11.5电磁感应综合练（解析版）-2023年高考物理一轮复习提升核心素养

这是一份11.5电磁感应综合练（解析版）-2023年高考物理一轮复习提升核心素养，共21页。试卷主要包含了单选题，多选题，解答题等内容，欢迎下载使用。
11.5电磁感应综合练 一、单选题1．（2017·天津·高考真题）如图所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R。金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小，ab始终保持静止，下列说法正确的是（　　）A．ab中的感应电流方向由b到a B．ab中的感应电流逐渐减小C．ab所受的安培力保持不变 D．ab所受的静摩擦力逐渐减小【答案】D【解析】A．磁感应强度均匀减小，磁通量减小，根据楞次定律和安培定则得，ab中的感应电流方向由a到b，故A错误；B．由于磁感应强度均匀减小，根据法拉第电磁感应定律可知感应电动势恒定，则ab中的感应电流不变，故B错误；C．根据安培力公式知，电流不变，B均匀减小，则安培力减小，故C错误；D．安培力和静摩擦力为一对平衡力，安培力减小，则静摩擦力减小，故D正确。故选D。2．（2021·河北·高考真题）如图，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，导轨间距最窄处为一狭缝，取狭缝所在处O点为坐标原点，狭缝右侧两导轨与x轴夹角均为，一电容为C的电容器与导轨左端相连，导轨上的金属棒与x轴垂直，在外力F作用下从O点开始以速度v向右匀速运动，忽略所有电阻，下列说法正确的是（　　）A．通过金属棒的电流为B．金属棒到达时，电容器极板上的电荷量为C．金属棒运动过程中，电容器的上极板带负电D．金属棒运动过程中，外力F做功的功率恒定【答案】A【解析】C．根据楞次定律可知电容器的上极板应带正电，C错误；A．由题知导体棒匀速切割磁感线，根据几何关系切割长度为L = 2xtanθ，x = vt则产生的感应电动势为E = 2Bv2ttanθ由题图可知电容器直接与电源相连，则电容器的电荷量为Q = CE = 2BCv2ttanθ则流过导体棒的电流I = = 2BCv2tanθA正确；B．当金属棒到达x0处时，导体棒产生的感应电动势为E′ = 2Bvx0tanθ则电容器的电荷量为Q = CE′ = 2BCvx0tanθB错误；D．由于导体棒做匀速运动则F = F安 = BIL由选项A可知流过导体棒的电流I恒定，但L与t成正比，则F为变力，再根据力做功的功率公式P = Fv可看出F为变力，v不变则功率P随力F变化而变化；D错误；故选A。3．（2021·江苏·二模）如图所示，匀强磁场中有一等边三角形线框abc，匀质导体棒在线框上向右匀速运动。导体棒在线框接触点之间的感应电动势为E，通过的电流为I。忽略线框的电阻，且导体棒与线框接触良好，则导体棒（　　）A．从位置①到②的过程中，E增大、I增大B．经过位置②时，E最大、I为零C．从位置②到③的过程中，E减小、I不变D．从位置①到③的过程中，E和I都保持不变【答案】C【解析】A．由导体做切割磁感线产生电动势公式可知，L增大，E就会增大，由电阻定律可知导体中的电流为导体做匀速运动，所以I不变，A错误；B．经过②位置时，L最大，E最大，电流不为0，B错误；C．L减小，E减小，电流不变，C正确；D．从位置①到③的过程中，E先增大后减小，I保持不变，D错误；故选C。4．（2017·江西南昌·二模）如图所示，由均匀导线制成的半径为R的圆环，以速度v匀速进入一磁感应强度大小为B的匀强磁场。当圆环运动到图示位置（∠aOb=90°）时，a、b两点的电势差Uab为（　　）A． B．C． D．【答案】D【解析】有效切割长度即a、b连线，如下图所示有效切割长度为，所以产生的电动势为电流的方向为a→b，所以由于在磁场部分的阻值为整个圆的1/4，所以故选D。5．（2021·江苏常州·一模）零刻度在表盘正中间的电流计，非常灵敏，通入电流后，线圈所受安培力和螺旋弹簧的弹力作用达到平衡时，指针在示数附近的摆动很难停下，使读数变得困难。在指针转轴上装上的扇形铝框或扇形铝板，在合适区域加上磁场，可以解决此困难。下列方案合理的是（　　）A． B． C． D．【答案】D【解析】AC．