【原創(chuàng)】2022屆高考二輪專題訓練復習練習題物理提升卷3——電磁感應中的三大常考模型-試卷下載-教習網(wǎng)

一、選擇題（第1～4題為單選題，第5～8題為多選題）1．一質量為m，半徑為R的金屬圓環(huán)，圓心為O，在O點正下方h(h＞R)處MN的下方有一磁感應強度為B的勻強磁場，在圓環(huán)下落至圖示位置（圓環(huán)剛好完全進入磁場）的過程中，金屬圓環(huán)產(chǎn)生的焦耳熱為Q，重力加速度為g。對圓環(huán)下列說法正確的是（　　）A．圓環(huán)進入磁場過程中感應電流方向（正對紙面）是順時針的B．圓環(huán)所受安培力一直增大，方向豎直向上C．圓環(huán)所受安培力大小變化和方向均無法確定D．圓環(huán)剛完全進入磁場時的速度為【答案】D【解析】根據(jù)楞次定律，圓環(huán)進入磁場過程中，通過圓環(huán)的磁通量增加，感應電流產(chǎn)生的磁場阻礙原磁通量的變化，根據(jù)“增反減同”的規(guī)律，感應電流產(chǎn)生的磁場方向豎直紙面向外，則感應電流方向（正對紙面）是逆時針的，所以A錯誤；圓環(huán)所受安培力始為0，完全進入磁場時也為0，中間不為0，則安培力先增大后減小0，根據(jù)楞次定律的推論可判斷安培力的方向總是豎直向上，所以BC錯誤；圓環(huán)剛好完全進入磁場時的速度為v，根據(jù)能量守恒定律有，解得，所以D正確；2．如圖甲所示，電阻不計、間距為l、足夠長的光滑平行導軌固定在一絕緣水平面內(nèi)，導軌左端連接阻值為R的定值電阻，金屬桿ab垂直導軌放置，接入電路的電阻也為R，且始終與導軌接觸良好，整個裝置置于豎直向下的勻強磁場中。金屬桿ab受到水平向右的拉力F作用沿導軌向右勻速運動，拉力F與桿的速度v的關系如圖乙所示，圖中F0、v0均為已知量。則該勻強磁場的磁感應強度大小為（　?。?/span>A． B． C． D．【答案】B【解析】金屬桿做勻速運動，有，，，解得，當，時，解得，故ACD錯誤，B正確。3．MN、GH為光滑的水平平行金屬導軌，ab、cd為跨在導軌上的兩根金屬桿，勻強磁場垂直穿過MN、GH所在的平面，如圖所示，則（　?。?/span>A．若固定ab，使cd向右滑動，則abdc回路有電流，電流方向由a到b到d到cB．若ad、cd以相同的速度一起向右滑動，則abdc回路有電流，電流方向由c到d到b到aC．若ab向左、cd向右同時運動，則abdc回路電流為0D．若ab、cd都向右運動，且兩棒速度vcd＞vab，則abdc回路有電流，電流方向由c到d到b到a【答案】D【解析】若固定ab，使cd向右滑動，由右手定則知應產(chǎn)生順時針方向的電流，故A錯誤；若ab、cd同向運動且速度大小相同，ab、cd所圍的面積不變，磁通量不變，不產(chǎn)生感應電流，故B錯誤；若ab向左、cd向右同時運動，則abdc回路中有順時針方向的電流，故C錯誤；若ab、cd都向右運動，且vcd＞vab，則ab、cd所圍的面積發(fā)生變化，磁通量也發(fā)生變化，故由楞次定律可判斷出產(chǎn)生由c到d到b到a的電流，故D正確。4．如圖所示，在光滑絕緣水平面上有一正方形線框abcd，線框由均勻電阻絲制成，邊長為L，總電阻值為r。兩條平行虛線之間存在勻強磁場，磁感應強度大小為B，磁場方向豎直向下。線框abcd沿垂直于cd方向的速度進入磁場，當對角線ac剛進入磁場時線框的速度大小為v，方向與磁場邊界成45°角，則對角線ac剛進入磁場時（　?。?/span> A．線框產(chǎn)生的感應電動勢為2BLvB．線框中的感應電流為C．線框所受安培力大小為D．ac兩端的電壓為BLv【答案】B【解析】對角線剛進入磁場時線框切割磁感線的有效長度為L，產(chǎn)生的感應電動勢為，故A錯誤；根據(jù)閉合電路歐姆定律可知線框中的感應電流為，故B正確；邊所受的安培力為，邊所受的安培力為，根據(jù)幾何關系可知F1、F2方向垂直，故線框所受安培力的大小為，故C錯誤；a、c兩端的電壓為，故D錯誤。5．