熱點(diǎn)14　電磁感應(yīng)規(guī)律及應(yīng)用-2025高考物理

熱點(diǎn)14電磁感應(yīng)規(guī)律及應(yīng)用［分值：60分］1~10題每題6分，共60分1.(2024·甘肅卷·6)工業(yè)上常利用感應(yīng)電爐冶煉合金，裝置如圖所示。當(dāng)線圈中通有交變電流時(shí)，下列說法正確的是()A.金屬中產(chǎn)生恒定感應(yīng)電流B.金屬中產(chǎn)生交變感應(yīng)電流C.若線圈匝數(shù)增加，則金屬中感應(yīng)電流減小D.若線圈匝數(shù)增加，則金屬中感應(yīng)電流不變答案B解析當(dāng)線圈中通有交變電流時(shí)，感應(yīng)電爐金屬內(nèi)的磁通量也不斷隨之變化，金屬中產(chǎn)生交變感應(yīng)電流，A錯(cuò)誤，B正確；若線圈匝數(shù)增加，根據(jù)電磁感應(yīng)定律E=nΔΦΔt可知，感應(yīng)電動(dòng)勢增大，則金屬中感應(yīng)電流變大，C2.(2024·重慶市模擬)在家庭電路中，接地故障斷路器在用電器發(fā)生漏電時(shí)，能保護(hù)人的生命和財(cái)產(chǎn)安全。當(dāng)用電器正常工作時(shí)，緊靠的兩根絕緣電線電流大小相等、方向相反；當(dāng)用電器漏電時(shí)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，斷路器切斷電路。若某次漏電瞬間，電線1和電線2中電流流向如圖所示，且電線2中電流小于電線1中電流，則線圈內(nèi)()A.磁通量增加，感應(yīng)電流從N到MB.磁通量減少，感應(yīng)電流從N到MC.磁通量增加，感應(yīng)電流從M到ND.磁通量減少，感應(yīng)電流從M到N答案A解析當(dāng)用電器正常工作時(shí)，緊靠的兩根絕緣電線電流大小相等、方向相反，此時(shí)穿過線圈的磁通量為零；當(dāng)用電器漏電時(shí)，且電線2中電流小于電線1中電流，則線圈內(nèi)磁通量增加，根據(jù)右手螺旋定則可知鐵芯內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生順時(shí)針方向(從右往左看)的磁場，根據(jù)楞次定律和右手螺旋定則知線圈中感應(yīng)電流從N到M，故選A。3.(多選)(2024·山西大同市、晉中市一模)安裝適當(dāng)軟件后，利用智能手機(jī)的磁傳感器能測量由于磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E感。已知某區(qū)域水平地面下1m深處埋有一根與大地表面平行的足夠長的直線電纜，電纜中通有正弦交變電流。將智能手機(jī)的屏幕水平放置測量時(shí)，測得地面上a、c兩處感應(yīng)電動(dòng)勢為零，b處感應(yīng)電動(dòng)勢不為零。經(jīng)測量，a、b、c恰好位于邊長為2m的等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，地磁場影響可忽略，則()A.直線電纜中的電流方向平行于ac方向B.b處感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值大小可以不變C.手機(jī)在b處豎直向上移動(dòng)時(shí)，電動(dòng)勢可能增大D.當(dāng)手機(jī)屏幕與水平地面成60°時(shí)，在b處測得感應(yīng)電動(dòng)勢也為零答案AD解析地面上a、c兩處感應(yīng)電動(dòng)勢為零，直線電纜中的電流方向平行于ac方向，故A正確；電纜中通有正弦交變電流，b處磁通量的變化率一定變化，感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值大小一定變化，故B錯(cuò)誤；手機(jī)在b處豎直向上移動(dòng)時(shí)，磁通量的變化率一定變小，電動(dòng)勢一定減小，故C錯(cuò)誤；當(dāng)手機(jī)平面和電纜產(chǎn)生的磁感線相切時(shí)，手機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)勢為零，設(shè)相切時(shí)手機(jī)屏幕與水平地面的夾角為θ，如圖，則有tanθ=3，解得θ=60°，故D正確。4.(2024·福建福州市期中)如圖甲所示，線圈套在長玻璃管上，線圈的兩端與電流傳感器(可看作理想電流表)相連。