2023版高考物理一輪復(fù)習(xí)第九章電磁感應(yīng)真題集訓(xùn)章末驗(yàn)收

PAGEPAGEPAGE2第九章電磁感應(yīng)命題點(diǎn)一：電磁感應(yīng)現(xiàn)象、楞次定律1．(2022·全國卷Ⅰ)在法拉第時(shí)代，以下驗(yàn)證“由磁產(chǎn)生電〞設(shè)想的實(shí)驗(yàn)中，能觀察到感應(yīng)電流的是()A．將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路，然后觀察電流表的變化B．在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈，然后觀察電流表的變化C．將一房間內(nèi)的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接，往線圈中插入條形磁鐵后，再到相鄰房間去觀察電流表的變化D．繞在同一鐵環(huán)上的兩個(gè)線圈，分別接電源和電流表，在給線圈通電或斷電的瞬間，觀察電流表的變化解析：選D只形成閉合回路，回路中的磁通量不變化，不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，A、B、C錯(cuò)誤；給線圈通電或斷電瞬間，通過閉合回路的磁通量變化，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，能觀察到電流表的變化，D正確。2．(多項(xiàng)選擇)(2022·全國卷Ⅱ)在物理學(xué)開展過程中，觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)、假說和邏輯推理等方法都起到了重要作用。以下表達(dá)符合史實(shí)的是()A．奧斯特在實(shí)驗(yàn)中觀察到電流的磁效應(yīng)，該效應(yīng)揭示了電和磁之間存在聯(lián)系B．安培根據(jù)通電螺線管的磁場(chǎng)和條形磁鐵的磁場(chǎng)的相似性，提出了分子電流假說C．法拉第在實(shí)驗(yàn)中觀察到，在通有恒定電流的靜止導(dǎo)線附近的固定導(dǎo)線圈中，會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流D．楞次在分析了許多實(shí)驗(yàn)事實(shí)后提出，感應(yīng)電流應(yīng)具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化解析：選ABD奧斯特在實(shí)驗(yàn)中觀察到電流的磁效應(yīng)，該效應(yīng)揭示了電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，電和磁之間存在聯(lián)系，選項(xiàng)A正確。安培根據(jù)通電螺線管的磁場(chǎng)和條形磁鐵的磁場(chǎng)的相似性，提出了分子電流假說，選項(xiàng)B正確。法拉第在實(shí)驗(yàn)中觀察到，通有恒定電流的靜止導(dǎo)線附近的固定導(dǎo)線圈中，由于導(dǎo)線圈中磁通量不變，不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。楞次在分析了許多實(shí)驗(yàn)事實(shí)后提出，感應(yīng)電流應(yīng)具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，這就是楞次定律，選項(xiàng)D正確。命題點(diǎn)二：法拉第電磁感應(yīng)定律、自感、渦流3．(2022·全國卷)如圖，均勻磁場(chǎng)中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導(dǎo)線框，半圓直徑與磁場(chǎng)邊緣重合；磁場(chǎng)方向垂直于半圓面(紙面)向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0。使該線框從靜止開始繞過圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)半周，在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流?，F(xiàn)使線框保持圖中所示位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間線性變化。為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動(dòng)半周過程中同樣大小的電流，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率eq\f(ΔB,Δt)的大小應(yīng)為()A.eq\f(4ωB0,π) B.eq\f(2ωB0,π)C.eq\f(ωB0,π) D.eq\f(ωB0,2π)解析：選C當(dāng)導(dǎo)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)半徑為r，導(dǎo)線框電阻為R，在很小的Δt時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)過圓心角Δθ＝ωΔt，由法拉第電磁感應(yīng)定律及歐姆定律可得感應(yīng)電流I1＝eq\f(B0ΔS,RΔt)＝eq\f(B0·πr2\f(Δθ,2π),RΔt)＝eq\f(B0r2ω,2R)；當(dāng)導(dǎo)線框不動(dòng)，而磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，同理可得感應(yīng)電流I2＝eq\f(ΔBS,RΔt)＝eq\f(ΔB·πr2,2RΔt)，令I(lǐng)1＝I2，可得eq\f(ΔB,Δt)＝eq\f(B0ω,π)，C對(duì)。4．(多項(xiàng)選擇)(2022·全國卷Ⅰ)1824年，法國科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實(shí)驗(yàn)〞。