高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)練習(xí) 第13章階段復(fù)習(xí)練(五)　電磁感應(yīng)和交變電流（含詳解）

1.(2023·海南卷·6)汽車(chē)測(cè)速利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，汽車(chē)可簡(jiǎn)化為一個(gè)矩形線圈abcd，埋在地下的線圈分別為1、2，通上順時(shí)針(俯視)方向電流，當(dāng)汽車(chē)經(jīng)過(guò)線圈時(shí)()A．線圈1、2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向豎直向上B．汽車(chē)進(jìn)入線圈1過(guò)程產(chǎn)生感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcdC．汽車(chē)離開(kāi)線圈1過(guò)程產(chǎn)生感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcdD．汽車(chē)進(jìn)入線圈2過(guò)程受到的安培力方向與速度方向相同2.(多選)(2023·海南卷·11)如圖是工廠利用u＝220eq\r(2)sin100πtV的交流電給36V照明燈供電的電路，變壓器原線圈匝數(shù)為1100匝，下列說(shuō)法正確的是()A．電源電壓有效值為220eq\r(2)VB．交變電流的周期為0.02sC．副線圈匝數(shù)為180匝D．副線圈匝數(shù)為240匝3．(多選)(2024·福建省模擬)20年來(lái)福建電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電壓等級(jí)、電力技術(shù)“三大跨越”。如圖所示是遠(yuǎn)距離輸電示意圖，現(xiàn)將輸送電壓U2由220kV升級(jí)為1000kV高壓，輸送的總電功率變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，保持發(fā)電機(jī)輸出電壓U1及用戶(hù)得到的電壓U4均不變，輸電線的電阻不變，變壓器均為理想變壓器，則()A.eq\f(n2,n1)變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(50,11)倍B．輸電線上電流I2變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(11,25)C．輸電線損失的功率變?yōu)樵瓉?lái)的(eq\f(11,25))2D．降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比值變小4．(2023·湖南長(zhǎng)沙市師大附中二模)如圖所示，一理想自耦變壓器線圈AB繞在一個(gè)圓環(huán)形閉合鐵芯上，左端輸入正弦交流電壓u＝220eq\r(2)sin100πt(V)，L1、L2為相同的燈泡，其電阻均為R＝110Ω且恒定不變，定值電阻的阻值R0為燈泡阻值的eq\f(1,2)。當(dāng)滑片P處于如圖所示位置時(shí)，AB端與PB端匝數(shù)比為3∶1，S1、S2閉合時(shí)，兩燈泡均正常發(fā)光。下列說(shuō)法正確的是()A．燈泡正常發(fā)光的電流為1AB．燈泡正常發(fā)光的電功率為55WC．S1、S2均閉合時(shí)，將P沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，L1一定變暗D．?dāng)嚅_(kāi)S1，閉合S2，將P沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)(燈泡一直沒(méi)有損壞)，定值電阻消耗的電功率一定變大5．(多選)(2023·廣東廣州市三模)圖甲所示的一款健身車(chē)的主要構(gòu)件如圖乙，金屬飛輪A和金屬前輪C可繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，A和C之間有金屬輻條，輻條長(zhǎng)度等于A和C的半徑之差。腳踏輪B和飛輪A通過(guò)鏈條傳動(dòng)，帶動(dòng)前輪C轉(zhuǎn)動(dòng)。整個(gè)前輪C都處在方向垂直輪面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。將電阻R的a端用導(dǎo)線連接在飛輪A上，b端用導(dǎo)線連接前輪C邊緣。健身者腳蹬腳踏輪B使其以角速度ω順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程不打滑，電路中其他電阻忽略不計(jì)，下列說(shuō)法正確的是()A．電阻a端的電勢(shì)高于b端的電勢(shì)B．金屬前輪邊緣所組成的圓形閉合回路中的磁通量保持不變C．電阻R的熱功率與ω2成正比D．若ω保持不變，飛輪A的半徑也不變，但金屬前輪C的半徑變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(5,4)，則ab兩端的電壓變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(25,16)6.如圖所示，e1f1g1和e2f2g2是兩根足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)的固定光滑平行金屬軌道，其中f1g1和f2g2為軌道的水平部分，e1f1和e2f2是傾角θ＝37°的傾斜部分。在f1f2右側(cè)空間中存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝2T，方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。將質(zhì)量m＝1kg，單位長(zhǎng)度電阻值R0＝10Ω/m的導(dǎo)體棒ab置于傾斜導(dǎo)軌上，距離斜面軌道底端高度h＝5cm，另一完全相同的導(dǎo)體棒cd靜止于水平導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌間距均為D＝8cm，導(dǎo)體棒長(zhǎng)度均為L(zhǎng)＝10cm。t＝0時(shí)，導(dǎo)體棒ab從靜止釋放，到兩棒最終穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，ab、cd棒未發(fā)生碰撞，且兩導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌保持垂直，g取10m/s2。不計(jì)導(dǎo)體棒在軌道連接處的動(dòng)能損失，求：(1)ab棒剛滑到斜面軌道底端時(shí)回路中產(chǎn)生的電流；(2)兩導(dǎo)體棒的最終速度大?。?3)從ab棒靜止釋放到兩棒最終穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)回路的電荷量。7．(2023·新課標(biāo)卷·26)一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的正方形金屬細(xì)框，每邊電阻為R0，置于光滑的絕緣水平桌面(紙面)上。寬度為2L的區(qū)域內(nèi)存在方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，兩虛線為磁場(chǎng)邊界，如圖(a)所示。(1)使金屬框以一定的初速度向右運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入磁場(chǎng)。