2021届新高考物理二轮复习专题强化双击训练 专题十三 电磁感应定律及其应用 B卷

2021届新高考物理二轮复习专题强化双击训练 专题十三 电磁感应定律及其应用 B卷

1.如图甲所示,绝缘的水平桌面上放置一金属圆环,在圆环的正上方放置一个螺线管,在螺线管中通入如图乙所示的电流,电流从螺线管a端流入为正.以下说法正确的是(   )

A.0~1 s内圆环面积有扩张的趋势

B.1 s末圆环对桌面的压力小于圆环的重力

C.1~2 s内和2~3 s内圆环中的感应电流方向相反

D.从上往下看,0~2 s内圆环中的感应电流先沿顺时针方向,后沿逆时针方向

2.如图所示，在光滑的水平桌面上有两个完全相同的等边三角形线框，其底边都平行于有界匀强磁场（方向竖直向下）的上、下边界，边界间的距离等于等边三角形线框的高度h.现使两个线框在拉力作用下沿垂直于磁场边界的方向以大小相同的速度匀速通过磁场，设线框受到的拉力大小在刚进入磁场时分别为和，在磁场中运动距离为时分别为和，刚要完全出磁场时分别为和，进、出磁场过程中流过线框的电流分别用和表示，进入磁场的过程中流过线框某一横截面的电荷量分别为和，则(   )

A.

B.

C.进、出磁场过程方向相反，且逐渐减小，

D.进、出磁场过程方向相反，且逐渐增大，

3.如图所示，导体轨道固定，其中是半圆弧，Q为半圆弧的中点，O为圆心，轨道的电阻忽略不计.是有一定电阻、可绕O转动的金属杆，M端位于上，与轨道接触良好，空间存在与轨道所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B.现使与的夹角从位置以恒定的角速度逆时针转到位置并固定（过程Ⅰ），再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到（过程Ⅱ）.在过程Ⅰ、Ⅱ中，流过的电荷量相等，则等于(   )

A. B. C. D.2

4.如图所示，是一个竖直的电阻为R的单匝矩形导线框，且该线框处于磁感应强度为B的水平向右的匀强磁场中，线框面积为边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度ω匀速转动（俯视逆时针转动）.下列说法正确的是(   )

A.在图示位置时线框中的感应电动势为

B.在图示位置时，线框中电流的方向是

C.从图示位置继续旋转30°的过程中，线框中的平均电流为

D.该线框连续转动产生的交流电的电流的有效值为

5.如图所示，边长为的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个直角边长为L的等腰直角三角形导线框所在平面与磁场方向垂直，导线框斜边的中线和虚线框的一条对角线恰好共线.从开始，使导线框从图示位置开始以恒定速度v沿对角线方向进入磁场，直到整个导线框离开磁场区域.用I表示导线框中的感应电流（逆时针方向为正），则下列表示关系的图象中，正确的是(   )

A. B.

C. D.

6.某种超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起,同时通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力.其推进原理可以简化为如图所示的模型,和是固定在水平地面上的两根足够长的平直导轨,导轨间相间分布着竖直(垂直纸面)方向等间距的匀强磁场,其磁感应强度大小分别为和,二者方向相反.矩形金属框固定在实验车底部(车厢与金属框绝缘).其中边与边间距与两磁场的宽度相等.当磁场同时以速度v沿导轨向右匀速运动时,金属框受到磁场力,并带动实验车沿导轨运动,已知金属框垂直导轨的边的边长L、金属框总电阻R,实验车与金属框的总质量m,,悬浮状态下,实验车运动时受到的阻力恒为其对地速度的k倍.则下列说法正确的是(   )

A.实验车在运动过程中金属框中的电流方向一直不变

B.实验车在运动过程中金属框产生的最大电流为

C.实验车最后能达到的最大速度为

D.实验车要维持最大速度运动,它每秒钟消耗的磁场能为

7.图中和为竖直方向的两平行足够长的光滑金属导轨,间距为L,电阻不计.导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,导轨两端分别接阻值为的电阻和电容为C的电容器.质量为m、长为L、电阻为R的金属杆始终垂直于导轨,并与其保持良好接触.杆由静止开始下滑,在下滑过程中最大的速度为v,整个电路消耗的电功率最大为P,则(   )

