专题12 电磁感应—— 备战2023年高考各校及地市好题高三物理试卷分项汇编【第01辑】（江苏专用）

备战2023年高考各校及地市好题高三物理试卷分项汇编【第01辑】

（江苏专用）

专题12   电磁感应

一、单选题

1．（2022·江苏泰州·模拟预测）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，速度达最大值v，此过程中环面始终水平。已知金属环质量为m、半径为r、电阻为R，金属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时间内通过金属环横截面的电荷量为

2．（2022·江苏省昆山中学模拟预测）物理课上老师做了这样一个实验，将一平整且厚度均匀的铜板固定在绝缘支架上，将一质量为m的永磁体放置在铜板的上端，t=0时刻给永磁体一沿斜面向下的瞬时冲量，永磁体将沿斜面向下运动，如图所示。若永磁体下滑过程中所受的摩擦力f大小不变，且（式中θ为铜板与水平面的夹角）。取地面为重力势能的零势面。则图乙中关于永磁体下滑过程中动能Ek和机械能E随磁体下滑高度h变化的图像一定错误的是（　　）

A． B．

C． D．

3．（2022·江苏盐城·三模）如图甲所示，一矩形线圈置于匀强磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，磁场的磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示。则线圈中产生的感应电动势的情况为（　　）

A．时刻感应电动势最大 B．时刻感应电动势为零

C．时刻感应电动势为零 D．时间内感应电动势增大

4．（2022·江苏·公道中学模拟预测）有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘的边缘，但并不与铜盘接触，如图所示，铜盘就能在较短的时间内停止。关于该实验现象，下列说法正确的是（　　）

A．铜盘被磁化后，与磁铁相互作用导致明显减速

B．铜盘的磁通量不变，因此不会产生感应电流

C．对调蹄形磁铁磁极的位置，实验现象也相同

D．将铜盘全部放在足够大的匀强磁场中，实验现象更明显

5．（2022·江苏·淮安市淮安区教师发展中心学科研训处高三期中）如图是一边长为L的正方形金属框放在光滑水平面上的俯视图，虚线右侧存在竖直向上的匀强磁场．金属矿电阻为R，时刻，金属框在水平拉力F作用下从图示位置由静止开始，以垂直于磁场边界的恒定加速度进入磁场，时刻线框全部进入磁场。则时间内金属框中电流i、电量q、运动速度v和拉力F随位移x或时间t变化关系可能正确的是（　　）

A． B．

C． D．

6．（2022·江苏盐城·三模）如图所示，面积为S闭合线圈放在磁场中，线圈平面与磁场垂直，磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律是，则在一个周期内线圈中产生感应电动势最大的时刻（含0与T时刻）是（　　）

A．0、 B．、 C．0、、T D．、、T

7．（2022·江苏扬州·模拟预测）如图所示，竖直平面内在A、D两点各固定一颗光滑钉子，一个由细软导线制成的闭合导线框挂在两颗钉子上，匀强磁场的磁感应强度为B，导线框的电阻为r，圆的半径为R。从时刻开始，将导线上的C点绕圆心O以恒定角速度从A点沿圆弧移动到D点，导线始终绷紧。此过程导线中（　　）。

A．张力保持不变

B．感应电流的方向先顺时针后逆时针

C．感应电流随时间t的变化关系为

D．产生的电热为

8．（2022·江苏省昆山中学模拟预测）人们对电磁炮的研究不断深入。某高中科研兴趣小组利用学过的知识制造了一台电磁炮，其原理示意图如图甲所示，高压直流电源电动势为E，大电容器的电容为C。线圈套在中空的塑料管上，管内光滑，将直径略小于管的内径的金属小球静置于管口附近。首先将开关S接1，使电容器完全充电，然后立即将S转接2，此后电容器放电，通过线圈的电流随时间的变化如图乙所示，金属小球在0-t1的时间内被加速发射出去，t1时刻刚好运动到管口。下列关于该电磁炮的说法正确的是（　　）

A．小球在塑料管中做加速度增大的加速运动

B．在0-t1的时间内，小球中产生的涡流从左向右看是顺时针方向的

C．在t1时刻，小球受到的线圈磁场对它的作用力为零

D．在0-t1的时间内，电容器储存的电能全部转化为小球的动能

9．（2022·江苏南通·模拟预测）如图所示，固定于水平面上的金属架abcd处在竖直方向的匀强磁场中，初始时的磁感应强度为B0导体棒MN以恒定速度v向右运动，从图示位置开始计时，为使棒MN中不产生感应电流，磁感应强度B随时间t变化的示意图应为（　　）

