專題能力提升練(十二)　電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用-2025版高考物理二輪復(fù)習(xí)

10專題能力提升練(十二)電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用(40分鐘70分)【核心鞏固練】1.(6分)(2024·唐山一模)用一條均勻直導(dǎo)線繞成如圖所示的閉合回路并將其平行紙面放置,小圓環(huán)半徑為R,大圓環(huán)半徑為4R,整個回路處于垂直紙面向外的磁場中,磁感應(yīng)強度大小隨時間的變化規(guī)律為B=kt(k>0),則閉合回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為()A.kπR2 B.7kπR2C.13kπR2 D.19kπR2【解析】選C。由法拉第電磁感應(yīng)定律E=ΔΦΔt=kS,根據(jù)楞次定律可知,三個小圓環(huán)中的感應(yīng)電動勢與大圓環(huán)中的感應(yīng)電動勢方向相反,可知回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=kπ(4R)2-3×kπR2=13kπ2.(6分)如圖所示,輕繩將一條形磁鐵懸掛于O點,在其正下方的水平絕緣桌面上放置一銅質(zhì)圓環(huán)。現(xiàn)將磁鐵從A處由靜止釋放,圓環(huán)始終保持靜止,則磁鐵在A到E擺動過程中()A.圓環(huán)中感應(yīng)電流方向相同B.圓環(huán)受到摩擦力方向相同C.圓環(huán)對桌面的壓力始終大于自身的重力D.磁鐵在A、E兩處的重力勢能可能相等【解析】選B。從A到最低點的過程中,圓環(huán)中的磁場向上且磁通量增大,據(jù)“增反減同”可判斷產(chǎn)生順時針方向的電流(從上往下看),從最低點到E的過程中,產(chǎn)生逆時針方向的電流(從上往下看),故A錯誤;由楞次定律的推論“來拒去留”可知,從A到最低點和從最低點到E的過程中,圓環(huán)受到摩擦力方向均向右,故B正確;由楞次定律的推論“來拒去留”可知,從最低點到E的過程中,圓環(huán)對桌面的壓力小于自身的重力,故C錯誤;由于有部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故在A、E兩處的重力勢能不相等,故D錯誤。3.(6分)如圖甲所示,面積為0.2m2的100匝線圈處在勻強磁場中,線圈電阻r=4Ω,磁場方向垂直于線圈平面向里,已知磁感應(yīng)強度隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,定值電阻R=6Ω。下列說法正確的是()A.線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢均勻增大B.a、b兩點間電壓為2VC.a、b兩點間電壓為1.2VD.a點電勢比b點電勢低1.2V【解析】選C。結(jié)合乙圖得E=NΔBΔtS=2V,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定,故A錯誤;根據(jù)閉合電路歐姆定律得Uab=RR+r×E=1.2V,故B錯誤,C正確;根據(jù)楞次定律知,電流從a點流出,b點流入,所以4.(6分)(2024·天水模擬)如圖,由某種粗細均勻的總電阻為3R的金屬條制成的矩形線框abcd,固定在水平面內(nèi)且處于方向豎直向下的勻強磁場B中。一接入電路電阻為R的導(dǎo)體棒PQ,在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v勻速滑動,滑動過程PQ始終與ab垂直,且與線框接觸良好,不計摩擦。在PQ從靠近ad處向bc滑動的過程中()A.PQ中電流先增大后減小B.PQ兩端電壓先減小后增大C.PQ上拉力的功率先減小后增大D.線框消耗的電功率先減小后增大【解析】選C。