全國近三年高考物理沖刺演練及分類解析-【考點(diǎn)23】 電磁感應(yīng)綜合應(yīng)

【考點(diǎn)23】電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用1.(2022海南物理3)在如圖所示的電路中，a、b為兩個(gè)完全相同的燈泡，L為自感線圈，E為電源，S為開關(guān)。關(guān)于兩燈泡點(diǎn)亮和熄滅的先后次序，下列說法正確的是（）A．合上開關(guān)，a先亮，b后亮；斷開開關(guān)，a、b同時(shí)熄滅B．合上開關(guān)，b先亮，a后亮；斷開開關(guān)，a先熄滅，b后熄滅C．合上開關(guān)，b先亮，a后亮；斷開開關(guān)，a、b同時(shí)熄滅D．合上開關(guān)，a、b同時(shí)亮；斷開開關(guān)，b先熄滅，a后熄滅2.(2022山東理綜21)用相同導(dǎo)線繞制的邊長為L或2L的四個(gè)閉合導(dǎo)體線框、以相同的速度勻速進(jìn)入右側(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示。在每個(gè)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中，M、N兩點(diǎn)間的電壓分別為Ua、Ub、Uc和Ud。下列判斷正確的是（）A．Ua<Ub<Uc<Ud B．Ua<Ub<Ud<UcC．Ua=Ub<Uc=Ud D．Ub<Ua<Ud<Uc3.(2022廣東物理18)（17分）如圖15（a）所示，水平放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌，間距L=0.3m.導(dǎo)軌左端連接R＝的電阻，區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面B=的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)區(qū)域?qū)扗=0.2m.細(xì)金屬棒A1和A2用長為2D=0.4m的輕質(zhì)絕緣桿連接，放置在導(dǎo)軌平面上，并與導(dǎo)軌垂直，每根金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻均為t=,導(dǎo)軌電阻不計(jì)，使金屬棒以恒定速度r=1.0m/s沿導(dǎo)軌向右穿越磁場(chǎng)，計(jì)算從金屬棒A1進(jìn)入磁場(chǎng)（t=0）到A2離開磁場(chǎng)的時(shí)間內(nèi)，不同時(shí)間段通過電阻R的電流強(qiáng)度，并在圖15（b）中畫出.4.(2022山東理綜22)兩根足夠長的光滑導(dǎo)軌豎直放置，間距為L，底端接阻值為R的電阻。將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在一個(gè)固定的輕彈簧下端，金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直，如圖所示。除電阻R外其余電阻不計(jì)?，F(xiàn)將金屬棒從彈簧原長位置由靜止釋放，則（） A．釋放瞬間金屬棒的加速度等于重力加速度g B．金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，流過電阻R的電流方向?yàn)閍→b C．金屬棒的速度為時(shí)，所受安培力大小為 D．電阻R上產(chǎn)生的總熱量等于金屬棒重力勢(shì)能的減少5.(2022廣東物理18)（17分）如圖15(a)所示，一端封閉的兩條平行光滑導(dǎo)軌相距L，距左端L處的中間一段被彎成半徑為H的1/4圓弧，導(dǎo)軌左右兩段處于高度相差H的水平面上，圓弧導(dǎo)軌所在區(qū)域無磁場(chǎng)、右段區(qū)域存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B0，左段區(qū)域存在均勻分布但隨時(shí)間線性變化的磁場(chǎng)B(t)，如圖15(b)所示，兩磁場(chǎng)方向均豎直向上，在圓弧頂端，放置一質(zhì)量為m的金屬棒ab，與導(dǎo)軌左段形成閉合回路.從金屬棒下滑開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過時(shí)間t0滑到圓弧底端.設(shè)金屬棒在回路中的電阻為R，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，重力加速度為g.（1）問金屬棒在圓弧內(nèi)滑動(dòng)時(shí)，回路中感應(yīng)電流的大小和方向是否發(fā)生改變？為什么？（2）求0到t0時(shí)間內(nèi)，回路中感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱量.（3）探討在金屬棒滑到圓弧底端進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B0的一瞬間，回路中感應(yīng)電流的大小和方向.6.