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2022版高考物理一轮复习 第十章 电磁感应练习新人教版

2022版高考物理一轮复习 第十章 电磁感应练习新人教版

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第十章　电磁感应
综合过关规范限时检测
满分：100分　考试时间：45分钟
一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共计48分。每小题给出的四个选项中，第1～5题只有一项符合题目要求，第6～8题有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)
1．随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的视线。小到手表、手机，大到电脑、电动汽车，都已经实现了无线充电从理论研发到实际应用的转化。如图所示为某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图。关于无线充电，下列说法正确的是(　C　)

A．无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”
B．只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电
C．接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同
D．只要有无线充电底座，所有手机都可以进行无线充电
[解析]　无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是电磁感应，故A错误；当给充电设备通以恒定直流电时，充电设备不会产生交变磁场，即不能正常充电，故B错误；接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同，故C正确；被充电手机内部，应该有一类似金属线圈的部件与手机电池相连，当有交变磁场时，则产生感应电动势，那么普通手机由于没有金属线圈，所以不能够利用无线充电设备进行充电，故D错误。
2．如图所示，在光滑的水平面上，有一垂直向下的匀强磁场分布在宽度为L的区域内，现有一个边长为a(av－mv′ ②
进出磁场时磁通量变化数值相同，故q0＝q，
q0＝1·Δt1＝2·Δt2＝q ③
联立①②③，得v′－v0＝v－v′
所以v′＝，故选B。
3．(2021·山东济南质检)如图甲所示，一线圈匝数为100匝，横截面积为0.01 m2，磁场与线圈轴线成30°角向右穿过线圈。若在2 s时间内磁感应强度随时间的变化关系如图乙所示，则该段时间内线圈两端a和b之间的电势差Uab为(　A　)

A．－ V　　　　　　　 B．2 V
C． V　 D．从0均匀变化到2 V
[解析]　本题考查根据B­t图像求感生电动势。与线圈轴线成30°角穿过线圈的向右磁感应强度均匀增加，故产生恒定的感应电动势，根据法拉第电磁感应定律有E＝N＝NScos 30°，由题图乙可知＝2 T/s，解得E＝ V，a、b两端的电势差大小等于线圈产生的感应电动势，由楞次定律可得，a端电势低于b端电势，故Uab＝－E＝－ V，A正确，B、C、D错误。
4．(2021·云南昆明联考)在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根足够长的光滑平行金属导轨固定在水平面内，相距为L，电阻不计。轨道左侧连接一阻值为R的定值电阻。质量为m、电阻不计的导体棒ab水平放置在导轨上，ab垂直于导轨。施加大小为F的水平恒力，使ab从静止开始沿导轨运动，经过时间t，ab通过的位移为x，速度变为v，整个运动过程中ab与导轨接触良好。关于这一过程下列说法正确的是(　D　)

A．ab做匀加速直线运动
B．ab的动能变化量为Fx
C．ab的动量变化量为Ft
D．定值电阻上产生的焦耳热为Fx－mv2
[解析]　本题考查电磁感应中安培力的冲量和做功问题。F大小不变，ab速度变化时安培力一定变化，所以ab受到的合力发生变化，不可能做匀加速直线运动，A错误；ab运动过程中除了受恒力F，还受到安培力，考虑动能和动量变化时应该考虑合外力做的功和冲量，B、C错误；由能量守恒定律有，力F做的功转化为棒ab的动能和电阻产生的焦耳热，所以焦耳热Q＝Fx－mv2，D正确。
5．(2021·江西南城一中模拟)如图，一足够长的光滑平行金属轨道，其轨道平面与水平面成θ角，上端与一电阻R相连，处于方向垂直轨道平面向上的匀强磁场中，质量为m、电阻为r的金属杆ab，从高为h处由静止释放，下滑一段时间后，金属杆开始以速度v匀速运动直到轨道的底端。金属杆始终保持与导轨垂直且接触良好，轨道电阻及空气阻力均可忽略不计，重力加速度为g。则(　D　)

