（课标版）高考物理二轮复习 专题限时训练11 电磁感应（含解析）-人教版高三全册物理试题

专题限时训练11电磁感应时间：45分钟一、单项选择题1．如图所示，竖直长导线通有恒定电流，一矩形线圈abcd可绕其竖直对称轴O1O2转动．线圈绕轴以角速度ω沿逆时针(沿轴线从上往下看)方向匀速转动，从图示位置开始计时，下列说法正确的是(B)A．t＝0时，线圈产生的感应电动势最大B．0～eq\f(π,2ω)时间内，线圈中感应电流方向为abcdaC．t＝eq\f(π,2ω)时，穿过线圈的磁通量为零，感应电动势也为零D．线圈每转动一周电流方向改变一次解析：t＝0时，穿过线圈的磁通量最大，但感应电动势为0，选项A错误；0～eq\f(π,2ω)时间内，由楞次定律判断，线圈中感应电流方向为abcda，选项B正确；t＝eq\f(π,2ω)时，穿过线圈的磁通量为零，感应电动势不为零，选项C错误；线圈每转动一周，电流方向改变两次，选项D错误．2．与一般吉他靠箱体的振动发声不同，电吉他靠拾音器发声．如图所示，拾音器由磁体及绕在其上的线圈组成．磁体产生的磁场使钢质琴弦磁化而产生磁性，即琴弦也产生自己的磁场．当某根琴弦被拨动而相对线圈振动时，线圈中就会产生相应的电流，并最终还原为声音信号．下列说法中正确的是(D)A．若磁体失去磁性，电吉他仍能正常工作B．换用尼龙材质的琴弦，电吉他仍能正常工作C．琴弦振动的过程中，线圈中电流的方向不会发生变化D．拾音器的作用是利用电磁感应把琴弦的振动转化成电信号解析：若磁体失去磁性，则无法产生电磁感应，因此电吉他不能正常工作，故选项A错误；电吉他若使用尼龙材质的琴弦，则不会被磁化，不能产生电磁感应，故选项B错误；琴弦振动的过程中，线圈中产生感应电流的大小和方向均是变化的，故选项C错误；电吉他是根据电磁感应原理工作的，拾音器的作用是利用电磁感应把琴弦的振动转化成电信号，故选项D正确．3．如图所示，质量为m＝0.04kg、边长l＝0.4m的正方形线框abcd放置在一光滑绝缘斜面上，线框用一平行斜面的细绳系于O点，斜面的倾角为θ＝30°；线框的一半处于磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化的关系为B＝2＋0.5t(T)，方向垂直于斜面；已知线框电阻为R＝0.5Ω，重力加速度取g＝10m/s2.下列说法中正确的是(C)A．线框中的感应电流方向为abcdaB．t＝0时，细线拉力大小为F＝0.2NC．线框中感应电流大小为I＝80mAD．经过一段时间t，线框可能拉断细绳向下运动解析：由楞次定律可知线框中的感应电流方向为adcba，故选项A错误；感应电动势E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB,Δt)(eq\f(1,2)l2)＝0.04V，由闭合电路欧姆定律，可知线框中感应电流大小为I＝eq\f(E,R)＝0.08A＝80mA，由平衡条件可知FT＋BIl＝mgsinθ，t＝0时，B＝2T，解得FT＝0.136N，故选项B错误，C正确；经过一段时间t，安培力BIl可能大于mgsinθ，所以线框可能沿斜面向上运动，故选项D错误．4．有一种手持金属探测器实物及其结构原理图可简化为下图所示．探测器运用的是电磁感应原理，发射线圈(外环)可以产生垂直于线圈平面且大小和方向均变化的磁场；内环线圈是接收线圈，用来收集被查金属物发出的磁场(接收线圈能完全屏蔽发射线圈产生的磁场)．随着发射线圈产生的磁场方向反复变化，它会与所遇的金属物发生作用，导致金属物自身也会产生微弱的磁场，来自金属物的磁场进入内环线圈被接收到后，检测器会发出报警声．若发射线圈产生向下且增强的磁场，则下列说法中正确的是(C)A．金属物产生的感应磁场的方向竖直向下B．金属物中的涡流从上往下看是沿顺时针方向C．金属物发出的磁场穿过接收线圈时，接收线圈会产生微弱的电流，此类探测器相应的元件就是依据这一电流进行报警的D．如果金属物中某时刻发出向上的磁场，那么接收线圈中的感应电流方向从上往下看是沿逆时针方向解析：先根据探测器发射线圈发出的磁场判定穿过金属物的磁通量方向和变化情况，再根据楞次定律确定金属物中感应电流产生的磁场方向，用安培定则判断金属物中的感应电流的方向，这里特别要注意感应电流产生的磁场与原磁场不能混淆；金属物发出的磁场穿过接收线圈时，会引起接收线圈产生微弱的电流，使探测器报警，选项C正确；如果金属中发出向上逐渐增加的磁场，接收线圈感应电流从上向下看为顺时针方向，选项D错误．5．如图所示，间距为L的光滑平行金属导轨变成“∠”形，底部导轨面水平，倾斜部分与水平面成θ角，导轨与固定电阻相连，整个装置处于竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中．