如图所示，当指针向左偏转时，铝框或铝板可能会离开磁场，产生不了涡流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，A、C方案不合理，AC错误；B．此图是铝框，磁场在铝框中间，当指针偏转角度较小时，铝框不能切割磁感线，不能产生感应电流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，B方案不合理，B错误；D．此图是铝板，磁场在铝板中间，无论指针偏转角度大小，都会在铝板上产生涡流，起到电磁阻尼的作用，指针会很快稳定的停下，便于读数，D方案合理，D正确。故选D。6．（2021·北京通州·模拟预测）如图所示，在光滑的绝缘水平桌面上，有一质量均匀分布的细圆环，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。圆环的半径为R，质量为m。令此圆环均匀带上正电荷，总电量为Q。当圆环绕通过其中心的竖直轴以角速度ω沿图中所示方向匀速转动时（假设圆环的带电量不减少，不考虑环上电荷之间的作用），下列说法正确的是（　　）A．圆环匀速转动形成的等效电流大小为B．圆环受到的合力大小为BQωRC．圆环内侧（Ⅰ区）的磁感应强度大于外侧（Ⅱ区）的磁感应强度D．将圆环分成无限个小段，每小段受到的合力都指向圆心，所以圆环有向里收缩的趋势【答案】C【解析】A．圆环转动一周的时间为则可得圆环以ω的角速度转动时，产生的电流为故A错误；B．电流为顺时针方向，根据左手安培定则，又将圆环无限细分为几小段，设每小段的长度为L，则每小段受到的安培力为而每小段受到的安培力均在水平面上并指向圆外，而每小段存在关于圆心对称的另一小段，受到的安培力大小相等，方向相反，故整个圆环受到的合力为0。B错误；C．根据右手定则，电流方向为顺时针方向，每一小段产生的磁场在圆环内侧垂直于平面向里，在圆环外侧的磁场都是垂直于平面向外，恒定磁场的方向为垂直于平面向里，则合磁场圆环内侧（Ⅰ区）的磁感应强度大于外侧（Ⅱ区）的磁感应强度，故C正确；D．根据每小段受到的安培力都指向圆环外，整个圆环受到的合力为0，故圆环有向外扩张的趋势，D错误；故选C。 二、多选题7．（2018·全国·高考真题）如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是（　　）A．开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动B．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向C．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向D．开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动【答案】AD【解析】A．由电路可知，开关闭合瞬间，右侧线圈正面环绕部分的电流向下，由安培定则可知，直导线在铁芯中产生向右的磁场，由楞次定律可知，左侧线圈正面环绕部分产生向上的电流，则直导线中的电流方向由南向北，由安培定则可知，直导线在小磁针所在位置产生垂直纸面向里的磁场，则小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动，A正确；BC．开关闭合并保持一段时间后，穿过左侧线圈的磁通量不变，则左侧线圈中的感应电流为零，直导线不产生磁场，则小磁针静止不动，BC错误；D．开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，穿过左侧线圈向右的磁通量减少，则由楞次定律可知，左侧线圈正面环绕部分产生向下的感应电流，则流过直导线的电流方向由北向南，直导线在小磁针所在处产生垂直纸面向外的磁场，则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动，D正确。故选AD。8．（2021·全国·高考真题）由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的2倍。现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图所示。