高考物理二輪復習專項訓練模型63 電磁感應+圖像模型（解析版）

模型63電磁感應+圖像模型1.（2023高考全國乙卷）一學生小組在探究電磁感應現(xiàn)象時，進行了如下比較實驗。用圖（a）所示的纏繞方式，將漆包線分別繞在幾何尺寸相同的有機玻璃管和金屬鋁管上，漆包線的兩端與電流傳感器接通。兩管皆豎直放置，將一很小的強磁體分別從管的上端由靜止釋放，在管內(nèi)下落至管的下端。實驗中電流傳感器測得的兩管上流過漆包線的電流I隨時間t的變化分別如圖（b）和圖（c）所示，分析可知（）A.圖（c）是用玻璃管獲得的圖像B.在鋁管中下落，小磁體做勻變速運動C.在玻璃管中下落，小磁體受到的電磁阻力始終保持不變D.用鋁管時測得的電流第一個峰到最后一個峰的時間間隔比用玻璃管時的短【參考答案】A【命題意圖】本題考查電磁阻尼及其相關知識點。【解題思路】強磁體從管的上端由靜止釋放，鋁管本身和線圈都將對強磁體產(chǎn)生電磁阻尼，在鋁管下落，強磁體做加速度減小的加速運動，圖（c）是用玻璃管獲得的圖像，圖（b）是用鋁管獲得的圖像，A正確B錯誤；在玻璃管中下落，線圈中將產(chǎn)生感應電流，感應電流對小磁體下落產(chǎn)生電磁阻力，由安培力公式可知，電磁阻力與產(chǎn)生的感應電流成正比，所以在玻璃管中下落，小磁體受到的電磁阻力逐漸增大，C錯誤；由于在鋁管中下落，受到的電磁阻力大于在玻璃管中下落，所以用鋁管時測得的電流第一個峰到最后一個峰的時間間隔比用玻璃管時的長，D錯誤。【知識拓展】電磁阻尼的實質(zhì)是受到了與運動方向相反的安培力作用。2（2023高考全國甲卷）一有機玻璃管豎直放在地面上，管上有漆包線繞成的線圈，線圈的兩端與電流傳感器相連，線圈在玻璃管上部的5匝均勻分布，下部的3匝也均勻分布，下部相鄰兩匝間的距離大于上部相鄰兩匝間的距離。如圖（a）所示。現(xiàn)讓一個很小的強磁體在玻璃管內(nèi)沿軸線從上端口由靜止下落，電流傳感器測得線圈中電流I隨時間t變化如圖（b）所示。則A.小磁體在玻璃管內(nèi)下降的速度越來越快B.下落過程中，小磁體的N極、S極上下顛倒了8次C.下落過程中，小磁體受到的電磁阻力始終保持不變D.與上部相比，小磁體通過線圈下部的過程中，磁通量變化率的最大值更大【參考答案】AD【命題意圖】本題考查法拉第電磁感應定律、閉合電路歐姆定律、電磁阻尼、對電流I隨時間t變化圖像的理解及其相關知識點?！窘忸}思路】由圖（b）可知，強磁體通過每匝線圈時產(chǎn)生的感應電流最大值逐漸增大，根據(jù)法拉第電磁感應定律和閉合電路歐姆定律可知，小磁體通過每匝線圈時磁通量變化率越來越大，即小磁體在玻璃管內(nèi)下降的速度越來越快，A正確；下落過程中，小磁體的N極、S極上下沒有顛倒，B錯誤；小磁體下落過程中受到的電磁阻力實質(zhì)就是安培力，根據(jù)安培力公式可知，下落過程中，小磁體受到的電磁阻力越來越大，C錯誤；與上部相比，小磁體通過線圈下部的過程中，磁通量變化率的最大值更大，D正確。3.（2023學業(yè)水平等級考試上海卷）如圖所示，左側連接有電阻R的光滑平行導軌處于垂直紙面向里的勻強磁場中，一金屬棒置于導軌上，對其施加外力使其運動，所受安培力變化如圖所示，取向右為正方向，則外力隨時間變化的圖像正確的是【參考答案】C【名師解析】對照安培力隨時間變化圖像可知，金屬棒做勻變速直線運動，t0時刻速度減小到零，設加速度大小為a，所受安培力先向左后向右，金屬棒速度方向先向右后向左。金屬棒在勻強磁場中做切割磁感線運動，產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，I=BLv/R，v=v0-at。所受安培力FA=BIL=-SKIPIF1<0=-SKIPIF1<0=-F0+SKIPIF1<0，安培力隨時間變化圖像中SKIPIF1<0。根據(jù)牛頓第二定律，F(xiàn)+FA=-ma，解得F=-ma+SKIPIF1<0=F0-ma-SKIPIF1<0，對照各個選項圖，可知C正確。