适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题分层突破练11电磁感应规律及综合应用

这是一份适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题分层突破练11电磁感应规律及综合应用，共9页。
1.线圈绕制在圆柱形铁芯上,通过导线与电流计连接组成闭合回路。条形磁体的轴线和铁芯的轴线及连接线圈和电流计的导线在同一平面内,铁芯、线圈及条形磁体的几何中心均在与铁芯垂直的PQ连线上。条形磁体分别与线圈相互平行或相互垂直放置,使其沿QP方向靠近线圈。若电流从电流计“+”接线柱流入时电流计指针向右偏转,在如下情形中能观察到明显的电磁感应现象,且图中标出的电流计指针偏转方向正确的是( )
2.如图所示,正方形线框abcd由四根相同的导体棒连接而成,固定于匀强磁场中,线框平面与磁场方向垂直,线框顶点a、d与直流电源(内阻不计)的负极和正极相接。若ab棒受到的安培力大小为F,则ad棒受到的安培力( )
A.大小为3F,方向由b到a
B.大小为3F,方向由a到b
C.大小为F,方向由a到b
D.大小为F,方向由b到a
3.(2023福建泉州期中)随着高层建筑的日益增多,电梯安全问题愈发引起人们的关注。下图是某学习小组设计的防止电梯坠落的应急安全装置示意图。在电梯轿厢上安装永久磁体,电梯的井壁上铺设线圈A、B,该小组成员认为,这样能在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。当电梯坠落至图示位置时( )
A.线圈A中的感应电流沿顺时针方向(俯视)
B.线圈A和线圈B中感应电流方向相反
C.磁体对线圈B有向上的安培力
D.电梯已经穿过了线圈A,所以线圈A不会阻碍电梯下落,只有线圈B阻碍电梯下落
4.(2023山东省实验中学模拟)如图所示,空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B,金属棒MN以角速度ω绕过O点的竖直轴PQ沿顺时针(从上往下看)旋转。已知NQ=2MP=2r。则( )
A.M点电势高于N点电势
B.N点电势低于O点电势
C.N、M两点的电势差为Br2ω
D.M、N两点的电势差为Br2ω
5.如图甲所示,在光滑水平面上,使电路abcd的ad端加上如图乙所示的交流电压,a点电势高于d点电势时电压u为正值。电路abcd所围区域内还有一弹性导线框MNPQ置于光滑水平面上。以下说法不正确的是( )
甲
乙
A.t1时刻,线框MNPQ中的感应电流为0
B.t2时刻,电路abcd对线框MN的安培力为0
C.t3时刻,线框MNPQ中的感应电流为顺时针方向
D.t2~t3时间内,线框MNPQ的面积会变大
6.(多选)如图所示,在MN右侧区域有垂直于纸面向里的匀强磁场,其磁感应强度随时间变化的关系为B=kt(k为大于零的常量)。一高为a、电阻为R的正三角形金属线框向右匀速运动。在t=0时刻,线框底边恰好到达MN处;在t=T时刻,线框恰好完全进入磁场。在线框匀速进入磁场的过程中( )
A.线框中的电流始终为逆时针方向
B.线框中的电流先逆时针方向,后顺时针方向
C.t=时刻,流过线框的电流大小为
D.t=时刻,流过线框的电流大小为
7.(多选)如图所示,两条相距d的足够长的平行光滑金属导轨位于同一水平面内,其左端接阻值为R的定值电阻。电阻为R、长为d的金属杆ab在导轨上以初速度v0水平向左运动,其左侧有边界为PQ、MN的匀强磁场,磁感应强度大小为B。该磁场以恒定速度v0匀速向右运动,金属杆进入磁场后,在磁场中运动t时间后达到稳定状态。导轨电阻不计。下列说法正确的是( )
A.当金属杆刚进入磁场时,杆两端的电压大小为Bdv0
B.当金属杆运动达到稳定状态时,杆两端的电压大小为Bdv0
C.t时间内金属杆所受安培力的冲量等于0
D.t时间内金属杆所受安培力做的功等于0
8.如图所示,两宽度均为a的水平匀强磁场磁感应强度的大小相等,两磁场区域间距为4a。一个边长为a的正方形金属线框从磁场上方距离为a处由静止自由下落,匀速通过上方匀强磁场区域,之后又通过下方匀强磁场区域。已知下落过程中线框平面始终在竖直平面内,不计空气阻力。下列说法正确的是( )
A.线框通过上、下两个磁场的过程中产生的电能相等
B.线框通过上、下两个磁场的过程中流过线框的电荷量不相等
C.线框通过下方磁场的过程中加速度的最大值与重力加速度的大小相等
D.线框通过上、下两个磁场的时间相等
B组
