2022高考物理三轮复习《电磁感应综合应用》专练含答案解析

绝密★启用前人教版2022高考物理三轮复习专题七《电磁感应综合应用》专练(共25小题)1.如图所示，图中两条平行虚线间存有匀强磁场，虚线间的距离为2L，磁场方向垂直纸面向里．abcd是位于纸面内的梯形线圈，ad与bc间的距离为2L且均与ab相互垂直，ad边长为2L，bc边长为3L，t＝0时刻，c点与磁场区域左边界重合．现使线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域．取沿a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则在线圈穿过磁场区域的过程中，感应电流I随时间t变化的关系图线可能是()【答案】B【解析】据题意，梯形线框向右运动过程中，cd边在切割磁场，产生的电流方向为逆时针，与正方向一致，在第一个过程中电流大小为：I＝＝＝t，选项D错误；当cd边全部进入磁场后，在第二个过程中，线框产生的电流为：I＝；当cd边出磁场后，在第三个过程中，线框产生的感应电流为：I＝－t；在第四个过程中，cd边全部离开磁场，ab边进入，但产生电流方向为顺时针，电流大小为：I＝，故选项B正确，而选项A、C错误．2.如图所示，直角坐标系xOy的二、四象限有垂直坐标系向里的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，在第三象限有垂直坐标系向外的匀强磁场，磁感应强度大小为2B.现将半径为L、圆心角为90°的扇形闭合导线框OPQ在外力作用下以恒定角速度绕O点在纸面内沿逆时针方向匀速转动．t＝0时刻线框在图示位置，设电流逆时针方向为正方向．则下列关于导线框中的电流随时间变化的图线，正确的是()【答案】B【解析】根据楞次定律，线框从第一象限进入第二象限时，电流方向是正方向，设导线框的电阻为R，角速度为ω，则电流大小为，从第二象限进入第三象限时，电流方向是负方向，电流大小为，从第三象限进入第四象限时，电流方向是正方向，电流大小是，线框从第四象限进入第一象限时，电流方向是负方向，电流大小为，B选项正确．3.如图所示，上下开口，内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置，小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块()A．在P和Q中都做自由落体运动B．在两个下落过程中的机械能都守恒C．在P中的下落时间比在Q中的长D．落至底部时在P中的速度比在Q中的大【答案】C【解析】磁块在铜管中运动时，铜管中产生感应电流，根据楞次定律，磁块会受到向上的磁场力，因此磁块下落的加速度小于重力加速度，且机械能不守恒，选项A，B错误；磁块在塑料管中运动时，只受重力的作用，做自由落体运动，机械能守恒，磁块落至底部时，根据直线运动规律和功能关系，磁块在P中的下落时间比在Q中的长，落至底部时在P中的速度比在Q中的小，选项C正确，选项D错误．4.如图甲所示闭合矩形导线框abcd固定在磁场中，磁场的方向与导线框所在平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的的规律如图乙所示．规定垂直纸面向里为磁场的正方向，abcda的方向为线框中感应电流的正方向，水平向右为安培力的正方向．关于线框中的电流i与ad边所受的安培力F随时间t变化的图象，下列选项正确的是()【答案】D【解析】由图示B－t图象可知，0～1s时间内，B增大，Φ增大，由楞次定律可知，感应电流是逆时针的，为负值；1～2s内，磁通量减小，感应电流是顺时针，为正值；2～3s内，磁通量不变，无感应电流；3～4s内，B的方向垂直纸面向外，B减小，Φ减小，由楞次定律可知，感应电流沿逆时针方向，感应电流是负的，故A、B错误．由左手定则可知，在0～1s内，ad受到的安培力方向水平向右，是正的；1～2s安培力向左，是负的，2～3s时间内，无感应电流，没有安培力，3～4s，安培力向左，是负的；由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势E＝＝，感应电流I＝＝，由B－t图象可知，在0～2s和3～4s内，是定值，在各时间段内I是定值，ad边受到的安培力F＝BIL，I、L不变，B均匀变化，则安培力F均匀变化，不是定值，故C错误，D正确，故选D.5.