4.（2023學業(yè)水平等級考試上海卷）如圖（a）單匝矩形線框cdef放置在傾角θ=30°的斜面上，在寬度為D=0.4m的區(qū)域有垂直于斜面向上的勻強磁場，磁感應強度大小為B=0.5T，線框質(zhì)量m=0.1kg，總電阻R=0.25Ω?，F(xiàn)對線框施加一沿斜面向上的力F使線框向上運動，ed邊離開磁場時撤去外力F，線框速度隨時間變化的圖像如圖（b）。已知線框ef=0.4m，線框與斜面之間的動摩擦因數(shù)μ=SKIPIF1<0，g取9.8m/s2。求：（1）外力F的大?。唬?）線框cf的長度L；（3）整個過程中線框產(chǎn)生的焦耳熱Q?！緟⒖即鸢浮浚?）1.48N（2）0.5m（3）0.4J【名師解析】（1）對線框受力分析如圖所示。由牛頓第二定律，F(xiàn)-mgsinθ-f=ma，N=mgcosθ，f=μN。由速度圖像可知，在0~0.4s內(nèi)，a=SKIPIF1<0=5m/s2。聯(lián)立解得：F=1.5N.（2）對線框受力分析如圖所示。在線框勻速運動階段，F(xiàn)=mgsinθ+f+FA，N=mgcosθ，f=μN。安培力FA=BIL，I=E/R,E=BLv，v=2.0m/s聯(lián)立解得：L=0.5m（3）由I=E/R,E=BLv，可得I=2A，線框進入磁場時間和出磁場時間相等，都是t=ef/v=0.2s，由焦耳定律可得整個過程中線框產(chǎn)生的焦耳熱Q=I2R（2t）=0.4J最新模擬題1.（2024黑龍江大慶第一次質(zhì)檢）如圖所示，兩光滑導軌水平放置在豎直向下的勻強磁場中，一根導軌位于x軸上，另一根導軌由ab、bc、cd三段直導軌組成，其中a點與x軸的坐標原點O非常接近，但不接觸，bc段與x軸平行，導軌右端接入一定值電阻R。導軌上一金屬棒沿x軸正向以速度v0做勻速直線運動，t=0時刻通過坐標原點O，金屬棒始終與軸x垂直。設運動過程中通過電阻的電流為i，金屬棒克服安培力做功的功率為P、導軌均與金屬棒接觸良好，忽略導軌與金屬棒的電阻，下列圖像可能正確的是（）A. B.C. D.【參考答案】B【名師解析】根據(jù)法拉第電磁感應定律，金屬棒中產(chǎn)生的感應電動勢SKIPIF1<0結合閉合電路歐姆定律，回路中的感應電流SKIPIF1<0可見SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0，根據(jù)題意，金屬棒向右運動的過程中，切割磁感線的長度SKIPIF1<0隨時間先均勻增大，后不變，最后均勻減小，而電阻兩端的電壓等于電源電動勢，故A錯誤，B正確；CD．金屬棒所受安培力大小SKIPIF1<0則安培力的功率為SKIPIF1<0結合SKIPIF1<0隨時間變化的規(guī)律可知P先按開口向上的拋物線規(guī)律增大，后不變，最后再按開口向下的拋物線規(guī)律減小，故CD錯誤。2.(2023北京海淀二模)如圖所示，MN和PQ是豎直放置的兩根平行光滑金屬導軌，導軌足夠長且電阻不計，MP間接有一定值電阻R，電阻為r的金屬桿cd保持與導軌垂直且接觸良好。桿cd由靜止開始下落并開始計時，桿cd兩端的電壓U、桿cd所受安培力的大小F隨時間t變化的圖像，以及通過桿cd的電流I、桿cd加速度的大小a隨桿的速率v變化的圖像，合理的是（）A. B.C. D.【參考答案】D【名師解析】設桿長為L，桿下落過程中切割磁感線產(chǎn)生的感應電流大小為SKIPIF1<0故C錯誤；根據(jù)牛頓第二定律有SKIPIF1<0即SKIPIF1<0，故D正確；桿所受安培力的大小為SKIPIF1<0桿下落過程中先做加速度減小的加速運動，當加速度為零時，速度保持不變，所以安培力隨速度先增大，后不變，其大小為mg，故B錯誤；導體桿兩端的電壓為SKIPIF1<0速度先增大，后不變，所以U先增大，后不變，且U增大的越來越慢，即圖線的斜率減小，故A錯誤。。3．