高考物理復(fù)習(xí)沖刺專題28 法拉第電磁感應(yīng)定律（電磁學(xué)部分）（原卷版）

專題28法拉第電磁感應(yīng)定律一、選擇題（1-9題只有一個(gè)選項(xiàng)正確，10-12題有多個(gè)選項(xiàng)符合條件）1．如圖甲所示，用一根橫截面積為S、電阻率為ρ的硬質(zhì)導(dǎo)線做成一個(gè)半徑為r的圓環(huán)，ab為圓環(huán)的直徑.在ab的右側(cè)存在一個(gè)足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，t＝0時(shí)刻磁場(chǎng)方向垂直于豎直圓環(huán)平面向里，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖象如圖乙所示，則0～t1時(shí)間內(nèi)()A．圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針B．圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向先是順時(shí)針后是逆時(shí)針C．圓環(huán)一直具有擴(kuò)張的趨勢(shì)D．圓環(huán)中感應(yīng)電流的大小為2．如圖所示，處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的半封閉平行金屬導(dǎo)軌框架MNPQ，寬NP為L(zhǎng)．磁場(chǎng)與其平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化規(guī)律如圖所示．導(dǎo)體棒ab的電阻為R，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．從t=0開始，在外力作用下導(dǎo)體從導(dǎo)軌的最左端以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，則t0時(shí)刻回路中的感應(yīng)電流大小為A．0 B． C． D．3．如圖所示，有兩個(gè)相鄰的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B，磁場(chǎng)方向相反，且與紙面垂直，兩個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域在x軸方向?qū)挾染鶠閍，在y軸方向足夠?qū)挘F(xiàn)有一個(gè)菱形導(dǎo)線框abcd，ac長(zhǎng)為2a，從圖示位置開始向右勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域．若以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较?，在線框中感應(yīng)電流i與線框移動(dòng)距離x的關(guān)系圖象中正確的是（）A． B．C． D．4．如圖甲所示，一鋁制圓環(huán)處于垂直環(huán)面的磁場(chǎng)中，圓環(huán)半徑為r，電阻為R，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化關(guān)系如圖乙所示，時(shí)刻磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，則下列說(shuō)法正確的是（）A．在時(shí)刻，環(huán)中的感應(yīng)電流沿逆時(shí)針?lè)较駼．在時(shí)刻，環(huán)中的電功率為C．在時(shí)刻，環(huán)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零D．0~t0內(nèi)，圓環(huán)有收縮的趨勢(shì)5．如圖甲所示，線圈固定于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)，線圈邊所受安培力向右且變化規(guī)律如圖乙所示，則磁場(chǎng)的變化情況可能是下圖所示的哪一個(gè)（）A．B．C．D．6．如圖所示，LOM為一45°角折線，折線內(nèi)有一方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一邊長(zhǎng)為l的正方形導(dǎo)線框沿垂直于OM的方向以速度v作勻速直線運(yùn)動(dòng)，在t＝0的刻恰好位于圖中所示位置．以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)閷?dǎo)線框中電流的正方向，在下面四幅圖中能夠正確表示電流～時(shí)間（I－t）關(guān)系的是（時(shí)間以為單位）（）A．B．C．D．7．用一根橫截面積為S、電阻率為ρ的硬質(zhì)導(dǎo)線做成一個(gè)半徑為r的圓環(huán)，ab為圓環(huán)的一條直徑，如圖所示．