高考物理总复习专题十电磁感应第3讲电磁感应定律的综合应用练习含答案

第3讲电磁感应定律的综合应用知识巩固练1.如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并接触良好且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计.整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升一段时间，则力F做的功与安培力做的功的代数和等于()A.棒的机械能增加量B.棒的动能增加量C.棒的重力势能增加量D.电阻R上放出的热量【答案】A【解析】棒受重力G、拉力F和安培力FA的作用.由动能定理有WF+WG+W安=ΔEk，得WF+W安=ΔEk+mgh，即力F做的功与安培力做功的代数和等于机械能的增加量，B、C错误，A正确；电阻R上放出的热量等于克服安培力所做的功，D错误.2.(2023年珠海模拟)(多选)如图甲所示，螺线管匝数n=1000匝，横截面积S=20cm2，螺线管导线电阻r=1Ω，电阻R=3Ω，管内磁场的磁感应强度B的B-t图像如图所示(以向右为正方向)，下列说法正确的是()A.通过电阻R的电流方向是从C到AB.电阻R两端的电压为4VC.感应电流的大小为1AD.0~2s内通过R的电荷量为2C【答案】ACD【解析】由楞次定律可以判断出螺线管中感应电流产生磁场方向从右向左，那么通过电阻R的电流方向是从C到A，A正确；根据法拉第电磁感应定律有E=nΔB·SΔt=4V，由闭合电路欧姆定律得I=ER+r=1A，C正确；电阻R两端的电压为U=IR=1×3V=3V，B错误；0~2s内通过R的电荷量为q=It3.如图甲，一矩形金属线圈abcd垂直匀强磁场并固定于磁场中，磁场是变化的，磁感应强度B随时间t的变化关系图像如图乙所示，则线圈的ab边所受安培力F随时间t变化的图像是图中的(规定向右为安培力F的正方向)()ABCD【答案】A【解析】0~1s内，由楞次定律知，感应电流的方向为adcba，根据I=SΔBRΔt，电流为定值，根据左手定则，ab边所受安培力的方向向左，为负值，由F=BIL知，安培力均匀减小；1~2s内，由楞次定律知，感应电流的方向为abcda，根据I=SΔBRΔt，电流为定值，根据左手定则，ab边所受安培力的方向向右，为正值，由F=BIL4.(2023年通州一模)如图所示，边长为L的单匝均匀金属线框置于光滑水平桌面上，在拉力作用下以恒定速度通过宽度为D、方向竖直向下的有界匀强磁场，线框的边长L小于有界磁场的宽度D，在整个过程中线框的ab边始终与磁场的边界平行.若以I表示通过线框的电流(规定逆时针为正)、F表示拉力、P表示拉力的功率、Uab表示线框ab两点间的电势差，则下列反映这些物理量随时间变化的图像中正确的是()ABCD【答案】C【解析】线框中的感应电流大小为I=BLvR，大小保持不变，由楞次定律可知，线框进入磁场时感应电流为逆时针方向(正值)，离开磁场时电流为顺时针方向(负值)，A错误；进出磁场时线框所受安培力均向左，大小恒定，故拉力F均向右，大小恒定，当线框完全进入磁场后，拉力应为0，B错误；由于线框匀速运动，故满足F=BIL=B2L2vR，拉力的功率为P=Fv=B2L2v2R，进出磁场时功率相同，C正确；进入磁场时ab边切割磁感线产生感应电动势，相当于电源，ab两点间电压为路端电压，即Uab=ER·34R=34E，离开磁场时cd边相当于电源，ab只是外电路的一部分，此时ab两点间的电压为U'ab=5.(多选)做核磁共振检查时，对人体施加的磁场发生变化时会在肌肉组织中产生感应电流.为了探究该感应电流对肌肉组织的影响，可将包裹在骨骼上的一圈肌肉组织等效成单匝线圈，如图所示，若等效线圈的半径为r，线圈导线的截面积为S，电阻率为ρ，匀强磁场方向与线圈平面垂直，磁感应强度在Δt时间内从B均匀地减为零.则()A.沿磁场方向从右向左看，该圈肌肉组织中感应电流方向为顺时针B.