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(gè)選項(xiàng)中,16題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求,78題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求,全部選對(duì)的得8分,選對(duì)但不全的得4分,有選錯(cuò)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(zhǎng)為a的導(dǎo)線框abcd處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,bc邊與磁場(chǎng)右邊界重合?，F(xiàn)發(fā)生以下兩個(gè)過(guò)程:一是僅讓線框以垂直于邊界的速度v勻速向右運(yùn)動(dòng);二是僅使磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化。若導(dǎo)線框在上述兩個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小相等,則磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率為()A.B.C.D.2.(xx·江蘇揚(yáng)州高三統(tǒng)考)如圖所示,在光滑水平面上,有一個(gè)粗細(xì)均勻的單匝正方形閉合線框abcd。t=0時(shí)刻,線框在水平外力的作用下,從靜止開(kāi)始向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng),bc邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)的時(shí)刻為t1,ad邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)的時(shí)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(yùn)動(dòng)時(shí)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(chǎng),將一個(gè)不變形的單匝金屬圓線圈放入磁場(chǎng)中,如圖甲所示。設(shè)甲圖中線圈中磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和感應(yīng)電流的方向?yàn)檎较?。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(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖線是()4.(xx·山西大學(xué)附中月考)小明有一個(gè)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(lái),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(diǎn)須連接直流電源的負(fù)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(chǎng)中,磁場(chǎng)方向與線圈平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖乙所示。t=0時(shí)刻磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,在04 s的時(shí)間內(nèi),線框ab邊所受到的安培力F隨時(shí)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(qiáng)磁場(chǎng)的區(qū)域?qū)挾葹?a,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B。一邊長(zhǎng)為a、電阻為4R的正方形均勻?qū)Ь€框CDEF從圖示位置開(kāi)始沿x軸正方向以速度v勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域,在圖乙中給出的線框EF兩端的電壓UEF與線框移動(dòng)距離x的關(guān)系的圖象正確的是()乙7.(xx·湖南長(zhǎng)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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,MN和M'N'是勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)方向與線框平面垂直。現(xiàn)讓金屬線框由距MN的某一高度從靜止開(kāi)始下落,圖乙是金屬線框由開(kāi)始下落到完全穿過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(zhǎng)為L(zhǎng)(L<s)、質(zhì)量為m,電阻為R,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,圖象中坐標(biāo)軸上所標(biāo)出的字母v1、v2、t1、t2、t3、t4均為已知量。(下落過(guò)程中bc邊始終水平)根據(jù)題中所給條件,以下說(shuō)法正確的是()A.t2是線框全部進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間,t4是線框全部離開(kāi)磁場(chǎng)瞬間B.從bc邊進(jìn)入磁場(chǎng)起一直到ad邊離開(kāi)磁場(chǎng)為止,感應(yīng)電流所做的功為mgsC.v1的大小可能為D.線框穿出磁場(chǎng)過(guò)程中流經(jīng)線框橫截面的電荷量比線框進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中流經(jīng)線框橫截面的電荷量多8.如圖所示,在傾角為的光滑斜面上,存在著兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域。區(qū)域的磁場(chǎng)方向垂直斜面向上,區(qū)域的磁場(chǎng)方向垂直斜面向下,磁場(chǎng)邊界MN、PQ、GH均平行于斜面底邊,MP、PG均為l。一個(gè)質(zhì)量為m、電阻為R、邊長(zhǎng)也為l的正方形導(dǎo)線框,由靜止開(kāi)始沿斜面下滑,下滑過(guò)程中ab邊始終與斜面底邊平行。t1時(shí)刻ab邊剛越過(guò)GH進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域,此時(shí)導(dǎo)線框恰好以速度v1做勻速直線運(yùn)動(dòng);t2時(shí)刻ab邊下滑到PQ與MN的中間位置,此時(shí)導(dǎo)線框又恰好以速度v2做勻速直線運(yùn)動(dòng)。