2022届高考物理热点问题专题练 专题09电磁感应

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 热点09  电磁感应一．选择题1. （2022北京西城期末）如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图。与传统的制动方式相比，电磁制动是一种非接触的制动方式，避免了因摩擦产生的磨损。电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是（　　）A. 制动过程中，导体不会产生热量B. 如果改变线圈中的电流方向，可以使导体获得促进它运动的动力C. 制动力的大小与导体运动的速度无关D. 为了使导体获得恒定的制动力，制动过程中可以逐渐增大线圈中的电流【参考答案】D【解析】电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，电流流过电阻时会产生热量，A错误；如果改变线圈中的电流方向，铁芯产生的磁感线的方向变为反向，此时产生的涡流方向也相反，根据安培力的公式，电流和所处的磁场方向同时反向，安培力方向不变，故还是使导体受到阻碍运动的制动力，B错误；导体运动的速度磁通量变化越快，产生的感应电流越强，制动器对转盘的制动力越大，C错误；在制动过程中，运动导体速度减小，要想使导体获得恒定的制动力，需要增加导体所处的磁场的磁感应强度，可以通过增大线圈中的电流来增加磁场强度，D正确。2．（2022福建名校质检）. 在我国南海上有一浮桶式波浪发电灯塔，其原理如图甲所示。浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上，浮桶内置圆形线圈随波浪相对磁体沿竖直方向做简谐运动，其速度随时间满足v=0.4πsinπt（单位：m/s），且始终处于辐射磁场中，该线圈与阻值R=15Ω的灯泡串联；浮桶下部由内、外两密封圆筒构成（俯视图乙中阴影部分），其内部为产生磁场的磁体；线圈匝数n=200匝，线圈所在处磁场的磁感应强度大小B=0.1T，圆形线圈的直径D=0.4m，电阻r=1Ω。计算时近似取π2=10。下列说法正确的是（　　）
A. 线圈中形成了周期为2s的正弦式交流电B. 灯泡电流最大时，线圈处于振动的最大位移处C. 线圈中感应电动势的峰值为32VD. 较长时间内，灯泡的平均功率为60W【参考答案】AC【解析】根据题意可知，产生感应电动势的瞬时值表达式为由表达式可知角频率，故，故A正确；灯泡电流最大时，即线圈速度最大时，则线圈处于振动的平衡位置，故B错误；线圈中感应电动势的峰值为线圈速度最大时，故C正确；根据表达式可知，电流为正弦交变电流，则有效值为较长时间内，灯泡的平均功率为，故D错误。 3. （2022福建福州3月质检1）图甲是一款手机无线充电接收器，将其插入原本没有无线充电功能的手机的接口，并贴于手机背部，再将手机放在无线充电器上即可实现无线充电。其工作原理如图乙所示，其中送电线圈和受电线圈匝数比n1：n2=5：1，两个线圈中所接电阻的阻值均为R。当ab间接上220V的正弦交变电源后，受电线圈中产生电流给手机充电；充电时，受电线圈中的电流为2A。若把装置线圈视为理想变压器、手机充电时，下列说法正确的是（　　）
A. cd间电压为U2=44VB. 送电线圈中电流为I1=0.4AC. 送电线圈和受电线圈线路上所接电阻R的电压之比为5：1D. 送电线圈和受电线圈线路上所接电阻R的电功率比为25：1【参考答案】B【解析】．送电线圈和受电线圈匝数比n1：n2=5：1，如果原线圈接上220V的正弦交变电源后，cd间电压为