A． B．

C． D．

11．（2022·江苏省海头高级中学高三期末）如图所示，电阻不计的光滑金属导轨固定放置在倾角的斜面上，两导轨间距为，两侧接有阻值均为的定值电阻，范围内有垂直于斜面向下的磁场，磁感应强度为，质量为的金属棒置于轨道上，金属棒的电阻为，由静止释放金属棒，金属棒经过时间进入磁场，进入磁场后给金属棒施加沿斜面向上的恒力，金属棒恰好静止在，金属棒始终与导轨垂直并接触良好，重力加速度为，下列说法正确的是（　　）

A．金属棒刚进入磁场中的速度为

B．金属棒刚进入磁场时两端的电压为

C．整个过程流过金属棒的电荷量为

D．整个过程，电路中一个电阻R上产生的热量为

12．（2022·江苏·南京师大附中模拟预测）如图所示，将悬挂在O点的铜球从方形匀强磁场区域左侧一定高度处由静止释放，磁场区域的左右边界处于竖直方向，不考虑空气阻力，则（　　）

A．铜球在左右两侧摆起的最大高度相同

B．铜球最终将静止在O点正下方

C．铜球运动到最低点时受到的安培力最大

D．铜球向右进入磁场的过程中，受到的安培力方向水平向左

13．（2022·江苏省海头高级中学二模）电磁感应驱动的电磁炮原理图如图甲所示，线圈套在中空的内壁光滑塑料管上，金属小球静置于管内线圈右侧。将S接1，电容器完全充电，时刻S接2，线圈中的电流i随时间t的变化规律如图乙所示，小球在时刻恰好运动到右侧管口，被发射出去，则（　　）

A．小球在管中的加速度随i的增大而增大

B．在的时间内，电容器储存的电场能全部转化为小球的动能

C．在的时间内，从塑料管左侧看小球中产生的涡流沿逆时针方向

D．若适当加长塑料管，小球可获得更大的速度

14．（2022·江苏省海头高级中学二模）一种叫“焦耳小偷”的电路，可以“榨干”一颗旧电池的能量，其原理如图所示。一颗废旧的5号电池开路电压大约1V，直接点亮一个需要1.6V电压驱动的发光二极管是不可能的，这时可以反复快速接通和断开开关，发光二极管就会闪烁起来。下列说法中正确的是（　　）

A．发光二极管的正极应接在C端

B．只有开关接通的瞬间，发光二极管才会闪亮发光

C．只有开关断开的瞬间，发光二极管才会闪亮发光

D．开关断开及接通的瞬间，A端的电势均高于B端的电势

15．（2022·江苏连云港·二模）如图所示，光滑绝缘水平面上有一正方形导线框abcd，虚线右侧是匀强磁场区域，磁场场方向竖直向下。时，导线框cd边恰与磁场左边界重合，在水平外力F作用下由静止开始向右运动，外力F与导线框速度v的关系是（F0、k是常量）。在导线框进入磁场的过程中，关于感应电流i与时间t的关系，下列图像中不可能的是（　　）

A． B．

C． D．

16．（2022·江苏南通·高三开学考试）手机无线充电是比较新颖的充电方式．如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量．当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电．在充电过程中（　　）

A．送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化

B．受电线圈中产生的是恒定电流

C．送电线圈和受电线圈利用自感现象实现能量传递

D．手机和基座通过互感现象实现能量传输，该传输过程，能量没有损失

17．（2022·江苏南通·模拟预测）如图所示，匀强磁场中水平放置两足够长的光滑平行金属导轨，导轨的左侧接有黑箱。t=0时刻起电阻为R的导体棒ab以一定的初速度放上导轨向右运动，运动过程中棒始终与导轨垂直且与导轨电接触良好，不计导轨电阻。则（　　）

A．若黑箱中是电池，棒的最终速度与初速度有关

B．若黑箱中是线圈，棒做简谐运动

C．若黑箱中是电阻，棒的速度随位移均匀减小

D．若黑箱中是电容器，棒的最终速度与初速度无关

18．（2022·江苏南京·模拟预测）如图所示，水平地面上固定着足够长的光滑平行金属导轨，导轨与电阻R连接，导轨内有竖直向上的匀强磁场，放置在导轨上的金属杆初速度为，不计导轨及杆的电阻，杆在运动过程中始终与导轨保持良好接触。则下列关于杆的速度与其运动位移之间的关系图像正确的是（　　）