不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、下边保持水平。在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前，可能出现的是（　　）A．甲和乙都加速运动B．甲和乙都减速运动C．甲加速运动，乙减速运动D．甲减速运动，乙加速运动【答案】AB【解析】设线圈到磁场的高度为h，线圈的边长为l，则线圈下边刚进入磁场时，有感应电动势为两线圈材料相等（设密度为），质量相同（设为），则设材料的电阻率为，则线圈电阻感应电流为安培力为由牛顿第二定律有联立解得加速度和线圈的匝数、横截面积无关，则甲和乙进入磁场时，具有相同的加速度。当时，甲和乙都加速运动，当时，甲和乙都减速运动，当时都匀速。故选AB。9．（2021·湖南·高考真题）两个完全相同的正方形匀质金属框，边长为，通过长为的绝缘轻质杆相连，构成如图所示的组合体。距离组合体下底边处有一方向水平、垂直纸面向里的匀强磁场。磁场区域上下边界水平，高度为，左右宽度足够大。把该组合体在垂直磁场的平面内以初速度水平无旋转抛出，设置合适的磁感应强度大小使其匀速通过磁场，不计空气阻力。下列说法正确的是（　　）A．与无关，与成反比B．通过磁场的过程中，金属框中电流的大小和方向保持不变C．通过磁场的过程中，组合体克服安培力做功的功率与重力做功的功率相等D．调节、和，只要组合体仍能匀速通过磁场，则其通过磁场的过程中产生的热量不变【答案】CD【解析】A．将组合体以初速度v0水平无旋转抛出后，组合体做平抛运动，后进入磁场做匀速运动，由于水平方向切割磁感线产生的感应电动势相互低消，则有mg = F安 = ，vy = 综合有B = 则B与成正比，A错误；B．当金属框刚进入磁场时金属框的磁通量增加，此时感应电流的方向为逆时针方向，当金属框刚出磁场时金属框的磁通量减少，此时感应电流的方向为顺时针方向，B错误；C．由于组合体进入磁场后做匀速运动，由于水平方向的感应电动势相互低消，有mg = F安 = 则组合体克服安培力做功的功率等于重力做功的功率，C正确；D．无论调节哪个物理量，只要组合体仍能匀速通过磁场，都有mg = F安则安培力做的功都为W = 4F安L则组合体通过磁场过程中产生的焦耳热不变，D正确。故选CD。10．（2017·全国·高考真题）如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向左运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是（　　）A．PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向B．PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向C．T具有收缩趋势，PQ受到向右的安培力D．T具有扩张趋势，PQ受到向右的安培力【答案】AC【解析】AB．PQ突然向左运动，根据右手定则可知，电流方向由P到Q，即闭合回路PQRS中电流沿顺时针方向，又由安培定则可知，回路PQRS中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里，故环形金属线框T的磁通量将变大，由楞次定律可知，T中将产生沿逆时针方向的感应电流，故A正确B错误；CD．线框T的磁能量变大，由楞次定律可知，T有收缩的趋势，以阻碍磁通量的增大，PQ中有由P到Q的电流，由左手定则可知，PQ受到的安培力向右，故C正确D错误。故选AC。11．（2021·内蒙古包头·一模）如图所示，正方形MNPQ内的两个三角形区域存在匀强磁场，形状与MNPQ完全相同的闭合导线框M'N'P'Q'在外力作用下沿轴线OO'水平向左匀速运动。设通过导线框的感应电流为i，逆时针方向为电流的正方向，当t=0时M'Q'与NP重合，在M'Q'从NP运动到临近MQ的过程中，下列图像中不能反映i随时间t变化规律的是（　　）A． B． C． D．