 现在原线圈两端电压小于220V，故cd间电压为U2<44V，故A错误；受电线圈中的电流为2A。送电线圈中电流为。故B正确；根据 ，送电线圈和受电线圈线路上所接电阻R的电压之比，故C错误；根据 ，送电线圈和受电线圈线路上所接电阻R的电功率比为1:25，故D错误。4.（2022福建福州3月质检1） 如图所示，在相距为h的两水平虚线之间存在磁感应强度为B、方向垂直竖直平面向里的匀强磁场，在该竖直平面内有一质量m、电阻为R的正方形线框abcd。现用竖直向上的恒力向上提线框，从位置I静止开始向上运动一段距离，匀速穿过整个磁场区域；到达位置II（此时ab边与磁场上边界重合）时，撤去向上恒力，然后线框继续向上运动一段时间后落回，又匀速穿过整个磁场。线框运动过程中，cd边始终与磁场上下边界平行，不计空气阻力，重力加速度为g。求：（1）ab边向下进入磁场时，线框中电流方向和线框速度大小v；（2）在I位置时cd边离磁场下边界的距离H。
【参考答案】（1）逆时针方向，；（2）【解析】（1）ab边向下进入磁场时,由楞次定律线框中电流方向为逆时针方向，即a→b→c→d→a线框匀速进入磁场。设：线框中电流为I电动势为E.线框边长为L由平衡条件由法拉第电磁感应定律由闭合电路欧姆定律正方形线框从进入磁场、在磁场中和出磁场整个过程均做匀速直线运动。说明整个过程受到安培力作用，可得正方形线框边长联立解得（2）线框出磁场上边界后做竖直上抛运动，由竖直上抛运动规律得线框向上出磁场速度与线框向下进入磁场速度大小均为v，依题意得线框上下穿过整个磁场过程中速度大小也为v，线框从下方进入磁场时，平衡条件
线框从1位置开始运动到刚要进入磁场过程，动能定理由上述方程解得 5．（11分）（2022辽宁葫芦岛质检）如图，在倾角为θ=30°的光滑斜面上，在区域I和区域Ⅱ存在着方向相反的匀强磁场，I区磁感应强度大小B1=0.6T，Ⅱ区磁感应强度大小B2=0.4T。两个磁场的宽度MJ和JG均为L=1m，一个质量为m=0.6kg、电阻R=0.6Ω、边长也为L的正方形导线框，由静止开始沿斜面下滑，当ab边刚越过GH进入磁场I区时，恰好做匀速直线运动。已知重力加速度g取10m/s2。求：（1）线框ab边刚进入磁场I区时电流I的大小及方向；（2）线框静止释放时ab边距GH的距离x；（3）线框ab边从JP运动到MN过程通过线框的电荷量q。【解析】．（11分）（1）当ab边刚越过GH进入磁场Ⅰ区时  ………………（1分）解得I=5A ………………（1分）方向从b到a ………………（1分）（2）线框由静止到ab边运动到GH的过程，由机械能守恒定律得     ………………（1分）线框ab边进入磁场，切割磁感线，产生感应电动势 ………………（1分）线框中产生感应电流 ………………（1分）联立解得 x=2.5m ………………（1分）（3）线框ab边从JP运动到MN过程，产生的平均感应电动势 ………………（1分）
线框中产生的感应电流 ………………（1分）通过线框的电荷量 ………………（1分）联立解得或 ………………（1分）6.（18分）（2022天津名校质检）嫦娥五号成功实现月球着陆和返回，鼓舞人心，小明知道月球上没有空气，无法靠降落伞减速降落，于是设计了一种新型着陆装置。如图所示，该装置由船舱、间距为l的平行导轨、产生垂直船舱导轨平面的磁感应强度大小为B的匀强磁场的磁体和“∧”型刚性线框组成，“∧”型线框ab边可沿导轨滑动并接触良好。船舱、导轨和磁体固定在起，总质量为m1，整个装置竖直着陆到月球表面前瞬间的速度大小为v0，接触月球表面后线框速度立即变为零。经过减速，在导轨下方缓冲弹簧接触月球表面前船舱已可视为匀速。已知船舱电阻为3r，“∧”型线框的质量为m2，其7条边的边长均为l，每边电阻均为r；月球表面的重力加速度为。整个运动过程中只有ab边在磁场中，线框与月球表面绝缘，不计导轨电阻和摩擦阻力。（1）求着陆装置接触到月球表面后瞬间线框ab边产生的电动势E0；（2）面出等效电路图，并求着陆装置接触到月球表面后瞬间流过线框ab边的电流l0；（3）求船舱匀速运动时的速度大小v；（4）同桌小张认为在磁场上方、两导轨之间连接一个电容为老的电容器，在着陆减速过程中还可以回收部分能量，在其他条件均不变的情況下，求船舱匀速运动时的速度大小v‘和此时电容器所带电荷量q。【解析】（1）由法拉第电磁感应定律，着陆装置接触到月球表面后瞬间线框ab边产生的电动势E=Blv0。（2）根据题述，外电阻为三个3r电阻并联，画出等效电路图如图，可知电路总电阻R=2r，
