高考物理练习题及答案-电磁感应规律及其应用

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电磁感应现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势，下面是高考物理练习题及答案-电磁感应规律及其应用，请考生认真练习。
一、选择题(共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一项符合题目要求，第7～8题有多项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。)
1.(2015·新课标全国卷，15)如图，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc。已知bc边的长度为l。下列判断正确的是(　　)
A.Ua>Uc，金属框中无电流
B.Ub>Uc，金属框中电流方向沿a-b-c-a
C.Ubc=-Bl2ω，金属框中无电流
D.Ubc=Bl2ω，金属框中电流方向沿a-c-b-a
2.(2015·重庆理综，4)图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图，线圈匝数为n，面积为S。若在t1到t2时间内，匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈，其磁感应强度大小由B1均匀增加到B2，则该段时间线圈两端a和b之间的电势差φa-φb(
A.恒为
B.从0均匀变化到
C.恒为-
D.从0均匀变化到-
3.(2015·安徽理综，19)如图所示，abcd为水平放置的平行“”形光滑金属导轨，间距为l，导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨电阻不计。已知金属杆MN倾斜放置，与导轨成θ角，单位长度的电阻为r，保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)。则(　　)
A.电路中感应电动势的大小为
B.电路中感应电流的大小为
C.金属杆所受安培力的大小为
D.金属杆的发热功率为
4.(2015·福建理综，18)如图，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中。一接入电路电阻为R的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦。在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中(　　)
A.PQ中电流先增大后减小
B.PQ两端电压先减小后增大
C.PQ上拉力的功率先减小后增大
D.线框消耗的电功率先减小后增大
5.(2015·山东理综，19)如图甲，R0为定值电阻，两金属圆环固定在同一绝缘平面内。左端连接在一周期T0的正弦交流电源上，经二极管整流后，通过R0的电流i始终向左，其大小按图乙所示规律变化。规定内圆环a端电势高于b端时，a、b间的电压uab为正，下列uab-t图象可能正确的是(　　)
6.(2014·新课标全国卷，18)如图(a)，线圈ab、cd绕在同一软铁芯ab线圈中通以变化的电流。用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示。已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是(　　)
7.(2015·新课标全国卷，19) 1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验(　　)
A.圆盘上产生了感应电动势
B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动
C.在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化
D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动
8.(2015·山东理综，17)如图，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动。现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速。在圆盘减速过程中，以下说法正确的是(　　)
A.处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高
B.所加磁场越强越易使圆盘停止转动
C.若所加磁场反向，圆盘将加速转动
D.若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动
二、计算题(本题共2小题，共28分。写出必要的文字说明，方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不得分。)
9.(2015·浙江理综，24)(14分)小明同学设计了一个“电磁天平”，如图1所示，等臂天平的左臂为挂盘，右臂挂有矩形线圈，两臂平衡。线圈的水平边长L=0.1 m，竖直边长H=0.3 m，匝数为N1。线圈的下边处于匀强磁场内，磁感应强度B0=1.0 T，方向垂直线0～2.0 A范围内调节的电流I。挂盘放上待测物体后，调节线圈中电流使天平平衡，测出电流即可测得物体的质量。(重力加速度取g=10 m/s2)
(1)为使电磁天平的量程达到0.5 kg，线圈的匝数N1至少为多少?
(2)进一步探究电磁感应现象，另选N2=100匝、形状相同的线圈，总电阻R=10 Ω，不接外电流，两臂平衡。如图2所示，保持B0B随时间均匀变大，磁场区域宽度d=0.1 m。当挂盘中放质量为0.01 kg的物体时，天平平衡，求此时磁感应强度的变化率。
10.(2015·天津理综，11)(14分)如图所示， “凸”字形硬质金属线框质量为m，相邻各边互相垂直ab边长为l，cd边长为2l，ab与cd平行，间距为2l。匀强磁场区域的上下边界均水平，磁场方向垂直于线框所在平面。开始时，cd边到磁场上边界的距离为2l，线框由静止释放，从cd边进入磁场直到ef、pq边进入磁场前，线框做匀速运动，在ef、pq边离开磁场后，ab边离开磁场之前，线框又做匀速运动。线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q。线框在下落过程中始终处于原竖直平面内，且ab、cd边保持水平，重力加速度为g。求：
(1)线框ab边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍;
(2)磁场上下边界间的距离H。
导航卷十　电磁感应规律及其应用
1.C　[金属框绕ab边转动时，闭合回路abc中的磁通量始终为零(即不变)，所以金属框中无电流。金属框在逆时针转动时，bc边和ac边均切割磁感线，由右手定则可知φb<φc，φa<φcE=Blv可知，Ubc=Uac=-Bl=-Bl=-Bl2ω。由以上分析可知选项C正确。]
2.C　[由于磁感应强度均匀增大，故φa-φb为定值，由楞次定律可得φa<φb，故由法拉第电磁感应定律得φa-φb=-C项正确。]
3.B　[电路中的感应电动势E=Blv，感应电流I===故A错误，B正确;金属杆所受安培力大小F=BI=，故C错误;金属杆的发热功率P=I2R=I2 r=，故D错误。]
4.C　[设PQ左侧电路的电阻为Rx，则右侧电路的电阻为3R-Rx，所以外电路的总电阻为R外=，外电路电阻先增大后减小，路端电压先增大后减小，所以B错误;电路的总电阻先增大后减小，再根据闭合电路的欧姆定律可得PQ中的电流I=，先减小后增大，故A错误;由于导体棒做匀速运动，拉力等于安F=BIL，拉力的功率P=BILv，故先减小后增大，所以C正确;外电路的总电阻R外=，最大值为R，小于导体棒的电阻R，又外电阻先增大后减小，由电源的输出功率与外电阻的关系图象可知，线框消耗的电功率先增大后减小，故D错误.]
