2022年高考物理二輪復習 專題能力訓練 專題十一 電磁感應及綜合應用

2022年高考物理二輪復習 專題能力訓練 專題十一 電磁感應及綜合應用一、選擇題(本題共8小題,每小題8分,共64分。在每小題給出的四個選項中,16題只有一個選項符合題目要求,78題有多個選項符合題目要求,全部選對的得8分,選對但不全的得4分,有選錯的得0分)1.(xx·蘇錫常鎮(zhèn)四市教學調研)如圖所示,邊長為a的導線框abcd處于磁感應強度為B0的勻強磁場中,bc邊與磁場右邊界重合?，F(xiàn)發(fā)生以下兩個過程:一是僅讓線框以垂直于邊界的速度v勻速向右運動;二是僅使磁感應強度隨時間均勻變化。若導線框在上述兩個過程中產生的感應電流大小相等,則磁感應強度隨時間的變化率為()A.B.C.D.2.(xx·江蘇揚州高三統(tǒng)考)如圖所示,在光滑水平面上,有一個粗細均勻的單匝正方形閉合線框abcd。t=0時刻,線框在水平外力的作用下,從靜止開始向右做勻加速直線運動,bc邊剛進入磁場的時刻為t1,ad邊剛進入磁場的時刻為t2,設線框中產生的感應電流的大小為I,ad邊兩端電壓大小為U,水平拉力大小為F,則下列I、U、F隨運動時間t變化關系圖象正確的是()3.(xx·湖北荊門調研)空間存在著沿豎直方向的各處均勻的磁場,將一個不變形的單匝金屬圓線圈放入磁場中,如圖甲所示。設甲圖中線圈中磁感應強度的方向和感應電流的方向為正方向。要想在線圈中產生如圖乙所示的感應電流,圖丙中能正確表示線圈中磁感應強度隨時間變化的圖線是()4.(xx·山西大學附中月考)小明有一個磁浮玩具,其原理是利用電磁鐵產生磁性,讓具有磁性的玩偶穩(wěn)定地飄浮起來,其構造如圖所示。若圖中電源的電壓固定,可變電阻為一可以隨意改變電阻大小的裝置,則下列敘述正確的是()A.電路中的電源必須是交流電源B.電路中的a端點須連接直流電源的負極C.若增加環(huán)繞軟鐵的線圈匝數(shù),可增加玩偶飄浮的最大高度D.若將可變電阻的電阻值調大,可增加玩偶飄浮的最大高度5.如圖甲所示,正三角形導線框abc固定在磁場中,磁場方向與線圈平面垂直,磁感應強度B隨時間變化的關系如圖乙所示。t=0時刻磁場方向垂直紙面向里,在04 s的時間內,線框ab邊所受到的安培力F隨時間t變化的關系(規(guī)定水平向左為力的正方向)可能是下圖中的()甲6.如圖甲所示,垂直紙面向里的勻強磁場的區(qū)域寬度為2a,磁感應強度的大小為B。一邊長為a、電阻為4R的正方形均勻導線框CDEF從圖示位置開始沿x軸正方向以速度v勻速穿過磁場區(qū)域,在圖乙中給出的線框EF兩端的電壓UEF與線框移動距離x的關系的圖象正確的是()乙7.(xx·湖南長沙聯(lián)考)如圖甲所示,abcd是位于豎直平面內的正方形閉合金屬線框,在金屬線框的下方有一磁感應強度為B的勻強磁場區(qū)域,MN和M'N'是勻強磁場區(qū)域的水平邊界,邊界的寬度為s,并與線框的bc邊平行,磁場方向與線框平面垂直?，F(xiàn)讓金屬線框由距MN的某一高度從靜止開始下落,圖乙是金屬線框由開始下落到完全穿過勻強磁場區(qū)域的v-t圖象(其中OA、BC、DE相互平行)。已知金屬線框的邊長為L(L<s)、質量為m,電阻為R,當?shù)氐闹亓铀俣葹間,圖象中坐標軸上所標出的字母v1、v2、t1、t2、t3、t4均為已知量。(下落過程中bc邊始終水平)根據題中所給條件,以下說法正確的是()A.t2是線框全部進入磁場瞬間,t4是線框全部離開磁場瞬間B.從bc邊進入磁場起一直到ad邊離開磁場為止,感應電流所做的功為mgsC.v1的大小可能為D.線框穿出磁場過程中流經線框橫截面的電荷量比線框進入磁場過程中流經線框橫截面的電荷量多8.如圖所示,在傾角為的光滑斜面上,存在著兩個磁感應強度大小均為B的勻強磁場區(qū)域。區(qū)域的磁場方向垂直斜面向上,區(qū)域的磁場方向垂直斜面向下,磁場邊界MN、PQ、GH均平行于斜面底邊,MP、PG均為l。