导体棒ab与cd均垂直于导轨放置，且与导轨间接触良好，两导体棒的电阻均与阻值为R的固定电阻相等，其余部分电阻不计，当导体棒cd沿导轨向右以速度v匀速滑动时，导体棒ab恰好在倾斜导轨上处于静止状态，导体棒ab的重力为mg，则(B)A．导体棒cd两端的电压为BLvB．t时间内通过导体棒cd横截面的电荷量为eq\f(2BLvt,3R)C．cd棒克服安培力做功的功率为eq\f(B2L2v2,R)D．导体棒ab所受安培力为mgsinθ解析：根据题意画出等效电路如图甲所示．导体棒cd产生的感应电动势为E＝Blv，导体棒cd两端的电压是路端电压，U＝eq\f(1,3)E＝eq\f(1,3)BLv，选项A错误；通过cd棒的电流I＝eq\f(E,0.5R＋R)＝eq\f(BLv,1.5R)，在时间t内通过导体棒cd横截面的电荷量为q＝It＝eq\f(2BLvt,3R)，选项B正确；对ab棒进行受力分析如图乙所示，由于ab棒静止，所以ab棒所受安培力Fab＝mgtanθ，选项D错误；由功能关系知cd棒克服安培力做功的功率等于整个电路的电功率，为P＝eq\f(E2,0.5R＋R)＝eq\f(B2L2v2,1.5R)，选项C错误．二、多项选择题6．如图甲所示，线圈两端a、b与一电阻R相连，线圈内有垂直于线圈平面向里的磁场，t＝0时起，穿过线圈的磁通量按图乙所示的规律变化，下列说法正确的是(AC)A．0.5t0时刻，R中电流方向为由a到bB．1.5t0时刻，R中电流方向为由a到bC．0～t0时间内R的电流小于t0～2t0时间内R的电流D．0～t0时间内R的电流大于t0～2t0时间内R的电流解析：由楞次定律可知0～t0时间内线圈中的感应电流方向为逆时针方向，t0～2t0时间内线圈中感应电流的方向为顺时针方向，故A正确，B错误；根据法拉第电磁感应定律：E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，可知0～t0时间内感应电动势是t0～2t0时间内的eq\f(1,2)，感应电流为：I＝eq\f(E,R)，所以0～t0时间内R中的电流是t0～2t0时间内电流的eq\f(1,2)，故C正确，D错误．7．将一总电阻为1Ω、匝数n＝4的线圈放在匀强磁场中，已知磁场方向垂直于线圈平面，从某时刻起穿过线圈的磁通量按下图所示规律变化，则(BD)A．在0～8s内与8～10s内线圈中的电流方向相同B．在0～8s内通过线圈截面的电荷量为8CC．在8～10s内线圈中感应电动势为1VD．线圈中产生的交变电流的有效值为2A解析：由楞次定律可以判断，0～8s内与8～10s内线圈中的电流方向改变，选项A错误；在0～8s内，q＝I1Δt＝eq\f(E1,R)Δt＝neq\f(ΔΦ,R)＝8C，选项B正确；在8～10s内，感应电动势E2＝neq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔΦ,Δt)))＝4V，选项C错误；根据电流的热效应可知，eq\f(E\o\al(2,1),R)t1＋eq\f(E\o\al(2,2),R)t2＝I2R(t1＋t2)，其中t1＝8s，t2＝2s，解得I＝2A，选项D正确．8．(2019·全国卷Ⅱ)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象可能正确的是(AD)解析：根据题述，PQ进入磁场时加速度恰好为零，两导体棒从同一位置释放，则两导体棒进入磁场时的速度相同，产生的感应电动势大小相等，若释放两导体棒的时间间隔足够长，在PQ通过磁场区域一段时间后MN进入磁场区域，根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律可知流过PQ的电流随时间变化的图象可能是A；由于两导体棒从同一位置释放，两导体棒进入磁场时产生的感应电动势大小相等，MN进入磁场区域切割磁感线产生感应电动势，回路中产生的感应电流不可能小于I1，B错误；若释放两导体棒的时间间隔较短，在PQ没有出磁场区域时MN就进入磁场区域，则两棒在磁场区域中运动时回路中磁通量不变，两棒不受安培力作用，二者在磁场中做加速运动，PQ出磁场后，MN切割磁感线产生感应电动势和感应电流，且感应电流一定大于I1，受到安培力作用，由于安培力与速度成正比，则MN所受的安培力一定大于MN的重力沿斜面方向的分力，所以MN一定做减速运动，回路中感应电流减小，流过PQ的电流随时间变化的图象可能是D，C错误．9．CD、EF是两条水平放置的阻值可忽略的平行金属导轨，导轨间距为L，在水平导轨的左侧存在磁感应强度方向垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B，磁场区域的宽度为d，如图所示．