2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題能力訓(xùn)練 專題十一 電磁感應(yīng)及綜合應(yīng)用

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1、2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題能力訓(xùn)練 專題十一 電磁感應(yīng)及綜合應(yīng)用 一、選擇題(本題共8小題,每小題8分,共64分。在每小題給出的四個選項中,1~6題只有一個選項符合題目要求,7~8題有多個選項符合題目要求,全部選對的得8分,選對但不全的得4分,有選錯的得0分) 1. (xx·蘇錫常鎮(zhèn)四市教學(xué)調(diào)研)如圖所示,邊長為a的導(dǎo)線框abcd處于磁感應(yīng)強度為B0的勻強磁場中,bc邊與磁場右邊界重合?，F(xiàn)發(fā)生以下兩個過程:一是僅讓線框以垂直于邊界的速度v勻速向右運動;二是僅使磁感應(yīng)強度隨時間均勻變化。若導(dǎo)線框在上述兩個過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小相等,則磁感應(yīng)強度隨時間的變化率為(　　) 　　　　　

2、　　　　　　　　　　　 A. B. C. D. 2. (xx·江蘇揚州高三統(tǒng)考)如圖所示,在光滑水平面上,有一個粗細均勻的單匝正方形閉合線框abcd。t=0時刻,線框在水平外力的作用下,從靜止開始向右做勻加速直線運動,bc邊剛進入磁場的時刻為t1,ad邊剛進入磁場的時刻為t2,設(shè)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小為I,ad邊兩端電壓大小為U,水平拉力大小為F,則下列I、U、F隨運動時間t變化關(guān)系圖象正確的是(　　) 3.(xx·湖北荊門調(diào)研)空間存在著沿豎直方向的各處均勻的磁場,將一個不變形的單匝金屬圓線圈放入磁場中,如圖甲所示。設(shè)甲圖中線圈中磁感應(yīng)強度的方向和感應(yīng)電流的方向為正方向。

3、要想在線圈中產(chǎn)生如圖乙所示的感應(yīng)電流,圖丙中能正確表示線圈中磁感應(yīng)強度隨時間變化的圖線是(　　) 4.(xx·山西大學(xué)附中月考)小明有一個磁浮玩具,其原理是利用電磁鐵產(chǎn)生磁性,讓具有磁性的玩偶穩(wěn)定地飄浮起來,其構(gòu)造如圖所示。若圖中電源的電壓固定,可變電阻為一可以隨意改變電阻大小的裝置,則下列敘述正確的是(　　) A.電路中的電源必須是交流電源 B.電路中的a端點須連接直流電源的負極 C.若增加環(huán)繞軟鐵的線圈匝數(shù),可增加玩偶飄浮的最大高度 D.若將可變電阻的電阻值調(diào)大,可增加玩偶飄浮的最大高度 5.如圖甲所示,正三角形導(dǎo)線框abc固定在磁場中,磁場方向與線圈平面垂直,磁感

4、應(yīng)強度B隨時間變化的關(guān)系如圖乙所示。t=0時刻磁場方向垂直紙面向里,在0~4 s的時間內(nèi),線框ab邊所受到的安培力F隨時間t變化的關(guān)系(規(guī)定水平向左為力的正方向)可能是下圖中的(　　) 甲 6.如圖甲所示,垂直紙面向里的勻強磁場的區(qū)域?qū)挾葹?a,磁感應(yīng)強度的大小為B。一邊長為a、電阻為4R的正方形均勻?qū)Ь€框CDEF從圖示位置開始沿x軸正方向以速度v勻速穿過磁場區(qū)域,在圖乙中給出的線框EF兩端的電壓UEF與線框移動距離x的關(guān)系的圖象正確的是(　　) 乙 7.(xx·湖南長沙聯(lián)考)如圖甲所示,abcd是位于豎直平面內(nèi)的正方形閉合金屬線框,在金屬線框的下方有一磁感應(yīng)強度為B的

