2022年高考物理 考前回归教材单元综合突破九 电磁感应

2022年高考物理 考前回归教材单元综合突破九 电磁感应一、选择题(本题共10小题，每题4分，共40分有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)图11如图1所示，闭合圆导线圈平行地放置在匀强磁场中，其中ac、bd分别是平行、垂直于磁场方向的两直径试分析线圈做如下运动时，能产生感应电流的是( )A使线圈在纸面内平动或转动B使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动C使线圈以ac为轴转动D使线圈以bd为轴转动解析：使线圈在纸面内平动或转动，沿垂直纸面方向向纸外平动或以ac为轴转动，线圈中的磁通量始终为零，不变化，无感应电流产生；以bd为轴转动时，线圈中的磁通量不断变化，能产生感应电流，所以D选项正确答案：D2如图2所示，螺线管的导线的两端与两平行金属板相接，一个带负电的小球用丝线悬挂在两金屑板间，并处于静止状态，若条形磁铁突然插入线圈时，小球的运动情况是()图2A向左摆动B向右摆动C保持静止 D无法判定解析：当条形磁铁插入线圈中时，线圈中向左的磁场增强由楞次定律可判定金属板左端电势高，故带负电的小球将向左摆动，A正确答案：A3如图3所示，AOC是光滑的金属轨道，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，PQ是一根金属直杆如图所示立在导轨上，直杆从图示位置由静止开始在重力作用下运动，运动过程中Q端始终在OC上，空间存在着垂直于纸面向外的匀强磁场，则在PQ杆滑动的过程中，下列判断正确的是()图3A感应电流的方向始终是由PQB感应电流的方向先是由PQ，后是由QPCPQ受磁场力的方向垂直杆向左DPQ受磁场力的方向先垂直于杆向左，后垂直于杆向右解析：在PQ杆滑动的过程中，杆与导轨所围成的三角形面积先增大后减小，三角形POQ内的磁通量先增大后减小，由楞次定律可判断B项对；再由PQ中电流方向及左手定则可判断D项对答案：BD4如图4所示，通过水平绝缘的传送带输送完全相同的铜线圈，线圈均与传送带以相同的速度匀速运动为了检测出个别未闭合的不合格线圈，让传送带通过一固定匀强磁场区域，磁场方向垂直于传送带，线圈进入磁场前等距离排列，穿过磁场后根据线圈间的距离，就能够检测出不合格线圈，通过观察图形，判断下列说法正确的是()图4A若线圈闭合，进入磁场时，线圈相对传送带向后滑动B若线圈不闭合，进入磁场时，线圈相对传送带向后滑动C从图中可以看出，第2个线圈是不合格线圈D从图中可以看出，第3个线圈是不合格线圈解析：由产生电磁感应现象的条件和楞次定律知，A正确，B错误，由各线圈位置关系知，C错误，D正确答案：AD图55如图5所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B.不考虑空气阻力，则下列说法正确的是()AA、B两点在同一水平线上BA点高于B点CA点低于B点D铜环最终将做等幅摆动解析：铜环在进入或穿出磁场边界时，由于铜环内的磁通量发生变化，将有感应电流产生，感应电流通过铜环将产生内能，故铜环在A点静止释放后，向右摆至最高点时的B点要低于A点的位置，A、C错误，B正确；当铜环最后全部处于磁场中时，由于铜环内的磁通量不再发生变化，此时没有感应电流，故铜环将在磁场中做等幅摆动，D正确答案：BD6如图6所示为新一代炊具电磁炉，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等，是电磁炉的优势所在电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物下列相关说法中正确的是()图6A锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的B恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好C锅体中的涡流是由变化的磁场产生的D提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果解析：由电磁感应原理可知，锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，且提高磁场变化的频率，产生的感应电动势变大，故可提高电磁炉的加热效果故C、D正确答案：CD图77如图7所示，矩形金属框置于匀强磁场中，ef为一导体棒，可在ab和cd间滑动并接触良好设磁感应强度为B，ac长为L，在t时间内向左匀速滑过距离d，由法拉第电磁感应定律En可知，下列说法正确的是()A当ef向左滑动时，左侧面积减少Ld，右侧面积增加Ld，因此E2BLd/tB当ef向左滑动时，左侧面积减少Ld，右侧面积增加Ld，互相抵消，因此E0C在公式En中，在切割磁感线情况下，BS，S应是导体棒切割磁感线扫过的面积，因此EBLd/tD在切割磁感线的情况下，只能用EBLv计算，不能用En