如圖所示，在水平面內(nèi)固定一個“∠”導軌ABC，導體棒DE垂直于AB邊放置在光滑導軌上，棒與導軌接觸良好，導體棒和導軌由相同材料、相同粗細的導體制成，勻強磁場垂直向下．導體棒在水平拉力作用下，向右勻速運動至B點的過程中，回路中產(chǎn)生的感應電動勢E、感應電流i、焦耳熱Q以及拉力F大小隨時間t的變化圖象中，正確的是（）A．B．C． D．【參考答案】．AC【名師解析】設“∠”型導軌的頂角為SKIPIF1<0，導體棒和導軌的電阻率為SKIPIF1<0，橫截面積為s，AB的長度為SKIPIF1<0．A.由幾何知識可知，有效長度SKIPIF1<0則感應電動SKIPIF1<0說明電動勢隨時間均勻減小，故A正確；B.由幾何知識可知，回路BDE總長度為SKIPIF1<0所以總電阻為SKIPIF1<0根據(jù)閉合電路歐姆定律可知：SKIPIF1<0為一定值，故B錯誤；C.根據(jù)安培力SKIPIF1<0則有：SKIPIF1<0說明安培力隨時間均勻減小，故C正確；D.根據(jù)SKIPIF1<0則有：SKIPIF1<0說明熱量隨時間不是均勻減小，故D錯誤．4.（2023湖北孝感重點高中期中聯(lián)考）如圖所示，導體棒沿兩平行金屬導軌從圖中位置以速度v向右勻速通過一正方形磁場區(qū)域abcd，ac垂直于導軌且平行于導體棒，ac右側的磁感應強度是左側的2倍且方向相反，導軌和導體棒的電阻均不計，下列關于導體棒中感應電流和所受安培力隨時間變化的圖像正確的是（規(guī)定電流從M經(jīng)R到N為正，安培力向左為正）（）A. B.C. D.【參考答案】AD【名師解析】導體棒由b運動到ac過程中，切割磁感線的有效長度l隨時間t均勻增大，由E＝Blv可知，感應電動勢E隨時間t均勻增大，由閉合電路歐姆定律可知，感應電流I隨時間t均勻增大，則導體棒受到的安培力大小F＝IlB隨時間t增大得越來越快；由右手定則可知，感應電流的方向為由M經(jīng)R到N，電流為正值，由左手定則可知，導體棒所受安培力水平向左，為正值。導體棒由ac運動到d的過程中，由題知E′＝2Blv＝2E則導體棒切割磁感線的有效長度l相同時I′＝2I導體棒切割磁感線的有效長度l隨時間t均勻減小，則感應電流I′隨時間t均勻減小，導體棒受到的安培力大小F′＝I′lB＝2F隨時間t減小得越來越慢；由右手定則可知，感應電流的方向為由N經(jīng)R到M，電流為負值，由左手定則可知，導體棒所受安培力水平向左，為正值。綜上所述，AD正確，BC錯誤。5.(2022廣東江門模擬)在絕緣的水平桌面上固定有MN、PQ兩根平行的光滑金屬導軌，導軌間距為l，電阻相同的金屬棒ab和cd垂直放在導軌上，兩棒正中間用一根長為l的絕緣細線相連，棒ab右側有磁感應強度大小相等的勻強磁場I、Ⅱ，寬度也為l，磁場方向均垂直導軌，整個裝置的俯視圖如圖所示。從圖示位置在棒ab上加水平拉力，使金屬棒ab和cd向右勻速穿過磁場區(qū)域，則金屬棒ab中感應電流i和絕緣細線上的張力大小F隨時間t變化的圖像，可能正確的是（規(guī)定金屬棒ab中電流方向由a到b為正）（）

A.B.C.D.【參考答案】AC【名師解析】ab棒進入磁場開始，由右手定則可知，金屬棒ab中感應電流為SKIPIF1<0即為負，電動勢為SKIPIF1<0感應電流為SKIPIF1<0當位移為l-2l時，cd棒也進入磁場，由右手定則可知，金屬棒ab和cd均產(chǎn)生順時針感應電流，即為正，設電路總電阻為R，感應電流為SKIPIF1<0當位移為2l-3l時，只有cd棒切割磁感線，根據(jù)右手定則，產(chǎn)生逆時針感應電流，即為負，大小為SKIPIF1<0故A正確，B錯誤；當位移為0-l時，只有ab受到向左的安培力，則細線張力為零。當位移為l-2l時，兩棒均受到向左的安培力，對cd，根據(jù)平衡條件，細線拉力向右，大小為SKIPIF1<0當位移為2l-3l時，cd受到向左的安培力，對cd，根據(jù)平衡條件，細線拉力向右，大小為SKIPIF1<0故C正確，D錯誤。6.