在ab的左側(cè)存在一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直圓環(huán)所在平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間變化的關(guān)系為，其中磁感應(yīng)強(qiáng)度的初始值B0方向垂直紙面向里，k<0,則A．圓環(huán)中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鰾．圓環(huán)具有擴(kuò)張且向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)C．圓環(huán)中感應(yīng)電流的大小為D．圖中a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差8．如圖所示，足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌豎直放置，金屬棒ab、cd均通過(guò)棒兩端的環(huán)套在金屬導(dǎo)軌上，虛線上方有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，虛線下方有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，ab、cd棒與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，兩棒總電阻為R，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．開始兩棒靜止在圖示位置，當(dāng)cd棒無(wú)初速度釋放時(shí)，對(duì)ab棒施加豎直向上的力F，使其沿導(dǎo)軌向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，則A．a(chǎn)b棒中的電流方向由a到bB．cd棒先加速運(yùn)動(dòng)后勻速運(yùn)動(dòng)C．cd棒所受摩擦力的最大值大于cd棒的重力D．力F做的功等于ab棒產(chǎn)生的電熱與ab棒增加的機(jī)械能之和9．如圖甲所示，矩形線圈abcd固定于方向相反的兩個(gè)磁場(chǎng)中，兩磁場(chǎng)的分界線oo′恰好把線圈分成對(duì)稱的左右兩部分，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示，規(guī)定磁場(chǎng)垂直紙面向內(nèi)為正，線圈中感應(yīng)電流逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎畡t線圈感應(yīng)電流隨時(shí)間的變化圖像為（）A．B．C． D．10．兩條平行虛線間存在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與紙面垂直．邊長(zhǎng)為、總電阻為的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi)，cd邊與磁場(chǎng)邊界平行，如圖（a）所示．已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，cd邊于時(shí)刻進(jìn)入磁場(chǎng)．線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖線如圖（b）所示(感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)取正)．下列說(shuō)法正確的是（）A．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為

TB．導(dǎo)線框運(yùn)動(dòng)速度的大小為C．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向外D．在至這段時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)線框所受的安培力大小為11．如圖所示，在豎直向下的y軸兩側(cè)分布有垂直紙面向外和向里的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度均隨位置坐標(biāo)按B=B0+ky（k為正常數(shù)）的規(guī)律變化。兩個(gè)完全相同的正方形線框甲和乙的上邊均與y軸垂直，甲的初始位置高于乙的初始位置，兩線框平面均與磁場(chǎng)垂直?，F(xiàn)同時(shí)分別給兩個(gè)線框一個(gè)豎直向下的初速度vl和v2，設(shè)磁場(chǎng)的范圍足夠大，當(dāng)線框完全在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，不考慮兩線框的相互作用，下列說(shuō)法正確的是（）A．運(yùn)動(dòng)中兩線框所受磁場(chǎng)的作用力方向相反B．若v1=v2，則開始時(shí)甲所受磁場(chǎng)力等于乙所受磁場(chǎng)力C．若v1＞v2，則開始時(shí)甲中的感應(yīng)電流一定大于乙中的感應(yīng)電流D．