A． B．

C． D．

二、解答题

19．（2022·江苏南京·高三开学考试）如图所示，两根固定的足够长的平行水平金属导轨MN、PQ间距为L，其电阻不计，M、P两端接有阻值为R的电阻。一金属棒ab垂直导轨放置，ab两端与导轨始终接触良好，已知ab的质量为m，电阻为r，整个装置处在方向竖直向下、大小为B的匀强磁场中。ab棒在水平向右的恒定拉力作用下，以初速度v0沿导轨向右运动，运动距离为x时达到最大速度vm。已知导体棒与两导轨间动摩擦因数为μ，重力加速度为g。求：

（1）恒力的大小；

（2）该过程中电阻R的焦耳热。

20．（2022·江苏镇江·高三开学考试）如图甲所示，一不可伸长的轻绳上端固定，下端系一个半径为的圆形单匝金属框，金属框的水平直径上方有垂直于金属框所在平面向里的匀强磁场，已知构成金属框的导线阻值，磁感应强度大小B随时间t的变化关系如图乙所示，求：

（1）金属框中的感应电流大小和方向；

（2）时金属框所受安培力的大小和方向。

21．（2022·江苏省木渎高级中学模拟预测）如图为一研究导体棒在磁场中运动的装置。两平行光滑金属轨道倾角为30°，导轨间距d=1m。导轨上端通过单刀双掷开关可以分别与1、2相连，其中1连接光电管，2连接一个电容C=0.25F的电容器。两平行导轨间存在着垂直于轨道平面向上的匀强有界磁场，磁感应强度B=1T，磁场长度DE=1m。现利用光电管把光信号转换为电信号，A和K分别是光电管的阳极和阴极，电源电压为U。用发光功率为P的激光器发出频率为的光全部照射在K上，开关与1接通，回路中形成电流。已知普朗克常量为h，电子电荷量为e。初始时导体棒恰好能静止在磁场上边缘D处，导体棒垂直导轨放置，各处电阻均不计，重力加速度取10m/s2。求：

（1）假设每个入射的光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，激光器发光功率P＝13.26W，＝6.4×1014Hz，h＝6.63×10-34J·s，e＝1.6×10-19C，求导体棒的质量m；

（2）把开关快速拨到位置2，导体棒向下运动起来，在运动过程中始终与导轨垂直，求导体棒运动到E处时的速度大小。

22．（2022·江苏省昆山中学模拟预测）2021年7月20日，世界首套时速600公里高速磁浮交通系统在青岛亮相，这是当前速度最快的地面交通工具，如图甲所示。超导磁悬浮列车是通过周期性变换磁极方向而获得推进动力。其原理如下：固定在列车下端的矩形金属框随车平移，金属框与轨道平行的一边长为d、轨道区域内存在垂直于金属框平面磁场，如图乙所示磁感应强度随到MN边界的距离大小而按图丙所呈现的正弦规律变化，其最大值为B0。磁场以速度v1、列车以速度v2沿相同的方向匀速行驶，且v1> v2，从而产生感应电流，金属线框受到的安培力即为列车行驶的驱动力。设金属框电阻为R，轨道宽为l，求：

（1）如图丙所示，时刻线框左右两边恰好和磁场I两边界重合，写出线框中感应电流随时间变化的表达式；

（2）从时刻起列车匀速行驶s（s足够大）距离的过程中，矩形金属线框产生的焦耳热。

23．（2022·全国·高三开学考试）如图甲所示，两足够长的光滑平行导轨固定在水平面内，处于磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，导轨间距为L，一端连接阻值为R的电阻。一金属棒垂直导轨放置，质量为m，接入电路的电阻为r。在金属棒中点对棒施加一个水平向右、平行于导轨的拉力，棒与导轨始终接触良好，导轨电阻不计，重力加速度为g。

（1）若金属棒在水平拉力作用下，速度v随时间t按余弦规律变化，如图乙所示，取水平向右为正方向，求到的过程中，拉力做的功W；

（2）在（1）的情况下，求到的过程中，通过电阻R的电荷量q。

24．（2022·江苏镇江·高三期末）如图所示，竖直光滑金属导轨上端接入一定值电阻R，和是半径都为a的两圆形磁场区域，其区域内的磁场方向都垂直于导轨平面向外，区域中磁场的磁感应强度随时间按（，未知）变化，中磁场的磁感应强度恒为，一质量为m、电阻为r、长度为L的金属杆穿过区域C2的圆心垂直地跨放在两导轨上，且与导轨接触良好，并恰能保持静止。求：