如圖甲所示，平行導軌PQ、MN的傾角為，兩導軌間的距離為L，NQ之間接入一個阻值為R的電阻，質量為m、電阻為r的導體棒置于與導軌底端距離為2L處，與導軌間的動摩擦因數(shù)為，兩導軌之間存在方向與導軌平面垂直的勻強磁場（圖中未畫出，且方向也未知），磁感應強度B隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示，其中B0、t0均為已知量，如果在t＝0時刻開始由靜止釋放導體棒，導體棒恰好不上滑，t＝t0時刻導體棒恰好不下滑，導軌電阻不計，則下列說法中正確的是（　?。?/span>A．不管磁場方向是垂直導軌平面向上還是向下，導體棒所受安培力的方向都是沿導軌向上B．在0～t0時間內(nèi)，導體棒上電流的方向一定是由P指向MC．在0～t0時間內(nèi)，整個電路產(chǎn)生的熱量為D．在0～t0時間內(nèi)，通過電阻R的電荷量為【答案】ACD【解析】如果磁場方向垂直導軌平面向上，磁感應強度減小，根據(jù)楞次定律可知感應電流的方向由P指向M，則根據(jù)左手定則可知導體棒受到的安培力方向沿導軌平面向上，當磁場方向變?yōu)榇怪睂к壠矫嫦蛳聲r，感應電流方向反向，導體棒受到的安培力的方向不變，故A正確，B錯誤；根據(jù)法拉第電磁感應定律可得回路中的感應電動勢（負號表示只影響感應電流的方向），根據(jù)閉合電路歐姆定律可得感應電流的大小，整個電路產(chǎn)生的熱量，故C正確；通過電阻R的電荷量，故D正確。6．如圖所示，豎直邊界MN的左側和右側分別存在沿水平方向，方向相反、磁感應強度大小均為B的勻強磁場。半徑為r的勻質金屬圓環(huán)質量為m、電阻為R，可以繞過a點的水平光滑軸在豎直面內(nèi)擺動。把圓環(huán)向右拉至左側與MN相切的位置（圖中實線位置）后由靜止釋放，圓環(huán)向左擺到最高點（圖中虛線位置）時，直徑ab轉過的角度為120°。不計空氣阻力，重力加速度為g，下列說法正確的是（　?。?/span>A．圓環(huán)從釋放到第一次擺至左側最高點的過程中感應電流方向先順時針后逆時針B．擺動過程中圓環(huán)所受安培力的方向始終與直徑ab垂直且與b點的速度方向相反C．圓環(huán)從釋放直到最后靜止的過程中，圓環(huán)上產(chǎn)生的焦耳熱等于mgrD．從釋放到第一次擺至左側最高點的過程中，通過圓環(huán)的電荷量【答案】CD【解析】圓環(huán)由靜止釋放，在直徑ab到達磁場分界線之前，穿過圓環(huán)向里的磁感線條數(shù)在減少，根據(jù)楞次定律，感應電流的方向為順時針。圓環(huán)直徑ab經(jīng)過磁場分界線后，穿過圓環(huán)向外的磁感線條數(shù)在增加根據(jù)楞次定律感應電流方向仍為順時針，故A錯誤；圓環(huán)運動時分別處于磁場分界線兩側的部分有效度相同，均為圓環(huán)與邊界間相交部分的長度，電流方向相反，由左手定則可知，所受安培力方向同向，均水平向右，并非與直徑ab垂直，故B錯誤；圓環(huán)最終靜止時，直徑ab沿豎直方向，圓環(huán)重心下降高度為r，重力勢能減少，根據(jù)能量守恒定律可知圓環(huán)上產(chǎn)生的焦耳熱等于，故C正確；釋放瞬間通過圓環(huán)的磁通量，磁場方向向里，達到左側最高點時通過圓環(huán)的磁通量，磁場方向向外，則，故D正確。7．如圖甲所示，虛線MN是斜面上平行于斜面底端的一條直線，MN上方存在垂直于斜面向上的勻強磁場，磁感應強度B隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示。t＝0時刻將一單匝正方形導體框自與MN距離s＝1 m處由靜止釋放，直至導體框完全穿出磁場的過程中其速度一時間圖像如圖丙所示。已知斜面傾角θ＝37°，導體框與斜面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.5，運動中導體框底邊與MN始終平行，導體框質量m＝2 kg，電阻R＝2 Ω，邊長l＝2 m，重力加速度g＝10 m/s2。