一個質量為m、電阻為R、邊長也為l的正方形導線框,由靜止開始沿斜面下滑,下滑過程中ab邊始終與斜面底邊平行。t1時刻ab邊剛越過GH進入磁場區(qū)域,此時導線框恰好以速度v1做勻速直線運動;t2時刻ab邊下滑到PQ與MN的中間位置,此時導線框又恰好以速度v2做勻速直線運動。重力加速度為g,下列說法中正確的是()A.當ab邊剛越過PQ時,導線框加速度大小為a=gsin B.導線框兩次勻速直線運動的速度v1v2=41C.從t1到t2的過程中,導線框克服安培力做功的大小等于機械能的減少量D.從t1到t2的過程中,有機械能轉化為電能二、非選擇題(本題共2小題,共36分)9.(16分)如圖所示,兩條足夠長的平行金屬導軌相距l(xiāng),與水平面的夾角為,整個空間存在垂直于導軌平面的勻強磁場,磁感應強度大小均為B,虛線上方軌道光滑且磁場方向向上,虛線下方軌道粗糙且磁場方向向下。當導體棒EF以初速度v0沿導軌上滑至最大高度的過程中,導體棒MN一直靜止在導軌上。若兩導體棒質量均為m、電阻均為R,導軌電阻不計,重力加速度為g,在此過程中導體棒EF上產生的焦耳熱為Q,求:(1)導體棒MN受到的最大摩擦力;(2)導體棒EF上升的最大高度。10.(20分)(xx·北京海淀高三統(tǒng)考)洋流又叫海流,指大洋表層海水常年大規(guī)模的沿一定方向較為穩(wěn)定的流動。因為海水中含有大量的正、負離子,這些離子隨海流做定向運動,如果有足夠強的磁場能使海流中的正、負離子發(fā)生偏轉,便可用來發(fā)電。圖為利用海流發(fā)電的磁流體發(fā)電機原理示意圖,其中的發(fā)電管道是長為L、寬為d、高為h的矩形水平管道。發(fā)電管道的上、下兩面是絕緣板,南、北兩側面M、N是電阻可忽略的導體板。兩導體板與開關S和定值電阻R相連。整個管道置于方向豎直向上、磁感應強度大小為B的勻強磁場中。為了簡化問題,可以認為:開關閉合前后,海水在發(fā)電管道內以恒定速率v朝正東方向流動,發(fā)電管道相當于電源,M、N兩端相當于電源的正、負極,發(fā)電管道內海水的電阻為r(可視為電源內阻)。管道內海水所受的摩擦阻力保持不變,大小為Ff。不計地磁場的影響。(1)判斷M、N兩端哪端是電源的正極,并求出此發(fā)電裝置產生的電動勢;(2)要保證發(fā)電管道中的海水以恒定的速度流動,發(fā)電管道進、出口兩端要保持一定的壓力差。請推導當開關閉合后,發(fā)電管兩端壓力差F與發(fā)電管道中海水的流速v之間的關系;(3)發(fā)電管道進、出口兩端壓力差F的功率可視為該發(fā)電機的輸入功率,定值電阻R消耗的電功率與輸入功率的比值可定義為該發(fā)電機的效率。求開關閉合后,該發(fā)電機的效率;在發(fā)電管道形狀確定、海水的電阻r、外電阻R和管道內海水所受的摩擦阻力Ff保持不變的情況下,要提高該發(fā)電機的效率,簡述可采取的措施。參考答案1.B解析:線框以垂直于邊界的速度v勻速向右運動時,根據法拉第電磁感應定律有E=B0av,感應電流為I=;磁感應強度隨時間均勻變化時,E=a2,E=IR,聯(lián)立得E=a2=B0av,得。2.C解析:由于線框進入磁場是做勻加速直線運動,故速度是逐漸增加的,所以進入磁場時產生的電動勢也是逐漸增加的,由于線框的電阻不變,故線框中的電流也是逐漸增加的,選項A錯誤;當線框全部進入磁場后,由于穿過線框的磁通量不變,故線框中的電動勢為0,所以線框里的電流也為0,所以選項B錯誤;由于線框在進入磁場的過程中電流是均勻增加的,故ad邊兩端電壓也是均勻增加的,但當線框全部進入磁場后,ad間的電壓相當于一個導體棒在磁場中切割磁感線而產生的感應電壓,該電壓隨運動速度的增大而增大,且大于t2時刻時ad間的電壓,故選項C正確;而對線框的拉力,在線框進入磁場前,由于線框做加速運動,故需要一定的拉力,進入磁場后,線框中的感應電流是均勻增加的,會產生阻礙線框運動的也是均勻增大的安培力,故需要的拉力也是均勻增大的,即F=ma+,可見拉力F與速度v(或時間t)成線性關系,不是正比關系,其圖象不過原點,所以選項D錯誤。