2020版高考物理教科版大一轮复习练习：第十章 电磁感应 本章综合能力提升练 Word版含解析.pdf

本章综合能力提升练本章综合能力提升练 一、单项选择题 1.下列没有利用涡流的是( ) A.金属探测器 B.变压器中用互相绝缘的硅钢片叠成铁芯 C.用来冶炼合金钢的真空冶炼炉 D.磁电式仪表的线圈用铝框做骨架 答案 B 解析 金属探测器、真空冶炼炉都是利用涡流现象工作的，磁电式仪表利用涡流能让指针快 速稳定，也是利用涡流现象，变压器中的硅钢片是为了防止涡流产生铁损. 2.如图 1 所示，金属棒 ab、金属导轨和螺线管组成闭合回路，金属棒 ab 在匀强磁场 B 中沿 导轨向右运动，则( ) 图 1 A.ab 棒不受安培力作用 B.ab 棒所受安培力的方向向右 C.ab 棒向右运动速度 v 越大，所受安培力越大 D.螺线管产生的磁场，A 端为 N 极 答案 C 解析 金属棒 ab 沿导轨向右运动时，安培力方向向左，“阻碍”其运动，选项 A、B 错误； 金属棒 ab 沿导轨向右运动时，感应电动势 EBlv，感应电流 I ，安培力 FBIl， E R B2l2v R 可见，选项 C 正确 ； 根据右手定则可知，流过金属棒 ab 的感应电流的方向是从 b 流向 a，所 以流过螺线管的电流方向是从 A 端到达 B 端， 根据右手螺旋定则可知， 螺线管的 A 端为 S 极， 选项 D 错误. 3.在水平面内有一固定的 U 形裸金属框架，框架上静止放置一根粗糙的金属杆 ab，整个装置 放在竖直方向的匀强磁场中，如图 2 所示.下列说法中正确的是( ) 图 2 A.只有当磁场方向向上且增强，ab 杆才可能向左移动 B.只有当磁场方向向下且减弱，ab 杆才可能向右移动 C.无论磁场方向如何，只要磁场减弱，ab 杆就可能向右移动 D.当磁场变化时，ab 杆中一定有电流产生，且一定会移动 答案 C 解析 由楞次定律可知， 当闭合回路的磁通量增大时， 导体棒将向左移动， 阻碍磁通量的增加， 当闭合回路的磁通量减小时，导体棒将向右移动，以便阻碍磁通量的减小，与磁场方向无关， 故选 C. 4.(2017·天津理综·3)如图 3 所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻 R.金 属棒 ab 与两导轨垂直并保持良好接触， 整个装置放在匀强磁场中， 磁场方向垂直于导轨平面 向下.现使磁感应强度随时间均匀减小，ab 始终保持静止，下列说法正确的是( ) 图 3 A.ab 中的感应电流方向由 b 到 a B.ab 中的感应电流逐渐减小 C.ab 所受的安培力保持不变 D.ab 所受的静摩擦力逐渐减小 答案 D 解析 金属棒 ab、电阻 R、导轨构成闭合回路，磁感应强度均匀减小(k 为一定值)，则 B t 闭合回路中的磁通量减小，根据楞次定律，可知回路中产生顺时针方向(从上向下看)的感应 电流， ab 中的电流方向由 a 到 b， 故 A 错误 ； 根据法拉第电磁感应定律， 感应电动势 E t kS，回路面积 S 不变，即感应电动势为定值，回路中的总电阻不变，所以 ab 中的电 B·S t 流大小不变，故 B 错误；安培力 FBIL，电流大小和金属棒长度不变，磁感应强度减小， 则安培力减小，故 C 错误；金属棒处于静止状态，所受合力为零，对其受力分析，水平方向 静摩擦力 Ff与安培力 F 等大反向，安培力减小，则静摩擦力减小，故 D 正确. 5.