A.电容器左极板带正电 

B.电容器所带电荷量最大为

C.杆的最大速度v等于 

D.杆克服安培力做功的最大功率为

8.有一边长分别为L和的单匝矩形导线框,导线框的总电阻为R,让导线框在磁感应强度大小为B的匀强磁场中以恒定角速度ω且同时以两短边中点连线为轴旋转,如图所示,此时导线框平面平行于磁场方向.下列说法正确的是(   )

A.导线框的发热功率为

B.导线框转到图示位置时,某一长边两端的电压为

C.从图示位置开始,导线框转过的过程中通过导线某一横截面的电荷量为

D.从图示位置开始,导线框转过时的电动势是

9.如图甲所示,一对足够长的平行光滑轨道(电阻不计)固定在水平面上,两轨道相距,左端用的电阻连接,一质量、电阻的导体杆垂直并静置于两轨道上,整个装置处于磁感应强度的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道平面向上.现用水平拉力F沿轨道方向作用在导体杆上,导体杆的速度随时间变化的关系如图乙所示.某时刻撤去拉力F,导体杆又滑行了一段距离后停下.则以下说法正确的是(   )

A.前2 s内,通过电阻R的电荷量为4 C

B.导体杆运动过程中所受拉力恒为8 N

C.导体杆在前2 s内产生的电动势与时间的数值关系为

D.从撤去拉力F到导体杆停止运动的过程中,电阻R上产生的热量为6 J

10.如图所示，为两个平行的、电阻不计的水平光滑金属导轨，处在方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，的间距为L，左右两端均接有阻值为R的电阻.质量为m、长为L且不计电阻的导体棒放在导轨上，甲、乙为两根相同的轻质弹簧，两弹簧一端均与导体棒中点连接，另一端均被固定，导体棒与导轨接触良好.开始时，弹簧处于自然长度，导体棒具有水平向左的初速度，经过一段时间，导体棒第一次运动到最右端，这一过程中间的电阻上产生的焦耳热为Q，弹簧始终在弹性限度内，则(   )

A.初始时刻导体棒所受的安培力大小为

B.从初始时刻至导体棒第一次到达最左端的过程中，整个回路产生的焦耳热大于

C.当导体棒第一次到达最右端时，每根弹簧具有的弹性势能为

D.当导体棒第一次回到初始位置时，间电阻的热功率为

11.在水平桌面上，有一个矩形导线框，导线框内有一个圆形金属环P和一个圆形区域的磁场，磁场方向以竖直向下为正，如图甲所示.圆形区域内的磁场的磁感应强度B随时间t按图乙所示规律变化，不计P中电流对矩形导线框中电流的影响.下列说法正确的是(   )

A.在~时间内，P有收缩趋势

B.在~时间内，P有扩张趋势

C.在~时间内，P中有沿逆时针方向的感应电流

D.在~时间内，P中有沿逆时针方向的感应电流

12.如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨间距，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角.杆1、杆2是两根用细线连接的金属杆，分别垂直导轨放置，每杆两端都与导轨始终接触良好，其质量分别为和，两杆的总电阻，两杆在沿导轨向上的外力F作用下保持静止.整个装置处在磁感应强度的匀强磁场中，磁场方向与导轨所在平面垂直.在时刻将细线烧断，保持F不变，重力加速度，求：

（1）细线烧断瞬间，杆1的加速度的大小；

（2）细线烧断后，两杆达到的最大速度的大小；

（3）两杆刚达到最大速度时，杆1上滑了0.8 m，则从时刻起到此刻用了多长时间？

（4）在（3）题情景中，电路产生的焦耳热.

