期末复习冲刺01 电磁感应 （培优提升+最新题型）-2023-2024学年高二物理下学期期末复习专题（人教版2019）

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1．关于下列四幅图的说法中正确的是（ ）
A．如图（a）所示手摩擦盆耳嗡嗡作响，水花飞溅，这属于受迫振动现象
B．如图（b）所示，表示声源远离观察者时，观察者听到声音声调变高
C．如图（c）所示，运输时要把毫安表的正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁驱动原理
D．如图（d）所示，变压器把硅钢切成片状的目的是为了增大涡流
2．如图所示，左有两套装置完全相同，用导线悬挂的金属细棒ab、cd分别位于两个蹄形磁铁的中央，悬挂点用导线分别连通。现用外力使ab棒向右快速摆动，则下列说法正确的是（ ）
A．cd棒受到的安培力向左，左侧装置的工作原理相当于电动机
B．ab棒受到的安培力向左，右侧装置的工作原理相当于发电机
C．cd棒受到的安培力向右，左侧装置的工作原理相当于发电机
D．ab棒受到的安培力向右，右侧装置的工作原理相当于电动机
3．如图所示，水平放置的内壁光滑半径为R的玻璃圆环，有一直径略小于圆环口径的带正电q的小球，在圆环内以速度v0沿顺时针方向匀速转动（俯视）。在t=0时刻施加方向竖直向上的变化磁场，磁感应强度B=ktk>0。设运动过程中小球带电荷量不变，不计小球运动产生的磁场及相对论效应。加上磁场后，下列说法正确的是（ ）
A．小球对玻璃圆环的压力不断增大
B．小球对玻璃圆环的压力不断减小
C．小球所受的磁场力一定不断增大
D．小球每运动一周增加的动能为kqπR
4．电路过载时电流一般比额定电流大一些，而短路时则可能达到额定电流的十几倍以上。空气开关是一种常见的电气设备，可用于保护电气线路和设备避免过载或短路的破坏，如图1所示。空气开关内部有电磁脱扣器和热脱扣器两种断开结构，如图2所示。在过载或短路发生的情况下，电路中的强电流流过电磁线圈，线圈内的金属顶针在电磁力的作用下压缩弹簧撞击弹片使电路断开；热脱扣器则是利用双金属片热胀冷缩的原理，当强电流流过双金属片时，材料不同的双金属片发热形变程度不同，金属片带动连杆开关使电路断开。
一般家庭电路中用电器往往启动瞬间电流较大，为保证用电器顺利启动，多采用脱扣特征曲线如图3所示的空气开关。脱扣特征曲线的横轴表示线路实际电流相对于额定电流的倍数（部分刻度值未画出），纵轴（t/s）表示电流持续时间，曲线①左下方区域表示空气开关不脱扣，曲线②右上方区域表示脱扣，①、②曲线所夹的区域为不确定区域，在此区域中脱扣器可能是脱扣状态或未脱扣状态。根据以上信息，下列说法正确的是（ ）
A．电路发生过载情况时，更易发生电磁脱扣
B．实际电流为额定电流2倍时，线路设备可持续工作至少10秒
C．实际电流为额定电流7倍时，一定是电磁脱扣器执行断开电路动作
D．线路设备在工作条件下，电磁脱扣器不产生焦耳热
5．如图甲所示，两间距为L的平行光滑金属导轨固定在水平面内，左端用导线连接，导轨处在竖直向上的匀强磁场中，一根长度也为L、电阻为R的金属棒放在导轨上，在平行于导轨向右、大小为F的恒力作用下向右运动，金属棒运动过程中，始终与导轨垂直并接触良好，金属棒运动的加速度与速度关系如图乙所示，不计金属导轨及左边导线电阻，金属导轨足够长，若图乙中的a0、v0均为已知量，则下列说法不正确的是（ ）
A．金属棒的质量为Fa0
B．匀强磁场的磁感应强度大小为1LFRv0
C．当拉力F做功为W时，通过金属棒横截面的电荷量为WFR
D．某时刻撤去拉力，此后金属棒运动过程中加速度大小与速度大小成正比