(2018·福建省龙岩市一模)如图 4 甲所示， 用一根横截面积为 S、 电阻率为 的硬质导线做成 一个半径为 r 的圆环，ab 为圆环的直径.在 ab 的右侧存在一个足够大的匀强磁场，t0 时刻 磁场方向垂直于竖直圆环平面向里， 磁场磁感应强度 B 随时间 t 变化的关系图像如图乙所示， 则 0t1时间内( ) 图 4 A.圆环中产生的感应电流的方向为逆时针 B.圆环中产生的感应电流的方向先是顺时针后是逆时针 C.圆环一直具有扩张的趋势 D.圆环中感应电流的大小为B 0rS 4t0 答案 D 解析 磁通量先向里减小再向外增加，由楞次定律“增反减同”可知，线圈中的感应电流方向一 直为顺时针，故A、B 错误；由楞次定律的“来拒去留”可知，0t0时间内，为了阻碍磁通量的 减小，线圈有扩张的趋势，t0t1时间内为了阻碍磁通量的增大，线圈有缩小的趋势，故C 错误； 由法拉第电磁感应定律得E，感应电流I ·，故D 正确. B·S圆环 2t B0r2 2t0 E R B0r2 2t0 S ·2r B0rS 4t0 6.如图 5，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 逆时针转动时，a、b、c 三点的电势分别为 a、b、c. 已知 bc 边的长度为 l.下列判断正确的是( ) 图 5 A.ac，金属框中无电流 B.bc，金属框中电流方向沿 abca C.Ubc Bl2，金属框中无电流 1 2 D.Ubc Bl2，金属框中电流方向沿 acba 1 2 答案 C 解析 金属框 abc 平面与磁场平行，转动过程中磁通量始终为零，所以无感应电流产生，选 项B、 D错误.转动过程中bc边和ac边均切割磁感线， 产生感应电动势， 由右手定则判断ac， bc，选项 A 错误.由转动切割产生感应电动势的公式得 Ubc Bl2，选项 C 正确. 1 2 7.(2018·湖南省株洲市第二次质检)如图 6， 沿东西方向站立的两同学(左西右东)做 “摇绳发电” 实验：把一条长导线的两端连在一个灵敏电流计(零刻度在表盘中央)的两个接线柱上，形成 闭合回路，然后迅速摇动 MN 这段“绳”.假设图中情景发生在赤道，则下列说法正确的是 ( ) 图 6 A.当“绳”摇到最高点时，“绳”中电流最大 B.当“绳”摇到最低点时，“绳”受到的安培力最大 C.当“绳”向下运动时，N 点电势比 M 点电势高 D.摇“绳”过程中，灵敏电流计指针的偏转方向不变 答案 C 解析 当“绳”摇到最高点时，绳转动的速度与地磁场方向平行，不切割磁感线，没有感应 电流，故 A 错误；当“绳”摇到最低点时，“绳”转动的速度与地磁场方向平行，不切割磁 感线，没有感应电流，“绳”不受安培力，故 B 错误.当“绳”向下运动时，地磁场向北，根 据右手定则判断可知，“绳”中 N 点电势比 M 点电势高，故 C 正确；在摇“绳”过程中， 当“绳”向下运动和向上运动时，“绳”切割磁感线的方向变化，则感应电流的方向变化， 即灵敏电流计指针的偏转方向改变，选项 D 错误. 二、多项选择题 8.(2018·河南省濮阳市第三次模拟)如图 7，一根长为 l、横截面积为 S 的闭合软导线置于光滑 水平面上，其材料的电阻率为 ，导线内单位体积的自由电子数为 n，电子的电荷量为 e，空 间存在垂直纸面向里的磁场.某时刻起磁场开始减弱，磁感应强度随时间的变化规律是 BB0 kt, 当软导线形状稳定时，磁场方向仍然垂直纸面向里，此时( ) 图 7 A.软导线将围成一个圆形 B.软导线将围成一个正方形 C.导线中的电流为 klS 4 D.