5、勻強磁場區(qū)域,MN和M'N'是勻強磁場區(qū)域的水平邊界,邊界的寬度為s,并與線框的bc邊平行,磁場方向與線框平面垂直?，F(xiàn)讓金屬線框由距MN的某一高度從靜止開始下落,圖乙是金屬線框由開始下落到完全穿過勻強磁場區(qū)域的v-t圖象(其中OA、BC、DE相互平行)。已知金屬線框的邊長為L(L

6、做的功為mgs C.v1的大小可能為 D.線框穿出磁場過程中流經(jīng)線框橫截面的電荷量比線框進入磁場過程中流經(jīng)線框橫截面的電荷量多 8.如圖所示,在傾角為θ的光滑斜面上,存在著兩個磁感應(yīng)強度大小均為B的勻強磁場區(qū)域。區(qū)域Ⅰ的磁場方向垂直斜面向上,區(qū)域Ⅱ的磁場方向垂直斜面向下,磁場邊界MN、PQ、GH均平行于斜面底邊,MP、PG均為l。一個質(zhì)量為m、電阻為R、邊長也為l的正方形導(dǎo)線框,由靜止開始沿斜面下滑,下滑過程中ab邊始終與斜面底邊平行。t1時刻ab邊剛越過GH進入磁場Ⅰ區(qū)域,此時導(dǎo)線框恰好以速度v1做勻速直線運動;t2時刻ab邊下滑到PQ與MN的中間位置,此時導(dǎo)線框又恰好以速度v2做

7、勻速直線運動。重力加速度為g,下列說法中正確的是(　　) A.當ab邊剛越過PQ時,導(dǎo)線框加速度大小為a=gsin θ B.導(dǎo)線框兩次勻速直線運動的速度v1∶v2=4∶1 C.從t1到t2的過程中,導(dǎo)線框克服安培力做功的大小等于機械能的減少量 D.從t1到t2的過程中,有機械能轉(zhuǎn)化為電能 二、非選擇題(本題共2小題,共36分) 9.(16分)如圖所示,兩條足夠長的平行金屬導(dǎo)軌相距l(xiāng),與水平面的夾角為θ,整個空間存在垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小均為B,虛線上方軌道光滑且磁場方向向上,虛線下方軌道粗糙且磁場方向向下。當導(dǎo)體棒EF以初速度v0沿導(dǎo)軌上滑至最大高度的過程中,

8、導(dǎo)體棒MN一直靜止在導(dǎo)軌上。若兩導(dǎo)體棒質(zhì)量均為m、電阻均為R,導(dǎo)軌電阻不計,重力加速度為g,在此過程中導(dǎo)體棒EF上產(chǎn)生的焦耳熱為Q,求: (1)導(dǎo)體棒MN受到的最大摩擦力; (2)導(dǎo)體棒EF上升的最大高度。 10. (20分)(xx·北京海淀高三統(tǒng)考)洋流又叫海流,指大洋表層海水常年大規(guī)模的沿一定方向較為穩(wěn)定的流動。因為海水中含有大量的正、負離子,這些離子隨海流做定向運動,如果有足夠強的磁場能使海流中的正、負離子發(fā)生偏轉(zhuǎn),便可用來發(fā)電。圖為利用海流發(fā)電的磁流體發(fā)電機原理示意圖,其中的發(fā)電管道是長為L、寬為d、高為h的矩形水平管道。發(fā)電管道的上、下