3.A解析:由題圖乙知在01 s內產生的電流不變,根據E=IR知,電動勢不變,又由E=n知,磁感應強度隨時間均勻變化,所以選項B錯誤;在01 s內,感應電流方向為正方向,由右手定則可得感應電流磁場方向為負方向,若原磁場方向為正,根據楞次定律知,磁感應強度增加,所以選項C、D錯誤;若原磁場方向為負,根據楞次定律知,磁感應強度減少,則選項A正確。4.C解析:讓具有磁性的玩偶穩(wěn)定地飄浮起來,則需讓玩偶受到向上的恒定的磁場力,在線圈中要產生上面是N極的恒定的磁場,故電路中的電源必須是直流電源,且根據左手定則,電路中的a端點須連接直流電源的正極,選項A、B錯誤;若增加環(huán)繞軟鐵的線圈匝數(shù),可使電磁鐵產生的磁場增強,從而增加玩偶飄浮的最大高度,選項C正確;若將可變電阻的電阻值調大,則通過電磁鐵的電流減小,磁場減弱,則可減小玩偶飄浮的最大高度,選項D錯誤。5.A解析:由磁感應強度隨時間的變化圖象可判斷出12 s內線框的電流方向為順時針,然后利用左手定則判定ab邊所受到的安培力水平向左,大小為BIL,由于B隨時間均勻變化,則安培力也隨時間均勻變化,據此排除選項C、D;然后再由34 s內安培力方向排除選項B。6.D解析:線框經過整個磁場區(qū)域過程做勻速直線運動,所以產生的感應電動勢大小E=Bav,剛進入磁場時,等效電路如圖甲所示;完全在磁場中運動時等效電路如圖乙所示;一條邊從磁場中離開時等效電路如圖丙所示。據以上分析易知選項D正確,A、B、C錯誤。7.AC解析:因線框全部進入磁場后和全部離開磁場后均做加速度為g的勻加速運動,故由題中圖線可知,t2是線框全部進入磁場瞬間,t4是線框全部離開磁場瞬間,選項A正確;從bc邊進入磁場時線框的速度為v2,ad邊離開磁場時線框的速度為v1,此過程中線圈的機械能的減小量為E=+mg(L+s),則產生的電能為W電=+mg(L+s),選項B錯誤;線圈全部進入磁場時可能達到了最大速度,即滿足mg=BL,即v1的大小可能為vm=,選項C正確;根據q=t=可知,線圈進入磁場和線離開磁場時磁通量的變化量相等,故線框穿出磁場過程中流經線框橫截面的電荷量等于線框進入磁場過程中流經線框橫截面的電荷量,選項D錯誤。故選A、C。8.BC解析:線框在區(qū)域 內做勻速直線運動,滿足合力為零,有mgsin -=0;線框的ab邊剛越過PQ時,兩邊都在切割磁感線,都受到沿斜面向上的安培力,則mgsin -=ma,a=-3gsin ,選項A錯誤;線框再次勻速時,其受合力也為零,有mgsin -=0,可得,選項B正確;從t1到t2的過程中,安培力做負功,重力做正功,根據動能定理,可得WG-WF=,解得WF=WG+,即線框從t1到t2過程中克服安培力所做的功等于線框機械能的減少量,選項C正確,選項D錯誤。9.答案:見解析解析:(1)EF獲得向上初速度v0時,感應電動勢E=Blv0電路中電流為I,由閉合電路歐姆定律得I=此時對導體棒MN受力分析,由平衡條件得FA+mgsin =FfFA=BIl解得Ff=+mgsin 。(2)導體棒上升過程MN一直靜止,對系統(tǒng)由能的轉化和守恒定律,=mgh+2Q解得h=。10.答案:(1)M端為電源的正極Bdv(2)F=Ff+(3)增大發(fā)電管道內海水的流速v和增強磁感應強度B可以提高發(fā)電機效率。解析:(1)由右手定則可知M端電勢高,M端為電源的正極。開關S斷開,MN兩端的電壓U等于電源的電動勢E,即U=E由于導電離子做勻速運動,所以有q=qvB解得E=U=Bdv(2)以發(fā)電管道內的海水為研究對象,其受力平衡,則有F=BId+Ff根據歐姆定律有I=解得F=Ff+(3)由題意可知輸入功率P入=Fv=Ffv+輸出功率P出=I2R=R解得=可見,增大發(fā)電管道內海水的流速v和增強磁感應強度B可以提高發(fā)電機效率。