將強(qiáng)磁體從長玻璃管上端由靜止釋放，磁體下落過程中將穿過線圈，并不與玻璃管摩擦。實(shí)驗(yàn)觀察到如圖乙所示的感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖像，從上往下看線圈中順時(shí)針為電流的正方向。下列判斷正確的是()A.本次實(shí)驗(yàn)中朝下的磁極是N極B.t1~t2與t2~t3兩段時(shí)間里圖線與橫軸圍成的面積相等C.磁體下落過程減少的重力勢能等于增加的動(dòng)能D.磁體若從更高處釋放，t2時(shí)刻穿過線圈的磁通量更大答案B解析由乙圖可知t1~t2時(shí)間內(nèi)線圈中電流為順時(shí)針方向，根據(jù)楞次定律的“增反減同”可知本次實(shí)驗(yàn)中朝下的磁極是S極，故A錯(cuò)誤；乙圖中圖線與橫軸所圍面積表示通過線圈橫截面的電荷量，有q=IΔt=ERΔt=ΔΦΔt·RΔt=ΔΦR，依題意，線圈在t1~t2與t2~t3兩段時(shí)間里的磁通量的變化相同，所以這兩段圖線與橫軸圍成的面積相等，故B正確；由能量守恒可知磁體下落過程減少的重力勢能等于增加的動(dòng)能與增加的電能之和，故C錯(cuò)誤；根據(jù)Φ=BS5.(2024·海南?？谑幸荒?如圖所示，兩足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌豎直固定放置，導(dǎo)軌間存在垂直紙面的勻強(qiáng)磁場：兩根相同的金屬棒ab、cd垂直放置在導(dǎo)軌上，在外力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)。t=0時(shí)刻由靜止釋放棒ab，一段時(shí)間后再由靜止釋放棒cd。兩棒始終與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，兩棒的速度vab、vcd和加速度aab、acd隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖像可能正確的是()答案C解析t=0時(shí)刻由靜止釋放棒ab，棒ab在重力作用下由靜止開始加速，此時(shí)金屬棒cd、ab的加速度分別為acd=0，aab=mgm=g，之后回路中出現(xiàn)感應(yīng)電流，棒ab的加速度aab=mg-B2L2vabmR總，隨著棒ab的速度增大，棒ab的加速度減小，因?yàn)関cd=0，acd=0，金屬棒cd與金屬棒ab的速度差逐漸增大，回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢逐漸增大，安培力F安=B2L2R總vab，逐漸增大，一段時(shí)間后再由靜止釋放棒cd，棒cd加速運(yùn)動(dòng)且加速度增大，當(dāng)acd=aab時(shí)，vab6.(多選)(2024·廣西南寧市二模)如圖所示，光滑絕緣水平桌面上，虛線邊界的右側(cè)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，虛線左側(cè)有一長為2L、寬為L的矩形金屬框，其電阻為R，第一次讓金屬框的ab邊平行虛線邊界、給金屬框一個(gè)水平向右的初速度v0讓其恰好完全進(jìn)入磁場區(qū)域；第二次讓金屬框的bc邊平行虛線邊界、給金屬框一個(gè)水平向右的外力讓其以速度v0勻速進(jìn)入磁場區(qū)域。關(guān)于第一次和第二次金屬框進(jìn)入磁場的過程，下列說法正確的是()A.金屬框中的電流方向相同，都為逆時(shí)針B.金屬框中的焦耳熱之比為1∶4C.通過金屬框橫截面的電荷量之比為1∶2D.金屬框進(jìn)入磁場的時(shí)間之比大于4∶1答案ABD解析金屬框進(jìn)入磁場，磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知，金屬框中的電流方向相同，都為逆時(shí)針，故A正確；通過金屬框橫截面的電荷量為q=IΔt=ΔΦΔt·RΔt=BLabLbcR=BSR，可知通過金屬框橫截面的電荷量之比為1∶1，故C錯(cuò)誤；第一次金屬框進(jìn)入磁場時(shí)，根據(jù)動(dòng)量定理可知-BI1Lt1=0-mv0，根據(jù)電流的定義式得q=I1t1，根據(jù)能量守恒定律可知，產(chǎn)生的焦耳熱為Q1=12mv02，解得Q1=12qBLv0，第二次金屬框進(jìn)入磁場時(shí)，根據(jù)功能關(guān)系可知，產(chǎn)生的焦耳熱為Q2=qU2=qB×2Lv0=2qBLv0，則Q1Q2=14，即金屬框中的焦耳熱之比為1∶4，故B正確；假設(shè)金屬框第一次進(jìn)入磁場時(shí)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，則有2L=v02t1'7.