2022届高中物理一轮复习 第十单元 电磁感应 训练卷 A卷 教师版

     2022届高三一轮单元训练卷

第十单元 电磁感应（A）

注意事项：

1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。

2．选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。

3．非选择题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。

4．考试结束后，请将本试题卷和答题卡一并上交。

一、 (本题共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)

1．科学研究方法对物理学的发展意义深远，实验法、归纳法、演绎法、类比法、理想实验法等对揭示物理现象的本质十分重要。下列哪个成果是运用理想实验法得到的(　　)

A．牛顿发现“万有引力定律”

B．库仑发现“库仑定律”

C．法拉第发现“电磁感应现象”

D．伽利略发现“力不是维持物体运动的原因”

【答案】D

【解析】牛顿发现“万有引力定律”；库伦发现“库仑定律”；法拉第发现“电磁感应现象”，这些都是建立在大量的实验的基础上直接得出的结论；而伽利略发现“力不是维持物体运动的原因”，是在实验的基础上经过抽象推理得出的结论，即运用了理想实验法。

2．如图所示，一根直导线穿过圆环a的对称轴和圆环b的中心轴线，三者相互绝缘，当导线中的电流突然增大时，下列说法中正确的是(　　)

A．两环都无感应电流

B．两环都产生感应电流

C．a环产生感应电流，b环无感应电流

D．b环产生感应电流，a环无感应电流

【答案】A

【解析】产生感应电流的条件是闭合线圈内的磁通量发生变化，而a、b圆环中的磁通量始终为零，因此当导线中电流增大时，a、b圆环中磁通量没有变化，所以两环中没有感应电流产生。

3．如图是漏电保护器的部分电路图，由金属环，线圈，控制器组成，其工作原理是控制器探测到线圈中有电流时会把入户线断开，即称电路跳闸，下列有关漏电保护器的说法正确的是(　　)

A．当接负载的电线中电流均匀变化时，绕在铁芯上的线圈中有稳定的电流

B．当接负载的电线短路或电流超过额定值时，漏电保护器会发出信号使电路跳闸

C．只有当接负载的电线漏电时，绕在铁芯上的线圈中才会有电流通过

D．当接负载的电线中电流不稳定时，漏电保护器会发出信号使电路跳闸

【答案】C

【解析】漏电保护器的工作原理是控制器探测到线圈中有电流时会把入户线断开，线圈的磁通量是由流入负载的导线中的电流和流出负载的导线中的电流在线圈中产生的磁通量的叠加，由于一般情况下，流入负载导线中的电流和流出负载导线中的电流等大反向，故线圈中的磁通量为零，无电流产生。而发生漏电时，流入负载导线中的电流和流出负载导线中的电流大小不等，线圈的磁通量发生变化，有电流产生。

4．如图甲所示的闭合电路中，定值电阻R1＝1 Ω、R2＝2 Ω。虚线MN左侧区域存在垂直电路所在平面向里的磁场，磁感应强度大小B随时间t的变化规律如图乙所示，电路在磁场中的面积为0.2 m2，导线电阻不计，则(　　)

A．0～1 s内，R1两端电压为0.12 V

B．1～3 s内，R2两端电压为0.06 V

C．0～3 s内，电路产生的焦耳热为1.44×10-2 J

D．0～3 s内，电路产生的焦耳热为为7.2×10-3 J

【答案】D

【解析】0～1 s内，闭合电路中产生的感应电动势，R1两端电压应小于电动势，A错误；1～3 s内，闭合电路中产生的感应电动势，R2两端电压，B错误；0～3 s内，电路产生的焦耳热，C错误，D正确。

5．如图所示，光滑绝缘斜面倾角为θ。斜面底端有一直导线通有M至N的恒定电流I。斜面上有一闭合导线框abcd正沿斜面下滑，ab边始终与MN平行。在导线框下滑至ab边未到达斜面底端过程中，下列说法正确的是(　　)

A．线框有扩张的趋势

B．线框中有沿abcda流动的感应电流

C．线框cd边受到的安培力沿斜面向下

D．整个线框所受安培力的合力为零

【答案】C

【解析】根据直导线产生的磁场特点：离导线越近磁场越强，在导线框下滑过程中，穿过线框的磁通量增大，由楞次定律可知，线框有收缩的趋势，A错误；在导线框下滑过程中，穿过线框的磁通量增大，磁场方向垂直斜面向上，根据“楞次定律”可知，线框中有沿adcba方向的感应电流，B错误；cd中的电流由d到c，磁场方向垂直斜面向上，根据左手定则可知，线框cd边受到的安培力沿斜面向下，C正确；由于ab边与cd边所在处的磁场不同，ab与cd中的电流相同，所以ab、cd所受安培力大小不同，ad与ad所受安培力大小相同，所以整个线框所受安培力的合力不为零，D错误。