计算解析：本题中由于导体棒是匀速切割磁感线，所以产生的感应电动势是恒定的，因而任一时刻产生的瞬时感应电动势等于平均感应电动势因此感应电动势有两种求法，(1)由EBLvBL；(2)由法拉第电磁感应定律知E，式子中S为导体棒移动中扫过的面积故C正确答案：CD图88如图8所示，一个“”形导轨垂直于磁场固定在磁感应强度为B的匀强磁场中导体棒ab与导轨由相同粗细、相同材料的导体制成，导体棒与导轨接触良好在外力作用下，导体棒以恒定速度v向右运动，以导体棒在图中所示位置的时刻作为计时起点，则回路中感应电动势E、感应电流I、导体棒所受外力的功率P和回路中产生的焦耳热Q随时间t变化的图象中，正确的是()解析：EBlvBvvttant，A正确；I，而R与三角形回路的周长成正比，可把R表示为Rkc(式中c为周长)代入I的表达式中I，而为一定值，所以I是一定值，B错误；PIE，I不变，E与t成正比，所以Pt，C正确；QPtt2，D错误答案：AC图99如图9所示，竖直平面内有一金属环，半径为d，总电阻为R(指拉直时两端的电阻)，磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面，在环的最高点A用铰链连接长度为2a、电阻为的导体棒AB，AB由水平位置紧贴环面摆下，当摆到竖直位置时，B点的线速度为v，则这时AB两端的电压大小为()A. B.C. DBav解析：图10当摆到竖直位置时，AB棒产生的电动势EB2aBav.等效电路如图10所示则U.答案：A图1110如图11，足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成角(090)，其中MN与PQ平行且间距为L，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab棒接入电路的电阻为R，当流过ab棒某一横截面的电量为q时，棒的速度大小为v，则金属棒ab在这一过程中()A运动的平均速度大小为B下滑的位移大小为C产生的焦耳热为qBLvD受到的最大安培力大小为sin解析：流过ab棒某一截面的电量qtt，ab棒下滑的位移x，其平均速度v，而棒下滑过程中做加速度减小的加速度运动，故平均速度不等于v，A错误B正确；由能量守恒mgxsinQmv2，产生的焦耳热Qmgxsinmv2mgsinmv2，C错误；当mgsin时v最大，安培力最大，即F安mmgsin或，D错误答案：B第卷(非选择题，共60分)二、填空题(本题共2小题，每题8分，共16分)11如图12所示，半径为r的金属圆环绕通过直径的轴OO以角速度匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B，以金属环的平面与磁场方向重合时开始计时，求在转动30角的过程中，环中产生的感应电动势为_图12解析：21BSsin300Br2.又t/(6)所以E3Br2.答案：3Br212一个边长为10 cm的正方形金属线框置于匀强磁场中，线框匝数n100，线框平面与磁场垂直，电阻为20 .磁感应强度随时间变化的图象如图13所示则在一个周期内线框产生的热量为_ J.图13解析：由题图可知，线框中穿过均匀变化的磁场，变化周期T4 s根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律，线框中产生的感应电动势EnS，感应电流I A5102 A，在一个周期内产生的热量QI2RT(5102)2204 J0.2 J.答案：0.2三、计算题(本题共4小题，13、14题各10分，15、16题各12分，共44分，计算时必须有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)图1413. 如图14所示，质量m10.1 kg，电阻R10.3 ，长度l0.4 m的导体棒ab横放在U形金属框架上框架质量m20.2 kg，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数0.2. 相距0.4 m的MM、NN相互平行，电阻不计且足够长电阻R20.1的MN垂直于MM.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B0.5 T垂直于ab施加F2 N的水平恒力，ab从静止开始无摩擦地运动，始终与MM、NN保持良好接触当ab运动到某处时，框架开始运动设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2.(1)求框架开始运动时ab速度v的大小；(2)从ab开始运动到框架开始运动的过程中，MN上产生的热量Q0.1 J，求该过程ab位移x的大小解析：(1)ab对框架的压力F1m1g框架受水平面的支持力FNm2gF1依题意，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则框架受到最大静摩擦力F2FNab中的感应电动势EBlvMN中电流IMN受到的安培力F安IlB框架开始运动时F安F2由上述各式代入数据解得v6 m/s.