（1）通过金属杆的电流大小及方向；

（2）比例系数k的值。

25．（2022·江苏南京·模拟预测）如图甲所示，利用粗糙绝缘的水平传送带输送一正方形单匝金属线圈abcd，传送带以恒定速度v0运动。传送带的某正方形区域内有一竖直向上的匀强磁场，该磁场相对地面静止，且磁感应强度大小为B，当金属线圈的bc边进入磁场时开始计时，直到bc边离开磁场，其速度与时间的关系如图乙所示，且在传送带上始终保持ad、bc边平行于磁场边界。已知金属线圈质量为m，电阻为R，边长为L，线圈与传送带间的动摩擦因数为μ，且ad边刚进入磁场时线框的速度大小为v1，重力加速度为g。求：

（1）正方形磁场区的边长d；

（2）线圈完全进入磁场的时间t；

26．（2022·江苏·扬州中学模拟预测）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C=1000μF的电容器。NQ端与GJ端高度差h=0.45m，水平距离x=1.2m。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v0=9m/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1×10-3kg、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，棒与斜导轨的动摩擦因数μ=0.75，g取10m/s2。求：

（1）cd棒从NQ端抛出时的速度大小v1；

（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。

27．（2022·江苏·模拟预测）在一水平面上，放置相互平行的直导轨、，其间距L=0.2m，、是连在导轨两端的电阻，，，虚线左侧3m内（含3m处）的导轨粗糙，其余部分光滑并足够长。是跨接在导轨上质量为m=0.1kg、长度为L′=0.3m的粗细均匀的导体棒，导体棒接入电路的电阻，开始时导体棒处于虚线位置，导轨所在空间存在磁感应强度大小B=0.5T、方向竖直向下的匀强磁场，如图甲所示。从零时刻开始，通过微型电动机对导体棒施加一个牵引力，方向水平向左，使其从静止开始沿导轨做加速运动，此过程中导体棒始终与导轨垂直且接触良好，其运动的速度时间图象如图乙所示。已知2s末牵引力的功率是0.9W，除、及导体棒的总电阻以外，其余部分的电阻均不计，重力加速度g=10m/s2，求：

(1)2s末导体棒受到的安培力的大小和导体棒与粗糙导轨间的动摩擦因数；

(2)试写出0~2s内牵引力随时间变化的表达式；

(3)如果2s末牵引力消失，则从2s末到导体棒停止运动过程中导体棒上产生的焦耳热是多少？

28．（2022·江苏·泰兴市第一高级中学高三开学考试）如图1所示，两条足够长的平行金属导轨间距为0.5m，固定在倾角为37°的斜面上。导轨顶端连接一个阻值为1的电阻。在MN下方存在方向垂直于斜面向上、大小为1T的匀强磁场。质量为0.5kg的金属棒从AB处由静止开始沿导轨下滑，其运动过程中的v-t图象如图2所示。金属棒运动过程中与导轨保持垂直且接触良好，不计金属棒和导轨的电阻，取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。

(1)求金属棒与导轨间的动摩擦因数；

(2)求金属棒在磁场中能够达到的最大速率；

(3)已知金属棒从进入磁场到速度达到5m/s时通过电阻的电荷量为1.3C，求此过程中电阻产生的焦耳热。

29．（2022·江苏·模拟预测）如图（a）所示，两根不计电阻、间距为L的足够长平行光滑金属导轨，竖直固定在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向里，磁感应强度大小为B。导轨上端串联非线性电子元件Z和阻值为R的电阻。元件Z的图像如图（b）所示，当流过元件Z的电流大于或等于时，电压稳定为Um。质量为m、不计电阻的金属棒可沿导轨运动，运动中金属棒始终水平且与导轨保持良好接触。忽略空气阻力及回路中的电流对原磁场的影响，重力加速度大小为g。为了方便计算，取，。以下计算结果只能选用m、g、B、L、R表示。

（1）闭合开关S。，由静止释放金属棒，求金属棒下落的最大速度v1；

（2）断开开关S，由静止释放金属棒，求金属棒下落的最大速度v2；

（3）先闭合开关S，由静止释放金属棒，金属棒达到最大速度后，再断开开关S。忽略回路中电流突变的时间，求S断开瞬间金属棒的加速度大小a。

30．（2022·江苏·模拟预测）如图甲所示，放置在水平桌面上的两条光滑无限长金属导轨间距为L=1m，质量m=1kg，电阻r=1Ω的光滑导体棒垂直放在导轨上，导轨左端与阻值为R=3Ω的电阻相连，其余电阻不计。两导轨间有方向垂直导轨平面向下，磁感应强度为B=2T的匀强磁场。现给导体棒施加一水平向右的恒定拉力F，并测出速度随时间变化的图像如图乙所示。

(1)求导体棒运动过程中流过R电流的最大值；

(2)求t=1.6s时导体棒的加速度的大小；

(3)若导体棒在开始运动的1.6s内位移为x=8m，求这段时间内电阻R上产生的热量大小。