6．电动汽车刹车时若能回收动能，把动能转换为电能再次储存，可以增加汽车续航。某同学在实验室设计了如图甲所示的装置。圆盘a上面分布有特殊物质，物质在接到刹车指令后瞬间被磁化，正常行驶时，物质退磁，圆盘a固定在车轮上。绝缘材质制成的圆盘b中有固定线圈，线圈在接到刹车指令后与车载电池接通并为电池蓄电。b固定在与a正对的车身上。图乙为装置b自右向左的侧视图，在图乙中设计线圈和a物质形成的磁场，实现动能回收效果最佳的是(　　)

【答案】D

【解析】线圈中磁通量变化可以产生感应电流，选项A、B无磁通量变化，没有感应电流产生；C、D选项中，线圈中磁通量变化都产生感应电流，由图可知D选项线圈效率比C的高，故选D。

7．如图所示，变化的匀强磁场垂直穿过金属框架MNQP，金属杆ab在恒力F作用下沿框架从静止开始运动，t＝0时磁感应强度大小为B0，为使ab中不产生感应电流，下列能正确反映磁感应强度B随时间t变化的图像是(　　)

【答案】C

【解析】当通过闭合回路的磁通量不变时，则棒MN中不产生感应电流，，设金属杆ab长为L，金属杆ab距离MP的距离为l1，棒的质量为m，则，，则，则，所以，随着时间增加，是增大的，且增大的速度越来越快，且非线性关系。

8．如图所示，有界匀强磁场的宽度为L，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里。正方形abcd是粗细均匀的导体框，总电阻为4R，边长为L，该导体框处于纸面内。导体框在外力作用下沿对角线ac（垂直于磁场边界）由Ⅰ位置匀速运动到Ⅲ位置，速度大小为v，则(　　)

A．导体框由Ⅰ位置到Ⅲ位置过程中感应电流的方向保持不变

B．导体框由Ⅰ位置到Ⅲ位置过程中最大感应电流为

C．导体框由Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中通过的电荷量为

D．导体框由Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中外力的最大功率为

【答案】B

【解析】导体框由Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中磁通量增加，根据右手定则可知图中电流方向为逆时针，导体框由Ⅱ位置到Ⅲ位置过程中磁通量减小，根据右手定则可知图中电流方向为顺时针，A错误；导体框由Ⅰ位置到Ⅲ位置过程中当bd位于磁场两边界上时，导体框切割磁场的有效切割长度的最长的，为L，则产生的最大电动势为，根据闭合电路欧姆定律知最大电流，故最大感应电流为，B正确；导体框由Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中平均感应电动势为，则平均感应电流为，通过的电荷量，C错误；导体框由Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中，bd位于磁场左边界上时，感应电流最大为，安培力最大为，因为匀速，合力为零，则最大外力，外力的最大功率，联立可得，D错误。

9．目前，许多停车场门口都设置车辆识别系统，在自动栏杆前、后的地面各自铺设相同的传感器线圈A、B，两线圈各自接入相同的电路，电路a、b端与电压有效值恒定的交变电源连接，如图所示。工作过程回路中流过交变电流，当以金属材质为主体的汽车接近或远离线圈时，线圈的自感系数会发生变化，导致线圈对交变电流的阻碍作用发生变化，使得定值电阻R的c、d两端电压就会有所变化，这一变化的电压输入控制系统，控制系统就能做出抬杆或落杆的动作。下列说法正确的是(　　)

A．汽车接近线圈A时，该线圈的自感系数增大

B．汽车离开线圈B时，回路电流将减少

C．汽车接近线圈B时，c、d两端电压升高

D．汽车离开线圈A时，c、d两端电压升高

【答案】AD

【解析】汽车上有很多钢铁，当汽车接近线圈时，相对于给线圈增加了铁芯，所以线圈的自感系数增大，感抗也增大，在电压不变的情况下，交流回路的电流将减小，所以R两端电压将减小，即c、d两端得电压将减小，A正确，C错误；汽车远离线圈时，线圈的感抗减小，交流回路的电流增大，R两端电压将变大，c、d两端得电压将增大，B错误，D正确。

10．如图所示，空间存在垂直纸面向里的磁场，磁场在竖直方向均匀分布，在水平方向非均匀分布，且关于竖直平面MN对称，绝缘轻线上端固定在M点，下端与一个粗细均匀的铜制圆环相接。现将圆环由P处无初速释放，圆环第一次向右摆动最远能到达Q处（图中未画出）。已知圆环始终在同一竖直平面内摆动，则在圆环从P摆向Q的过程中，下列说法正确的是(　　)