答案以及解析

1.答案：D

解析：0~1 s内线圈中电流增强,产生的磁场增强,金属圆环中磁通量增大,圆环面积有缩小的趋势,故A错误;1 s未线圈中电流最大,但电流变化率为零,则磁感应强度变化率为零,即金属圆环中感应电流为零,螺线管与金属圆环间无相互作用,所以1 s末圆环对桌面的压力等于圆环的重力,故B错误;1~2 s内线圈中正方向电流减小,2~3 s内线圈中反方向电流增大,根据楞次定律,金属圆环中产生感应电流的磁场方向不变,感应电流方向不变,故C错误;0~1 s内线圈中电流增大,产生的磁场增强,金属圆环中磁通量增大,根据楞次定律可知,从上往下看,0~1 s内圆环中的感应电流沿顺时针方向;1~2 s内线圈中电流减小,产生的磁场减弱,金属环中磁通量减小,根据楞次定律可知,从上往下看,1~2 s内圆环中的感应电流沿逆时针方向,故D正确.

2.答案：B

解析：线框刚进入磁场时，线框M的有效切割长度为线框的边长，线框N的有效切割长度为0，则线框M中有感应电流，线框N中无感应电流，由知，；线框在磁场中运动距离为时，两线框的有效切割长度相同，回路中产生的感应电动势相同，感应电流相同，由知，，线框刚要完全出磁场时，线框M的有效切割长度为0，线框N的有效切割长度为线框的边长，则线框M中无感应电流，线框N中有感应电流，由知，，B正确，A错误；由楞次定律知，进磁场时方向沿逆时针方向，出磁场时方向沿顺时针方向，故进、出磁场时方向相反，感应电动势，由闭合电路欧姆定律得，线框M在运动过程中切割磁感线的有效长度逐渐减小，故逐渐减小，同理可知，进、出磁场时方向相反，，线框N在运动过程中切割磁感线的有效长度逐渐增大，故还渐增大，由法拉第电磁感应定律得，由闭合电路欧姆定律得，联立解得流过某一横截面的电荷量，故，C、D错误.

3.答案：C

解析：设半圆轨道的半径为R，金属杆从位置以恒定的角速度逆时针转到位置时，有，根据法拉第电磁感应定律有，设回路的总电阻为r，过程Ⅰ中通过金属杆某一横截面的电荷量；磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到的过程中设时间为，则有，过程Ⅱ中通过金属杆某一横截面的电荷量，由题可知，联立可得，故选C.

4.答案：D

解析：导线框在匀强磁场中匀速转动产生正弦式交变电流，从导线框与磁感线平行位置开始计时，其瞬时值表达式为，当边与磁场方向的夹角为时，即，可知此时线框中感应电动势为，故A错误；当边与磁场方向的夹角为时，导线框内的磁通量向右增加，根据楞次定律可知导线框中的电流方向是，故B错误；从图示位置继续旋转的过程中，根据法拉第电磁感应定律可得平均感应电动势为，线框中的平均电流为，故C错误；该线框连续转动产生的交流电的电流的有效值为，故D正确.

5.答案：D

解析：线框进入磁场的过程中，穿过线框的磁通量增加，由楞次定律知，感应电流沿逆时针方向，为正.在线框从开始到运动距离的过程中，线框的有效切割长度均匀增大，感应电动势均匀增大，感应电流均匀增大.线框在接下来运动的距离的过程中，由于存在反电动势，感应电动势均匀减小，感应电流均匀减小.导线框完全进入磁场后，没有感应电流产生，此过程，线框通过的距离为，所用时间与线框进入磁场的时间相同.刚穿出磁场时，线框的有效切割长度最大，感应电流最大.在出磁场的过程中，有效切割长度均匀减小，感应电动势均匀减小，感应电流均匀减小，磁通量减小，由楞次定律知，感应电流沿顺时针方向，为负.故A、B、C错误，D正确.

6.答案：BC

解析：当边处于匀强磁场中时,由右手定则知金属框中的感应电流方向沿顺时针方向,当边处于匀强磁场时,由右手定则知金属框中的感应电流方向沿逆时针方向,故金属框中的感应电流方向会改变,A错误;金属框运动过程中受阻力作用,因此金属框刚开始运动时产生的感应电动势最大,,由闭合电路欧姆定律得金属框中的最大感应电流,B正确;当实验车匀速运动时速度最大,由平衡条件得,感应电动势,由闭合电路欧姆定律得金属框中的感应电流,由以上各式解得实验车的最大速度,C正确；实验车要维持最大速度运动,它每秒钟消耗的磁场能为，D错误.