9、兩面是絕緣板,南、北兩側(cè)面M、N是電阻可忽略的導(dǎo)體板。兩導(dǎo)體板與開關(guān)S和定值電阻R相連。整個管道置于方向豎直向上、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中。為了簡化問題,可以認為:開關(guān)閉合前后,海水在發(fā)電管道內(nèi)以恒定速率v朝正東方向流動,發(fā)電管道相當于電源,M、N兩端相當于電源的正、負極,發(fā)電管道內(nèi)海水的電阻為r(可視為電源內(nèi)阻)。管道內(nèi)海水所受的摩擦阻力保持不變,大小為Ff。不計地磁場的影響。 (1)判斷M、N兩端哪端是電源的正極,并求出此發(fā)電裝置產(chǎn)生的電動勢; (2)要保證發(fā)電管道中的海水以恒定的速度流動,發(fā)電管道進、出口兩端要保持一定的壓力差。請推導(dǎo)當開關(guān)閉合后,發(fā)電管兩端壓力差F與發(fā)電管道中

10、海水的流速v之間的關(guān)系; (3)發(fā)電管道進、出口兩端壓力差F的功率可視為該發(fā)電機的輸入功率,定值電阻R消耗的電功率與輸入功率的比值可定義為該發(fā)電機的效率。求開關(guān)閉合后,該發(fā)電機的效率η;在發(fā)電管道形狀確定、海水的電阻r、外電阻R和管道內(nèi)海水所受的摩擦阻力Ff保持不變的情況下,要提高該發(fā)電機的效率,簡述可采取的措施。 參考答案 1.B　解析:線框以垂直于邊界的速度v勻速向右運動時,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E=B0av,感應(yīng)電流為I=;磁感應(yīng)強度隨時間均勻變化時,E=a2,E=IR,聯(lián)立得E=a2=B0av,得。 2.C　

11、解析:由于線框進入磁場是做勻加速直線運動,故速度是逐漸增加的,所以進入磁場時產(chǎn)生的電動勢也是逐漸增加的,由于線框的電阻不變,故線框中的電流也是逐漸增加的,選項A錯誤;當線框全部進入磁場后,由于穿過線框的磁通量不變,故線框中的電動勢為0,所以線框里的電流也為0,所以選項B錯誤;由于線框在進入磁場的過程中電流是均勻增加的,故ad邊兩端電壓也是均勻增加的,但當線框全部進入磁場后,ad間的電壓相當于一個導(dǎo)體棒在磁場中切割磁感線而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓,該電壓隨運動速度的增大而增大,且大于t2時刻時ad間的電壓,故選項C正確;而對線框的拉力,在線框進入磁場前,由于線框做加速運動,故需要一定的拉力,進入磁場后,線

12、框中的感應(yīng)電流是均勻增加的,會產(chǎn)生阻礙線框運動的也是均勻增大的安培力,故需要的拉力也是均勻增大的,即F=ma+,可見拉力F與速度v(或時間t)成線性關(guān)系,不是正比關(guān)系,其圖象不過原點,所以選項D錯誤。 3.A　解析:由題圖乙知在0~1 s內(nèi)產(chǎn)生的電流不變,根據(jù)E=IR知,電動勢不變,又由E=n知,磁感應(yīng)強度隨時間均勻變化,所以選項B錯誤;在0~1 s內(nèi),感應(yīng)電流方向為正方向,由右手定則可得感應(yīng)電流磁場方向為負方向,若原磁場方向為正,根據(jù)楞次定律知,磁感應(yīng)強度增加,所以選項C、D錯誤;若原磁場方向為負,根據(jù)楞次定律知,磁感應(yīng)強度減少,則選項A正確。 4.C　解析:讓具有磁性的玩偶穩(wěn)定地飄浮起

13、來,則需讓玩偶受到向上的恒定的磁場力,在線圈中要產(chǎn)生上面是N極的恒定的磁場,故電路中的電源必須是直流電源,且根據(jù)左手定則,電路中的a端點須連接直流電源的正極,選項A、B錯誤;若增加環(huán)繞軟鐵的線圈匝數(shù),可使電磁鐵產(chǎn)生的磁場增強,從而增加玩偶飄浮的最大高度,選項C正確;若將可變電阻的電阻值調(diào)大,則通過電磁鐵的電流減小,磁場減弱,則可減小玩偶飄浮的最大高度,選項D錯誤。 5.A　解析:由磁感應(yīng)強度隨時間的變化圖象可判斷出1~2 s內(nèi)線框的電流方向為順時針,然后利用左手定則判定ab邊所受到的安培力水平向左,大小為BIL,由于B隨時間均勻變化,則安培力也隨時間均勻變化,據(jù)此排除選項C、D;然后再由3~