PQ在運動過程中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,相當于電源,線框左右兩端電阻并聯(lián),當PQ運動到中間時并聯(lián)電阻最大,流經(jīng)PQ的電流最小,因此在滑動過程中,PQ中的電流先減小后增大,選項A錯誤;由于外接電阻先增大后減小,因此PQ兩端的電壓,即路端電壓先增大后減小,選項B錯誤;由能量守恒得拉力功率等于線框和導(dǎo)體棒的電功率,因此拉力功率為P=E2R總=(BLv)2R總,由于電路總電阻先增大后減小,因此拉力功率先減小后增大,選項C正確;矩形線框abcd總電阻為3R,當PQ5.(6分)如圖所示,有一邊長為L的正方形線框abcd,由距勻強磁場上邊界H處靜止釋放,下降過程中ab邊始終與磁場邊界平行,且ab邊剛進入勻強磁場區(qū)域時恰好能做勻速直線運動。勻強磁場區(qū)域?qū)挾纫矠長。ab邊開始進入磁場時記為t1,cd邊出磁場時記為t2,忽略空氣阻力,從線框開始下落到cd邊剛出磁場的過程中,線框的速度大小v、加速度大小a、ab兩點的電壓大小Uab、線框中產(chǎn)生的焦耳熱Q隨時間t的變化圖像可能正確的是()【解析】選C。線框在磁場上方H處開始下落到ab邊開始進入磁場過程中線框做勻加速運動;因線框ab邊剛進入勻強磁場區(qū)域時恰好能做勻速直線運動,可知線框直到cd邊出磁場時也做勻速運動,選項A、B錯誤。線框ab邊進入磁場的過程:E=BLv,則Uab=34BLv;ab邊出磁場后cd邊在磁場中運動的過程:E=BLv,則Uab=14BLv;線框進入磁場和出磁場過程中電動勢相同,均為E=6.(6分)(2024·北京大興區(qū)三模)如圖所示,一單匝粗細均勻的正方形導(dǎo)體線框abcd和直角坐標系xOy(x軸水平,y軸豎直)均處于豎直平面內(nèi),線框邊長為L。空間內(nèi)存在垂直于紙面向里的磁場,磁感應(yīng)強度在x方向均勻分布,y方向上滿足B=B0+ky(k>0)。初始時,線框的a點與坐標原點O重合,ab邊與x軸重合。現(xiàn)給線框一個沿著x軸正方向的速度v0,線框在運動過程中始終處于xOy平面內(nèi),其ab邊與x軸始終保持平行,空氣阻力不計。則()A.下落過程中線框中有順時針方向的感應(yīng)電流B.開始時線框中產(chǎn)生的電動勢為B0Lv0C.開始時線框中產(chǎn)生的電動勢為kL2D.若線框匝數(shù)增大為n匝,則豎直方向最終速度不變【解析】選D。根據(jù)楞次定律,下落過程中穿過線框的磁通量向里增加,則線框中有逆時針方向的感應(yīng)電流,故A錯誤;開始時線框中磁通量變化率為0,產(chǎn)生的電動勢為0,故B、C錯誤;線框在磁場中斜向下運動時產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流,線框的兩豎直邊受安培力等大反向,則水平方向受力為零做勻速直線運動;水平下邊受安培力豎直向上,水平上邊受安培力豎直向下,但因下邊受安培力大于上邊,可知豎直方向上受向上的安培力,當線框受到該安培力等于重力時,達到最終速度,若線框匝數(shù)增大為n匝,線框的質(zhì)量變?yōu)閚mg,電阻變?yōu)閚R,則nmg=nΔBnΔBLvnRL,其中ΔB=kL,解得v7.(6分)(2024·淄博模擬)如圖所示,一個直角邊長為l的等腰直角三角形虛線框內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強磁場,一個邊長也為l的正方形導(dǎo)線框所在平面與磁場方向垂直,三角形的高ab與導(dǎo)線框的一條邊垂直,ba的延長線平分導(dǎo)線框。在t=0時,使導(dǎo)線框從圖示位置開始以恒定速度沿ab方向移動,直到整個導(dǎo)線框離開磁場區(qū)域。i表示導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的強度,取逆時針方向為正。下列關(guān)于感應(yīng)電流的強度i隨時間t變化關(guān)系的圖像中,可能正確的是()【解析】選C。