(2022江蘇物理15)（16分）如圖所示，間距為l的兩條足夠長的平行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為，導(dǎo)軌光滑且電阻忽略不計(jì).場(chǎng)強(qiáng)為B的條形勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為d1，間距為d2，兩根質(zhì)量均為m、有效電阻均勻?yàn)镽的導(dǎo)體棒a和b放在導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直.（設(shè)重力加速度為g）（1）若d進(jìn)入第2個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，b以與a同樣的速度進(jìn)入第1個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域，求b穿過第1個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域過程中增加的動(dòng)能.（2）若a進(jìn)入第2個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，b恰好離開第1個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域;此后a離開第2個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，b又恰好進(jìn)入第2個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域.且a、b在任意一個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域或無磁場(chǎng)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)時(shí)間均相等.求a穿過第2個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域過程中，兩導(dǎo)體棒產(chǎn)生的總焦耳熱Q.（3）對(duì)于第（2）問所述的運(yùn)動(dòng)情況，求a穿出第k個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速率v.EKabcL1L27.（2022江蘇卷－8）如圖所示的電路中，三個(gè)相同的燈泡a、b、c和電感EKabcL1L2先變亮，然后逐漸變暗先變亮，然后逐漸變暗先變亮，然后逐漸變暗、c都逐漸變暗8．（2022北京卷－22）（16分）均勻?qū)Ь€制成的單位正方形閉合線框abcd，每邊長為L，總電阻為R，總質(zhì)量為m。將其置于磁感強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)上方h處，如圖所示。線框由靜止自由下落，線框平面保持在豎直平面內(nèi)，且cd邊始終與水平的磁場(chǎng)邊界平行。當(dāng)cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，BaBabdch（2）求cd兩點(diǎn)間的電勢(shì)差大小;（3）若此時(shí)線框加速度恰好為零，求線框下落的高度h所應(yīng)滿足的條件。9.（2022天津卷－25）(22分)磁懸浮列車是一種高速低耗的新型交通工具。它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為如下模型，固定在列車下端的動(dòng)力繞組可視為一個(gè)矩形純電阻金屬框，電阻為R，金屬框置于xOy平面內(nèi)，長邊MN長為l，平行于y軸，寬為d的NP邊平行于x軸，如圖1所示。列車軌道沿Ox方向，軌道區(qū)域內(nèi)存在垂直于金屬框平面的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿Ox方向按正弦規(guī)律分布，其空間周期為λ，最大值為B0，如圖2所示，金屬框同一長邊上各處的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同，整個(gè)磁場(chǎng)以速度v0沿Ox方向勻速平移。設(shè)在短暫時(shí)間內(nèi)，MN、PQ邊所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化可以忽略，并忽略一切阻力。列車在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作用下沿Ox方向加速行駛，某時(shí)刻速度為v(v<v0)。(1)簡(jiǎn)要敘述列車運(yùn)行中獲得驅(qū)動(dòng)力的原理；(2)為使列車獲得最大驅(qū)動(dòng)力，寫出MN、PQ邊應(yīng)處于磁場(chǎng)中的什么位置及λ與d之間應(yīng)滿足的關(guān)系式：(3)計(jì)算在滿足第(2)問的條件下列車速度為v時(shí)驅(qū)動(dòng)力的大小。