若v1＜v2，則最終穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)甲的速度可能大于乙的速度12．由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，若穿過(guò)某截面的磁通量為Φ=Φmsinωt，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e=ωΦmcosωt．如圖所示，豎直面內(nèi)有一個(gè)閉合導(dǎo)線框ACD(由細(xì)軟彈性電阻絲制成)端點(diǎn)A、D固定．在以水平線段AD為直徑的半圓形區(qū)域內(nèi)，有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)．設(shè)導(dǎo)線框的電阻恒定，圓的半徑為R，用兩種方式使導(dǎo)線框上產(chǎn)生感應(yīng)電流．方式一：將導(dǎo)線上的C點(diǎn)以恒定角速度ω1(相對(duì)圓心O)從A點(diǎn)沿圓弧移動(dòng)至D點(diǎn)；方式二：以AD為軸，保持∠ADC=45°，將導(dǎo)線框從豎直位置以恒定的角速度ω2轉(zhuǎn)90°．則下列說(shuō)法正確的是A．方式一中，導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的方向先逆時(shí)針，后順時(shí)針B．方式一中，導(dǎo)線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e1=BR2ω1cosω1tC．兩種方式中，通過(guò)導(dǎo)線截面的電荷量相等D．若ω1=ω2，則兩種方式電阻絲上產(chǎn)生的熱量相等二、非選擇題（共6小題）13．如圖所示，兩條間距L1=0.5m的平行光滑金屬直導(dǎo)軌，沿與水平地面間夾角θ=30°的方向固定放置。空間存在垂直導(dǎo)軌所在的斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的關(guān)系為B=0.2t(T)。垂直導(dǎo)軌放置的金屬棒ab固定，金屬棒cd在平行于斜面向上的力F作用下保持靜止，金屬棒cd的質(zhì)量為m=0.2kg，金屬棒ab的電阻R1=0.2Ω，金屬棒cd的電阻R2=0.3Ω，兩金屬棒之間的距離為L(zhǎng)2=0.2m，取g=10m/s2。求：(1)力F隨時(shí)間變化的表達(dá)式(2)在t0=1000s內(nèi)金屬棒cd產(chǎn)生的焦耳熱Q14．如圖甲所示，足夠長(zhǎng)的兩金屬導(dǎo)軌MN、PQ水平平行固定，兩導(dǎo)軌電阻不計(jì)，且處在豎直向上的磁場(chǎng)中，完全相同的導(dǎo)體棒a.b垂直放置在導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌接觸良好，兩導(dǎo)體棒的電阻均為，且長(zhǎng)度剛好等于兩導(dǎo)軌間距L，兩導(dǎo)體棒的間距也為L(zhǎng)．開始時(shí)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按圖乙所示的規(guī)律變化，當(dāng)時(shí)導(dǎo)體棒剛好要滑動(dòng)，已知，滑動(dòng)摩擦力等于最大靜摩擦力，求：（1）每根導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的滑動(dòng)摩擦力的大小及內(nèi)整個(gè)回路中產(chǎn)生的焦耳熱；（2）若保持磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，用如圖丙所示的水平向右的力F拉導(dǎo)體棒b，剛開始一段時(shí)間內(nèi)b做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間a導(dǎo)體棒開始滑動(dòng)？一根導(dǎo)體棒的質(zhì)量為多少？（3）當(dāng)（2）問(wèn)中的拉力作用時(shí)間為時(shí)，a、b兩棒組成的系統(tǒng)的總動(dòng)量為多大？15．如圖所示，傾角為θ＝30°、足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距L1＝0.4m，B1＝5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面向上．一質(zhì)量m＝1.0kg的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上，且始終與導(dǎo)軌接觸良好，其電阻r＝1Ω.金屬導(dǎo)軌上端連接右側(cè)電路，R1＝1.5Ω，R2＝1.5Ω.R2右側(cè)兩端通過(guò)細(xì)導(dǎo)線連接質(zhì)量M＝0.6kg的正方形金屬框cdef，正方形邊長(zhǎng)L2＝0.2m，每條邊電阻r0為1Ω，金屬框處在一方向垂直紙面向里、B2＝5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．