從正方形導(dǎo)線框下邊開始進入到下邊完全進入過程中,線框切割磁感線的有效長度逐漸增大,感應(yīng)電流也逐漸增大;從正方形導(dǎo)線框下邊完全進入至下邊剛穿出磁場邊界,切割磁感線的有效長度不變,感應(yīng)電流不變;當正方形導(dǎo)線框下邊離開磁場,上邊尚未進入磁場過程中,穿過線圈的磁通量不變,感應(yīng)電流為零;當正方形導(dǎo)線框下邊繼續(xù)遠離磁場,上邊進入磁場過程中,上邊線框切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向與之前相反,切割磁感線的有效長度增大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢增大,感應(yīng)電流增大。從正方形導(dǎo)線框上邊完全進入到上邊完全離開過程中,切割磁感線的有效長度不變,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢不變,感應(yīng)電流不變?！九鄡?yōu)創(chuàng)新練】8.(6分)(2024·長沙模擬)邊長為l的正方形線框以初速度v0水平拋出,在其正下方有一寬度為2l、水平足夠長的垂直于紙面向里的勻強磁場區(qū)域,如圖所示。cd邊剛進入磁場時,線框恰好做勻速直線運動。以cd邊剛離開磁場時為計時起點,此后線框的加速度與其豎直方向位移的關(guān)系圖像可能正確的是(忽略空氣阻力,線框在此過程中不發(fā)生轉(zhuǎn)動,取豎直向下為正方向)()【解析】選D。線框完全離開磁場后的運動為a=g的勻加速運動,由題意可知,加速度恒為+g,A、B錯誤;cd邊剛進入磁場時,線框恰好做勻速直線運動,所受安培力等于重力,線框完全進入磁場后的運動為a=g的勻加速運動,故cd邊剛離開磁場時豎直方向的分速度大于cd邊剛進入磁場時豎直方向的分速度,所受安培力大于重力,可知cd邊離開磁場時的過程中線框做加速度減小的減速運動,根據(jù)C選項的圖像,ab邊出磁場時,加速度為零,安培力等于重力,即此時的速度剛好等于cd邊進入磁場時的速度;而從ab邊剛進入磁場到cd邊剛出磁場,物體的加速度為g,位移為l;接下來再運動位移為l時,加速度均小于g,ab邊剛出磁場時速度肯定大于ab剛進入磁場時的速度,所以加速度不可能為零,C錯誤;cd邊剛出磁場時的速度大小不確定,線框的加速度大于g、等于g和小于g均有可能,D正確。9.(6分·多選)某興趣小組利用電容放電裝置研究電磁彈射。如圖,離地面高為h的水平面上固定一半徑為r的金屬圓環(huán),一根長為2r、電阻為2R0的金屬棒P沿直徑放置,它的兩端與圓環(huán)接觸良好,該棒以圓心為轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動。圓環(huán)內(nèi)左半圓存在磁感應(yīng)強度大小為B1的勻強磁場(方向豎直向上),圓環(huán)邊緣、與轉(zhuǎn)軸良好接觸的電刷分別與間距為l的水平放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌相連,導(dǎo)軌間接有電容為C的電容器,通過單刀雙擲開關(guān)S可分別與接線柱1、2相連。水平導(dǎo)軌上放置一質(zhì)量為m的金屬棒Q,它置于磁感應(yīng)強度為B2的勻強磁場(方向豎直向上)區(qū)域內(nèi)靠左側(cè)邊緣。先將開關(guān)擲于1端,讓金屬棒P繞軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,等電容器充電結(jié)束后,再將開關(guān)S擲于2端,電容器放電使得導(dǎo)軌上的金屬棒Q運動起來水平拋出。圓環(huán)及導(dǎo)軌內(nèi)阻均不計,重力加速度大小為g,下列說法正確的是()A.電容器充電后,M板帶正電B.電容器充電后帶電量為12CB1ωrC.電容器充電后帶電量為14CB1ωrD.