7.答案：BC

解析：根据右手定则可知,感应电流的方向为,故电容器右极板带正电,故A错误;当杆的速度达到最大时,感应电动势最大,感应电动势的最大值,路端电压的最大值为,故电容器所带电荷量最大为,故B正确;当杆的重力与其所受安培力平衡时,即,杆的速度达到最大值,此时电路消耗的电功率最大且等于重力做功的功率,根据功率表达式,可得,故C正确;杆克服安培力做功的最大功率为,故D错误.

8.答案：ABD

解析：导线框在磁场中转动产生感应电动势的最大值为,其有效值为,导线框的发热功率,解得,A正确;导线框转到题图所示位置时,某一长边产生的感应电动势是导线框在磁场中产生感应电动势的最大值的一半,,此时导线框中的电流,某一长边两端的电压,B正确;从题图所示位置开始,导线框转过60°的过程中通过导线某一橫截面的电荷量,C错误;从题图所示位置开始,导线框转过60°时的电动势,D正确.

9.答案：ACD

解析：前2 s内导体杆运动的位移为,通过电阻R的电荷量为,A正确;前2 s内导体杆做匀加速运动,由牛顿第二定律有,即,则前2 s内导体杆受到的拉力逐渐增大,故B错误;导体杆在前2 s内产生的电动势,C正确;由题图乙可知,撤去拉力时导体杆的速度为4 m/s,由动能定理得,则整个回路中产生的热量为8 J,电阻R上产生的热量为,D正确.

10.答案：ABC

解析：初始时刻导体棒中的感应电流，导体棒所受的安培力大小，选项A正确；从开始运动至第一次到达最右端，导体棒先后三次经过与初位置等距离处，根据能量守恒定律可知，三次的速度依次减小，又，则从初始位置至导体棒第一次到达最左端、导体棒从最左端到第一次回到初位置、导体棒从第一次回到初位置到第一次到达最右端，这三个过程中回路分别产生的总焦耳热依次减小，因，故，选项B正确；根据能量守恒定律有，得每根弹簧具有的弹性势能，选项C正确；根据能量守恒定律知，导体棒第一次回到初始位置时的速度，则导体棒第一次回到初始位置时总电流，间电阻的热功率，选项D错误.

11.答案：AD

解析：在~时间内，圆形区域内的磁感应强度的变化率逐渐增大，则矩形导线框中的电流也逐渐增大，穿过金属环P的磁通量增大，可知P有收缩趋势，A正确；在~时间内，圆形区域内的磁感应强度的变化率恒定不变，导线框中产生的感应电流也将保持不变，穿过金属环P的磁通量不变，P中无感应电流且没有扩张或收缩的趋势，B、C错误；在~时间内，圆形区域内磁感应强度垂直纸面向外减小，且减小的越来越慢，根据楞次定律可判断出导线框中产生沿方向的感应电流，且电流在逐渐减小，故穿过金属环P向外的磁通量减小，P中有沿逆时针方向的感应电流，D正确.

12.答案：（1）

（2）2 m/s；1 m/s

（3）0.6 s

（4）0.9 J

解析：（1）烧断细线前，对系统，由平衡条件得，

烧断细线瞬间，对杄1，由牛顿第二定律得，

解得.

（2）杆所受的安培力，由于两杆的都相等，则两杆所受安培力大小相等，由左手定则可知安培力方向相反，系统所受合外力为零，系统动量守恒，以杆1的速度方向为正方向，由动量守恒定律得

，

则两杆同时达到最大速度，达到最大速度时两杆都做匀速直线运动，对杆2，由平衡条件得

，

感应电流，

解得.

（3）此过程中通过杆的电荷量

，

两杆组成的系统动量守恒，以杆1的速度方向为正方向，由动量守恒定律得

，

即，

解得，

对杆2，由动量定理得，

其中，

解得.

（4）对系统，由能量守恒定律得

，

解得.