导轨的右端接有一阻值为R的电阻，左端与一弯曲的光滑轨道平滑连接．将一阻值为R、质量为m的导体棒从弯曲轨道上h高处由静止释放，导体棒最终恰好停在磁场的右边界处．已知导体棒与水平导轨接触良好，且与水平导轨间的动摩擦因数为μ，下列说法正确的是(ABD)A．通过电阻R的最大电流为eq\f(BL\r(2gh),2R)B．流过电阻R的电荷量为eq\f(BdL,2R)C．整个电路中产生的焦耳热为mghD．电阻R中产生的焦耳热为eq\f(1,2)mg(h－μd)解析：质量为m的导体棒从弯曲轨道上h高处由静止释放，刚进入磁场时速度最大，由mgh＝eq\f(1,2)mv2，得最大速度v＝eq\r(2gh)，产生的最大感应电动势Em＝BLv＝BLeq\r(2gh).由闭合电路欧姆定律可得电阻R的最大电流Im＝eq\f(Em,2R)＝eq\f(BL\r(2gh),2R)，A正确；在导体棒滑过磁场区域的过程中，产生的感应电动势的平均值eq\x\to(E)＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(BdL,Δt)，平均感应电流eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),2R)，流过电阻R的电荷量为q＝eq\x\to(I)t，联立解得q＝eq\f(ΔΦ,2R)＝eq\f(BdL,2R)，B正确；由能量守恒定律可知整个电路中产生的焦耳热Q＝mgh－μmgd，C错误；电阻R中产生的焦耳热Q1＝eq\f(1,2)Q＝eq\f(1,2)mg(h－μd)，D正确．10．如图所示，竖直放置的“”形光滑导轨宽为L，矩形匀强磁场Ⅰ、Ⅱ的高和间距均为d，磁感应强度为B.质量为m的水平金属杆由静止释放，进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等．金属杆在导轨间的电阻为R，与导轨接触良好，其余电阻不计，重力加速度为g.金属杆(BC)A．刚进入磁场Ⅰ时加速度方向竖直向下B．穿过磁场Ⅰ的时间大于在两磁场之间的运动时间C．穿过两磁场之间的总热量为4mgdD．释放时距磁场Ⅰ上边界的高度h可能小于eq\f(m2gR2,2B4L4)解析：根据题述，由金属杆进入磁场Ⅰ和进入磁场Ⅱ时速度相等可知，金属杆在磁场Ⅰ中做减速运动，所以金属杆刚进入磁场Ⅰ时加速度方向竖直向上，选项A错误；由于金属杆进入磁场Ⅰ后做加速度逐渐减小的减速运动，而在两磁场之间做匀加速运动，运动过程如图所示(其中v1为金属杆刚进入Ⅰ时的速度，v2为金属杆刚出Ⅰ时的速度)，图线与时间轴所围的面积表示位移，两段运动的位移相等，所以穿过磁场Ⅰ的时间大于在两磁场之间的运动时间，选项B正确；根据能量守恒定律，金属杆从刚进入磁场Ⅰ到刚进入磁场Ⅱ过程动能变化量为0，重力做功为2mgd，则金属杆穿过磁场Ⅰ产生的热量Q1＝2mgd，而金属杆在两磁场区域的运动情况相同，产生的热量相等，所以金属杆穿过两磁场产生的总热量为2×2mgd＝4mgd，选项C正确；金属杆刚进入磁场Ⅰ时的速度v＝eq\r(2gh)，进入磁场Ⅰ时产生的感应电动势E＝Blv，感应电流I＝eq\f(E,R)，所受安培力F＝BIL，由于金属杆刚进入磁场Ⅰ时加速度方向竖直向上，所以安培力大于重力，即F>mg，联立解得h>eq\f(m2gR2,2B4L4)，选项D错误．三、计算题11．很多人喜欢到健身房骑车锻炼，某同学根据所学知识设计了一个发电测速装置，如图所示．自行车后轮置于垂直车身平面向里的匀强磁场中，用金属圆盘制成的后轮在磁场中转动时，可等效成导体棒绕圆盘中心O转动．已知磁感应强度B＝0.5T，圆盘半径l＝0.3m，圆盘电阻不计．导线通过电刷分别与后轮外边缘和圆心O相连，导线两端a、b间接一阻值R＝10Ω的小灯泡．后轮匀速转动时，用电压表测得a、b间电压U＝0.6V.(1)与a连接的是电压表的正接线柱还是负接线柱？(2)圆盘匀速转动10分钟，则此过程中产生了多少电能？(3)自行车车轮边缘线速度是多少？答案：(1)负接线柱(2)21.6J(3)8m/s解析：(1)根据右手定则，轮子边缘点等效于电源的负极，则a点接电压表的负接线柱．(2)根据公式Q＝eq\f(U2,R)t代入数据得Q＝21.6J(3)由U＝E＝eq\f(1,2)Bl2ω代入数值解得v＝lω＝8m/s.12．(2018·浙江卷)如图所示，在间距L＝0.2m的两光滑平行水平金属导轨间存在方向垂直于纸面(向内为正)的磁场，磁感应强度的分布沿y方向不变，沿x方向如下：B＝eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4