A．金属杆加速运动过程中的平均速度小于v
B．金属杆加速运动过程中克服安培力做功的功率大于匀速运动过程中克服安培力做功的功率
C．当金属杆的速度为时，它的加速度大小为
D．整个运动过程中电阻R产生的焦耳热为
[解析]　本题考查斜面上导体棒切割磁感线的问题。ab加速过程中，有mgsin θ－F安＝ma，而安培力F安＝BIL，电流I＝，电动势E＝BLv，联立解得F安＝，可知ab加速时，速度越大，安培力越大，加速度越小，金属杆做加速度减小的加速运动，当加速度减为零后做匀速直线运动，v－t图像如图。

v－t图线与t轴所围图形的面积表示位移，由平均速度＝可知，加速运动的平均速度大于，A错误；由功率公式P＝Fv可知，加速过程时，安培力小于匀速过程的安培力，速度也小于匀速过程的速度，所以加速过程中克服安培力做功的功率小于匀速过程中克服安培力做功的功率，B错误；当金属杆的速度为v时，加速度为零，即mgsin θ－＝0，当金属杆的速度为时，有mgsin θ－＝ma，联立解得a＝，C错误；整个运动过程中整个电路产生的焦耳热为Q＝mgh－mv2，电阻R产生的焦耳热与总焦耳热之间的关系为QR＝Q，所以电阻R产生的焦耳热为QR＝，D正确。
6．如图所示，A、B为相同的灯泡，C为电容器，L为电感线圈(其直流电阻小于灯泡电阻)。下列说法中正确的是(　AC　)

A．闭合开关，B立即发光
B．闭合开关，电路稳定后，A中没有电流
C．电路稳定后，断开开关，B变得更亮后再熄灭
D．电路稳定后，断开开关，A中电流立即为零
[解析]　本题考查含容的自感电路。闭合开关S的瞬时，电容器C充电；而电感L阻碍电流的增加，相当于断路，则B先发光；电路稳定后，电容器充电完毕相当于断路，则A中有电流，选项A正确，B错误；电路稳定后，断开开关，则电感L与灯泡B组成新的回路，因电路稳定时L中的电流大于B的电流，则断开S时，B变得更亮后再熄灭，选项C正确；电路稳定后，断开开关，由于电容器放电，则A中电流不会立即为零，选项D错误。
7．一个闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中，设磁场方向向里为磁感强度B的正方向，线圈中的电流I的正方向为顺时针。线圈及线圈中感应电流I随时间变化的图线如图所示，则磁感强度B随时间变化的图线可能是图中的(　CD　)

[解析]　用排除法，根据楞次定律判断：A项中，内，磁场向外增加，感应电流的方向是顺时针，为正值，故A项错误；B项中，内，感应电流的方向一直是逆时针，为负值，故B项错误；同理判断C、D两项正确。
8．如图所示，相距为d的两水平虚线L1和L2分别是水平向里的匀强磁场的上下两个边界，磁场的磁感应强度为B，正方形线框abcd边长为L(Ld进入磁场后，ab还在磁场内，所以线框磁通量不变，即无感应电流，故A错误；由以上分析知，有一段过程，线框无感应电流，只受重力，线框的加速度为g，故B正确；根据能量守恒定律可知从ab边刚进入磁场到cd边刚穿出磁场的整个过程；动能变化为0，重力势能转化为线框产生的热量，Q＝mg(d＋L)，故C错误；线框ab边刚进入磁场速度为v0，cd边刚穿出磁场时速度也为v0，线框有一阶段的加速度为g，在整个过程中必然也有一段减速过程，故D正确。
二、非选择题(本题共3小题，共52分。)
9．(12分)(2020·湖北高三模拟)在用如图甲所示装置“研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系”实验中：

