20202021年高三物理单元同步提升训练电磁感应pdf

2020-2021年高三物理单元同步提升训练：电磁感应一、单选题（每题3分，共计24分）1.（2020年全国II卷）管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示，圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为（）A.库仑B.霍尔C.洛伦兹D.法拉第【答案】D【解析】【详解】由题意可知，圆管为金属导体，导体内部自成闭合回路，且有电阻，当周围的线圈中产生出交变磁场时，就会在导体内部感应出涡电流，电流通过电阻要发热。该过程利用原理的是电磁感应现象，其发现者为法拉第。故选D。2.（2020年全国III卷）如图，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到（）A.拨至M端或N端，圆环都向左运动B.拨至M端或N端，圆环都向右运动C.拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动D.拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动【答案】B【解析】【详解】无论开关S拨至哪一端，当把电路接通一瞬间，左边线圈中的电流从无到有，电流在线圈轴线上的磁场从无到有，从而引起穿过圆环的磁通量突然增大，根据楞次定律（增反减同），右边圆环中产生了与左边线圈中方向相反的电流，异向电流相互排斥，所以无论哪种情况，圆环均向右运动。故选B。3.如图甲所示,一固定的矩形导体线圈abcd竖直放置,线圈的两端M、N接一理想电压表,线圈内有一垂直纸面向外的均匀分布的磁场,线圈中的磁通量按图乙所示规律变化。下列说法正确的是()。A.测电压时电压表“+”接线柱应接M端B.M端的电势高于N端的电势C.在0~0.4s时间内磁通量的变化量为0.3WbD.电压表示数为0.25V【解析】由楞次定律判定,感应电流的方向沿顺时针方向,线圈相当于电源,而电源中电流由低电势流向高电势,故N端的电势高于M端电势,N端应该与电压表的“+”接线柱连接,A、B两项错误;由图乙可知,0~0.4s内磁通量的变化量为0.1Wb,C项错误;磁通量的变化率=0.25Wb/s=0.25V,则电压表示数为0.25V,D项正确。【答案】D4.（2020年浙江卷）如图所示，固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。长为l的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直导电转轴OO上，随轴以角速度匀速转动。在圆环的A点和电刷间接有阻值为R的电阻和电容为C、板间距为d的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为g，不计其它电阻和摩擦，下列说法正确的是（）A.棒产生的电动势为212BlB.微粒的电荷量与质量之比为22gdBrC.电阻消耗的电功率为242BrRD.电容器所带的电荷量为2CBr【答案】B【解析】【详解】A．如图所示，金属棒绕OO轴切割磁感线转动，棒产生的电动势21=22rEBrBrA错误；B．电容器两极板间电压等于电源电动势E，带电微粒在两极板间处于静止状态，则Eqmgd即22212qdgdgdgmEBrBrB正确；C．电阻消耗的功率22424EBrPRRC错误；D．电容器所带的电荷量22CBrQCED错误。故选B。5.如图所示电路中,灯泡A、B的规格相同,电感线圈L的自感系数足够大且电阻可忽略,电容器的电容为C,电源电动势为E,内阻为r。下列关于此电路的说法中正确的是()。A.S闭合电路稳定后,电容器的带电荷量为CEB.S闭合后的瞬间,B先亮,A逐渐变亮,最后A、B一样亮C.S断开后的瞬间,通过灯泡A的电流方向向上D.S断开后的瞬间,灯泡B慢慢熄灭【解析】当电路稳定后,电容器与灯泡并联,其电压低于电源电动势E,因此电容器的电荷量小于CE,A项错误。闭合S时,电源的电压同时加到两灯上,A、B同时亮,随着L中电流增大,由于线圈L的直流电阻可忽略不计,分流作用增大,A逐渐被短路直到熄灭,外电路总电阻减小,总电流增大,B变亮,B项错误。断开S的瞬间,线圈中电流要减小,则出现自感电动势,通过灯泡A的电流方向向下,C项错误。