10.（2022福建理綜，18）如圖所示，固定位置在同一水平面內(nèi)的兩根平行長直金屬導(dǎo)軌的間距為d，其右端接有阻值為R的電阻，整個(gè)裝置處在豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。一質(zhì)量為m（質(zhì)量分布均勻）的導(dǎo)體桿ab垂直于導(dǎo)軌放置，且與兩導(dǎo)軌保持良好接觸，桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為u?，F(xiàn)桿在水平向左、垂直于桿的恒力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)距離L時(shí)，速度恰好達(dá)到最大（運(yùn)動(dòng)過程中桿始終與導(dǎo)軌保持垂直）。設(shè)桿接入電路的電阻為r，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，重力加速度大小為g。則此過程A.桿的速度最大值為B.流過電阻R的電量為C.恒力F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動(dòng)能的變化量D.恒力F做的功與安倍力做的功之和大于桿動(dòng)能的變化量11.(2022全國理綜Ⅱ，24，15分)如圖，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面向里，大小隨時(shí)間的變化率，為負(fù)的常量。用電阻率為、橫截面積為的硬導(dǎo)線做成一邊長為的方框。將方框固定于紙面內(nèi)，其右半部位于磁場(chǎng)區(qū)域中。求導(dǎo)線中感應(yīng)電流的大?。淮艌?chǎng)對(duì)方框作用力的大小隨時(shí)間的變化12.（2022廣東物理18，15分）如圖18（a）所示，一個(gè)電阻值為R，匝數(shù)為n的圓形金屬線與阻值為2R的電阻R1連結(jié)成閉合回路。線圈的半徑為r1.在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域存在垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線如圖18（b）所示。圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0.導(dǎo)線的電阻不計(jì)。求0至t1時(shí)間內(nèi)（1）通過電阻R1上的電流大小和方向；（2）通過電阻R1上的電量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量。13.（2022江蘇物理15，16分）如圖所示，兩平行的光滑金屬導(dǎo)軌安裝在一光滑絕緣斜面上，導(dǎo)軌間距為l、足夠長且電阻忽略不計(jì)，導(dǎo)軌平面的傾角為，條形勻強(qiáng)磁場(chǎng)的寬度為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向與導(dǎo)軌平面垂直。長度為2d的絕緣桿將導(dǎo)體棒和正方形的單匝線框連接在一起組成“”型裝置，總質(zhì)量為m，置于導(dǎo)軌上。導(dǎo)體棒中通以大小恒為I的電流（由外接恒流源產(chǎn)生，圖中未圖出）。線框的邊長為d（d<l），電阻為R，下邊與磁場(chǎng)區(qū)域上邊界重合。將裝置由靜止釋放，導(dǎo)體棒恰好運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)區(qū)域下邊界處返回，導(dǎo)體棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌垂直。重力加速度為g。求：（1）裝置從釋放到開始返回的過程中，線框中產(chǎn)生的焦耳熱Q；（2）線框第一次穿越磁場(chǎng)區(qū)域所需的時(shí)間t1；（3）經(jīng)過足夠長時(shí)間后，線框上邊與磁場(chǎng)區(qū)域下邊界的最大距離m。14．（2022上海物理24，14分）如圖，光滑的平行金屬導(dǎo)軌水平放置，電阻不計(jì)，導(dǎo)軌間距為l，左側(cè)接一阻值為R的電阻。區(qū)域cdef內(nèi)存在垂直軌道平面向下的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)寬度為s。一質(zhì)量為m，電阻為r的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，受到F＝＋（N）（v為金屬棒運(yùn)動(dòng)速度）的水平力作用，從磁場(chǎng)的左邊界由靜止開始運(yùn)動(dòng)，測(cè)得電阻兩端電壓隨時(shí)間均勻增大。