現(xiàn)將金屬棒由靜止釋放，不計(jì)其他電阻及滑輪摩擦，g取10m/s2.（1）若將電鍵S斷開，求棒下滑過(guò)程中的最大速度．（2）若電鍵S閉合，每根細(xì)導(dǎo)線能承受的最大拉力為3.4N，開始時(shí)線框豎直，上、下邊水平，求細(xì)導(dǎo)線剛好被拉斷時(shí)棒的速度．（3）若電鍵S閉合后，從棒釋放到細(xì)導(dǎo)線被拉斷的過(guò)程中，棒上產(chǎn)生的電熱為3.06J，求此過(guò)程中棒下滑的距離．16．MN和M′N′為兩豎直放置的平行光滑長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌間的距離為L(zhǎng)．在導(dǎo)軌的下部有垂直于導(dǎo)軌向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．金屬棒ef的長(zhǎng)度為L(zhǎng)、質(zhì)量為m、電阻可忽略不計(jì)．在以下討論中，假設(shè)導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，磁場(chǎng)區(qū)域足夠大，金屬棒ef與導(dǎo)軌垂直并良好接觸，導(dǎo)線和各接觸處的電阻不計(jì)，電路的電感、空氣的阻力可忽略，已知重力加速度為g．（1）如圖甲所示，當(dāng)在導(dǎo)軌的MM′端通過(guò)導(dǎo)線將阻值為R的定值電阻連接，在t=0時(shí)無(wú)初速度地釋放金屬棒ef，求金屬棒所能達(dá)到的最大速度vm的大?。?）如圖乙所示，當(dāng)在導(dǎo)軌的MM′端通過(guò)導(dǎo)線將電容為C、擊穿電壓為Ub、正對(duì)面積為S、極板間可認(rèn)為是真空、極板間距為d的平行板電容器連接，在t=0時(shí)無(wú)初速度地釋放金屬棒ef．①求電容器達(dá)到擊穿電壓所用的時(shí)間；②金屬棒ef下落的過(guò)程中，速度逐漸變大，感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)逐漸變大，電容器極板上的電荷量逐漸增加，兩極板間存儲(chǔ)的電場(chǎng)能也逐漸增加．單位體積內(nèi)所包含的電場(chǎng)能稱為電場(chǎng)的能量密度．已知平行板電容器的電容的大小可表示為，為真空中的介電常數(shù)．證明：平行板電容器兩極板間的空間內(nèi)的電場(chǎng)能量密度與電場(chǎng)強(qiáng)度E的平方成正比，并求出比例系數(shù)．結(jié)果用和一些數(shù)字的組合表示．17．如圖所示，在匝數(shù)、截面積S=0.02m2的多匝線圈中存在方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，均勻變化．兩相互平行、間距的金屬導(dǎo)軌固定在傾角為的斜面上，線圈通過(guò)開關(guān)S與導(dǎo)軌相連．一質(zhì)量、阻值的光滑金屬桿鎖定在靠近導(dǎo)軌上端的MN位置，M、N等高．一阻值的定值電阻連接在導(dǎo)軌底端．導(dǎo)軌所在區(qū)域存在垂直于斜面向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．金屬導(dǎo)軌光滑且足夠長(zhǎng)，線圈與導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì)．重力加速度取，電子電量．(1)閉合開關(guān)S時(shí)，金屬桿受到沿斜面向下的安培力為0.4N，請(qǐng)判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度度的變化趨勢(shì)是增大還是減小，并求出磁感應(yīng)強(qiáng)度B0的變化率；(2)斷開開關(guān)S，解除對(duì)金屬桿的鎖定，從MN處由靜止釋放，經(jīng)過(guò)，金屬桿下滑，求該過(guò)程中金屬桿上產(chǎn)生的焦耳熱Q1；(3)經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為，金屬的電阻源于定向運(yùn)動(dòng)的自由電子和金屬離子(即金屬原子失去電子后的部分)的碰撞，請(qǐng)建立合適的自由電子運(yùn)動(dòng)模型，求出第(2)問(wèn)情境中，當(dāng)金屬桿最終勻速下滑時(shí)，金屬桿中金屬離子對(duì)一個(gè)自由電子沿桿方向的平均阻力的大?。?8．如圖所示，M1N1P1Q1和M2N2P2Q2為在同一水平面內(nèi)足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向豎直向下．導(dǎo)軌的M1N1段與M2N2段相互平行，間距為2m;P1Q1段與P2Q2段平行，間距為1m．兩根質(zhì)量均為m=lkg、電阻均為R=0.5Ω的金屬桿a、b垂直于導(dǎo)軌放置，桿的長(zhǎng)度恰好等于導(dǎo)軌間距．一根不可伸長(zhǎng)的絕緣輕質(zhì)細(xì)線一端系在金屬桿6的中點(diǎn)，另一端繞過(guò)