6．如图所示，竖直面内有一个闭合导线框ACDEA（由细软导线制成）挂在两固定点A、D上，水平线段AD为半圆的直径，在导线框的E处有一个动滑轮，动滑轮下面挂一重物，使导线处于绷紧状态。在半圆形区域内，有磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里的有界匀强磁场，设导线框的电阻为r，圆的半径为R，在将导线上的C点以恒定角速度ω（相对圆心O）从A点沿圆弧移动的过程中，若不考虑导线中电流间的相互作用，则下列说法不正确的是（ ）
A．在C从A点沿圆弧移动到D点的过程中，导线框中感应电流的方向先逆时针，后顺时针
B．在C从A点沿圆弧移动到图中∠ADC=30°位置的过程中，通过导线上C点的电量为3BR22r
C．当C沿圆弧移动到圆心O的正上方时，导线框中的感应电动势最大
D．在C从A点沿圆弧移动到D点的过程中，导线框中产生的电热为πB2R4ω2r
7．如图所示，左右两部分间距之比为1：2的光滑水平导轨分别放在大小相等、方向相反且与导轨平面垂直的匀强磁场中。两根质量均为m=2kg，电阻之比RAB:RCD=1:2的金属棒垂直静置在水平轨道上。现用水平拉力F=250N作用在CD棒上，使其向右移动0.5m时撤去拉力，此时vAB:vCD=1:2，在此过程中CD棒产生的热量为30J。设导轨足够长且两棒始终在不同的磁场中运动，导轨电阻不计，下列说法正确的是（ ）
A．撤去外力时导体棒AB的速度为8m/s
B．撤去外力F后，棒AB、CD的加速度始终相等
C．运动的全过程中回路产生的焦耳热为73.8J
D．从撤去外力到两棒达到稳定状态，棒AB、CD运动的位移之比为1：2
8．如图，在间距为d的水平固定平行金属导轨上，放置质量分别为2m0、m0的金属杆M、N。N的中点系着一条跨过定滑轮的细绳，细绳下端悬挂重物，滑轮左侧细绳与导轨平行。两导轨间存在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场。当重物质量m取不同值时，系统最终稳定的状态不同。设稳定时M杆的加速度大小为a，回路中电动势为E、电流为I、热功率为P。已知重力加速度大小为g，两杆接入回路的总电阻为R，导轨足够长且电阻不计，忽略一切摩擦，两杆始终与导轨垂直且接触良好。则下列关系图像合理的是（ ）
A． B．
C．D．
二、多选题
9．某研究性学习小组的同学设计的电梯坠落的应急安全装置如图所示， 在电梯挂厢上安装永久磁铁，并在电梯的井壁上铺设线圈，这样可以在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。关于该装置，下列说法正确的是（ ）
A．当电梯坠落至永久磁铁在线圈A、B之间时，闭合线圈A、B中的电流方向相同
B．当电梯坠落至永久磁铁在线圈A、B之间时，闭合线圈A、B中的电流方向相反
C．当电梯坠落至永久磁铁在线圈A、B之间时，闭合线圈A、B均对电梯的下落起阻碍作用
D．当电梯坠落至永久磁铁在线圈B下方时，闭合线圈A、B不再对电梯的下落起阻碍作用
10．某同学为了验证自感现象，找来带铁芯的线圈L（线圈的自感系数很大，构成线圈导线的电阻可以忽略），两个相同的小灯泡A和B、二极管D、开关S和电池组E等，用导线将它们连接成如图所示的电路。经检查，各元件和导线均是完好的，检查电路无误后，开始进行实验操作。他可能观察到的现象是（ ）
A．闭合S瞬间，A、B一起亮
B．闭合S瞬间，A比B先亮
C．闭合S待电路稳定后，B亮，A不亮
D．断开S瞬间，A亮后再逐渐熄灭
11．如图所示，两个完全相同的竖直光滑圆形金属导轨平行放置，圆轨道半径为r，导轨电阻忽略不计；导轨组最低点为A，最右端为C，最高点为D，导轨组一端连接电阻R。空间中分布着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。金属棒垂直于导轨所在平面，在A 点以垂直于导轨的初速度v0开始运动，恰能通过D点，金属棒电阻忽略不计。则金属棒从A运动到D的过程中（ ）
A．金属棒的速度先减小后增大