根据题中条件可以求出该圈肌肉组织中的感应电动势2C.根据题中条件可以求出该圈肌肉组织中的等效电阻ρ(2D.根据题中条件可以求出Δt时间内该圈肌肉组织中产生的热量【答案】AD【解析】磁感应强度B在均匀地减为零，穿过线圈向左的磁通量减小，根据楞次定律可知，沿磁场方向从右向左看，该圈肌肉组织中感应电流方向为顺时针方向，A正确；由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势E=ΔΦΔt=ΔBΔtS=Bπr2Δt，B错误；由电阻定律可知，该圈肌肉组织的等效电阻R=ρLS=ρ2πrS，C错误；Δ综合提升练6.如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计，匀强磁场与导轨平面垂直，阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好.t=0时，将开关S由1掷到2.v、F安、i、E感分别表示棒的速度、棒受到的安培力，棒中的电流和感应电动势，下列图像可能正确的是()ABCD【答案】B【解析】将开关S从1掷到2，电容器放电，电路中产生放电电流，根据左手定则，导体棒所受的安培力向右，在安培力的作用下，导体棒向右做加速运动，切割磁感线，产生感应电动势，电容器放电两端电压减小，棒加速使感应电动势增大，当电容器两端电压等于感应电动势时，感应电流减小到零，安培力减小到零，导体棒开始做匀速运动，C错误、B正确；感应电动势不是一直增大的，由于加速度减小，则速度的变化率减小，感应电动势的变化率减小，即图像的斜率减小，D错误；根据牛顿第二定律得BIL=ma，随着电流的减小，棒的加速度减小，速度图像的斜率减小，速度图像是向下弯曲的曲线，不是直线，当电容器两端电压等于感应电动势时，棒做匀速直线运动，速度图像是水平的直线，A错误.7.(2024年广东一模)(多选)如图所示，将两个相同的“U”形光滑金属导轨，平行放置于一方向竖直向上的匀强磁场中的水平面，两导轨的上轨和下轨所在平面均与水平面平行，完全相同的两根匀质金属杆ab和cd静止于两导轨面上，且杆与轨道垂直.导轨足够长且电阻不计，现用一水平向右的恒力F拉ab杆，则()A.cd杆将向左运动B.ab杆先做变加速，后做匀加速运动C.回路的感应电流先增大，后不变D.某段时间内，F所做的功等于回路产生的焦耳热【答案】BC【解析】根据题意可知，用一水平向右的恒力F拉ab杆，ab杆向右运动，由右手定则可知，感应电流由b→a，则cd杆中电流由c→d，由左手定则可知，cd杆受向右的安培力，将向右运动，A错误；设ab杆运动的速度为v1，cd杆运动的速度为v2，则感应电动势为E=BL(v1-v2)，感应电流为I=BL(v1-v2)R，ab杆和cd杆的安培力大小相等，为FA=BIL=B2L2(v1-v2)R.对ab杆由牛顿第二定律有F-B2L2(v1-v2)R=ma1，对cd杆由牛顿第二定律有B28.(2023年湛江质检)如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置，其宽度L=1m，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端M与P之间连接阻值为R=0.40Ω的电阻，质量为m=0.01kg、电阻为r=0.30Ω的金属棒ab紧贴在导轨上.现使金属棒ab由静止开始下滑，下滑过程中ab始终保持水平，且与导轨接触良好，其下滑距离x与时间t的关系如图乙所示.图像中的OA段为曲线，AB段为直线，导轨电阻不计，g取10m/s2(忽略ab棒运动过程中对原磁场的影响)，求：(1)磁感应强度B的大小；(2)金属棒ab在开始运动的1.5s内，通过电阻R的电荷量；(3)金属棒ab在开始运动的1.5s内，电阻R上产生的热量.解：(1)据题图乙知最终ab棒做匀速直线运动，由乙图的斜率等于速度，可得ab棒匀速运动的速度为v=