断开S的瞬间,电容器也要放电,则灯泡B慢慢熄灭,D项正确。【答案】D6.如图所示,平行金属轨道宽度为d,一部分轨道水平,左端接电阻R,倾斜部分与水平面的夹角为θ,且置于垂直斜面向上的匀强磁场中,磁感应强度为B。现将一质量为m、长度也为d的导体棒从导轨顶端由静止释放,直至滑到水平部分(导体棒下滑到水平部分之前已经匀速,滑动过程与导轨保持良好接触,重力加速度为g)。不计一切摩擦阻力,导体棒接入回路的电阻为r,则整个下滑过程中不正确说法是()。A.导体棒匀速运动的速度大小为B.匀速运动时导体棒两端的电压为C.导体棒下滑距离为s时,通过R的总电荷量为D.重力和安培力对导体棒所做的功小于导体棒获得的动能【解析】导体棒下滑过程中受到重力沿斜面向下的分力和沿斜面向上的安培力,当导体棒匀速运动时,有mgsinθ=BId,根据欧姆定律可得I=,根据法拉第电磁感应定律可得E=Bdv,联立解得v=sinθ,E=Bdv=sinθ,故导体棒两端的电压U==sinθ,A项正确,B项错误;根据法拉第电磁感应定律有E===,故q=IΔt=Δt=,根据动能定理可得重力和安培力对导体棒所做的功等于导体棒获得的动能,故C项正确,D项正确。【答案】B7.两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直．边长为0.1m、总电阻为0.005Ω的正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场边界平行，如图(a)所示．已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t＝0时刻进入磁场．线框中感应电动势随时间变化的图线如图(b)所示(感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正)．下列说法正确的是()A．磁感应强度的大小为0.5TB．导线框运动速度的大小为1m/sC．磁感应强度的方向垂直于纸面向外D．在t＝0.4s至t＝0.6s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1N【答案】C【解析】导线框运动的速度v＝Lt1＝0.10.2m/s＝0.5m/s，根据E＝BLv＝0.01V可知，B＝0.2T，A错误，B错误；根据楞次定律可知，磁感应强度的方向垂直于纸面向外，C正确；在t＝0.4s至t＝0.6s这段时间内，导线框中的感应电流I＝ER＝0.010.005A＝2A，安培力大小为F＝BIL＝0.04N，D错误．8.如图所示,有一等腰直角三角形的区域,其斜边长为2L,高为L。在该区域内分布着如图所示的磁场,左侧磁场方向垂直纸面向外,右侧磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小均为B。一边长为L、总电阻为R的正方形导线框abcd,从图示位置开始沿x轴正方向以速度v匀速穿过磁场区域。取沿顺时针方向的感应电流方向为正,则下列表示线框中电流i随bc边的位置坐标x变化的图象正确的是()。【解析】当bc边进入左边磁场区域切割磁感线时,根据右手定则,线框中产生沿顺时针方向的感应电流,其切割磁感线的有效长度从零逐渐增大至L;当bc边进入右边磁场区域时,ad边开始进入左边磁场区域,根据右手定则,线框中产生沿逆时针方向的感应电流,此时电动势E=B(de+cf)v,由几何知识可知,线框运动时,切割磁感线的有效长度de与cf之和等于L,是恒定的,因此这段时间内感应电流也是定值,当bc边出磁场区域后ad边开始进入右边磁场区域切割磁感线,根据右手定则,线框中产生沿顺时针方向的感应电流,且有效长度从L开始逐渐减小至零,综上所述,D项正确。【答案】D二、多选题（每题5分，共计20分）9.（2019·新课标全国Ⅰ卷）(多选)空间存在一方向与直面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图（a）中虚线MN所示，一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S，将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上。t=0时磁感应强度的方向如图（a）所示。磁感应强度B随时间t的变化关系如图（b）所示，则在t=0到t=t1的时间间隔内A．