B．金属棒在AC间运动时间小于CD间运动时间
C．金属棒从A运动到C过程中，电阻R生热大于mv024−54mgr
D．若撤去磁场，金属棒初速度不变，则一定能通过D点
12．如图所示，在与水平地面成θ=30°的足够大的光滑坡面内建立坐标系xOy，坡面内沿x方向等间距分布足够多垂直坡面向里的匀强磁场，沿y方向磁场区域足够长，磁感应强度大小为B=1T，每个磁场区域宽度及相邻磁场区域间距均为d=0.6m。现有一个边长l=0.2m，质量m=0.04kg、电阻R=1Ω的单匝正方形线框，以v0=5m/s的初速度从磁场边缘沿x方向进入磁场，重力加速度g取10m/s2，下列说法正确的是（ ）
A．线框在斜面上做类平抛运动
B．线框进入第一个磁场区域时，加速度大小为5m/s2
C．线框穿过第一个磁场区域过程中，通过线框的电荷量为0.04C
D．线框从开始进入磁场到沿y方向运动的过程中产生的焦耳热为0.5J
13．2020年12月1日23时11分，嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面西经51.8度、北纬43.1度附近的预选着陆区。小明同学在感到骄傲和自豪的同时，考虑到月球上没有空气，无法通过降落伞减速降落，于是设计了一种新型着陆装置。如图，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质量为m1的“∧”型刚性线框组成，“∧”型刚性线框ab边可沿导轨滑动并接触良好。总质量为m2的船舱、导轨和磁体固定在一起。已知，整个装置着陆瞬间的速度为v0，着陆后“∧”型线框速度立刻变为0，已知船舱电阻为6r，“∧”型线框的每条边的边长均为l，电阻均为r，月球表面的重力加速为为g6，整个过程中只有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，则（ ）
A．着陆装置接触到月球表面后瞬间ab边产生的电动势为Blv0
B．着陆后，在船舱下降的过程中a点的电势低于b点的电势
C．若在导轨下方缓冲弹簧接触月面前船舱已匀速，则船舱匀速的速度大小为11m2gr30B2l2
D．若在导轨下方缓冲弹簧接触月面前船舱已匀速，则从着陆开始到船舱匀速瞬间经过ab边的电荷量为q=m2v0Bl−11m22gr30B3l3
14．我国第三艘航母福建舰已正式下水，如图甲所示，福建舰配备了目前世界上最先进的电磁弹射系统。图乙是一种简化的电磁弹射模型，直流电源的电动势为E，电容器的电容为C，两条相距L的固定光滑导轨，水平放置处于磁感应强度B的匀强磁场中。现将一质量为m，电阻为R的金属滑块垂直放置于导轨的滑槽内处于静止状态，并与两导轨接触良好。先将开关K置于a让电容器充电，充电结束后，再将K置于b，金属滑块会在电磁力的驱动下加速运动，达到最大速度后滑离轨道。不计导轨和电路其他部分的电阻，忽略空气阻力。下列说法正确的是（ ）
A．金属滑块开始运动瞬间加速度最大
B．金属滑块在轨道上运动的最大速度为BLCECB2L2+m
C．金属块滑离时电容器两极板的电荷量为mCECB2L2+m
D．金属滑块滑离轨道的整个过程中电容器消耗的电能为mB2L2C2E22CB2L2+m2
【选做】15．如图所示，在倾角为θ 的光滑斜面上，存在两个磁感应强度大小均为B 、方向相反的匀强磁场，磁场方向与斜面垂直，两磁场的宽度MJ 和JG 均为L ，一个质量为m 、电阻为R 、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进入磁场时，线框恰好以速度 v0 做匀速直线运动； 当ab 边下滑到 JP 与 MN 的中间位置时，线框又恰好以速度v 做匀速直线运动，则（ ）
A．当ab 边刚越过GH进入磁场时，cd边电势差 Ucd=BLv04
B．当ab 边刚越过JP时，线框加速度的大小为3gsinθ
