放置,AB、CD相距L,在B、C间接一个阻值为R的电阻;在两导轨间的abcd矩形区域内有垂直导轨平面向外、高度为5h的有界匀强磁场,磁感应强度为B。一质量为m、电阻为r、长度也为L的导体棒放在磁场下边界ab上(与ab重合)。现用一个竖直向上的力F拉导体棒,使它由静止开始向上运动,导体棒刚要离开磁场时恰好做匀速直线运动,导体棒与导轨始终垂直且保持良好接触,导轨电阻不计。F随导体棒与初始位置的距离x变化的情况如图乙所示,下列说法正确的是(　　)A.导体棒离开磁场时速度大小为B.离开磁场时导体棒两端电压为C.导体棒经过磁场的过程中,通过电阻R的电荷量为D.导体棒经过磁场的过程中,电阻R上产生的焦耳热为-6.(2018河北衡水冀州中学一模)如图甲所示,光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成θ角,M、P两端接一电阻R,整个装置处于方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。t=0时对金属棒施加一平行于导轨的外力F,使金属棒ab由静止开始沿导轨向上运动,导轨电阻忽略不计。已知通过电阻R的感应电流I随时间t变化的关系如图乙所示。下列关于金属棒运动速度v、外力F、流过R的电荷量q以及闭合回路中磁通量的变化率随时间变化的图像正确的是(　　) 二、非选择题(每小题12分,共24分)7.如图(a)所示,平行长直金属导轨水平放置,间距L=0.4 m。导轨右端接有阻值R=1 Ω的电阻。导体棒垂直放置在导轨上,且接触良好。导体棒及导轨的电阻均不计。导轨间正方形区域abcd内有方向竖直向下的匀强磁场,b、d连线与导轨垂直,长度也为L。从0时刻开始,磁感应强度B的大小随时间t变化,规律如图(b)所示;同一时刻,棒从导轨左端开始向右匀速运动,1 s后刚好进入磁场。若使棒在导轨上始终以速度v=1 m/s 做直线运动,求:(1)棒进入磁场前,回路中的电动势E;(2)棒在运动过程中受到的最大安培力F,以及棒通过三角形abd区域时电流i与时间t的关系式。图(a)图(b)          8.(2018安徽A10联盟联考)(12分)如图所示,光滑平行金属导轨PQ、MN固定在光滑绝缘水平面上,导轨左端连接有阻值为R的定值电阻,导轨间距为L,磁感应强度大小为B、方向竖直向上的有界匀强磁场的边界ab、cd均垂直于导轨,且间距为s,e、f分别为ac、bd的中点,将一长度为L、质量为m、阻值也为R的金属棒垂直导轨放置在ab左侧s处,现给金属棒施加一个大小为F、方向水平向右的恒力,使金属棒从静止开始向右运动,金属棒向右运动过程中始终垂直于导轨并与导轨接触良好。当金属棒运动到ef位置时,加速度刚好为零,不计其他电阻。求:(1)金属棒运动到ef位置时的速度大小;(2)金属棒从初位置运动到ef位置,通过金属棒的电荷量;(3)金属棒从初位置运动到ef位置,定值电阻R上产生的焦耳热。     
答案精解精析一、选择题1.B　根据磁极的转动可知线圈中的磁通量发生变化,当磁极与O点在同一条直线上时,穿过线圈的磁通量最大,此时磁通量的变化率最小,感应电动势最小,故B项正确,A、C、D项错误。2.B　当S闭合瞬时,两灯同时获得电压,同时发光,随着线圈L中电流的增加,逐渐将L1短路,L1逐渐变暗直到熄灭,同时,L2中电流逐渐增大,变得更亮,故A错误,B正确;S断开瞬时,L2中电流消失,故立即熄灭,而由于线圈L中产生一个与电流同向的自感电动势,故电流由灯泡L1的右侧流入,所以L1亮一下后逐渐熄灭,故C、D错误。