實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如下圖。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場(chǎng)中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來，但略有滯后。以下說法正確的選項(xiàng)是()A．圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B．圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)C．在圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，磁針的磁場(chǎng)穿過整個(gè)圓盤的磁通量發(fā)生了變化D．圓盤中的自由電子隨圓盤一起運(yùn)動(dòng)形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)解析：選AB當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤的半徑切割磁針產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，選項(xiàng)A正確；如下圖，銅圓盤上存在許多小的閉合回路，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過小的閉合回路的磁通量發(fā)生變化，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流阻礙其相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但抗拒不了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故磁針會(huì)隨圓盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，但略有滯后，選項(xiàng)B正確；在圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，磁針的磁場(chǎng)穿過整個(gè)圓盤的磁通量始終為零，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；圓盤顯電中性，轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。命題點(diǎn)三：電磁感應(yīng)的圖像問題5．(2022·全國卷)如圖，一載流長(zhǎng)直導(dǎo)線和一矩形導(dǎo)線框固定在同一平面內(nèi)，線框在長(zhǎng)直導(dǎo)線右側(cè)，且其長(zhǎng)邊與長(zhǎng)直導(dǎo)線平行。在t＝0到t＝t1的時(shí)間間隔內(nèi)，直導(dǎo)線中電流i發(fā)生某種變化，而線框中的感應(yīng)電流總是沿順時(shí)針方向；線框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。設(shè)電流i正方向與圖中箭頭所示方向相同，那么i隨時(shí)間t變化的圖線可能是()解析：選A依題意，線框中感應(yīng)電流方向總是沿順時(shí)針方向，由于線框受到的安培力中左邊框受力較大，故以左邊框受力為主，由左手定那么可知直線電流方向向上時(shí)，線框受到向左的安培力，直線電流方向向下時(shí)，線框受到向右的安培力，由題意導(dǎo)線中的電流應(yīng)先為正后為負(fù)，故A對(duì)。6.(2022·全國卷Ⅰ)如圖，在水平面(紙面)內(nèi)有三根相同的均勻金屬棒ab、ac和MN，其中ab、ac在a點(diǎn)接觸，構(gòu)成“V〞字型導(dǎo)軌?？臻g存在垂直于紙面的均勻磁場(chǎng)。用力使MN向右勻速運(yùn)動(dòng)，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，運(yùn)動(dòng)中MN始終與∠bac的平分線垂直且和導(dǎo)軌保持良好接觸。以下關(guān)于回路中電流i與時(shí)間t的關(guān)系圖線，可能正確的選項(xiàng)是()解析：選A設(shè)金屬棒MN向右勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v，金屬棒電阻率為ρ，金屬棒截面積為S，∠bac＝2θ。在t時(shí)刻MN產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E＝2Bv2ttanθ，回路中電阻為R＝ρeq\f(\f(2vt,cosθ)＋2vttanθ,S)，由I＝eq\f(E,R)可得：I＝eq\f(BvSsinθ,ρ1＋sinθ)，應(yīng)選項(xiàng)A正確。7．(2022·全國卷Ⅰ)如圖(a)，線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上，在ab線圈中通以變化的電流，用示波器測(cè)得線圈cd間電壓如圖(b)所示，線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)與流經(jīng)線圈的電流成正比，那么以下描述線圈ab中電流隨時(shí)間變化關(guān)系的圖中，可能正確的選項(xiàng)是()解析：選C根據(jù)題圖(b)可知：cd兩端在0～0.5產(chǎn)生恒定的電壓，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，穿過線圈的磁通量均勻變化，即eq\f(Δi,Δt)為恒定不變，應(yīng)選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤。8．