（已知l＝1m，m＝1kg，R＝，r＝，s＝1m）（1）分析并說明該金屬棒在磁場(chǎng)中做何種運(yùn)動(dòng)；（2）求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；（3）若撤去外力后棒的速度v隨位移x的變化規(guī)律滿足v＝v0－EQ\F(B2l2,m（R＋r）)x，且棒在運(yùn)動(dòng)到ef處時(shí)恰好靜止，則外力F作用的時(shí)間為多少？（4）若在棒未出磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)撤去外力，畫出棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中速度隨位移的變化所對(duì)應(yīng)的各種可能的圖線。高考真題答案與解析 物理 【考點(diǎn)23】電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用1．【答案】C【解析】由于L是自感線圈，當(dāng)合上S時(shí)，自感線圈L將產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流的流過，故有b燈先亮，而a燈后亮。當(dāng)S斷開時(shí)，a、b組成回路，L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的減弱，由此可知．a(chǎn)、b同時(shí)熄滅，故選項(xiàng)C正確．2．【答案】B【解析】由歐姆定理可得閉合電路的路端電壓 ，即路端電壓取決于電源內(nèi)阻與總電阻的比值，故、比較，圖中較小，則，同理，對(duì)于、兩圖，，而 =，所以，故B正確。3．【答案】0~時(shí)0.12A~時(shí)0~時(shí)0.12A i—t圖像見解析【解析】（17分）A1從進(jìn)入磁場(chǎng)到離開磁場(chǎng)的時(shí)間① 在0~時(shí)間內(nèi)，A1上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) V② 由圖（a）知，電路的總電阻 ③ 總電流A④ 通過R的電流A⑤ 離開磁場(chǎng)=至未進(jìn)入磁場(chǎng) 的時(shí)間內(nèi)，回路中無電流 ⑥ 從進(jìn)入磁場(chǎng)=至離開磁場(chǎng) 的時(shí)間內(nèi)， 上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E= 由圖（b）知，電路總電阻 R0= 總電流=0.36A 流過R的電流=0.12A⑦ 綜合上述計(jì)算結(jié)果，繪制通過R的電流與時(shí)間的關(guān)系圖線，如下圖所示，⑧【評(píng)析】本題重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)電磁學(xué)、電路基本規(guī)律的認(rèn)識(shí)和理解。4．【答案】AC【解析】釋放金屬棒的瞬間，金屬棒只受重力，故加速度為重力加速度g，選項(xiàng)A對(duì)；金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由右手定則知流過電阻R的電流方向?yàn)閎→a，選項(xiàng)B錯(cuò)；金屬棒速度為時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=，感應(yīng)電流為，安培力為，選項(xiàng)C對(duì)；根據(jù)能的轉(zhuǎn)化與守恒，電阻上產(chǎn)生的熱量應(yīng)等于金屬棒和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能的減少，選項(xiàng)D錯(cuò)．5．【答案】（1）不變，見解析（2）（3）見解析【解析】（1）感應(yīng)電流的大小和方向均不發(fā)生改變，因?yàn)榻饘侔艋綀A弧任意位置時(shí)，回路中磁通量的變化率相同。①（2）0—t0時(shí)間內(nèi)，設(shè)回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E0，感應(yīng)電流為I，感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱量為Q，由法拉第電磁感應(yīng)定律：②根據(jù)閉合電路的歐姆定律：③由焦耳定律及②③有：④（3）設(shè)金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)B0一瞬間的速度為，金屬棒在圓弧區(qū)域下滑的過程中，機(jī)械能定恒：⑤在很短的時(shí)間△t內(nèi)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)B0瞬間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，則： ⑥由閉合電路歐姆定律及⑤⑥，求得感應(yīng)電流：⑦根據(jù)⑦討論：I．當(dāng)II．當(dāng)；III．當(dāng).6.