(1)本实验中需要用到的传感器是光电门传感器和电压传感器。
(2)让小车以不同速度靠近螺线管，记录下光电门挡光时间Δt内感应电动势的平均值E，改变速度多次实验，得到多组Δt与E，若以E为纵坐标、为横坐标作图可以得到直线图像。
(3)记录下小车某次匀速向左运动至最后撞上螺线管停止的全过程中感应电动势与时间的变化关系，如图乙所示，挡光时间Δt内图像所围阴影部分面积为S，增加小车的速度再次实验得到的面积 S′＝(选填“>”“<”或“＝”)S。
[解析]　(1)需要电压传感器测量感应电动势的平均值；
(2)小车以不同速度靠近螺线管至最后撞上螺线管停止的全过程中，根据法拉第电磁感应定律公式E＝可知，
E∝，故应该以为横轴作图；
(3)根据法拉第电磁感应定律公式E＝，则挡光时间Δt内图像所围阴影部分面积为：
S＝EΔt＝nΔΦ
由于小车的初末位置不变，磁通量的变化量ΔΦ相等，故面积为一个定值。
10．(18分)如图甲所示，足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置，其宽度L＝1 m，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＝0.40 Ω的电阻，质量为m＝0.01 kg、电阻为r＝0.30 Ω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10 m/s2(忽略ab棒运动过程中对原磁场的影响)，求：

(1)判断金属棒两端a、b的电势高低；
(2)磁感应强度B的大小；
(3)在金属棒ab从开始运动的1.5 s内，内阻R上产生的热量。
[答案]　(1)b点电势高，a点电势低　(2)0.1 T　(3)0.26 J
[解析]　(1)由右手定则可知，ab中的感应电流由a流向b，ab相当于电源，则b点电势高，a点电势低。
(2)由x－t图像求得t＝1.5 s时金属棒的速度为：v＝＝m/s＝7 m/s
金属棒匀速运动时所受的安培力大小为F＝BIL，I＝，E＝BLv
联立得：F＝
根据平衡条件得：F＝mg
则有：mg＝，
代入数据解得：B＝0.1 T。
(3)金属棒ab在开始运动的1.5 s内，金属棒的重力势能减少量转化为金属棒的动能和电路的内能。设电路中产生的总焦耳热为Q
根据能量守恒定律得：mgx＝mv2＋Q
代入数据解得：Q＝0.455 J
故R产生的热量为QR＝Q＝0.26 J。
11．(22分)(2021·浙江宁波模拟)如图甲所示，绝缘水平面上固定着两根足够长的光滑金属导轨PQ、MN，相距为L＝0.5 m，ef右侧导轨处于匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向下，磁感应强度B的大小如图乙变化。开始时ab棒和cd棒锁定在导轨如图甲位置，ab棒与cd棒平行，ab棒离水平面高度为h＝0.2 m，cd棒与ef之间的距离也为L，ab棒的质量为m1＝0.2 kg，有效电阻R1＝0.05 Ω，cd棒的质量为m2＝0.1 kg，有效电阻为R2＝0.15 Ω。(设a、b棒在运动过程始终与导轨垂直，两棒与导轨接触良好，导轨电阻不计，g＝10 m/s2)。问：

(1)0～1 s时间段通过cd棒的电流大小与方向；
(2)假如在1 s末，同时解除对ab棒和cd棒的锁定，稳定后ab棒和cd棒将以相同的速度做匀速直线运动，试求这一速度；
(3)对ab棒和cd棒从解除锁定到开始以相同的速度做匀速运动，ab棒产生的热量为多少？
[答案]　(1)1.25 A　d→c　2)m/s　(3)J
[解析]　(1)0～1 s时间内由于磁场均匀变化，根据法拉第电磁感应定律E＝＝＝和闭合电路欧姆定律I＝，代入数据可解得：I＝1.25 A。
cd棒中电流由d→c。
(2)1 s末后由磁场不变，ab棒从高为h处滑下到ef过程，由动能定理可知，m1gh＝m1v
得v0＝＝ m/s＝2 m/s，
从ab棒刚到ef处至两棒达共同速度过程，由动量守恒定律得，m1v0＝(m1＋m2)v
即0.2×2＝(0.1＋0.2)v，解得v＝m/s。
(3)对ab棒和cd棒从解除锁定到开始以相同的速度做匀速运动过程，由能量守恒可知，m1gh＝(m1＋m2)v2＋Q
代入数据解得：Q＝J
由于ab棒和cd棒串联，所以产生的热量之比等于电阻之比，所以
Qab＝Q＝×J＝ J。