5.C　[在第一个0.25T0时间内，通过大圆环的电流为瞬时针逐渐增加，由楞次定律和a端电势高于b端，因电流的变化率逐渐减小，故内环的电动势逐渐减小;同理在第0.25 T0～0.5 T0时间内，通过大圆环的电流为瞬时针逐渐减小，由楞次定律和右手螺旋定则可判断内环的a端电势低于b端，因电流的变化率逐渐变大故内环的电动势逐渐变大，故选项C正确。]
6.C　[由题图(b)可知c、d间的电压大小是不变化的，根据法拉第电磁感应定律可判断出线圈cd中磁通量的变化率是不变的，又因已知线圈内部的磁场与流经线ab中的电流是均匀变化的，选项C正确，A、B、D均错误。]
7.AB　[圆盘运动过程中，半径方向的金属条在切割磁感线，在圆心和边缘之间产生了感应电动势，选项A正确;圆盘在径向的辐条切割磁感线过程中，内部距离圆心远近不同的点电势不等而形成涡流，产生的磁场又导致磁针转动，选项B正确;圆盘转动过程中，圆盘位置、圆盘面积和磁场都没有发生变化，所以没有磁通量的变化，选项C错误;圆盘本身呈现电中性，不会产生环形电流，选项D
8.ABD　[由右手定则可知，处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高，选项A正确;根据E=BLv可知所加磁场越强，则感应电动势越大，感应电流越大，产生的阻碍圆盘转动的安培力越大，则圆盘越容易停止转动，选项B正确;若加反向磁场，根据楞次定律可知安培力阻碍圆盘的转动，故圆盘仍减速转动，选项C错误;若所加磁场穿过整个圆盘，则圆盘中无感应电流，不产生安培力，圆盘匀速转动，选项D正确。]
9.(1)题中“电磁天平”中的线圈受到安培力
F=N1B0IL①
由天平平衡可知：mg=N1B0IL②
代入数据解得：N1=25匝③
(2)由电磁感应定律得：E=N2=N2Ld④
由欧姆定律得：I′=⑤
线圈受到的安培力F′=N2B0I′L⑥
由天平平衡可得：m′g=NB0·⑦
代入数据可得=0.1 T/s⑧
答案　(1)25匝　(2)0.1 T/s
10.【详细分析】(1)设磁场的磁感应强度大小为B，cd边刚进入磁场时，线框做匀速运动的速度为v1，cd边上的感应电动势为E1，由法拉第电磁感应定律，有E1=2Blv1①
设线框总电阻为R，此时线框中电流为I1，由闭合电路欧姆定律，有I1=②
设此时线框所受安培力为F1，有F1=2I1lB③
由于线框做匀速运动，其受力平衡，有mg=F1④
由①②③④式得v1=⑤
设ab边离开磁场之前，线框做匀速运动的速度为v2，同理可得
v2=⑥
由⑤⑥式v2=4v1⑦
(2)线框自释放直到cd边进入磁场前，由机械能守恒定律，有2mgl=mv⑧
线框完全穿过磁场的过程中，由能量守恒定律，有
mg(2l+H)=mv-mv+Q⑨
由⑦⑧⑨式得H=+28l⑩
答案　(1)4倍　(2)+28l
1.电磁感应中动力学问题的分析方法
(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。
(2)求回路的电流。
(3)分析导体受力情况(包含安培力在内的全面受力分析)。
(4)根据平衡条件或牛顿第二定律列方程。
2.两种状态处理
(1)导体处于平衡态——静止或匀速直线运动状态。
处理方法：根据平衡条件合外力等于零列式分析。
(2)导体处于非平衡态——加速度不为零。
处理方法：根据牛