(4)电磁感应——2024届高考物理二轮复习巧刷高考题型之电磁学选择题
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这是一份(4)电磁感应——2024届高考物理二轮复习巧刷高考题型之电磁学选择题,共13页。试卷主要包含了单选题,多选题等内容,欢迎下载使用。
一、单选题
1.杭州亚运村的座椅可以实现无线充电功能。在无线充电技术中,感应充电是移动设备最成熟和普及的方式。如图甲所示是一手机正水平放置在感应充电器上充电的场景,手机不需连接USB接口,放在充电器上即可匹配快速充电。图乙是感应充电的简化原理图。下列说法正确的是( )
A.当手机的重力大小等于充电器对它的支持力大小时,手机输入线圈中的电流一定为零
B.感应充电的原理是电磁感应,图乙中充电器输出线圈中的电流正在增大
C.手机输入线圈与充电器输出线圈中的交流电频率不一定相等
D.如果两线圈用超导材料制作,充电的能量传输效率有望达到100%
2.如图,在光滑水平面上有一边长为L的单匝正方形闭合导线框abcd,线框由同种粗细均匀的导线制成,它的总电阻为R.导线框所在的水平面内存在垂直于该平面相邻的两匀强磁场Ⅰ、Ⅱ,两磁场边界平行,宽度均为L,磁感应强度大小均为B,磁场Ⅰ的方向垂直于纸面向里,磁场Ⅱ的方向垂直于纸面向外.初始时导线框ab边与磁场Ⅰ的右边界重合.现给导线框一水平向右的初速度,同时使导线框在外力作用下水平向右做匀速直线运动,运动过程中导线框平面始终与磁场方向垂直,ab边始终与磁场边界平行.从导线框ab边与磁场Ⅰ的右边界重合到ab边与磁场Ⅱ的右边界重合过程中,下列说法正确的是( )
A.导线框中的感应电动势为B.导线框bc两端的电压为
C.导线框中产生的热量为D.通过导线框横截面的电荷量为零
3.两个固定的同心金属圆环中间部分存在与圆面垂直的磁感强度为B的匀强磁场如图所示,一长度为的金属棒MN,处在如图所示位置时与两圆的交点分别为,其中将金属棒平均分成了四等份,已知大圆环的总电阻为,小圆环和金属棒的总电阻均为,当金属棒以速度v经过如图所示位置时,下列说法正确的是( )
A.金属棒产生的总感应电动势为
B.金属棒产生的总感应电动势为
C.金属棒MP上产生的感应电流大小为
D.金属棒MP上产生的感应电流大小为
4.如图,足够长的磁铁在空隙产生一个径向辐射状磁场,一个圆形细金属环与磁铁中心圆柱同轴,由静止开始下落,经过时间t,速度达到最大值v,此过程中环面始终水平.已知金属圆环质量为m、半径为r、电阻为R,金属圆环下落过程中所经过位置的磁感应强度大小均为B,重力加速度大小为g,不计空气阻力,则( )
A.在俯视图中,环中感应电流沿逆时针方向
B.环中最大的感应电流大小为
C.环下落过程中一直处于超重状态
D.t时间内通过金属圆环横截面的电荷量为
5.一电流表的原理如图所示,质量为的匀质细金属棒的中点处通过一绝缘挂钩与一竖直悬挂的弹簧相连,弹簧的劲度系数为。在矩形区域内有匀强磁场,磁感应强度大小,方向垂直纸面向外。与的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数,的长度大于且,当中没有电流通过且处于平衡状态时,与矩形区域的边重合,当中有电流通过时,指针指示的示数可表示电流强度,不计通电时电流产生的磁场的作用,,则( )
A.若要电流表正常工作,N端应接电源正极
B.若要将电流表的量程扩大2倍,磁感应强度应变为
C.若,此电流表的满量程值为
D.当电流表示数为零时,弹簧伸长10 cm