C．从ab 边刚越过JP 到线框再做匀速直线运动所需的时间 t=1mgsinθ2B2L3R−34mv0
D．从ab 边刚越过GH 到ab 边刚越过MN 过程中，线框产生的热量为 2mgLsinθ+38mv02
三、实验题
16．某学习小组在“研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系”实验中，采用了如图1所示的实验装置。在实验中，让小车以不同速度靠近螺线管，记录下光电门挡光时Δt内的感应电动势的平均值E，改变速度，多次重复实验，得到多组数据。
(1)若实验需要测量小车的速度大小，则要用螺旋测微器测量挡光片的宽度d，测量结果如图2所示，d= mm。
(2)在甲同学的研究中，下列操作不影响实验结论的是__________。
A．保持线圈固定，光电门的位置可以左右移动
B．将轨道右端适当抬高，增大倾角
C．保持光电门位置不变，将线圈靠近光电门
D．轨道不够光滑
(3)若甲同学作出 （选填“E−1Δt”或“E−Δt”）图线，在误差范围内是过原点的倾斜直线，则说明感应电动势与磁通量的变化率成 （选填“正比”或“反比”）。
(4)乙同学在进行实验时，每次更换线圈后，小车释放时的位置要 （选填“改变”或“不变”），作出的E−n图像（n为线圈匝数）是过原点的直线，这说明 。
17．某同学想应用楞次定律判断线圈缠绕方向，设计的实验装置原理图如图甲所示。选用的器材有：一个磁性很强的条形磁铁，两个发光二极管（电压在1.5V至5V都可发光且保证安全），一只多用电表，导线若干。操作步骤如下：
①用多用电表的欧姆挡测出二极管的正、负极;
②把二极管、线圈按如图甲所示电路用导线连接成实验电路;
③把条形磁铁插入线圈时，二极管B发光;拔出时，二极管A发光;
④根据楞次定律判断出线圈的缠绕方向。
请回答下列问题：
(1)线圈缠绕方向如图乙中的 （选填“A”或“B”）。
(2)条形磁铁运动越快，二极管发光的亮度就越大，这说明感应电动势随 （选填“磁通量”“磁通量的变化量”或“磁通量的变化率”）的增大而增大。
(3)为进一步研究，他又做了以下实验：磁体从靠近线圈的上方静止下落。在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t的图像应该是下图中的________（填字母序号）
A．B．C．D．
(4)实验结束后，该同学又对教材中断电自感实验做了如下改动。在两条支路上分别串联电流传感器，再按教材要求，断开电路并记录下两支路的电流情况如图所示，由图可知：
①断电瞬间，灯泡电流瞬间 。（选填“增大”“减小”或“不变”）
②断电瞬间，灯泡中电流与断开前方向 （选填“相同”或“相反”）
③在不改变线圈电阻等其他条件的情况下，只将铁芯拔出后重做上述实验，可观察到灯泡在断电后处于亮着的时间将 。（选填“变长”“变短”或“不变”）
四、解答题
18．如图甲所示，一等腰直角三角形导线框用绝缘细线悬挂于天花板下方，图中的水平虚线过ab、ac边中点，在虚线的下方存在垂直于导线框所在平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小随时间变化的图像如图乙所示。已知直角边长l=0.40m，导线框的电阻R=0.003Ω，求：
（1）在t=2s时，导线框所受安培力的大小。
（2）在t=0到t=2s时间内，导线框产生的焦耳热。
19．列车进站时，其刹车原理可简化如图所示，在车身下方固定一单匝矩形线框，利用线框进入磁场时所受的安培力，辅助列车刹车。已知列车的质量为m，车身长为s，线框的ab和cd长度均为L（L小于匀强磁场的宽度），线框的总电阻为R。站台轨道上匀强磁场区域足够长，磁感应强度的大小为B。车头的线框刚进入磁场的速度为v0，列车停止前所受铁轨及空气阻力的合力恒为f。车尾的线框刚进入磁场时，列车刚好停止。求：