如图甲所示，在光滑水平面上，有一个粗细均匀的单匝正方形闭合线框abcd，边长为L，质量为m，电阻为R。在水平外力的作用下，线框从静止开始沿垂直磁场边界方向做匀加速直线运动，穿过磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向与线圈平面垂直，线框中产生的感应电流i的大小和运动时间t的变化关系如图乙所示。则下列说法正确的是（）A．线框的加速度大小为B．线框受到的水平外力的大小C．0～t1时间内通过线框任一边横截面的电荷量为i1t1D．0～t3间内水平外力所做的功大于【答案】D【解析】由乙图读出t1时刻线框中的感应电流为i1，设此刻线框的速度大小为v1，则有：，则得：；线框的加速度为，故A错误．对于t2-t3时间内，安培力的平均值大小为：由于线框做匀加速运动，拉力必定大于安培力的平均值，故B错误．0～t1时间内通过线框任一边横截面的电荷量为：．故C错误．t3时刻线框的速度为：；0～t3间内，根据动能定理得：WF-W克=mv32则得：，所以水平外力所做的功大于，故D正确．6.如图所示，在坐标系xoy中，有边长为L的正方形金属线框abcd，其一条对角线ac和y轴重合、顶点a位于坐标原点O处，在y轴右侧的Ⅰ、Ⅳ象限内有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的上边界与线框的ab边刚好完全重合，左边界与y轴重合，右边界与y轴平行．t=0时刻，线框以恒定的速度v沿垂直于磁场上边界的方向穿过磁场区域．取沿abcd方向的感应电流为正方向，则在线框穿过磁场区域的过程中，感应电流i、ab间的电势差Uab随时间t变化的图线是下图中的（）【答案】AD【解析】在d点运动到O点过程中，ab边切割磁感线，根据右手定则可以确定线框中电流方向为逆时针方向，即正方向，电动势均匀减小到0，则电流均匀减小到0；然后cd边开始切割，感应电流的方向为顺时针方向，即负方向，电动势均匀减小到0，则电流均匀减小到0．A正确，B错误．d点运动到O点过程中，ab边切割磁感线，ab相当于电源，电流由a到b，b点的电势高于a点，ab间的电势差Uab为负值，大小等于电流乘以bcda三条边的电阻，并逐渐减小．ab边出磁场后后，cd边开始切割，cd边相当于电源，电流由b到a，ab间的电势差Uab为负值，大小等于电流乘以ab边得电阻，并逐渐减小．故C错误，D正确．7.如图所示，两固定竖直光滑金属导轨电阻不计，完全相同的导体棒ab，cd水平置于匀强磁场上方且相距一定距离。匀强磁场上，下边界水平，方向垂直纸面向里，现同时由静止释放ab，cd，ab进入磁场时恰好做匀速运动，ab出磁场时，cd刚好进入磁场，已知导体棒与导轨接触良好。竖直导轨足够长，则在导体棒cd穿越磁场的过程中（）A．d端电势低于c端电势B．始终做匀速直线运动C．运动时间小于导体棒ab在磁场中的运动时间D．克服安培力做的功等于ab穿越磁场过程中克服安培力做的功【答案】C．【解析】cd棒在穿越磁场的过程中，根据右手定则知，d端的电势高于c端．故A错误；ab棒进入磁场时，做匀速运动，知安培力等于重力，即，因为cd棒进入磁场的速度大于ab棒进入磁场的速度，所以安培力大于重力，所以cd棒进入磁场先做减速运动．故B错误；因为cd棒进入磁场先做减速运动，若速度达到ab棒进入磁场的速度会做匀速运动．即cd棒进入磁场可能先减速后匀速，或一直做减速运动．不管做哪一种运动，平均速度都大于ab棒进入磁场的速度，则运动的时间小于ab在磁场中运动的时间．故C正确；因为cd棒在磁场中的速度不小于ab棒的速度，则安培力不小于ab棒所受的安培力，即cd棒克服安培力做功大于ab棒穿越磁场中克服安培力所做的功．故D错误．8.很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的竖直圆筒．一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐．让条形磁铁从静止开始下落．条形磁铁在圆筒中的运动速率()A．均匀增大B．先增大，后减小C．逐渐增大，趋于不变D．先增大，再减小，最后不变【答案】C【解析】本题考查楞次定律，法拉第电磁感应定律．竖直圆筒相当于闭合电路，磁铁穿过闭合电路，产生感应电流，根据楞次定律，磁铁受到向上的阻碍磁铁运动的安培力，开始时磁铁的速度小，产生的感应电流也小，安培力也小，磁铁加速运动，随着速度的增大，产生的感应电流增大，安培力也增大，直到安培力等于重力的时候，磁铁匀速运动．