設從釋放至導體框穿出磁場的過程中，整個導體框所受安培力大小為F，回路中產(chǎn)生的焦耳熱的功率為P，通過導體框的電流為I，導體框的機械能為E（釋放處E＝0），沿斜面下滑的位移為x，則下列圖像正確的是(　　)【答案】AD【解析】0～1 s內(nèi)，根據(jù)感生電動勢，得，由于上下兩個邊均切割磁感線因此動生電動勢為0；回路中感應電流沿順時針方向，導體框所受安培力對邊相抵，根據(jù)功能關系得：從開始到處過程中導體框所受安培力合力為0，做勻加速直線運動，加速度，解得，1s末速率，位移，之后磁感應強度B不變，，導體框開始勻速穿出磁場，故A正確；0～1s內(nèi)，解得，恒定不變，故B錯誤；0～1s內(nèi)，通過導體框的電流，故C錯誤；0～1s內(nèi)導體框機械能滿足，，即，處，從到處過程中滿足，解得，處時，故D正確。8．如圖所示：兩條光滑平行金屬導軌水平固定，導軌電阻忽略不計，虛線ab、cd均與導軌垂直，在ab與cd之間存在有垂直于軌道所在平面向里的勻強磁場。將兩根相同的導體棒PQ，MN平行于ab放置在導軌上，兩者始終與導軌垂直且接觸良好?，F(xiàn)在對PQ、MN施加相同的恒力F作用，先后自導軌上同一位置由靜止開始運動。已知PQ進人磁場時加速度恰好為零。從PQ進入磁場開始計時，到MN離開磁場區(qū)域為止，PQ的運動速度v、流過PQ的電流I隨時間t變化的圖象可能正確的是（　?。?/span>【答案】ACD【解析】當PQ離開磁場時，MN還未進入磁場，PQ進入磁場時加速度恰好為零，則，PQ在磁場內(nèi)做勻速運動，由于PQ離開磁場時，MN還未進入磁場，PQ上的安培力消失，PQ將在外力F的作用下做勻加速；當PQ未離開磁場時，MN已進入磁場，根據(jù)題意可知MN進入磁場時與PQ速度相等，則兩棒產(chǎn)生的電動勢等大反向，故電流為零，則兩棒在外力F的作用下做勻加速運動，PQ棒離開磁場，繼續(xù)做勻加速，故B錯誤，A正確；PQ進人磁場時加速度恰好為零，則，可知，PQ在磁場內(nèi)做勻速運動，則電流不變，當PQ離開磁場時，MN還未進入磁場，則電流為零，當MN進入磁場，根據(jù)題意可知MN進入磁場時與PQ速度相等，且做勻速運動，則流過PQ的電流大小不變，根據(jù)右手定則可知，流過PQ的電流變成反向，故C正確；PQ進入磁場時加速度恰好為零，則，可知，PQ在磁場內(nèi)做勻速運動，則電流不變，當PQ未離開磁場時，MN已進入磁場，根據(jù)題意可知MN進入磁場時與PQ速度相等，則兩棒產(chǎn)生的電動勢等大反向，故電流為零，則兩棒在外力F的作用下做勻加速運動，PQ棒離開磁場時，對于MN有安培力大于外力F，則，MN減速，且a減小，則電流非勻減小，據(jù)右手定則可知，流過PQ的電流變成反向，故D正確。二、非選擇題（解答應寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟。有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。）9．如圖甲所示，水平面上固定著兩根間距L＝0.5 m的光滑平行金屬導軌MN、PQ，M、P兩點間連接一個阻值R＝3 Ω的電阻，一根質量m＝0.2 kg、電阻r＝2 Ω的金屬棒ab垂直于導軌放置。在金屬棒右側兩條虛線與導軌之間的矩形區(qū)域內(nèi)有磁感應強度大小B＝2 T、方向豎直向上的勻強磁場，現(xiàn)對金屬棒施加一個大小F＝2 N、方向平行導軌向右的恒力，從金屬棒進入磁場開始計時，其運動的v－t圖像如圖乙所示，金屬棒剛要離開磁場時加速度為0，金屬棒通過磁場過程中回路產(chǎn)生的總熱量Q＝1.6 J。運動過程中金屬棒與導軌始終保持良好接觸，導軌電阻不計。求：(1)金屬棒在磁場中運動的最大速度vm；(2)磁場寬度d和金屬棒穿過磁場所需的時間t。【解析】(1)設金屬棒在磁場中最大速度為vm，此時安培力與恒力F大小相等，則有感應電動勢E＝BLvm感應電流安培力的大小F安＝BIL，代入數(shù)據(jù)解得。(2)金屬棒穿過磁場過程中，由能量關系其中v0＝4m/s，Q＝1.6J，解得d＝5m 由動量定理解得t＝1.1s。