A．位置P与Q可能在同一高度

B．感应电流方向始终逆时针

C．感应电流方向先逆时针后顺时针

D．圆环整体安培力一直做负功

【答案】CD

【解析】圆环从P摆向Q的过程中，由于磁场在竖直方向均匀分布，在水平方向非均匀分布，导致环中磁通量变化，从而产生感应电流，出现焦耳热，则环的重力势能会减小，因此Q不可能与P在同一高度，故A错误；根据楞次定律，环在向下摆的过程中，穿过环垂直向里的磁通量在增大，当向上摆的过程中，穿过环垂直向里的磁通量在减小，那么感应电流则先逆时针后顺时针，故B错误，C正确；根据左手定则，结合感应电流方向先逆时针后顺时针，及磁场在竖直方向均匀分布，在水平方向非均匀分布，且关于竖直平面MN对称，可知，安培力是阻碍环的运动，但不与运动方向相反，圆环整体安培力一直做负功，故D正确。

11．如图所示，物理课上老师做了这样一个实验，将一厚度均匀且足够长的光滑铝板固定在绝缘支架上，铝板与水平面的倾角为θ，现将一质量为m的永磁体静止地放置在铝板的上端，它将沿斜面向下运动，则运动过程中永磁体(　　)

A．先做加速度逐渐变小的变加速运动，且a＜gsin θ，再做匀速运动

B．做加速度为a的匀加速直线运动，且a＝gsin θ

C．重力势能先逐渐减小，最后保持不变

D．动能先逐渐增加，最后保持不变

【答案】AD

【解析】永磁体沿斜面向下运动的过程中，铝板内会产生涡流，铝板所受安培力的反作用力将阻碍永磁体的运动，由牛顿第二定律有，由于涡流的产生会有阻尼作用，且随速度的增大而增大，故永磁体将先做加速度逐渐变小的变加速运动，且a＜gsin θ；当安培力的反作用力与永磁体的重力沿斜面的分力等大反向时，永磁体开始做匀速运动，故重力势能一直减小，动能先增加后保持不变。

12．如图所示，半径为2l的圆形金属导轨固定在水平面上，一根长也为2l、电阻为2R的金属棒ab一端与导轨接触良好，另一端固定在圆心处的导电转轴OO′上，由电动机A带动旋转。在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面、大小为B的匀强磁场，金属导轨区域中心半径为l的区域内磁场竖直向上，其余部分磁场竖直向下。另有一质量为m、长为l、电阻为R的金属棒MN放置于导轨后面并与固定在竖直平面内的平行导轨保持良好接触，导轨间距为l，处于大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。从圆形金属导轨引出导线和通过电刷从转轴引出导线平行导轨连接。MN处于静止状态，MN与竖直平行导轨间的动摩擦因数为μ，认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则下列说法正确的是(　　)

A．MN中电流方向由M到N

B．MN两端电压为Bl2ω

C．MN与平行导轨间的动摩擦因数μ至少为

D．电路总电功率为

【答案】AC

【解析】MN处于静止状态，竖直方向上受重力和静摩擦力处于平衡，可知MN所受安培力方向垂直导轨向外，根据左手定则，通过MN中的电流方向由M到N，A正确；由于金属棒ab被分成两部分位于相反的磁场中，所以产生的感应电动势相反，ab产生的总电动势，则MN两端的电压，B错误；MN恰好处于静止时，有，根据闭合电路姆定律得，解得动摩擦因数的最小值，C正确；电路的总电功率，D错误。

二、(本题共5小题，共52分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)

13．(6分)如图为“研究电磁感应现象”的实验装置，开关闭合前小螺线管已插入到大螺线管中。

(1)将图中所缺的导线补接完整；

(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏转一下，那么合上电键后将小螺线管迅速抽出时，灵敏电流计指针将向______偏转；小螺线管插入大螺线管后，将滑动变阻器触头迅速向左移动时，灵敏电流计的指针将向______偏转。（均选填“左”或“右”）

【答案】(1)见解析图    (2)左偏    右偏    (每空2分)

【解析】(1)将电源、开关、变阻器、小螺线管串联成一个回路，再将电流计与大螺线管串联成另一个回路，电路图如图所示

(2)闭合开关，磁通量增加，指针向右偏转，将原线圈迅速从副线圈抽出，磁通量减小，产生的感应电流与原电流的方向相反，所以则灵敏电流计的指针将左偏；小螺线管插入大螺线管后，将滑动变阻器触头迅速向左移动时，电阻减小，则电流增大，穿过副线圈的磁通量增大，则灵敏电流计指针向右偏。