金屬棒Q拋出到落地的最大水平距離為B【解題指導(dǎo)】解答本題注意以下三個方面:(1)金屬棒P轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生的電動勢E=12B1ωr2(2)電容器兩端的電壓為金屬棒Q兩端的電壓;(3)金屬棒Q的位移由動量定理求解?！窘馕觥窟xA、C。開關(guān)S和接線柱1接通,電容器充電,充電過程,對繞轉(zhuǎn)軸OO'轉(zhuǎn)動的金屬棒P,由右手定則可知電流沿徑向向外,即邊緣為電源正極,圓心為負極,則M板帶正電,故A正確;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知E=12B1ωr2,則電容器所帶的電荷量Δq=CU=CE2=14CB1ωr2,故B錯誤,C正確;假設(shè)電容器放電能夠?qū)㈦姾闪咳糠磐?電容器放電過程對金屬棒Q由動量定理有B2Ilt=mv-0,Δq=It,得v=14mB1B2ωr2Cl,根據(jù)平拋運動公式,有h=12gt2,s=10.(6分·多選)(2024·湖北三十一校二模)如圖,間距L=1m的U形金屬導(dǎo)軌,一端接有0.1Ω的定值電阻R,固定在高h=0.8m的絕緣水平桌面上。質(zhì)量均為0.1kg的勻質(zhì)導(dǎo)體棒a和b靜止在導(dǎo)軌上,兩導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好且始終與導(dǎo)軌垂直,接入電路的阻值均為0.1Ω,與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)均為0.1(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力),導(dǎo)體棒a距離導(dǎo)軌最右端1.74m。整個空間存在豎直向下的勻強磁場(圖中未畫出),磁感應(yīng)強度大小為0.1T。用F=0.5N沿導(dǎo)軌水平向右的恒力拉導(dǎo)體棒a,當導(dǎo)體棒a運動到導(dǎo)軌最右端時,導(dǎo)體棒b剛要滑動,撤去F,導(dǎo)體棒a離開導(dǎo)軌后落到水平地面上。重力加速度取10m/s2,不計空氣阻力,不計其他電阻,下列說法正確的是()A.導(dǎo)體棒a離開導(dǎo)軌至落地過程中,水平位移為0.6mB.導(dǎo)體棒a離開導(dǎo)軌至落地前,其感應(yīng)電動勢不變C.導(dǎo)體棒a在導(dǎo)軌上運動的過程中,導(dǎo)體棒b有向右運動的趨勢D.導(dǎo)體棒a在導(dǎo)軌上運動的過程中,通過電阻R的電荷量為0.58C【解析】選B、D。導(dǎo)體棒a在導(dǎo)軌上向右運動,產(chǎn)生的感應(yīng)電流向里,流過導(dǎo)體棒b的電流向里,由左手定則可知安培力向左,則導(dǎo)體棒b有向左運動的趨勢,故C錯誤;導(dǎo)體棒b與電阻R并聯(lián),有I=BLvR+R2,當導(dǎo)體棒a運動到導(dǎo)軌最右端時,導(dǎo)體棒b剛要滑動,有B·I2·L=μmg,聯(lián)立解得a棒的速度為v=3m/s,a棒做平拋運動,有x=vt,h=12gt2,聯(lián)立解得導(dǎo)體棒a離開導(dǎo)軌至落地過程中水平位移為x=1.2m,故A錯誤;導(dǎo)體棒a離開導(dǎo)軌至落地前做平拋運動,水平速度切割磁感線,則產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢不變,故B正確;導(dǎo)體棒a在導(dǎo)軌上運動的過程中,通過電路的電量為q=I·Δt=BL·ΔxR+12R=011.(10分)(2024·天津和平區(qū)模擬)輕質(zhì)細線吊著一質(zhì)量為m=0.64kg、邊長為L=0.8m、匝數(shù)n=10的正方形線圈abcd,線圈總電阻為R=2Ω。邊長為L2的正方形磁場區(qū)域?qū)ΨQ分布在線圈下邊的兩側(cè),如圖甲所示。磁場方向垂直紙面向里,磁感應(yīng)強度大小隨時間變化如圖乙所示,從t=0開始