重力加速度為g,下列說(shuō)法中正確的是()A.當(dāng)ab邊剛越過(guò)PQ時(shí),導(dǎo)線框加速度大小為a=gsin B.導(dǎo)線框兩次勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度v1v2=41C.從t1到t2的過(guò)程中,導(dǎo)線框克服安培力做功的大小等于機(jī)械能的減少量D.從t1到t2的過(guò)程中,有機(jī)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(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌相距l(xiāng),與水平面的夾角為,整個(gè)空間存在垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,虛線上方軌道光滑且磁場(chǎng)方向向上,虛線下方軌道粗糙且磁場(chǎng)方向向下。當(dāng)導(dǎo)體棒EF以初速度v0沿導(dǎo)軌上滑至最大高度的過(guò)程中,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(jì),重力加速度為g,在此過(guò)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(dòng)。因?yàn)楹Ｋ泻写罅康恼?、?fù)離子,這些離子隨海流做定向運(yùn)動(dòng),如果有足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)能使海流中的正、負(fù)離子發(fā)生偏轉(zhuǎn),便可用來(lái)發(fā)電。圖為利用海流發(fā)電的磁流體發(fā)電機(jī)原理示意圖,其中的發(fā)電管道是長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為d、高為h的矩形水平管道。發(fā)電管道的上、下兩面是絕緣板,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(kāi)關(guān)S和定值電阻R相連。整個(gè)管道置于方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題,可以認(rèn)為:開(kāi)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(dòng),發(fā)電管道相當(dāng)于電源,M、N兩端相當(dāng)于電源的正、負(fù)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(jì)地磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì);(2)要保證發(fā)電管道中的海水以恒定的速度流動(dòng),發(fā)電管道進(jìn)、出口兩端要保持一定的壓力差。請(qǐng)推導(dǎo)當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后,發(fā)電管兩端壓力差F與發(fā)電管道中海水的流速v之間的關(guān)系;(3)發(fā)電管道進(jìn)、出口兩端壓力差F的功率可視為該發(fā)電機(jī)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(jī)的效率。求開(kāi)關(guān)閉合后,該發(fā)電機(jī)的效率;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(jī)的效率,簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)時(shí),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(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化時(shí),E=a2,E=IR,聯(lián)立得E=a2=B0av,得。2.C解析:由于線框進(jìn)入磁場(chǎng)是做勻加速直線運(yùn)動(dòng),故速度是逐漸增加的,所以進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)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(xiàng)A錯(cuò)誤;當(dāng)線框全部進(jìn)入磁場(chǎng)后,由于穿過(guò)線框的磁通量不變,故線框中的電動(dòng)勢(shì)為0,所以線框里的電流也為0,所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由于線框在進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)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(dāng)線框全部進(jìn)入磁場(chǎng)后,ad間的電壓相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中切割磁感線而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓,該電壓隨運(yùn)動(dòng)速度的增大而增大,且大于t2時(shí)刻時(shí)ad間的電壓,故選項(xiàng)C正確;而對(duì)線框的拉力,在線框進(jìn)入磁場(chǎng)前,由于線框做加速運(yùn)動(dòng),故需要一定的拉力,進(jìn)入磁場(chǎng)后,線框中的感應(yīng)電流是均勻增加的,會(huì)產(chǎn)生阻礙線框運(yùn)動(dòng)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(jiàn)拉力F與速度v(或時(shí)間t)成線性關(guān)系,不是正比關(guān)系,其圖象不過(guò)原點(diǎn),所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3.A解析:由題圖乙知在01 s內(nèi)產(chǎn)生的電流不變,根據(jù)E=IR知,電動(dòng)勢(shì)不變,又由E=n知,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化,所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在01 s內(nèi),感應(yīng)電流方向?yàn)檎较?