3.CD　线框进入磁场的过程中穿过线框的磁通量增大,由楞次定律可以知道,感应电流的磁场的方向向外,由安培定则可知感应电流的方向为ABCDA方向,故A错误;AC刚进入磁场时,CD边切割磁感线,AD边不切割磁感线,所以产生的感应电动势E=Bav,则线框中感应电流I==,故B错误;AC刚进入磁场时线框的CD边受到的安培力与v的方向相反,AD边受到的安培力的方向垂直于AD向下,它们的大小都是F=BIa,由几何关系知,AD边与CD边受到的安培力的方向相互垂直,AC刚进入磁场时线框所受安培力为AD边与CD边受到的安培力的矢量和,F合=F=,故C选项正确;当AC刚进入磁场时,CD两端电压U=I×=Bav,故D选项正确。4.AC　金属棒ab开始做加速度逐渐减小的变加速运动,不是匀变速直线运动,平均速度大于v,故A正确;金属棒ab受到的最大安培力F安=BIL=BL·=BL·=,故B错误;由q==可知,下滑的位移x=,故C正确;产生的焦耳热Q=I2Rt=qIR,而这里的电流I比棒的速度大小为v时的电流I'=小,故这一过程中产生的焦耳热小于qBLv,故D错误。5.BD　设导体棒离开磁场时速度大小为v,此时导体棒受到的安培力大小为F安=BIL=BL=BL=,由平衡条件得F=F安+mg,结合图像知v=,故A错误。离开磁场时,由F=BIL+mg得I=,导体棒两端电压为U=R,所以B选项正确。导体棒经过磁场的过程中,通过电阻R的电荷量q=t=t=×t==,故C错误。导体棒经过磁场的过程中,设回路产生的总焦耳热为Q,根据功能关系可得Q=2mgh+3mg·4h-mg·5h-mv2,而电阻R上产生的热量为Q'=Q,解得Q'=-,所以D选项正确。6.B　设金属棒的电阻为r,金属棒长为l,由闭合电路欧姆定律知,通过电阻R的感应电流I=,由图乙可知,I=kt,由以上两式解得,v=kt,即金属棒做匀加速运动,故选项A错误;由法拉第电磁感应定律及闭合电路欧姆定律得=E=I(R+r)=(R+r)kt,故选项B正确;金属棒做匀加速运动,由牛顿第二定律得F-mg sin θ-BIl=ma,则F=mg sin θ+ma+BIl=mg sin θ+k+Blkt,故选项C错误;流过电阻R的电荷量q=t=kt2,故选项D错误。二、非选择题7.答案　(1)0.04 V(2)0.04 N　i=t-1(1 s≤t≤1.2 s)解析　(1)由题图(b)可知0~1.0 s内B的变化率 =0.5 T/s①正方形磁场区域的面积S==0.08 m2②棒进入磁场前0~1.0 s内回路中的感应电动势E==③由①②③式得E=0.08×0.5 V=0.04 V(2)当棒通过bd位置时,有效切割长度最大,感应电流最大,棒受到最大安培力F=BIL④棒过bd时的感应电动势Em=BLv=0.5×0.4×1 V=0.2 V⑤棒过bd时的电流I=⑥由④⑤⑥式得F=0.04 N棒通过a点后在三角形abd区域中的有效切割长度L'与时间t的关系:L'=2v(t-1),其中t的取值范围为1 s≤t≤1.2 s⑦电流i与时间t的关系式i===t-1(1 s≤t≤1.2 s)⑧8.答案　(1)　(2)　(3)Fs-解析　(1)设金属棒运动到与ef重合时速度为v则感应电动势E=BLv(1分)电路中电流I=(1分)由于加速度刚好为零,则F=F安=BIL(1分)解得v=(1分)(2)通过金属棒的电荷量q=Δt(1分)=(1分)==(1分)解得q=(1分)(3)设定值电阻R中产生的焦耳热为Q,由于金属棒的电阻也为R,因此整个电路中产生的总的焦耳热为2Q。金属棒从静止运动到ef位置的过程中,根据动能定理有WF+W安=mv2(1分)根据功能关系有W安=-2Q(1分)拉力F做的功WF=Fs(1分)解得Q=Fs-(1分)