(2022·全國卷Ⅱ)如圖，在光滑水平桌面上有一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、電阻為R的正方形導(dǎo)線框；在導(dǎo)線框右側(cè)有一寬度為d(d＞L)的條形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)的邊界與導(dǎo)線框的一邊平行，磁場(chǎng)方向豎直向下。導(dǎo)線框以某一初速度向右運(yùn)動(dòng)。t＝0時(shí)導(dǎo)線框的右邊恰與磁場(chǎng)的左邊界重合，隨后導(dǎo)線框進(jìn)入并通過磁場(chǎng)區(qū)域。以下v-t圖像中，可能正確描述上述過程的是()解析：選D由于導(dǎo)線框閉合，導(dǎo)線框以某一初速度向右運(yùn)動(dòng)，其右側(cè)邊開始進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，右側(cè)邊受到安培力作用，做減速運(yùn)動(dòng)；導(dǎo)線框完全進(jìn)入磁場(chǎng)中時(shí)，導(dǎo)線框中磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)線框不受安培力作用，做勻速運(yùn)動(dòng)；導(dǎo)線框右側(cè)邊開始出磁場(chǎng)時(shí)，左側(cè)邊切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，左側(cè)邊受到安培力作用，導(dǎo)線框做減速運(yùn)動(dòng)；導(dǎo)線框進(jìn)、出磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，受到的安培力不斷減小，導(dǎo)線框的加速度不斷減小，所以可能正確描述導(dǎo)線框運(yùn)動(dòng)過程的速度圖像是D。命題點(diǎn)四：電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用9．(2022·全國卷Ⅱ)半徑分別為r和2r的同心圓形導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，一長(zhǎng)為r、質(zhì)量為m且質(zhì)量分布均勻的直導(dǎo)體棒AB置于圓導(dǎo)軌上面，BA的延長(zhǎng)線通過圓導(dǎo)軌中心O，裝置的俯視圖如下圖。整個(gè)裝置位于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，方向豎直向下。在內(nèi)圓導(dǎo)軌的C點(diǎn)和外圓導(dǎo)軌的D點(diǎn)之間接有一阻值為R的電阻(圖中未畫出)。直導(dǎo)體棒在水平外力作用下以角速度ω繞O逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌保持良好接觸。設(shè)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻均可忽略。重力加速度大小為g。求(1)通過電阻R的感應(yīng)電流的方向和大??；(2)外力的功率。解析：(1)根據(jù)右手定那么，得導(dǎo)體棒AB上的電流方向?yàn)锽→A，故電阻R上的電流方向?yàn)镃→D。設(shè)導(dǎo)體棒AB中點(diǎn)的速度為v，那么v＝eq\f(vA＋vB,2)而vA＝ωr，vB＝2ωr根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體棒AB上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Brv根據(jù)閉合電路歐姆定律得I＝eq\f(E,R)，聯(lián)立以上各式解得通過電阻R的感應(yīng)電流的大小為I＝eq\f(3Bωr2,2R)。(2)根據(jù)能量守恒定律，外力的功率P等于安培力與摩擦力的功率之和，即P＝BIrv＋fv，而f＝μmg解得P＝eq\f(9B2ω2r4,4R)＋eq\f(3μmgωr,2)。答案：(1)方向?yàn)镃→D大小為eq\f(3Bωr2,2R)(2)eq\f(9B2ω2r4,4R)＋eq\f(3μmgωr,2)10.(2022·全國卷Ⅰ)如圖，兩條平行導(dǎo)軌所在平面與水平地面的夾角為θ，間距為L(zhǎng)。導(dǎo)軌上端接有一平行板電容器，電容為C。導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于導(dǎo)軌平面。在導(dǎo)軌上放置一質(zhì)量為m的金屬棒，棒可沿導(dǎo)軌下滑，且在下滑過程中保持與導(dǎo)軌垂直并良好接觸。金屬棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，重力加速度大小為g。忽略所有電阻。讓金屬棒從導(dǎo)軌上端由靜止開始下滑，求：(1)電容器極板上積累的電荷量與金屬棒速度大小的關(guān)系；(2)金屬棒的速度大小隨時(shí)間變化的關(guān)系。解析：(1)設(shè)金屬棒下滑的速度大小為v，那么感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝BLv①平行板電容器兩極板之間的電勢(shì)差為U＝E②設(shè)此時(shí)電容器極板上積累的電荷量為Q，按定義有C＝eq\f(Q,U)③聯(lián)立①②③式得Q＝CBLv④(2)設(shè)金屬棒的速度大小為v時(shí)經(jīng)歷的時(shí)間為t，通過金屬棒的電流為i。金屬棒受到的磁場(chǎng)的作用力方向沿導(dǎo)軌向上，大小為f1＝BLi⑤設(shè)在時(shí)間間隔(t，t＋Δt)內(nèi)流經(jīng)金屬棒的電荷量為ΔQ，按定義有i＝eq\f(ΔQ,Δt)⑥ΔQ也是平行板電容器兩極板在時(shí)間間隔(t，t＋Δt)內(nèi)增加的電荷量。由④式得ΔQ＝CBLΔv⑦式中，Δv為金屬棒的速度變化量。按定義有a＝eq\f(Δv,Δt)⑧金屬棒所受到的摩擦力方向斜向上，大小為f2＝μN(yùn)⑨式中，N是金屬棒對(duì)于導(dǎo)軌的正壓力的大小，有N＝mgco