由右手定則可得感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向?yàn)樨?fù)方向,若原磁場(chǎng)方向?yàn)檎?根據(jù)楞次定律知,磁感應(yīng)強(qiáng)度增加,所以選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤;若原磁場(chǎng)方向?yàn)樨?fù),根據(jù)楞次定律知,磁感應(yīng)強(qiáng)度減少,則選項(xiàng)A正確。4.C解析:讓具有磁性的玩偶穩(wěn)定地飄浮起來(lái),則需讓玩偶受到向上的恒定的磁場(chǎng)力,在線圈中要產(chǎn)生上面是N極的恒定的磁場(chǎng),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(diǎn)須連接直流電源的正極,選項(xiàng)A、B錯(cuò)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(chǎng)增強(qiáng),從而增加玩偶飄浮的最大高度,選項(xiàng)C正確;若將可變電阻的電阻值調(diào)大,則通過(guò)電磁鐵的電流減小,磁場(chǎng)減弱,則可減小玩偶飄浮的最大高度,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。5.A解析:由磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化圖象可判斷出12 s內(nèi)線框的電流方向?yàn)轫槙r(shí)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(shí)間均勻變化,則安培力也隨時(shí)間均勻變化,據(jù)此排除選項(xiàng)C、D;然后再由34 s內(nèi)安培力方向排除選項(xiàng)B。6.D解析:線框經(jīng)過(guò)整個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程做勻速直線運(yùn)動(dòng),所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小E=Bav,剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),等效電路如圖甲所示;完全在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)等效電路如圖乙所示;一條邊從磁場(chǎng)中離開(kāi)時(shí)等效電路如圖丙所示。據(jù)以上分析易知選項(xiàng)D正確,A、B、C錯(cuò)誤。7.AC解析:因線框全部進(jìn)入磁場(chǎng)后和全部離開(kāi)磁場(chǎng)后均做加速度為g的勻加速運(yùn)動(dòng),故由題中圖線可知,t2是線框全部進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間,t4是線框全部離開(kāi)磁場(chǎng)瞬間,選項(xiàng)A正確;從bc邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)線框的速度為v2,ad邊離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)線框的速度為v1,此過(guò)程中線圈的機(jī)械能的減小量為E=+mg(L+s),則產(chǎn)生的電能為W電=+mg(L+s),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;線圈全部進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)可能達(dá)到了最大速度,即滿足mg=BL,即v1的大小可能為vm=,選項(xiàng)C正確;根據(jù)q=t=可知,線圈進(jìn)入磁場(chǎng)和線離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)磁通量的變化量相等,故線框穿出磁場(chǎng)過(guò)程中流經(jīng)線框橫截面的電荷量等于線框進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中流經(jīng)線框橫截面的電荷量,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選A、C。8.BC解析:線框在區(qū)域 內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng),滿足合力為零,有mgsin -=0;線框的ab邊剛越過(guò)PQ時(shí),兩邊都在切割磁感線,都受到沿斜面向上的安培力,則mgsin -=ma,a=-3gsin ,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;線框再次勻速時(shí),其受合力也為零,有mgsin -=0,可得,選項(xiàng)B正確;從t1到t2的過(guò)程中,安培力做負(fù)功,重力做正功,根據(jù)動(dòng)能定理,可得WG-WF=,解得WF=WG+,即線框從t1到t2過(guò)程中克服安培力所做的功等于線框機(jī)械能的減少量,選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。9.答案:見(jiàn)解析解析:(1)EF獲得向上初速度v0時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Blv0電路中電流為I,由閉合電路歐姆定律得I=此時(shí)對(duì)導(dǎo)體棒MN受力分析,由平衡條件得FA+mgsin =FfFA=BIl解得Ff=+mgsin 。(2)導(dǎo)體棒上升過(guò)程MN一直靜止,對(duì)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(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B可以提高發(fā)電機(jī)效率。解析:(1)由右手定則可知M端電勢(shì)高,M端為電源的正極。開(kāi)關(guān)S斷開(kāi),MN兩端的電壓U等于電源的電動(dòng)勢(shì)E,即U=E由于導(dǎo)電離子做勻速運(yùn)動(dòng),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(duì)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=可見(jiàn),增大發(fā)電管道內(nèi)海水的流速v和增強(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B可以提高發(fā)電機(jī)效率。