6.如图所示,为水平放置的平行光滑金属导轨,间距为间通过导线相连。导轨间有垂直于导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B,导轨与导线电阻不计。已知金属杆倾斜放置,与导轨成θ角,单位长度的电阻为r。保持金属杆以速度v沿平行于的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)。则( )
A.电路中感应电动势的大小为B.电路中感应电流的大小为
C.金属杆所受安培力的大小为D.金属杆的热功率为
二、多选题
7.如图所示,xOy平面的第一、三象限内以坐标原点O为圆心、半径为的扇形区域充满方向垂直纸面向外的匀强磁场.边长为L的正方形金属框绕其始终在O点的顶点、在xOy平面内以角速度ω顺时针匀速转动.时刻,金属框开始进入第一象限.不考虑自感影响,关于金属框中感应电动势E随时间t变化规律的描述正确的是( )
A.在到的过程中,E一直增大
B.在到的过程中,E先增大后减小
C.在到的过程中,E的变化率一直增大
D.在到的过程中,E的变化率一直减小
8.如图所示,电阻不计的光滑U形金属导轨固定在绝缘斜面上.区域Ⅰ、Ⅱ中磁场方向均垂直斜面向上,Ⅰ区中磁感应强度随时间均匀增加,Ⅱ区中为匀强磁场.阻值恒定的金属棒从无磁场区域中a处由静止释放,进入Ⅱ区后,经b下行至c处反向上行.运动过程中金属棒始终垂直导轨且接触良好.在第一次下行和上行的过程中,以下叙述正确的是( )
A.金属棒下行过b时的速度大于上行过b时的速度
B.金属棒下行过b时的加速度大于上行过b时的加速度
C.金属棒不能回到无磁场区
D.金属棒能回到无磁场区,但不能回到a处
9.如图所示,边长为l、质量为m、电阻为R的正方形金属线框abcd放在光滑绝缘的水平面上,边长为L的正方形区域内有垂直于水平面向下的匀强磁场,,两个正方形均关于MN对称,给金属线框一个向右的初速度使线框穿过磁场区域,线框运动过程中始终关于MN对称,线框穿过磁场后的速度为,磁场的磁感应强度大小为B,则( )
A.线框进入磁场过程中,通过线框横截面的电荷量为
B.线框进入磁场过程中,感应电流沿方向
C.线框完全进入磁场后的速度等于
D.线框进入磁场过程克服安培力做的功与出磁场过程克服安培力做的功相等
10.如图甲所示,左侧平面内固定有两光滑平行金属导轨,两导轨间距为L,在导轨上放有与两导轨均垂直的导体棒AB,导体棒AB在两导轨间部分电阻为,两导轨间有垂直纸面向里的匀强磁场,右侧圆形轨道的半径为R,电阻为r,圆内内接正六边形区域有垂直于纸面的匀强磁场,已知按图乙所示余弦函数规律变化,磁场变化的周期为T,取垂直纸面向外方向为磁场的正方向,不计其他部分电阻.为了使导体棒AB保持静止,则需对导体棒施加平行于导轨平面并与导体棒AB垂直的外力F,取图示F的方向为正方向,回路中电流逆时针方向为电流的正方向,则以下说法正确的是( )
A.回路中电流的瞬时值表达式为
B.经过时间t,回路产生的焦耳热为
C.力F随时间的表达式为
D.导体棒的电功率为
11.如图所示为固定的竖直光滑U形金属导轨,其间距为L,上端接有阻值为R的电阻,处在方向垂直于导轨平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,质量为m、电阻为r的导体棒与劲度系数为k的固定轻弹簧相连放在导轨上,导轨的电阻忽略不计。初始时刻,弹簧处于伸长状态,其伸长量为,此时导体棒具有竖直向上的初速度。在沿导轨往复运动的过程中,导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触,则下列说法正确的是( )
A.初始时刻导体棒受到的安培力大小为
B.初始时刻导体棒加速度的大小为
C.导体棒从开始运动直到最终静止的过程中,克服安培力做的功等于棒上电阻r产生的焦耳热
D.导体棒从开始运动直到最终静止的过程中,回路上产生的焦耳热为