14、4 s內(nèi)安培力方向排除選項B。 6.D　解析:線框經(jīng)過整個磁場區(qū)域過程做勻速直線運動,所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小E=Bav,剛進入磁場時,等效電路如圖甲所示;完全在磁場中運動時等效電路如圖乙所示;一條邊從磁場中離開時等效電路如圖丙所示。據(jù)以上分析易知選項D正確,A、B、C錯誤。 7.AC　解析:因線框全部進入磁場后和全部離開磁場后均做加速度為g的勻加速運動,故由題中圖線可知,t2是線框全部進入磁場瞬間,t4是線框全部離開磁場瞬間,選項A正確;從bc邊進入磁場時線框的速度為v2,ad邊離開磁場時線框的速度為v1,此過程中線圈的機械能的減小量為ΔE=+mg(L+s),則產(chǎn)生的電能為W電=+m

15、g(L+s),選項B錯誤;線圈全部進入磁場時可能達到了最大速度,即滿足mg=BL,即v1的大小可能為vm=,選項C正確;根據(jù)q=Δt=可知,線圈進入磁場和線離開磁場時磁通量的變化量相等,故線框穿出磁場過程中流經(jīng)線框橫截面的電荷量等于線框進入磁場過程中流經(jīng)線框橫截面的電荷量,選項D錯誤。故選A、C。 8.BC　解析:線框在區(qū)域 Ⅰ 內(nèi)做勻速直線運動,滿足合力為零,有mgsin θ-=0;線框的ab邊剛越過PQ時,兩邊都在切割磁感線,都受到沿斜面向上的安培力,則mgsin θ-=ma,a=-3gsin θ,選項A錯誤;線框再次勻速時,其受合力也為零,有mgsin θ-=0,可得,選項B正確;從t

16、1到t2的過程中,安培力做負功,重力做正功,根據(jù)動能定理,可得WG-WF=,解得WF=WG+,即線框從t1到t2過程中克服安培力所做的功等于線框機械能的減少量,選項C正確,選項D錯誤。 9.答案:見解析 解析:(1)EF獲得向上初速度v0時,感應(yīng)電動勢E=Blv0 電路中電流為I,由閉合電路歐姆定律得I= 此時對導(dǎo)體棒MN受力分析,由平衡條件得 FA+mgsin θ=Ff FA=BIl 解得Ff=+mgsin θ。 (2)導(dǎo)體棒上升過程MN一直靜止,對系統(tǒng)由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律,=mgh+2Q 解得h=。 10.答案:(1)M端為電源的正極　Bdv (2)F=Ff+ (3)增大發(fā)電管道內(nèi)海水的流速v和增強磁感應(yīng)強度B可以提高發(fā)電機效率。 解析:(1)由右手定則可知M端電勢高,M端為電源的正極。 開關(guān)S斷開,MN兩端的電壓U等于電源的電動勢E,即U=E 由于導(dǎo)電離子做勻速運動,所以有 q=qvB 解得E=U=Bdv (2)以發(fā)電管道內(nèi)的海水為研究對象,其受力平衡,則有F=BId+Ff 根據(jù)歐姆定律有I= 解得F=Ff+ (3)由題意可知輸入功率P入=Fv=Ffv+ 輸出功率P出=I2R=R 解得 η= = 可見,增大發(fā)電管道內(nèi)海水的流速v和增強磁感應(yīng)強度B可以提高發(fā)電機效率。