导线中自由电子定向移动的速率为 klS 4ne 答案 AC 解析 当磁场的磁感应强度减弱时，软导线围成的图形的面积有扩大的趋势，最终软导线围 成一个圆形， 故 A 正确， B 错误 ； 设线圈围成的圆形半径为 r， 则有 ： l2r， 圆形的面积为 ： S1 r2，线圈的电阻为：R ，线圈中产生的感应电动势为：ES1k， 感应电流为：I l S B t l2 4 ，而 IneSv，解得：v，故 C 正确，D 错误. E R klS 4 kl 4ne 9.如图 8 所示，a、b、c 为三只完全相同的灯泡，L 为电阻不计的纯电感线圈，电源内阻不计. 下列判断正确的是( ) 图 8 A.S 闭合的瞬间，b、c 两灯亮度相同 B.S 闭合足够长时间后，b、c 两灯亮度相同 C.S 断开的瞬间，a、c 两灯立即熄灭 D.S 断开后，b 灯先突然闪亮后再逐渐变暗熄灭 答案 AD 解析 S 闭合的瞬间， L 中产生自感电动势阻碍电流的增加， 此时可认为 b、 c 两灯串联， 则 b、 c 两灯亮度相同，选项 A 正确 ； 由于 L 的电阻不计，则 S 闭合足够长时间后，b 灯被 L 短路，b 灯熄灭，c 灯变得更亮，选项 B 错误；S 断开的瞬间，通过各个灯原来的电流立即消失，而 通过 L 的电流要通过三只灯泡形成新的回路，则 a、c 两灯将逐渐熄灭，b 灯中因为原来电流 为零，所以 b 灯先突然闪亮后再逐渐变暗熄灭，选项 C 错误，D 正确. 10.(2018·山东省临沂市上学期期末)如图9所示， 水平面上有相距为L的两光滑平行金属导轨， 导轨上静止放有金属杆 a 和 b(杆 a、b 均与导轨垂直)，两杆均位于匀强磁场的左侧，让杆 a 以速度 v 向右运动，当杆 a 与杆 b 发生弹性碰撞后，两杆先后进入右侧的磁场中，当杆 a 刚 进入磁场时，杆 b 的速度刚好为 a 的一半.已知杆 a、b 的质量分别为 2m 和 m，接入电路的电 阻均为 R，其他电阻忽略不计，设导轨足够长，磁场区域足够大，则( ) 图 9 A.杆 a 与杆 b 碰撞后，杆 a 的速度为 ，方向向右 v 3 B.杆 b 刚进入磁场时，通过 b 的电流为2BLv 3R C.从 b 进入磁场至 a 刚进入磁场时，该过程产生的焦耳热为 mv2 7 8 D.杆 a、b 最终具有相同的速度，大小为2v 3 答案 ABC 解析 以向右为正方向， 杆 a 与杆 b 发生弹性碰撞， 由动量守恒和机械能守恒得 2mv2mv1 mv2， ×2mv2 ×2mv12 ×mv22，解得 v1 ，v2 v，即杆 a 的速度为 ，方向向右， 1 2 1 2 1 2 v 3 4 3 v 3 故 A 正确；杆 b 刚进入磁场时，通过 b 的电流为 I，故 B 正确；从 b 进入磁场 BLv2 2R 2BLv 3 至 a 刚进入磁场时， 由能量守恒得该过程产生的焦耳热为 Q mv22 m 2 mv2， 故 C 1 2 1 2 ( 1 2v 1) 7 8 正确 ； a 进入磁场后，a、b 组成的系统，动量守恒，则有 2mv1m· v1(2mm)v3，解得 v3 1 2 v，即杆 a、b 最终具有相同的速度，大小为v，故 D 错误. 5 18 5 18 三、非选择题 11 .(2018·山东省烟台市上学期期末)如图 10 甲所示，一水平放置的线圈，匝数 n100 匝，横 截面积 S0.2 m2，电阻 r1 ，线圈处于水平向左的均匀变化的磁场中，磁感应强度 B1随 时间 t 变化关系图像如图乙所示.