所以C正确．9.如图所示，L为自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2、D3为三个完全相同的灯泡，E为内阻不计的电源，在t=0时刻闭合开关S，当电路稳定后D1、D2两灯的电流分别为I1、I2。当时刻为t1时断开开关S，若规定电路稳定时流过D1、D2的电流方向为电流的正方向，则下图能正确定性描述电灯电流i与时间t关系的是()【答案】D【解析】电键闭合时，通过的电感的电流变大，电感会阻碍电流I1增大，所以I1慢慢增大最后稳定，断开电键，通过的电感的电流变小，电感会阻碍电流I1减小，所以I1慢慢减小到0，电流的方向未发生改变．故A、B错误；电键闭合时，电感阻碍电流I1增大，I1慢慢增大，则I2慢慢减小，最后稳定；断开电键，原来通过D2的电流立即消失，但D1、D2、L构成一回路，通过D1的电流也通过D2，所以I2慢慢减小，但电流的方向与断开前相反．故C错误，D正确．10.如图所示，磁场垂直于纸面向外，磁场的磁感应强度随水平向右的x轴按B＝B0＋kx（B0、k为常量）的规律均匀增大．位于纸面内的正方形导线框abcd处于磁场中，在外力作用下始终保持dc边与x轴平行向右匀速运动．若规定电流沿a→b→c→d→a的方向为正方向，则从t＝0到t＝t1的时间间隔内，下列关于该导线框中产生的电流i随时间t变化的图象，正确的是()【答案】A【解析】由题意可知，ad、bc两边均在切割磁感线，产生感应电动势的方向相反，大小相等，根据法拉第电磁感应定律，有：，而感应电流，是定值，故A正确，BCD错误.故选A.11.如右图所示，两个垂直纸面的匀强磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B，磁场区域的宽度均为a，一正三角形导线框ACD（高为a），从图示位置沿图示方向匀速穿过两磁场区域，则下图中感应电流I（以逆时针方向为电流的正方向）与线框移动距离x的关系图象正确的是（）【答案】C【解析】x在a-2a范围，线框穿过两磁场分界线时，BC、AC边在右侧磁场中切割磁感线，有效切割长度逐渐增大，产生的感应电动势E1增大，AC边在左侧磁场中切割磁感线，产生的感应电动势E2不变，两个电动势串联，总电动势E=E1+E2增大．故A错误．x在0∽a范围，线框穿过左侧磁场时，根据楞次定律，感应电流方向为逆时针，为正值．故B错误．在2a∽3a，线框穿过左侧磁场时，根据楞次定律，感应电流方向为逆时针，为正值．故C正确，D错误12.如图所示，两根电阻不计的光滑金属导轨竖直放置，导轨上端接电阻R，宽度相同的水平条形区域Ⅰ和Ⅱ内有方向垂直导轨平面向里的匀强磁场B，Ⅰ和Ⅱ之间无磁场．一导体棒M、N两端套在导轨上，并与两导轨始终保持良好接触，导体棒从距区域Ⅰ上边界H处由静止释放，在穿过两段磁场区域的过程中，流过电阻R上的电流及其变化情况相同．下面四个图象能定性描述导体棒速度大小与时间关系的是()【答案】C【解析】据题导体棒从距区域Ⅰ上边界H处由静止释放，做自由落体运动，做匀加速运动，由于导体棒在穿过两段磁场区域的过程中，流过电阻R上的电流及其变化情况相同，说明导体棒穿过磁场的过程必定做减速运动，导体棒所受的安培力大于重力，而速度减小，产生的感应电动势减小，感应电流减小，导体棒所受的安培力减小，合力减小，则导体棒的加速度减小，v－t图象的斜率逐渐减小，而且根据两个过程的相似性可知进磁场和出磁场的速度相同，故C正确，A、B、D错误．13.如图所示，等离子气流(由高温高压的等电量的正、负离子组成)由左方连续不断的以速度v0射入P1和P2两极板间的匀强磁场中，ab和cd的作用情况为：0～1s内互相排斥，1～3s内互相吸引，3～4s内互相排斥．规定向左为磁感应强度B的正方向，线圈A内磁感应强度B随时间t变化的图象可能是()【答案】C【解析】等离子气流由左方连续不断地以速度v0射入P1和P2两极板间的匀强磁场中，正电荷向上偏，负电荷向下偏，上板带正电，下板带负电，且能形成稳定的电流，电流方向由a到b,0～1s内互相排斥，1～3s内互相吸引，3～4s内互相排斥，则0～1s内cd的电流方向由d到c，根据楞次定律判断：磁感应强度方向为正，且大小在减小，或磁感应强度方向为负，且大小在增大；1～3s内cd的电流方向由c到d，根据楞次定律判断：磁感应强度方向为正，且大小在增大，或磁感应强度方向为负，大小在减小；3～4s内d的电流方向由d到c，根据楞次定律判断：磁感应强度为正，大小在减小，或磁感应强度为负，大小在增大，故C正确，A、B、D错误．