(2)闭合回路中产生的总热量Q总Q由能量守恒定律，得Fxm1v2Q总代入数据解得x1.1 m.答案：(1)6 m/s(2)1.1 m图1514(xx四川理综)如图15所示，间距l0.3 m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内，在水平面a1b1b2a2区域内和倾角37的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B10.4 T、方向竖直向上和B21 T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场电阻R0.3 、质量m10.1 kg、长为l的相同导体杆K、S、Q分别放置在导轨上，S杆的两端固定在b1、b2点，K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿有质量m20.05 kg的小环已知小环以a6 m/s2的加速度沿绳下滑，K杆保持静止，Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动不计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长取g10 m/s2，sin370.6，cos370.8.求(1)小环所受摩擦力的大小；(2)Q杆所受拉力的瞬时功率解析：(1)设小环受到的摩擦力大小为Ff，由牛顿第二定律，有m2gFfm2a代入数据，得Ff0.2 N.(2)设通过K杆的电流为I1，K杆受力平衡，有FfB1I1l设回路总电流为I，总电阻为R总，有I2I1R总R设Q杆下滑速度大小为v，产生的感应电动势为E，有IEB2lvFm1gsinB2Il拉力的瞬时功率为PFv联立以上方程，代入数据得P2 W.答案：(1)0.2 N(2)2 W15(xx天津理综)如图16所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为l0.5m, 其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30角完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为m0.02kg，电阻均为R0.1，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B0.2 T，棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能够保持静止取g10m/s2，问图16(1)通过棒cd的电流I是多少，方向如何？(2)棒ab受到的力F多大？(3)棒cd每产生Q0.1J的热量，力F做的功W是多少？解析：(1)棒cd受到的安培力FcdIlB棒cd在共点力作用下平衡，则Fcdmgsin30由式，代入数据解得I1 A根据楞次定律可知，棒cd中的电流方向由d至c.(2)棒ab与棒cd受到的安培力大小相等FabFcd对棒ab，由共点力平衡知Fmgsin30IlB代入数据解得F0.2 N.(3)设在时间t内棒cd产生Q0.1 J的热量，由焦耳定律知QI2Rt设棒ab匀速运动的速度大小为v，其产生的感应电动势EBlv由闭合电路欧姆定律知I由运动学公式知在时间t内，棒ab沿导轨的位移xvt力F做的功WFx综合上述各式，代入数据解得W0.4 J.答案：(1)1 A方向由d至c(2)0.2 N(3)0.4 J16(xx上海单科)电阻可忽略的光滑平行金属导轨长S1.15 m，两导轨间距L0.75 m，导轨倾角为30，导轨上端ab接一阻值R1.5 的电阻，磁感应强度B0.8 T的匀强磁场垂直轨道平面向上阻值r0.5 ，质量m0.2 kg的金属棒与轨道垂直且接触良好，从轨道上端ab处由静止开始下滑至底端，在此过程中金属棒产生的焦耳热Qr0.1 J(取g10 m/s2)求：图17(1)金属棒在此过程中克服安培力的功W安；(2)金属棒下滑速度v2 m/s时的加速度a.(3)为求金属棒下滑的最大速度vm，有同学解答如下：由动能定理，W重W安mvm2，.由此所得结果是否正确？若正确，说明理由并完成本小题；若不正确，给出正确的解答解析：(1)下滑过程中安培力的功即为在电阻上产生的焦耳热，由于R3r，因此QR3Qr0.3 J W安QQRQr0.4 J.(2)金属棒下滑时受重力和安培力F安BILv由牛顿第二定律mgsin30vmaagsin30v(10) m/s23.2 m/s2(3)此解法正确金属棒下滑时受重力和安培力作用，其运动满足mgsin30vma上式表明，加速度随速度增加而减小，棒做加速度减小的加速运动无论最终是否达到匀速，当棒到达斜面底端时速度一定为最大由动能定理可以得到棒的末速度，因此上述解法正确mgSsin30Qmvm2vm m/s2.74 m/s.答案：(1)0.4 J(2)3.2 m/s2(3)见解析