14．(8分)横截面积S＝0.2 m2、n＝100匝的圆形线圈A处在如图所示的均匀增强的磁场内，磁感应强度变化率为0.02 T/s，开始时S未闭合，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，线圈内阻不计，求：

(1)闭合S后，通过R2的电流的大小和方向；

(2)闭合S后一段时间又断开，问S断开后通过R2的电荷量是多少。

【解析】(1)由法拉第电磁感应定律知E＝n＝nS＝4 V    (2分)

则，由楞次定律知电流由下到上通过R2。   (2分)

(2)S闭合后，R2两端的电压   (2分)

电容器C上的电荷量

故S断开后通过R2的电荷量是3.010-5 C。   (2分)

15．(12分)如图，水平匀强磁场的磁感应强度大小为B，其上边界水平，无下边界。距磁场边界上方h高处有一正方形导线框，其平面与磁场方向垂直，且两边与磁场边界平行。已知导线框质量为m、电阻为R、边长为l。现将导线框由静止释放（空气阻力忽略不计）。

(1)求导线框进入磁场过程中线框中的电流方向（从外向里看），并说明判断依据；

(2)若导线框在进入磁场的过程中保持匀速直线运动，求线框开始运动时其下端与磁场边界之间的距离h以及线框中产生的热量。

【解析】(1)线框进入磁场后磁通量增加，根据楞次定律可判断出感应电流方向是逆时针。   (2分)

(2)线框从开始下落到开始进入磁场的过程中，机械能守恒，设线框刚进入磁场时速度为v，则

mgh＝mv2   (2分)

进入磁场后，线框开始切割磁感线，线框内产生感应电动势E，感应电流I，可得

   (2分)

线框匀速进入磁场，重力与安培力F平衡，可得   (2分)

联立解得   (2分)

线框进入磁场的过程动能不变，由能量守恒可得，产生的热量等于减少的重力势能Q＝mgl。   (2分)

16．(12分)如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ间距L＝1 m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成θ＝30°角，N、Q两端接有R＝1 Ω的电阻。一金属棒ab垂直导轨放置，ab两端与导轨始终有良好接触，已知ab的质量m＝0.2 kg，电阻r＝1 Ω，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小B＝1 T。ab在平行于导轨向上的拉力作用下，以初速度v1＝0.5 m/s沿导轨向上开始运动，可达到最大速度v＝2 m/s。运动过程中拉力的功率恒定不变，重力加速度g＝10 m/s2。

(1)求拉力的功率P；

(2)ab开始运动后，经t＝0.09 s速度达到v2＝1.5 m/s，此过程中ab克服安培力做功W＝0.06 J，求该过程中ab沿导轨的位移大小x。

【解析】(1)在ab运动过程中，由于拉力功率恒定，ab做加速度逐渐减小的加速运动，速度达到最大时，加速度为零，设此时拉力的大小为F，安培力大小为FA，有

   (2分)

设此时回路中的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律，有E＝BLv   (1分)

设回路中的感应电流为I，由闭合电路欧姆定律，有I＝   (1分)

ab受到的安培力   (1分)

由功率表达式，有   (1分)

联立上述各式，代入数据解得。   (2分)

(2)ab从速度v1到v2的过程中，由动能定理，有   (2分)

代入数据解得。   (2分)

17．(14分)如图所示，间距为d的平行金属导轨AB、CD构成倾角为θ的斜面，通过BE和DG两小段光滑绝缘圆弧（长度可忽略）与间距也为d的水平平行金属导轨EF、GH相连，AC端接一个电容器，质量为m的金属棒P从离水平轨道L处由静止释放。金属棒P和导体棒Q始终与导轨垂直并与导轨接触良好，金属棒P和导轨的电阻忽略不计，导体棒Q的电阻为R，质量为2m，金属棒P和倾斜轨道间的动摩擦因数μ＝tan θ，不计P、Q与水平轨道间的摩擦力，水平轨道足够长，且P、Q没有发生碰撞，电容器的电容C＝，整个装置处于与导轨平面垂直的匀强磁场当中，磁感应强度大小为B，重力加速度为g。求：

(1)金属棒P到达BD时的速度；

(2)金属棒P滑到水平轨道后通过导体棒Q的电荷量和导体棒Q产生的热量。

【解析】(1)对P受力分析结合牛顿第二定律有

   (2分)

而

其中   (2分)

联立解得

所以金属棒P在倾斜轨道上做匀变速运动，由运动规律有

解得。   (2分)

(2)当金属棒P进入水平导轨后P、Q组成的系统动量守恒，当二者速度相等时它们之间的距离保持不变，据动量守恒定律可得：

   (2分)

在此过程中对导体棒Q应用动量定理有：   (2分)

联立解得：   (2分)

由能量守恒可知导体棒Q产生的热量。 (2分)