10．兩梯形光滑金屬框架豎直固定在絕緣水平桌面上，兩框架相距L，框架底部用兩根導體棒c、d相連，每根導體棒的電阻值均為R，水平上導軌處有豎直向上的勻強磁場Bx（未知），傾斜導軌處有垂直斜面向上的勻強磁場B，水平上導軌的長度x，另有兩根阻值也為R的導體棒a、b分別放在水平上導軌和傾斜導軌上，如圖所示?，F(xiàn)將導體棒a放置在水平上導軌的正中央，當導體棒a在外力作用下向左以v0勻速運動時，導體棒b恰好能靜止在傾斜導軌的上端。導體棒a向左飛離導軌后，導體棒b開始下滑，經(jīng)時間t恰好勻速滑離傾斜導軌。已知導體棒a、b的質量均為m，傾斜導軌的傾斜角為θ。求：(1)水平上導軌所處磁場的磁感應強度Bx；(2)傾斜導軌的長度s；(3)從導體棒a開始運動到導體棒b滑離傾斜導軌的過程中，導體棒c中產(chǎn)生的焦耳熱。【解析】(1)導體棒a做勻速直線運動，導體棒b靜止，兩導體棒均處于平衡狀態(tài)，設流過b的電流為，則流過a的電流為由平衡條件，對b有解得電路總電阻為感應電動勢為解得。(2)導體棒b勻速下滑時受到的安培力為由平衡條件得解得導體棒b在傾斜導軌上運動過程，由動量定理得通過導體棒的電荷量為解得。(3)導體棒a在水平軌道運動過程，c產(chǎn)生的焦耳熱為導體棒b下滑過程，由能量守恒定律得該過程c產(chǎn)生的熱量為整個過程c產(chǎn)生的熱量為解得。11．隨著超導材料性能不斷提高和完善，科學家們正在積極開展高溫超導應用技術的研究，其中誕生了一個重要領域的研究應用一高溫超導磁懸浮列車技術。作為革命性的技術創(chuàng)造，高溫超導磁懸浮列車技術在我國已有相關研究最新進展。圖（甲）是磁懸浮實驗車與軌道示意圖，圖（乙）是固定在車底部金屬框abcd（車廂與金屬框絕緣）與軌道上運動磁場的示意圖。水平地面上有兩根很長的平行直導軌PQ和MN，導軌間有豎直（垂直紙面）方向等間距的勻強磁場B1和B2，二者方向相反。車底部金屬框的ad邊寬度與磁場間隔相等，當勻強磁場B1和B2同時以恒定速度v0沿導軌方向向右運動時，金屬框會受到磁場力，帶動實驗車沿導軌運動。設金屬框垂直導軌的ab邊長L＝0.20 m、總電阻R＝1.6 Ω，實驗車與線框的總質量m＝2.0 kg，磁場B1＝B2＝1.0 T，磁場運動速度v0＝10 m/s，已知懸浮狀態(tài)下，實驗車運動時受到恒定的阻力f＝0.20 N，求：(1)設t＝0時刻，實驗車的速度為零，求金屬框的加速度的大小和方向；(2)求實驗車的最大速率vm；(3)實驗車以最大速度做勻速運動時，為維持實驗車運動，外界在單位時間內(nèi)需提供的總能量；(4)假設兩磁場由靜止開始向右做勻加速運動來啟動實驗車，當兩磁場運動的時間為t＝40 s時，實驗車正在向右做勻加速直線運動，此時實驗車的速度為v＝4 m/s，求由兩磁場開始運動到實驗車開始運動所需要的時間t0。【解析】(1)當實驗車的速度為零時，線框相對于磁場的速度大小為，線框中左右兩邊都切割磁感線，產(chǎn)生感應電動勢，則有所以此時金屬框受到的磁場力的大小代入數(shù)值解得根據(jù)牛頓第二定律代入數(shù)據(jù)解得，方向水平向右。(2)實驗車最大速率為時相對磁場的切割速率為，則此時線框所受的磁場力大小為此時線框所受的磁場力與阻力平衡，得所以。(3)實驗車以最大速度做勻速運動時，克服阻力的功率當實驗車以速度勻速運動時金屬框中感應電流金屬框中的熱功率所以外界在單位時間內(nèi)需提供的總能量。(4)根據(jù)題意分析可得，為實現(xiàn)實驗車最終沿水平方向做勻加速直線運動，其加速度必須與兩磁場由靜止開始做勻加速直線運動的加速度相同。設加速度為a，則t時刻金屬線圈中的電動勢金屬框中感應電流又因為安培力所以對試驗車，由牛頓第二定律得解得設從磁場運動到實驗車起動需要時間為，則時刻金屬線圈中的電動勢金屬框中感應電流又因為安培力對實驗車，由牛頓第二定律得即解得由兩磁場開始運動到實驗車開始運動所需要的時間。

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