14.实验高中南，北校区之间要辅设一条输电线路，该线路要横穿两校区之间的公路，为了保护线路不至被压坏，必须在地下预先铺设结实的过路钢管，再让输电线从钢管中穿过．校方将该要求在学校的物理探究小组中公布并征求电线穿管的方案．经过遴选，目前有如图所示的两种方案进入最后的讨论阶段：甲方案是铺设两根钢管，两条输电线分别从两根钢管中穿过；乙方案是只铺设一根钢管，两条输电线都从这一根钢管中穿过．如果输电导线输送的电流很强大，那么，下列讨论的结果正确的是（）A．若输送的电流是恒定电流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的B．若输送的电流是交变电流，乙方案是可行的，甲方案是不可行的C．若输送的电流是交变电流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的D．无论输送的电流是恒定电流还是交变电流，甲，乙两方案都是可行的【答案】B【解析】输电线周围存在磁场，交变电流产生变化的磁场，可在金属管中产生涡流，当输电线上电流很大时，强大的涡流有可能将金属管融化，造成事故，就是达不到金属管融化造成事故的程度，能量损失也是不可避免的，所以甲方案是不可行的．在乙方案中，两条电线中的电流方向相反，产生的磁场互相抵消，金属管中不会产生涡流是可行的，此题类似于课本中提到的“双线并绕”．综上所述，选项B正确．15.矩形导线框abcd放在匀强磁场中，在外力控制下静止不动，磁感线方向与线圈平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的图象如图甲所示。t=0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里。在0~4s时间内，线框ab边所受磁场力F(规定向左为正方向)随时间t变化的图象是图乙中的()【答案】D【解析】由B-t图线0-2s，磁场是均匀变化的，对abcd线圈产生恒定了电流，安培力大小，IL是不变的，B是均匀变化的，F也是均匀变化的，故D正确。16.如图(a)，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上．在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()【答案】C【解析】由题图(b)可知在cd间不同时间段内产生的电压是恒定的，所以在该时间段内线圈ab中的磁场是均匀变化的，则线圈ab中的电流是均匀变化的，故选项A、B、D错误，选项C正确．17.电吉他是利用电磁感应原理工作的一种乐器．如图5甲所示为电吉他的拾音器的原理图，在金属弦的下方置有一个连接到放大器的螺线管．一条形磁铁固定在管内，当拨动金属弦后，螺线管内就会产生感应电流，经一系列转化后可将电信号转为声音信号．若由于金属弦的振动，螺线管内的磁通量随时间的变化如图乙所示，则对应感应电流的变化为()【答案】D【解析】在0～时间内，磁通量增加但增加的越来越慢，因此感应电流越来越小，到时刻，感应电流减小到零；在～t0时间内，磁通量越来越小，感应电流反向，磁通量变化的越来越快，感应电流越来越大，到t0时刻达到反向最大值，从这两段时间断定，选项D正确，A，B，C错误．18.如图所示，边长为2L的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B.一个边长为L粗细均匀的正方形导线框abcd，其所在平面与磁场方向垂直，导线框的对角线与虚线框的对角线在一条直线上，导线框各边的电阻大小均为R.在导线框从图示位置开始以恒定速度v沿对角线方向进入磁场，到整个导线框离开磁场区域的过程中，下列说法正确的是()A．导线框进入磁场区域时产生顺时针方向的感应电流B．导线框中有感应电流的时间为C．导线框的bd对角线有一半进入磁场时，整个导线框所受安培力大小为D．导线框的bd对角线有一半进入磁场时，导线框a，c两点间的电压为【答案】D【解析】根据楞次定律的推论：感应电流的效果总是阻碍磁通量的变化，故由楞次定律判断出，导线框进入磁场区域时，感应电流的方向为逆时针方向，故A选项错误；导线框完全进入磁场后感应电流消失，完全进入经历的时间为，完全穿出经历时间也为，导线框中有感应电流的时间t＝×2，故B选项错误；导线框的bd对角线有一半进入磁场时，导体的有效切割长度为，感应电动势为，由安培力公式为F＝，可算出安培力为，故C选项错误；导线框的bd对角线有一半进入磁场时，导线框a，c两点间的电压为电动势的一半，大小为，故D选项正确．