9.(多选)(2023广东汕头一模)图甲是一款自发电无线门铃,图乙是其内部构造示意图。按下按键推动永磁体运动,可产生电能供发射器部件正常工作。松开按键后,按键在弹簧作用下恢复原位。下列说法正确的是( )
A.按键反弹过程,弹簧的弹性势能部分转化为电能
B.连续按压和松开按键过程,线圈中产生交变电流
C.按压和松开按键过程,线圈中都产生感应电动势
D.按住门铃按键保持不动,线圈中一直有感应电流
10.(多选)(2023广西二模)如图所示,纸面内的菱形金属线框ABCD以速度v0平行于AD方向匀速通过一有界的匀强磁场,磁场的边界PQ、MN相互平行,磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里。已知线框的电阻为R,线框的边长和磁场宽度均为l,∠A=60°,AD⊥PQ,下列说法正确的是( )
A.A点离开磁场后线框内的感应电流沿顺时针方向
B.线框内感应电动势的最大值为Blv0
C.此过程中穿过线框的磁通量的最大值为Bl2
D.线框穿过磁场的整个过程中回路中的最大热功率为
11.如图所示,足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ水平固定放置,导轨间距为l,导轨两端与定值电阻R1和R2相连,R1和R2的阻值均为R。磁感应强度大小为B的匀强磁场方向竖直向上,有一个质量为m、电阻也为R的导体棒ab与导轨垂直放置。现在导体棒ab的中点施加一个水平恒力F,让导体棒ab从静止开始向右运动。经过时间t,运动达到稳定状态。导轨的电阻忽略不计,求:
(1)导体棒达到稳定时ab两点之间的电势差Uab;
(2)t时间内R1上产生的电热。
12.如图甲所示,在水平桌面上固定着两根相距l=20 cm、相互平行的无电阻轨道P、Q,轨道一端固定一根电阻R=0.02 Ω的导体棒a,轨道上横置一根质量m=40 g、电阻可忽略不计的金属棒b,两棒相距也为l=20 cm。该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节的竖直向上的匀强磁场中。开始时,磁感应强度B0=0.1 T。设棒与轨道间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10 m/s2。
甲
乙
丙
(1)若保持磁感应强度B0的大小不变,从t=0时刻开始,给b棒施加一个水平向右的拉力,使它由静止开始做匀加速直线运动,此拉力F的大小随时间t变化关系如图乙所示。求b棒做匀加速运动的加速度及b棒与轨道间的滑动摩擦力大小;
(2)若从t=0开始,磁感应强度B随时间t按图丙中图像所示的规律变化,求在金属棒b开始运动前这个装置释放的热量。
答案：
1.A
2.A 解析 设每一根导体棒的电阻为R,长度为l。则通过ab棒的电流I1=,有F=BI1l,通过ad棒的电流I2=,ad棒受到的安培力大小F2=BI2l,解得F2=3F,选项C、D错误。通过ad棒的电流方向由d到a,根据左手定则,ad棒受到的安培力方向由b到a,选项A正确,B错误。
3.B 解析 由楞次定律可知,线圈A中的磁通量向上减小,则感应电流沿逆时针方向(俯视),故A错误。由楞次定律可知,线圈B中的磁通量向上增大,线圈B中的感应电流沿顺时针方向(俯视),即线圈A和线圈B中感应电流方向相反,故B正确。根据“来拒去留”可知,线圈B对磁体有向上的作用力,磁体对线圈B有向下的安培力,故C错误。根据“来拒去留”可知,线圈A对磁体有向上的作用力,所以线圈A、B都会阻碍电梯下落,故D错误。
4.C 解析 在电源内部,电流由低电势点流向高电势点,由右手定则可知,M点电势比O点电势高,N点电势比O点电势高,金属棒MN以角速度ω绕过O点的竖直轴PQ沿顺时针旋转,MO部分切割磁感线的有效长度为MP的长度,等于r,NO部分切割磁感线的有效长度为NQ的长度,等于2r,由导体转动切割磁感线产生电动势E=Bl,可知两部分电动势分别为EMO=Br·ENO=B·2r=2Bωr2,由于导体棒未与其他导体构成闭合回路,所以有UMO=EMO=UNO=ENO=2Bωr2,可得UNM=UNO-UMO=Bωr2,则有φN>φM>φO,故C正确,A、B、D错误。
5.D 解析 t1时刻,电势最大但是图像的斜率为0,则其变化率也为0,所以线框MNPQ中的感应电流为0,选项A正确。t2时刻,线框MNPQ中的感应电流最大,但是电路中电流为0,其产生的磁场也为0,则电路abcd对线框MN的安培力为0,选项B正确。t3时刻,由右手定则可知电路abcd产生的磁场方向垂直水平面向上,并且磁通量增大,由楞次定律可知,线框MNPQ中的感应电流为顺时针方向,选项C正确。t2~t3时间内,电路中的电流增大,线框MNPQ中的磁通量增大,由楞次定律的推论可知线框MNPQ的面积会变小,选项D错误。