(2023河北衡水五模).如圖所示，兩根足夠長的平行光滑金屬導軌固定在同一水平面內(nèi)，導軌上靜止放置兩根完全相同粗細均勻的導體棒ab、cd，整個裝置處在豎直向上的勻強磁場中。現(xiàn)給ab棒一個平行于導軌的初速度并開始計時，不計電磁輻射及金屬導軌的電阻，導體棒ab、cd始終與導軌垂直并接觸良好，下列關于棒ab、cd中產(chǎn)生的感應電動勢SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、回路中的感應電流i、導軌間的電壓u與時間t的函數(shù)關系圖像中，可能正確的是（）A. B. C. D.【參考答案】D【名師解析】設磁感應強度為B，兩導體棒的質(zhì)量均為m、接入電路的長度均為d、電阻均為R，導體棒SKIPIF1<0的初速度為SKIPIF1<0。某時刻t導體棒SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的速度分別為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，回路的感應電流為i。由法拉第電磁感應定律有SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0兩導體棒受到的安培力大小SKIPIF1<0與棒SKIPIF1<0的運動方向相反，與棒SKIPIF1<0的運動方向相同，所以棒SKIPIF1<0減速、棒SKIPIF1<0加速，當兩棒速度相同時，回路中沒有感應電流，兩棒做勻速直線運動，由動量守恒定律SKIPIF1<0解得最終兩棒的速度為SKIPIF1<0由于SKIPIF1<0減小、SKIPIF1<0增大，所以SKIPIF1<0減小，電流i減小，SKIPIF1<0減小，棒運動的加速度減小，即棒SKIPIF1<0做初速度為SKIPIF1<0、加速度逐漸減小的減速運動，所以SKIPIF1<0減小得越來越慢，最終SKIPIF1<0趨于SKIPIF1<0，故A錯誤；B．棒SKIPIF1<0做初速度為零、加速度逐漸減小的加速運動，所以SKIPIF1<0由零開始增加得越來越慢，最終趨于SKIPIF1<0，故B錯誤；C．由于SKIPIF1<0、i越來越小，最終SKIPIF1<0、i趨為零，故C錯誤。D．兩導軌間的電壓SKIPIF1<0對兩棒由動量守恒有SKIPIF1<0聯(lián)立得SKIPIF1<0故u恒定，D正確。7.（2023湖北部分名校聯(lián)考）如圖所示，MNQP是邊長為L和2L的矩形，在其由對角線劃分的兩個三角形區(qū)域內(nèi)充滿磁感應強度大小相等、方向相反的勻強磁場。邊長為L的正方形導線框，在外力作用下水平向左勻速運動，線框左邊始終與MN平行。設導線框中感應電流i逆時針流向為正。若SKIPIF1<0時左邊框與PQ重合，則左邊框由PQ運動到MN的過程中，下列SKIPIF1<0圖像正確的是（）A. B.C. D.【參考答案】D【名師解析】SKIPIF1<0內(nèi)是線框的左邊框由PQ向左進入磁場，根據(jù)右手定則知感應電流為順時針（負），而切割磁感線的有效長度隨著水平位移而均勻減小，則感應電流的大小均勻減??；SKIPIF1<0內(nèi)，線框的前后雙邊同向同速切割相反的磁場，雙源相加為總電動勢，電流方向為逆時針（正），兩邊的有效長度之和等于L，則電流大小恒定。故選D。8.（2023浙江臺州部分重點高中聯(lián)考）將一段導線繞成圖甲所示的閉合回路，并固定在水平面（紙面）內(nèi)?；芈返腟KIPIF1<0邊置于垂直于紙面向里的勻強磁場I中。回路的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的磁場II，以向里為磁場II的正方向，其磁感應強度B隨時間變化的圖像如圖乙所示。用F表示SKIPIF1<0邊受到的安培力，以水平向右為F的正方向，能正確反映F隨時間t變化的圖像是（）A. B.C. D.【