19.如图所示，等腰直角区域EFG内有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，直角边CF长度为2L.现有一电阻为R的闭合直角梯形导线框ABCD以恒定速度v水平向右匀速通过磁场．t＝0时刻恰好位于图示位置(即BC与EF在一条直线上，且C与E重合)，规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则感应电流i与时间t的关系图线正确的是()【答案】C【解析】在进入长度L的过程中，切割磁感线的有效长度在均匀增加，由E＝BLv知，感应电动势均匀增加，当进入L时的感应电动势为E＝BLv，感应电流为I＝＝，由楞次定律判断知，感应电流方向为正，在由L进入2L的过程中，ADC边切割磁感线的有效长度在均匀增加，AB边切割磁感的长度在均匀增加，由几何关系知AB边增加的快且AB边和ADC边产生的感应电动势方向相反即等效于切割磁感线的总长度在减小，感应电流减小；在离开磁场的过程中，CD边不切割磁感线，AD边切割的长度小于AB边切割的长度，产生负方向感应电流，C正确．20.在匀强磁场中有一矩形导线框，以相同的角速度按图a，b，c，d所示的固定转轴旋转，用I1，I2，I3，I4表示四种情况下线框中产生的感应电流的有效值，则()A．I1＝I2＝I3＝I4B．I2>I1>I3>I4C．I1>I2>I3>I4D．I1＝I2＝I3>I4【答案】A【解析】据题意，相同的矩形线框在磁场中，以题图所示的四种方式转动，产生的电动势为：E＝，产生的感应电流为：I＝＝，由于转动角速度相等，转动相同的弧度所用时间相等，线框所发生的面积变化也相等，则四种方式产生的感应电流相等，故选项A正确．21.如图所示，三条平行虚线位于纸面内，中间虚线两侧有方向垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度等大反向．菱形闭合导线框ABCD位于纸面内且对角线AC与虚线垂直，磁场宽度与对角线AC长均为d，现使线框沿AC方向匀速穿过该磁场，以逆时针方向为感应电流的正方向，则从C点进入磁场到A点离开磁场的过程中，线框中电流i随时间t的变化关系，以下可能正确的是()【答案】D【解析】由楞次定律可以知道，进入磁场过程中感应电流为逆时针，i>0，排除B、C.当BD经过中间虚线时，感应电流为BD经过第一条虚线时的2倍，排除A.故选D.22.在大连某中学实验室的水平桌面上，放置一矩形闭合导体线圈，如图所示，线圈的ab边沿南北方向，ad边沿东西方向．仅考虑地磁场的影响，下列说法正确的是()A．若使线圈向东平动，则a点的电势比b点的电势高B．若使线圈向东平动，则a点的电势与b点的电势相等C．若以bc边为轴将线圈向上翻转90°过程中，则线圈中感应电流方向为abcdaD．若以bc边为轴将线圈向上翻转90°过程中，则线圈中感应电流方向为adcba【答案】C【解析】若使线圈向东平动，由于地磁场的磁感线是地理南极指向北极，则穿过线圈的磁通量不变，因此线圈中没有感应电动势，故A，B错误；若以bc为轴将线圈向上翻转90°过程中，ad边切割磁感应线，由右手定则可知线圈中感应电流方向为abcda，故C正确，D错误．23.法拉第发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机．如图所示，紫铜做的圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中，圆盘圆心处固定一个摇柄，边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴，用导线将电刷与电流表连接起来形成回路．转动摇柄，使圆盘逆时针匀速转动，电流表的指针发生偏转．下列说法正确的是()A．回路中电流大小变化，方向不变B．回路中电流大小不变，方向变化C．回路中电流的大小和方向都周期性变化D．回路中电流方向不变，从b导线流进电流表【答案】D【解析】铜盘转动产生的感应电动势为：E＝BL2ω，B，L，ω不变，E不变，电流：I＝＝，电流大小恒定不变，由右手定则可知，回路中电流方向不变，从