12.如图所示,在绝缘水平面上固定足够长的两条光滑平行金属导轨,金属棒垂直放置在导轨上,用一根细绳将棒的中点连接在固定横杆的O点,细绳处于水平且与棒垂直,整个装置处在竖直向上的匀强磁场中。在棒施加一个大小为F的水平恒力,使其由静止开始向右运动,棒始终保持静止。已知两金属棒的质量均为m、电阻均为R,长度均等于导轨间距L,导轨电阻不计,磁感应强度大小为B,金属棒与导轨始终垂直并接触良好,则在棒运动过程中( )
A.棒一直做匀加速直线运动
B.细绳的拉力先变大,然后不变
C.水平恒力做的功始终等于回路中产生的内能
D.棒消耗的最大电功率为
参考答案
1.答案:B
解析:当充电器输出线圈中的交流电为零时,此时充电器输出线圈的磁感应强度为零,但此时手机输入线圈中的电流最大,而这瞬间手机不受安培力,此时手机的重力等于充电器对它的支持力大小,故A错误;根据右手螺旋定则可知,手机输入线圈中的磁场方向与充电器输出线圈中的磁场方向相反,则根据楞次定律可知,充电器输出线圈中的磁场正在增强,即电流正在增大,故B正确;手机输入线圈的交流电频率等于充电器输出线圈中的交流电频率,故C错误;如果两线圈用超导材料制作,虽然不会有热损耗,但仍会存在漏磁,所以充电的能量传输效率不能达到100%,故D错误。故选B。
2.答案:C
解析:此过程中边都切割磁感线,根据法拉第电磁感应定律得两边上的感应电动势均为,两者产生的感应电动势在回路中形成的电流方向相同,所以回路中总的感应电动势应为,即,选项A错误;根据闭合电路欧姆定律得回路中的电流,又四条边电阻相等,均为,则bc两端的电压,选项B错误;匀速运动过程中,回路中电流恒定,根据焦耳定律,产生热量,运动时间为,两式联立解得,选项C正确;此过程中导线框中通过的电荷量,选项D错误.
3.答案:C
解析:金属棒中产生的总感应电动势等于两段产生的感应电动势之和,,总感应电动势,故AB错误;整个电路的等效电路图如图所示,其中,则总电阻,金属棒MP上产生的感应电流,故C正确,D错误.
4.答案:B
解析:根据题意,由右手定则可知,在金属圆环下落过程中,在俯视图中,环中感应电流沿顺时针方向,A错误;根据题意可知,当重力大小等于安培力大小时,环下落的速度最大,根据平衡条件有,当环速度最大时,感应电动势为,感应电流为,联立可得,B正确;根据题意可知,环下落过程做加速运动,具有向下的加速度,则环下落过程中一直处于失重状态,C错误;设t时间内通过环横截面的电荷量为q,由上述分析可知,环中最大感应电流大小为,由于环中感应电流是不断增大的,则t时间内通过环横截面的电荷量,D错误.
5.答案:D
解析:本题通过金属棒考查安培力作用下的平衡问题。为使电流表正常工作,作用于通有电流的金属棒的安培力必须向下,由左手定则可知金属棒中电流从M端流向N端,因此M端应接电源正极,故A错误;当电流表的示数为零时,设弹簧伸长量为,根据平衡条件可得,解得,故D正确;设电流表满量程时通过的电流大小为,则有,若,此电流表的满量程值为,设电流表的量程扩大2倍后,磁感应强度变为,则有,可得,故B、C错误。
6.答案:B
解析:金属杆的运动方向与金属杆不垂直,电路中感应电动势的大小为(l为切割磁感线的有效长度),A错误;电路中感应电流的大小为,B正确;金属杆所受安培力的大小为,C错误;金属杆的热功率为,D错误。
7.答案:BC
解析:在到的过程中,金属框转过45°,切割磁感线的有效长度逐渐增大到最大值,在到的过程中,金属框再转过45°,切割磁感线的有效长度从最大值开始逐渐减小,因此在到的过程中,感应电动势E先增大后减小,A错误,B正确;在到的过程中,金属框转过45°,穿过金属框的磁通量,在0到45°范围内,与t的关系图像如图甲所示,感应电动势,E与t的关系图像如图乙所示,图像切线的斜率表示感应电动势E的变化率,可知在到的过程中,E的变化率一直增大,C正确,D错误.