(多選)(2022·全國甲卷·20)如圖，兩根相互平行的光滑長直金屬導(dǎo)軌固定在水平絕緣桌面上，在導(dǎo)軌的左端接入電容為C的電容器和阻值為R的電阻。質(zhì)量為m、阻值也為R的導(dǎo)體棒MN靜止于導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直，且接觸良好，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中。開始時(shí)，電容器所帶的電荷量為Q，合上開關(guān)S后()A.通過導(dǎo)體棒MN電流的最大值為QB.導(dǎo)體棒MN向右先加速、后勻速運(yùn)動(dòng)C.導(dǎo)體棒MN速度最大時(shí)所受的安培力也最大D.電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱大于導(dǎo)體棒MN上產(chǎn)生的焦耳熱答案AD解析開始時(shí)電容器兩極板間的電壓U=QC，合上開關(guān)瞬間，通過導(dǎo)體棒的電流I=UR=QCR，隨著電容器放電，通過電阻、導(dǎo)體棒的電流不斷減小，所以在開關(guān)閉合瞬間，導(dǎo)體棒所受安培力最大，此時(shí)速度為零，A項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由于回路中有電阻與導(dǎo)體棒，最終電能完全轉(zhuǎn)化為焦耳熱，故導(dǎo)體棒最終必定靜止，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由于導(dǎo)體棒切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，所以通過導(dǎo)體棒的電流始終小于通過電阻的電流，由焦耳定律可知，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱大于導(dǎo)體棒MN8.(多選)(2024·福建三明市一模)如圖，兩光滑導(dǎo)軌水平放置在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，一根導(dǎo)軌位于x軸上，另一根由ab、bc、cd三段直導(dǎo)軌組成，其中bc段與x軸平行，導(dǎo)軌左端接入一電阻R。導(dǎo)軌上一導(dǎo)體棒MN沿x軸正方向以速度v0保持勻速運(yùn)動(dòng)，t=0時(shí)刻通過坐標(biāo)原點(diǎn)O，導(dǎo)體棒始終與x軸垂直。設(shè)運(yùn)動(dòng)過程中通過電阻的電流大小為i，導(dǎo)體棒受到安培力的大小為F，導(dǎo)體棒克服安培力做功的功率為P，電阻兩端的電壓為U，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒接觸良好，忽略導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻。下列圖像可能正確的是()答案AC解析當(dāng)導(dǎo)體棒從O點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)L時(shí)，即在0~Lv0時(shí)間內(nèi)，在某時(shí)刻導(dǎo)體棒切割磁感線的長度L=l0+v0ttanθ(θ為ab與ad的夾角)，則根據(jù)E=BLv0，則有I=BLv0R=Bv0R(l0+v0ttanθ)，可知回路電流均勻增加；安培力F=B2L2v0R=B2v0R(l0+v0ttanθ)2，則F-t圖像為拋物線，但是不過原點(diǎn)；安培力做功的功率P=Fv0=B2L2v02R=B2v02R(l0+v0ttanθ)2，則P-t圖像為拋物線，但是不過原點(diǎn)；電阻兩端的電壓等于導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，即U=E=BLv0=Bv0(l0+v0ttanθ)，即U-t圖像是不過原點(diǎn)的直線；根據(jù)以上分析，B、D錯(cuò)誤；在Lv0~2L9.