【答案】ACD【解析】在M'Q'运动到MNPQ中间位置过程，线框切割磁感线的有效长度L均匀减小，M'Q'从MNPQ中间位置运动到MQ位置过程，线框切割磁感线的有效长度L均匀增加；线框中感应电流由于L先均匀减小后均匀增加，线框匀速运动过程感应电流i先均匀减小后均匀增加；磁感应强度垂直于纸面向里，在线框的整个运动过程中，穿过线框的磁通量始终增大，由楞次定律可知，感应电流始终沿逆时针方向，感应电流始终是正的，符合的图像只有B，不符合题意，符合题意的是A、C、D。故选ACD。12．（2020·江西·模拟预测）如图所示，用电流传感器研究自感现象.电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于电阻R的阻值.t＝0时刻闭合开关S，电路稳定后，t1时刻断开S，电流传感器连接计算机分别描绘了整个过程线圈中的电流IL和电阻中的电流IR随时间t变化的图象.下列图象中可能正确的是(　　)A． B． C． D．【答案】AD【解析】AB． L为一个自感系数很大、直流电阻小于电阻R的阻值的线圈，电感阻碍电流变化，当电键闭合后，电感的阻碍逐渐减小，即流过电感的电流增大，所以增大，最后稳定时电感相当于电阻，为恒定，当电键断开后，电感阻碍自身电流变化，产生的感应电流仍沿着原来方向，不过大小在减小，B错误A正确；CD．当电键闭合时，电感阻碍电流变化，L为一个自感系数很大、有直流电阻的线圈，导致通过电阻的电流刚开始较大，当电感的阻碍逐渐减小，即流过电感的电流增大，所以减小，最后稳定，由于自感线圈L直流电阻值小于灯泡R的阻值，通过线圈L的电流大于通过灯泡R的电流，当断开电键，原来通过R的电流立即消失，电感阻碍自身电流变化，产生的感应电流流过电阻，其方向与规定图示流过电阻的方向相反，减小最后为0，C错误D正确。故选AD。13．（2020·湖南常德·模拟预测）如图所示，光滑平行的金属轨道分水平段（左端接有阻值为的定值电阻）和半圆弧段两部分，两段轨道相切于和点，圆弧的半径为，两金属轨道间的宽度为，整个轨道处于磁感应强度为，方向竖直向上的匀强磁场中。质量为、长为、电阻为的金属细杆置于轨道上的处，。在时刻，给金属细杆一个垂直金属细杆、水平向右的初速度，之后金属细杆沿轨道运动，在时刻，金属细杆以速度通过与圆心等高的和；在时刻，金属细杆恰好能通过圆弧轨道的最高点，金属细杆与轨道始终接触良好，轨道的电阻和空气阻力均不计，重力加速度为。以下说法正确的是（　　）A．时刻，金属细杆两端的电压为B．时刻，金属细杆所受的安培力为C．从到时刻，通过金属细杆横截面的电荷量为D．从到时刻，定值电阻产生的焦耳热为【答案】CD【解析】A．时刻，金属细杆产生的感应电动势金属细杆两端的电压故A错误；B．时刻，金属细杆的速度与磁场平行，不切割磁感线，不产生感应电流，所以此时，金属细杆不受安培力，故B错误；C．从到时刻，电路中的平均电动势回路中的电流在这段时间内通过金属细杆横截面的电荷量解得故C正确；D．设金属细杆恰好通过圆弧轨道的最高点的速度为，对杆受力分析，由牛顿第二定律可得解得从到时刻，据功能关系可得，回路中的总电热定值电阻产生的焦耳热解得故D正确。故选CD。14．（2020·吉林吉林·模拟预测）如下图甲所示，等离子气流从左方连续以速度v0射入M和N两板间的匀强磁场中，ab直导线与M、N相连接，线圈A与直导线cd连接，线圈A内有如下图乙所示变化的磁场，且规定向左为磁场B的正方向，则下列叙述正确的是（　　）A．0～1 s内ab、cd导线互相排斥 B．1 s～2 s内ab、cd导线互相吸引C．2 s～3 s内ab、cd导线互相吸引 D．3 s～4 s内ab、cd导线互相排斥【答案】BD【解析】AB．根据左手定则，可判定等离子气流中的正离子向上极板M偏转，负离子向下极板N偏转，所以ab中电流方向是由a向b的．在0～2 s内，线圈A内磁场方向向左，磁感应强度增大，由楞次定律可知感应电流方向是由c向d的，根据ab、cd内电流的流向关系，可知两导线相互吸引，A错误；B正确；CD．在2 s～4 s内，线圈A内磁场方向向左，磁感应强度减小，由楞次定律可知感应电流的方向是由d向c的，根据电流的流向关系可知两导线相互排斥，C错误；D正确；故选BD。15．（2021·湖北·汉阳一中模拟预测）半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为r、电阻为R的均匀金属棒AB置于圆导轨上面，BA的延长线通过圆导轨中心O，装置的俯视图如图所示，整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向竖直向下。