8.答案:ABD
解析:在Ⅰ区域中,设磁感应强度为,则回路中产生的感应电动势为,感应电动势恒定,所以金属棒中的感应电流恒为,金属棒进入Ⅱ区域后,切割磁感线,感应电动势为,金属棒中的感应电流为,Ⅰ区域中磁场变化在金属棒中产生的感应电流使金属棒在Ⅱ区域中受到的安培力始终沿斜面向上,大小恒定不变,因为金属棒到达c点后又能上行,说明加速度始终沿斜面向上,下行和上行经过b点的受力分析如图甲、乙所示,下行过程中,根据牛顿第二定律可知,上行过程中,根据牛顿第二定律可知,比较加速度大小可知由于bc段距离不变,下行过程中加速度大,上行过程中加速度小,所以金属棒下行经过b点时的速度大于上行经过b点时的速度,A、B正确;Ⅰ区域中磁场变化使金属棒在Ⅱ区域受到的安培力总是大于或等于沿斜面向下的作用力,所以金属棒一定能回到无磁场区域,由于整个过程中电流和对应的安培力一直做负功,金属棒的机械能减少,所以金属棒不能回到a处,C错误,D正确.
9.答案:AC
解析:线框进入磁场的过程中,根据法拉第电磁感应定律得,根据闭合电路欧姆定律得,根据电流的定义式得,联立解得,A正确;根据楞次定律可知,线框进入磁场的过程中,感应电流的方向为,B错误;线框进入磁场过程中,根据动量定理得,线框离开磁场过程中,根据动量定理得,根据选项A分析可知,线框进入磁场和离开磁场的过程中,通过线框横截面的电荷量相同,则有,解得,C正确;线框进入和离开磁场时的安培力为,因为线框进入和离开磁场时均做减速运动,所以进入磁场时的安培力不小于离开磁场时的安培力,则进入磁场时克服安培力做的功大于离开磁场时克服安培力做的功,D错误.
10.答案:BC
解析:根据法拉第电磁感应定律得回路中电压的瞬时值表达式为,结合欧姆定律知,回路中电流的瞬时值表达式为,A错误;经过时间t,回路产生的焦耳热为,B正确;为了保持导体棒平衡,则有,C正确;导体棒的电功率为,D错误.
11.答案:BD
解析:本题通过导体棒的运动考查电磁感应的综合问题。导体棒的初速度为,设初始时刻产生的感应电动势为E,由法拉第电磁感应定律得;设初始时刻回路中产生的电流为I,由闭合电路欧姆定律得;设初始时刻导体棒受到的安培力为F,由安培力公式得;联立得,故A错误。初始时刻,弹簧处于伸长状态,导体棒受到重力、向下的安培力和弹簧的弹力,所以,可得,故B正确。导体棒最终静止时,受到重力和弹簧的弹力作用,受力平衡,则,得,由于,所以弹簧的弹性势能不变,由能量守恒定律得,解得系统产生的总热量,棒上电阻r产生的热量要小于系统产生的总热量,故C错误,D正确。
12.答案:BD
解析:本题通过双杆模型考查涉及安培力的运动问题。首先向右做加速运动,速度v增大,由,可得,对于棒有,棒做加速度减小的加速运动,当加速度减到零时,棒达到最大速度,之后做匀速运动,A错误;由上述分析可知感应电流先增大后不变,则对于棒,水平方向受安培力和细绳的拉力始终处于平衡态,所以细绳的拉力先增大后不变,B正确;根据能量守恒定律可知,在棒加速阶段,水平恒力做的功始终等于回路中产生的内能与棒增加的动能之和,C错误;由可知,当棒加速度为零时,电流最大,则,所以棒消耗的最大电功率为,D正确。
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