由闭合电路欧姆定律，着陆装置接触到月球表面后瞬间流过ab型线框的电流I=E/R=（3）以速度v匀速运动时线框受到的安培力FA=根据牛顿第三定律，质量为m1部分受力F=FA，方向竖直向上匀速运动条件，F=联立解得：v=（4）匀速运动时电容器不充电放电，v’= v=Uc=I×3r=Ir=·r===7.（2022湖北新高考协作体高二质检）关于课本中下列图片的解释错误的是（　　）A. 真空冶炼炉利用涡流通过金属产生的热量使金属融化B. 使用电磁炉加热食物时使用陶瓷锅也可以C. 用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的涡流D. 用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷的探雷器是利用涡流工作的【参考答案】B【解析】真空冶炼炉利用涡流通过金属产生的热量使金属融化，故A正确；使用电磁炉加热食物时，陶瓷锅内没有自由电子，不能产生涡流，所以不可以，故B错误；用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的涡流，故C正确；用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷的探雷器是利用涡流工作的，故D正确。
8（2022辽宁葫芦岛质检）如图，在倾角为θ=30°的光滑斜面上，在区域I和区域Ⅱ存在着方向相反的匀强磁场，I区磁感应强度大小B1=0.6T，Ⅱ区磁感应强度大小B2=0.4T。两个磁场的宽度MJ和JG均为L=1m，一个质量为m=0.6kg、电阻R=0.6Ω、边长也为L的正方形导线框，由静止开始沿斜面下滑，当ab边刚越过GH进入磁场I区时，恰好做匀速直线运动。已知重力加速度g取10m/s2。求：（1）线框ab边刚进入磁场I区时电流I的大小及方向；（2）线框静止释放时ab边距GH的距离x；（3）线框ab边从JP运动到MN过程通过线框的电荷量q。【解析】．（11分）（1）当ab边刚越过GH进入磁场Ⅰ区时  ………………（1分）解得I=5A ………………（1分）方向从b到a ………………（1分）（2）线框由静止到ab边运动到GH的过程，由机械能守恒定律得     ………………（1分）线框ab边进入磁场，切割磁感线，产生感应电动势 ………………（1分）线框中产生感应电流 ………………（1分）联立解得 x=2.5m ………………（1分）（4）线框ab边从JP运动到MN过程，产生的平均感应电动势 ………………（1分）线框中产生的感应电流 ………………（1分）通过线框的电荷量 ………………（1分）联立解得或 ………………（1分） 
9.(2022福建漳州二模)如图，MN、PQ（为足够长平行光滑水平金属导轨，处于竖直向下的匀强磁场中，GH、JK为足够长倾斜粗糙平行金属导轨，处于垂直导轨平面向下的匀强磁场中，底端接的电容器。NQ端与GJ端高度差m，水平距离m。现将导体棒cd静置在水平分导轨固定小钉的右侧，导体棒ab以速度m/s从MP端滑入，一段时间后cd棒从NQ端抛出，恰能无碰撞从GJ端进入斜导轨。已知导轨间距均为1m，两磁场的磁感应强度均为2T，两棒质量均为0.01kg、接入电阻均为1Ω，导轨电阻不计，棒始终与导轨垂直且接触良好，棒与斜导轨的动擦因数，g取。求：（1）cd棒从NQ端抛出时的速度大小；（2）cd棒抛出前瞬间ab棒所受安培力的功率P；（3）最终电容器存储的电荷量Q。【解析】．（16分）解：（1）cd棒从NQ端抛出后做平抛运动，设运动时间为t ①  ② 得：m/s③（2）设cd棒抛出时，ab棒速度大小为，由动量守恒定律可得 ④此时回路感应电动势为E、感应电流为I、安培力为F ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ 得：W⑨（3）cd棒运动到GJ端时速度为v，斜面与水平夹角为 ⑩ ⑪  得：m/s，cd棒沿倾斜轨道下滑时，由于，所以棒所受合力为安培力，设稳定时速度为，电容器带电量为Q
⑫  ⑬  ⑭  ⑮ 得：⑯评分标准：（1）题①②③式各1分，共3分；（2）题④⑤⑥⑦⑧⑨式各1分，共6分；（3）题@①②③④⑤6式各1分，共7分。（用其它方法解答正确的同样给分）