6.AD 解析 根据楞次定律可知,穿过线框的磁通量增加,则线框中的电流始终为逆时针方向,选项A正确,B错误。线框的边长为,速度v=。t=时刻,线框切割磁感线的有效长度为,动生电动势E=Bv,线框中产生的感生电动势E'=S=k×ka2,则流过线框的电流大小为I=,选项C错误,D正确。
7.AD 解析 当金属杆刚进入磁场时,杆相对于磁场的速度是2v0,切割磁感线产生的电动势为2Bdv0,则杆两端的电压大小为Bdv0,选项A正确。开始时根据楞次定律可知杆受到向右的安培力作用而做减速运动,当减速到0后,由于磁场依旧向右运动,则金属杆在安培力的作用下向右加速运动,直到杆与磁场的相对速度为0时,金属杆运动达到稳定状态,此时金属杆不再切割磁感线,杆两端的电压大小为0,选项B错误。t时间内金属杆所受安培力的冲量I=Δp=mv0-(-mv0)=2mv0,选项C错误。t时间内金属杆所受安培力做的功W=ΔEk==0,选项D正确。
8.C 解析 线框匀速通过上方磁场,加速一段距离后,将减速通过下方磁场,两次通过磁场时,克服安培力做功不同,所以产生的电能不相等,选项A错误。根据电流公式得q=t==0,所以两次通过磁场流过的电荷量相等,选项B错误。进入上方磁场时,速度为v1=,受力分析有mg=BIa=;进入下方磁场时,其速度为v2=,受力分析有F=BI'a-mg=-mg=-mg=mg=ma',解得a'=g,选项C正确。因为线框减速通过下方磁场的过程,最小速度不小于通过上方磁场时的速度,所以通过下方磁场时的时间较短,选项D错误。
9.AC 解析 按键反弹过程中,线圈中有感应电流,由能量守恒定律可知,弹簧的弹性势能有一部分转化为电能,故A正确。连续按压和松开按键过程都会导致线圈内磁场变化,产生感应电流,不一定是交变电流,故B错误。按压和松开按键过程,线圈内磁通量发生变化从而会产生感应电动势,故C正确。按住门铃按键保持不动,由于线圈内的磁场不发生变化,故线圈不会产生感应电流,故D错误。
10.BC 解析 线框的A点离开磁场后,穿过线框的磁通量垂直纸面向里先增大后减小,根据楞次定律可知,线框中的电流先沿逆时针方向,后沿顺时针方向,故A错误。从B点进入磁场到D点进入磁场的过程中线框内的感应电动势最大,有效切割长度最大为lsin60°,则线框内感应电动势的最大值为Emax=Blsin60°·v0=Blv0,故B正确。当线框到如图所示的位置时,穿过线框的磁通量最大,此时A点和C点到磁场边界MN和PQ的距离相等,所以穿过线框的磁通量的最大值为Φmax=B=Bl2,故C正确。线框内感应电动势最大时,热功率最大,为Pmax=,故D错误。
11.答案 (1)- (2)
解析 (1)导体棒达到稳定时做匀速直线运动,有
BIl=F
根据右手定则判断可知ab棒中感应电流方向由a到b,则a点的电势比b点的低,则有
Uab=-I·=-。
(2)根据闭合电路欧姆定律有
E=I
根据法拉第电磁感应定律有
E=Blv
解得导体棒匀速运动的速度
v=
该过程对导体棒由动量定理可得
Ft-Blt=mv-0
根据法拉第电磁感应定律有
其中x表示t时间内导体棒运动的位移,t时间内由能量守恒定律可得系统产生的总热量
Q=Fx-mv2
因为通过R1和R2的电流是通过导体棒电流的一半,则根据焦耳定律可知在t时间内,R1和R2产生的热量是导体棒产生热量的,所以R1上产生的电热
Q1=Q=。
12.答案 (1)5 m/s2 0.2 N (2)0.036 J
解析 (1)由题图乙可得拉力F的大小随时间t变化的函数表达式为
F=F0+t=(0.4+0.1t)(N)
当b棒匀加速运动时,根据牛顿第二定律有
F-Ff-F安=ma
F安=B0Il
E=B0lv
I=
v=at
所以F安=t
联立可得F=Ff+ma+t
由题图可得
当t=0时,F=0.4N
当t=1s时,F=0.5N
代入上式,可解得a=5m/s2,Ff=0.2N。
(2)当磁感应强度均匀增大时,闭合电路中有恒定的感应电流I。以b棒为研究对象,它受到的安培力逐渐增大,静摩擦力也随之增大,当磁感应强度增大到b棒所受安培力F安'与最大静摩擦力Ff相等时开始滑动。
感应电动势E'=l2=0.02V
I'==1A
b棒将要运动时,有F安'=BtI'l=Ff
解得Bt=1T
根据Bt=B0+t
解得t=1.8s
回路中产生的焦耳热为Q=I'2Rt=0.036J。