在两环之间接阻值为R的定值电阻和电容为C的电容器。金属棒在水平外力作用下以角速度ω绕O逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触。导轨电阻不计。下列说法正确的是（　　）A．金属棒中电流从B流向A B．金属棒两端电压为Bωr2C．电容器的M板带负电 D．电容器所带电荷量为CBωr2【答案】AB【解析】A．根据右手定则可知金属棒中电流从B流向A， A正确；B．金属棒转动产生的电动势为E＝B r＝Bωr2切割磁感线的金属棒相当于电源，金属棒两端电压相当于电源的路端电压，因而U＝ E＝Bωr2B正确；C．金属棒A端相当于电源正极，电容器M板带正电， C错误；D．由C＝ 可得电容器所带电荷量为Q＝CBωr2D错误。故选AB。 三、解答题16．（2021·浙江·高考真题）一种探测气体放电过程的装置如图甲所示，充满氖气（）的电离室中有两电极与长直导线连接，并通过两水平长导线与高压电源相连。在与长直导线垂直的平面内，以导线为对称轴安装一个用阻值的细导线绕制、匝数的圆环形螺线管，细导线的始末两端c、d与阻值的电阻连接。螺线管的横截面是半径的圆，其中心与长直导线的距离。气体被电离后在长直导线回路中产生顺时针方向的电流I，其图像如图乙所示。为便于计算，螺线管内各处的磁感应强度大小均可视为，其中。（1）求内通过长直导线横截面的电荷量Q；（2）求时，通过螺线管某一匝线圈的磁通量；（3）若规定为电流的正方向，在不考虑线圈自感的情况下，通过计算，画出通过电阻R的图像；（4）若规定为电流的正方向，考虑线圈自感，定性画出通过电阻R的图像。【答案】（1）；（2）；（3）见解析；（4）见解析【解析】（1）由电量和电流的关系可知图像下方的面积表示电荷量，因此有代入数据解得（2）由磁通量的定义可得代入数据可得（3）在时间内电流均匀增加，有楞次定律可知感应电流的方向，产生恒定的感应电动势由闭合回路欧姆定律可得代入数据解得在电流恒定，穿过圆形螺旋管的磁场恒定，因此感应电动势为零，感应电流为零，而在时间内电流随时间均匀变化，斜率大小和大小相同，因此电流大小相同，由楞次定律可知感应电流的方向为，则图像如图所示（4）考虑自感的情况下，线框会产生自感电动势阻碍电流的变化，因此开始时电流是缓慢增加的，过一段时间电路达到稳定后自感消失，电流的峰值和之前大小相同，在时间内电路中的磁通量不变化电流要减小为零，因此自感电动势会阻碍电流的减小，使得电流缓慢减小为零。同理，在内电流缓慢增加，过一段时间电路达到稳定后自感消失，在之后，电路中的磁通量不变化电流要减小为零，因此自感电动势会阻碍电流的减小，使得电流缓慢减小为零。图像如图17．（2021·广东梅州·二模）如图甲所示，不计电阻的平行金属导轨竖直放置，导轨间距为L=1 m，上端接有电阻R=3Ω，虚线OO′下方是垂直于导轨平面的匀强磁场。现将质量m=0.1 kg、电阻r=1 Ω的金属杆ab，从OO′上方某处垂直导轨由静止释放，杆下落过程中始终与导轨保持良好接触，杆下落过程中的v－t图像如图乙所示。(取g=10 m/s2)求：(1)磁感应强度B的大小；(2)杆在磁场中下落0.1 s的过程中，电阻R产生的热量。【答案】(1)2 T；(2)0.075 J【解析】(1)由图像可知，杆自由下落0.1 s进入磁场以v=1.0 m/s做匀速运动，产生的感应电动势E=BLv杆中的感应电流杆所受的安培力F安=BIL由平衡条件得mg=F安代入数据得B=2 T(2)电阻R产生的热量Q=I2Rt=0.075 J18．（2022·江苏·模拟预测）如图甲所示，匝的线圈（图中只画了2匝），电阻，其两端与一个的电阻相连，线圈内有指向纸内方向的磁场。线圈中的磁通量按图乙所示规律变化。(1)判断通过电阻的电流方向；(2)求线圈产生的感应电动势；(3)求电阻两端的电压。【答案】(1)；(2)；(3)【解析】(1)根据图像可知，线圈中垂直于纸面向里的磁场增大，为了阻碍线圈中磁通量的增大，根据楞次定律可知线圈中感应电流产生的磁场垂直于纸面向外，根据安培定则可知线圈中的感应电流为逆时针方向，所通过电阻的电流方向为。(2)根据法拉第电磁感应定律(3)电阻两端的电压为路端电压，根据分压规律可知