(多選)(2024·江西上饒市一模)如圖所示，導(dǎo)體棒a、b水平放置于足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌左右兩部分的間距分別為l、2l，導(dǎo)體棒a、b的質(zhì)量分別為m、2m，接入電路的電阻分別為R和2R，其余部分電阻均忽略不計(jì)。導(dǎo)體棒a、b均處于方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，a、b兩導(dǎo)體棒均以v0的初速度同時(shí)水平向右運(yùn)動(dòng)，兩導(dǎo)體棒在運(yùn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌垂直且保持良好接觸，導(dǎo)體棒a始終在窄軌上運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒b始終在寬軌上運(yùn)動(dòng)，直到兩導(dǎo)體棒達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。則該過程中()A.導(dǎo)體棒中的最大電流為Im=BlB.a棒運(yùn)動(dòng)初始瞬間的加速度方向水平向左C.電路中產(chǎn)生的焦耳熱Q=16mD.通過導(dǎo)體棒a的某一橫截面的電荷量q=m答案ACD解析開始時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢最大E=B·2lv0-Blv0=Blv0，最大電流為Im=Blv03R，故A正確；開始瞬間回路感應(yīng)電流沿順時(shí)針方向，則a棒運(yùn)動(dòng)初始瞬間感應(yīng)電流方向向里，根據(jù)左手定則可知，a棒運(yùn)動(dòng)初始瞬間所受安培力向右，則加速度方向水平向右，故B錯(cuò)誤；二者穩(wěn)定時(shí)Blva=B·2lvb，得va=2vb，a棒加速運(yùn)動(dòng)，b棒減速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)動(dòng)量定理，對(duì)a：BIlt=mva-mv0，對(duì)b：-2BIlt=2mvb-2mv0，得va=43v0，vb=23v0，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)，由能量守恒有12mv02+12×2mv02=12m(43v0)2+12×2m(23v0)2+Q，得Q=16mv010.(多選)(2024·海南卷·13)兩根足夠長的導(dǎo)軌由上下段電阻不計(jì)、光滑的金屬導(dǎo)軌組成，在M、N兩點(diǎn)絕緣連接，M、N等高，間距L=1m，連接處平滑。導(dǎo)軌平面與水平面夾角為30°，導(dǎo)軌兩端分別連接一個(gè)阻值R=0.02Ω的電阻和C=1F的電容器，整個(gè)裝置處于B=0.2T的垂直導(dǎo)軌平面斜向上的勻強(qiáng)磁場中，兩根導(dǎo)體棒ab、cd分別放在MN兩側(cè)，質(zhì)量分別為m1=0.8kg，m2=0.4kg，ab棒的電阻為0.08Ω，cd棒的電阻不計(jì)，將ab由靜止釋放，同時(shí)cd從距離MN為x0=4.32m處在一個(gè)大小F=4.64N、方向沿導(dǎo)軌平面向上的力作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng)，兩棒恰好在M、N處發(fā)生彈性碰撞，碰撞前瞬間撤去F，已知碰前瞬間ab的速度為4.5m/s，g=10m/s2，下列說法正確的是()A.ab從釋放到第一次碰撞前所用時(shí)間為1.44sB.ab從釋放到第一次碰撞前，R上消耗的焦耳熱為0.78JC.兩棒第一次碰撞后瞬間，ab的速度大小為6.3m/sD.兩棒第一次碰撞后瞬間，cd的速度大小為8.4m/s答案BD解析由于導(dǎo)體棒ab、cd同時(shí)由靜止開始運(yùn)動(dòng)，且恰好在M、N處發(fā)生彈性碰撞，則說明ab、cd在到達(dá)M、N處所用的時(shí)間是相同的，對(duì)導(dǎo)體棒cd和電容器組成的回路有Δq=C·BLΔv對(duì)cd根據(jù)牛頓第二定律有F-BIL-m2gsin30°=m2a2其中a2=ΔvΔt，聯(lián)立有a2=F則說明導(dǎo)體棒cd做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則有x0=12a2t聯(lián)立解得a2=6m/s2，t=1.2s，故A錯(cuò)誤；由題知，碰前瞬間ab的速度v1為4.5m/s，則根據(jù)功能關(guān)系有m1g