线圈与足够长的竖直光滑导轨 MN、 PQ 连接， 导轨间距 l20 cm，导体棒 ab 与导轨始终接触良好，ab 棒质量 m5 g，接入电路的电阻 R4 ，导轨的 电阻不计，导轨处在与导轨平面垂直向里的匀强磁场中，磁感应强度 B20.5 T.t0 时，导 体棒由静止释放，g 取 10 m/s2，求： 图 10 (1)t0 时，线圈内产生的感应电动势的大小； (2)t0 时，导体棒 ab 两端的电压和导体棒的加速度大小； (3)导体棒 ab 到稳定状态时，导体棒所受重力的瞬时功率. 答案 (1)2 V (2)1.6 V 2 m/s2 (3)0.25 W 解析 (1)由题图乙可知，线圈内磁感应强度变化率为0.1 T/s B1 t 由法拉第电磁感应定律可知：E1nnS2 V t B1 t (2)t0 时，回路中电流：I0.4 A E1 Rr 导体棒 ab 两端的电压 UIR1.6 V 设此时导体棒的加速度为 a，则由： mgB2Ilma 得：ag2 m/s2 B2Il m (3)当导体棒 ab 达到稳定状态时，满足：mgB2Il IE 1B2lv Rr 得：v5 m/s 此时，导体棒所受重力的瞬时功率 Pmgv0.25 W. 12.间距为 l 的两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成， 如图 11 所示， 倾角为 的导轨处于大小为 B1，方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间中，水平导轨上的无磁场区 间静止放置一质量为 3m 的“联动双杆”(由两根长为 l 的金属杆 cd 和 ef，用长度为 L 的刚性 绝缘杆连接而成)，在“联动双杆”右侧存在大小为 B2，方向垂直导轨平面向上的匀强磁场 区间，其长度大于 L，质量为 m，长为 l 的金属杆 ab，从倾斜导轨上端释放，达到匀速后 进入水平导轨(无能量损失)，杆 ab 与“联动双杆”发生碰撞后杆 ab 和 cd 合在一起形成“联 动三杆” ，“联动三杆”继续沿水平导轨进入磁场区间并从中滑出，运动过程中，杆 ab、cd 和 ef 与导轨始终接触良好， 且保持与导轨垂直.已知杆 ab、 cd 和 ef 电阻均为 R0.02 ， m0. 1 kg，l0.5 m，L0.3 m，30°，B10.1 T，B20.2 T，g10 m/s2不计摩擦阻力和导轨电 阻，忽略磁场边界效应.求： 图 11 (1)杆 ab 在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小 v0； (2)“联动三杆”进入磁场区间前的速度大小 v； (3)“联动三杆”滑过磁场区间过程中产生的焦耳热 Q. 答案 (1)6 m/s (2)1.5 m/s (3)0.25 J 解析 (1)对杆 ab 受力分析，匀速运动时重力沿斜面向下的分力与安培力平衡. 感应电动势 EB1lv0 电流 I E RR 2 E 1.5R 安培力 FB1Il 匀速运动条件 mgsin B 2 1l2v0 1.5R 代入数据解得：v06 m/s (2)杆 ab 与“联动双杆”发生碰撞时，由动量守恒定律得 mv04mv 解得：v1.5 m/s (3)进入 B2磁场区域过程，设速度变化大小为 v，根据动量定理有 B2Ilt4mv Itq 1.5R B2Ll 1.5R 解得：v0.25 m/s 出 B2磁场后“联动三杆”的速度为 vv2v1.0 m/s 根据能量守恒求得： Q ×4m×0.25 J. 1 2 (v2v2)