圆环所受安培力的方向始终不变B．圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C．圆环中的感应电流大小为004BrStD．圆环中的感应电动势大小为200π4Brt【答案】BC【解析】AB、根据B-t图象，由楞次定律可知，线圈中感应电流方向一直为顺时针，但在t0时刻，磁场的方向发生变化，故安培力方向AF的方向在t0时刻发生变化，则A错误，B正确；CD、由闭合电路欧姆定律得：EIR，又根据法拉第电磁感应定律得：，又根据电阻定律得：2rRS，联立得：004BrSIt，则C正确，D错误。故本题选BC。10.（2019·新课标全国Ⅱ卷）(多选)如图，两条光滑平行金属导轨固定，所在平面与水平面夹角为θ，导轨电阻忽略不计。虚线ab、cd均与导轨垂直，在ab与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场。将两根相同的导体棒PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放，两者始终与导轨垂直且接触良好。已知PQ进入磁场时加速度变小恰好为零，从PQ进入磁场开始计时，到MN离开磁场区域为止，流过PQ的电流随时间变化的图像可能正确的是【答案】AD【解析】于PQ进入磁场时加速度为零，AB．若PQ出磁场时MN仍然没有进入磁场，则PQ出磁场后至MN进入磁场的这段时间，由于磁通量φ不变，无感应电流。由于PQ、MN同一位置释放，故MN进入磁场时与PQ进入磁场时的速度相同，所以电流大小也应该相同，A正确B错误；CD．若PQ出磁场前MN已经进入磁场，由于磁通量φ不变，PQ、MN均加速运动，PQ出磁场后，MN由于加速故电流比PQ进入磁场时电流大，故C正确D错误。11.（2019·新课标全国Ⅲ卷）(多选)如图，方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨，两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上。t=0时，棒ab以初速度v0向右滑动。运动过程中，ab、cd始终与导轨垂直并接触良好，两者速度分别用v1、v2表示，回路中的电流用I表示。下列图像中可能正确的是【答案】AC【解析】ab棒向右运动，切割磁感线产生感应电流，则受到向左的安培力，从而向左做减速运动，；金属棒cd受向右的安培力作用而做加速运动，随着两棒的速度差的减小安培力减小，加速度减小，当两棒速度相等时，感应电流为零，最终两棒共速，一起做匀速运动，故最终电路中电流为0，故AC正确，BD错误。12.（2020年全国I卷）如图，U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上，ab和dc边平行，和bc边垂直。ab、dc足够长，整个金属框电阻可忽略。一根具有一定电阻的导体棒MN置于金属框上，用水平恒力F向右拉动金属框，运动过程中，装置始终处于竖直向下的匀强磁场中，MN与金属框保持良好接触，且与bc边保持平行。经过一段时间后（）A.金属框的速度大小趋于恒定值B.金属框的加速度大小趋于恒定值C.导体棒所受安培力的大小趋于恒定值D.导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值【答案】BC【解析】【详解】由bc边切割磁感线产生电动势，形成电流，使得导体棒MN受到向右的安培力，做加速运动，bc边受到向左的安培力，向右做加速运动。当MN运动时，金属框的bc边和导体棒MN一起切割磁感线，设导体棒MN和金属框的速度分别为1v、2v，则电路中的电动势21()EBLvv电流中的电流21()BLvvEIRR金属框和导体棒MN受到的安培力2221()=BLvvFR安框，与运动方向相反2221()=MNBLvvFR安，与运动方向相同设导体棒MN和金属框的质量分别为1m、2m，则对导体棒MN222111()BLvvmaR对金属框222122()BLvvFmaR初始速度均为零，则a1从零开始逐渐增加，a2从2Fm开始逐渐减小。当a1＝a2时，相对速度12122122()FRmvvBLmm大小恒定。整个运动过程用速度时间图象描述如下。综上可得，金属框的加速度趋于恒定值，安培力也趋于恒定值，BC选项正确；金属框的速度会一直增大，导体棒到金