【解析】(1)a和b不受安培力作用，由機(jī)械能守恒知，……①（2）設(shè)導(dǎo)體棒剛進(jìn)入無磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度為v1，剛離開無磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度為v2，由能量守恒知，在磁場(chǎng)區(qū)域中，……②在無磁場(chǎng)區(qū)域中，……③解得Q=mg(d1+d2)sin……④（3）在無磁場(chǎng)區(qū)域根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律v2-v1=gtsin……⑤且平均速度……⑥有磁場(chǎng)區(qū)域棒a受到合力F=mgsin-Bil……⑦感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)=Blv……⑧感應(yīng)電流I=……⑨解得F=mgsin-v……⑩根據(jù)牛頓第二定律，在t到t+時(shí)間內(nèi)……（11）則有（12）解得v1=v2=gtsin-d1……（13）聯(lián)列⑤⑥(13)式，解得由題意知，7．【答案】AD 【解析】考查自感現(xiàn)象。電鍵K閉合時(shí)，電感L1和L2的電流均等于三個(gè)燈泡的電流，斷開電鍵K的瞬間，電感上的電流i突然減小，三個(gè)燈泡均處于回路中，故b、c燈泡由電流i逐漸減小，B、C均錯(cuò)，D對(duì)；原來每個(gè)電感線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均加載于燈泡a上，故燈泡a先變亮，然后逐漸變暗，A對(duì)。本題涉及到自感現(xiàn)象中的“亮一下”現(xiàn)象，平時(shí)要注意透徹理解。8．【答案】（1）BL（2）（3）h=【解析】：（1）cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，線框速度v=線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv＝BL(2)此時(shí)線框中電流I=cd兩點(diǎn)間的電勢(shì)差U=I()=(3)安培力F=BIL=根據(jù)牛頓第二定律mg-F=ma,由a=0解得下落高度滿足h=9．【解析】：(1)由于列車速度與磁場(chǎng)平移速度不同，導(dǎo)致穿過金屬框的磁通量發(fā)生變化，由于電磁感應(yīng)，金屬框中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流受到的安培力即為驅(qū)動(dòng)力。(2)為使列車獲得最大驅(qū)動(dòng)力，MN、PQ應(yīng)位于磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度同為最大值且反向的地方，這會(huì)使得金屬框所圍面積的磁通量變化率最大，導(dǎo)致框中電流最強(qiáng)，也會(huì)使得金屬框長邊中電流受到的安培力最大。因此，d應(yīng)為的奇數(shù)倍，即或（）①(3)由于滿足第(2)問條件：則MN、PQ邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B0且方向總相反，經(jīng)短暫的時(shí)間，磁場(chǎng)沿Ox方向平移的距離為，同時(shí)，金屬框沿Ox方向移動(dòng)的距離為。因?yàn)関0>V，所以在Δt時(shí)間內(nèi)MN邊掃過磁場(chǎng)的面積：S＝(v0－v)lΔt①在此時(shí)間內(nèi)，MN邊左側(cè)穿過S的磁通移進(jìn)金屬框而引起框內(nèi)磁通量變化：ΔΦMN＝B0l(v0－v)Δt同理，該時(shí)間內(nèi)，PQ邊左側(cè)移出金屬框的磁通引起框內(nèi)磁通量變化ΔΦPQ＝B0l(v0－v)Δt故在內(nèi)金屬框所圍面積的磁通量變化ΔΦ＝ΔΦMN＋ΔΦPQ④根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，金屬框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小E＝⑤根據(jù)閉合電路歐姆定律有：I＝⑥根據(jù)安培力公式，MN邊所受的安培力FMN＝B0IlPQ邊所受的安培力FPQ＝B0Il根據(jù)左手定則，MN、PQ邊所受的安培力方向相同，此時(shí)列車驅(qū)動(dòng)力的大小F＝FMN＋FPQ＝2B0Il⑦聯(lián)立解得F＝⑧10.【答案】BD【解析】當(dāng)桿達(dá)到最大速度vm時(shí)，得，A錯(cuò)；由公式，B對(duì)；在棒從開始到達(dá)到最大速度的過程中由動(dòng)能定理有：，其中，，恒力F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動(dòng)能的變化量與回路產(chǎn)生的焦耳熱之和，C錯(cuò)；恒力F做的功與安倍力做的功之和等于于桿動(dòng)能的變化量與克服摩擦力做的功之和，D對(duì)。11