（1）车头进入磁场瞬间，线框中产生的感应电流大小I，并判断方向。
（2）车头进入磁场瞬间，列车的加速度大小a。
（3）列车从进站到停下来的过程中线框产生的热量Q。
20．在水平面建立如图所示的平面坐标系xOy，磁感应强度为2T的匀强磁场垂直水平面向下。光滑闭合导轨OAB的OA部分与x轴重合，曲线部分OBA满足方程y=−2x2+4x，足够长的导体棒CD和导轨OA为同种材料制成，每米的电阻均为2Ω，导轨其余部分电阻不计。CD开始跟y轴重合，D与O重合，在垂直CD的水平外力的作用下沿x轴正方向以5m/s的速度匀速运动，CD与导轨接触良好。
（1）求CD运动到曲线顶点B时流过CD的电流I；
（2）设CD与曲线部分的交点为G，求其在导轨上运动过程中任意位置DG两点间电压跟x的关系；
（3）求水平外力的最大功率。
21．如图所示，足够长的固定粗糙绝缘斜面，倾角为θ=37°，平行于斜面底边的边界PQ 下侧有垂直斜面向下的匀强磁场，磁感应强度为B=1T。一质量为 M=0.2kg的U型金属框M'MNN'静置于斜面上，其中 MN边长L=0.4m，处在磁场中与斜面底边平行，框架与斜面间的动摩擦因数为 μ=0.75，框架电阻不计且足够长。质量 m=0.1kg，电阻R=0.6Ω的金属棒ab横放在U形金属框架上从静止释放，释放位置与边界 PQ 上方距离为d=0.75m。已知金属棒在框架上无摩擦地运动，且始终与框架接触良好，设框架与斜面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2，（sin37°=0.6，cs37°=0.8）求：
（1）金属棒ab刚进入磁场时，框架MN边受到的安培力；
（2）金属棒ab刚进入磁场时，框架的加速度大小a；
（3）金属棒 ab进入磁场最终达到稳定运动时，金属棒重力的功率P。
22．在水平面上固定有两光滑平行金属导轨，如图（a）所示。虚线MN左侧存在着竖直向下的匀强磁场，导体棒a、b、c垂直静止在导轨上且接触良好，导体棒b、c用轻质绝缘杆相连，三根导体棒的长度以及导轨宽度均为L=0.6m。现固定导体棒b、c，对导体棒a施加一个与其垂直的力F，使导体棒a做匀加速直线运动，F随导体棒a的速度v的变化图像如图（b）所示，经时间t=3s撤去拉力，同时释放导体棒b、c。经过一段时间三根导体棒运动状态达到稳定，此时a棒仍未出磁场，导体棒a、b间的距离x=23m，已知三根导体棒质量相同，均为m=0.1kg，电阻相同，均为r=0.2Ω，其余电阻不计。求：
（1）磁场的磁感应强度和撤去拉力时导体棒a的速度；
（2）从撤去F到运动状态达到稳定过程中导体棒b上产生的焦耳热；
（3）导体棒b穿出磁场瞬间的速度和此时轻杆对导体棒b拉力的大小（忽略磁场的边界效应）。
【选做】23．如图所示，倾角为θ=37°的足够长平行导轨顶端bc间、底端ad间分别连一电阻，其阻值为R1=R2=2r，两导轨间距为L=1m。在导轨与两个电阻构成的回路中有垂直于轨道平面向下的磁场，其磁感应强度B1=1T。在导轨上横放一质量m=1kg、电阻r=1Ω、长度也为L的导体棒ef，导体棒与导轨始终良好接触，导体棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.5。在平行导轨的顶端通过导线连接一面积为S=0.5m2、总电阻为r、匝数N=100匝的线圈（线圈中轴线沿竖直方向），在线圈内加上沿竖直方向、且均匀变化的磁场B2（图中未画出），连接线圈电路上的开关K处于断开状态，g=10m/s2，不计导轨电阻。sin37°=0.6，cs37°=0.8，求：
（1）从静止释放导体棒，导体棒能达到的最大速度的大小；
（2）导体棒从静止释放到稳定运行流过导体棒ef的电荷量q=2.5C，这段时间电阻R1产生的焦耳热Q1：
（3）闭合开关K，为使导体棒静止于倾斜导轨上，在线圈中所加磁场的磁感应强度的方向及变化率ΔB2Δt大小的取值范围。