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中金屬框的左、右邊框始終與磁場(chǎng)邊界平行，金屬框完全穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域后，速度大小降為它初速度的一半，求金屬框的初速度大小。(2)在桌面上固定兩條光滑長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌與磁場(chǎng)邊界垂直，左端連接電阻R1＝2R0，導(dǎo)軌電阻可忽略，金屬框置于導(dǎo)軌上，如圖(b)所示。讓金屬框以與(1)中相同的初速度向右運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入磁場(chǎng)。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中金屬框的上、下邊框處處與導(dǎo)軌始終接觸良好。求在金屬框整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電阻R1產(chǎn)生的熱量。階段復(fù)習(xí)練(五)電磁感應(yīng)和交變電流1．C[根據(jù)安培定則可知，線圈1、2中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向都是豎直向下的，A錯(cuò)誤；汽車(chē)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，穿過(guò)矩形線圈abcd的磁通量向下增大，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向?yàn)閍dcb，離開(kāi)時(shí)穿過(guò)矩形線圈的磁通量向下減小，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向?yàn)閍bcd，B錯(cuò)誤，C正確；安培力的方向總是與汽車(chē)相對(duì)于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方向相反，D錯(cuò)誤。]2．BC[Um＝220eq\r(2)V，則U有效＝eq\f(Um,\r(2))＝220V，ω＝100πrad/s，由T＝eq\f(2π,ω)可知周期T＝0.02s，原、副線圈匝數(shù)比eq\f(n1,n2)＝eq\f(U有效,U燈)，解得n2＝180匝，B、C正確，A、D錯(cuò)誤。]3．ABC[由理想變壓器基本關(guān)系知eq\f(n2,n1)＝eq\f(U2,U1)，U1不變，U2變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(50,11)倍，所以eq\f(n2,n1)變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(50,11)倍，A正確；根據(jù)P送＝U2I2可知，因P送變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，U2變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(50,11)倍，則輸電線上電流I2變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(11,25)，B正確；根據(jù)P損＝I22R線，可知P損變?yōu)樵瓉?lái)的(eq\f(11,25))2，C正確；總功率變大，損失的功率變小，則用戶(hù)端功率變大，因用戶(hù)端電壓不變，則I4變大，又I2變小，I2＝I3，則eq\f(n3,n4)＝eq\f(I4,I3)變大，D錯(cuò)誤。]4．C[S1、S2閉合時(shí)，副線圈電路的阻值R副＝eq\f(R·\f(R,2),R＋\f(R,2))＝eq\f(R,3)，則AB的等效電阻RAB＝(eq\f(n1,n2))2R副＝3R，那么此時(shí)流過(guò)燈泡L1的電流I＝eq\f(U有效,R＋RAB)＝0.5A，故A錯(cuò)誤；燈泡正常發(fā)光的功率為P＝I2R＝27.5W，故B錯(cuò)誤；P順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，n2減少，則eq\f(n1,n2)變大，RAB變大，則流過(guò)燈泡L1的電流變小，燈泡L1一定變暗，故C正確；斷開(kāi)S1，閉合S2，則有RAB′＝(eq\f(n1,n2))2R0＝(eq\f(n1,n2))2eq\f(R,2)，P逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，n2增多，則eq\f(n1,n2)變小，RAB′由eq\f(9,2)R可減小到eq\f(1,2)R，討論R0的功率變化時(shí)，可將燈泡L1的電阻R看作電源的“等效內(nèi)阻”，當(dāng)RAB′＝R時(shí)，R0的電功率最大，故D錯(cuò)誤。]5．BC[根據(jù)右手定則可知電流從b端通過(guò)電阻流到a端，因此b端的電勢(shì)高于a端的電勢(shì)，故A錯(cuò)誤；金屬前輪邊緣所組成的圓形閉合回路面積不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，則磁通量保持不變，故B正確；由于輪B和飛輪A通過(guò)鏈條傳動(dòng)，則ωRB＝ωARA，而A和C同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度相同，得ωC＝ωA＝eq\f(ωRB,RA)，輻條產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLeq\x\to(v)＝B(RC－RA)eq\f(vA＋vC,2)＝eq\f(BωRBRC2－RA2,2RA)，電阻R的熱功率P＝eq\f(E2,R)，而E∝ω，因此電阻R的熱功率與ω2成正比，故C正確；電路中其他電阻忽略不計(jì)，則Uab＝E，由E＝eq\f(BωRBRC2－RA2,2RA)可知，若ω保持不變，飛輪A的半徑也不變，但金屬前輪C的半徑變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(5,4)，則ab兩端的電壓并不會(huì)變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(25,16)，故D錯(cuò)誤。]6．(1)0.1A(2)0.5m/s(3)3.125C解析由題知ab棒和cd棒接入電路的部分電阻大小均為R＝DR0＝0.8Ω。(1)ab棒從斜面軌道滑到底端，根據(jù)動(dòng)能定理有mgh＝eq\f(1,2)mv2切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝BDv根據(jù)閉合電路歐姆定律有I＝eq\f(E,2R)聯(lián)立解得v＝1m/s，E＝0.16V，I＝0.1A。(2)因?yàn)閮蓪?dǎo)體棒所受的安培力始終大小相等、方向相反，所以將兩棒組成的系統(tǒng)作為研究對(duì)象，由動(dòng)量守恒得mv＝2mv共，解得v共＝0.5m/s。(3)從ab棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)到與cd棒共速，對(duì)導(dǎo)體棒ab，由動(dòng)量定理得－BDeq\x\to(I)·Δt＝m(v共－v)代入數(shù)據(jù)解得q＝eq\x\to(I)Δt＝3.125C。7．(1)eq\f(B2L3,mR0)(2)eq\f(3B4L6,25mR02)解析(1)金屬框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E＝BLv感應(yīng)電流I＝eq\f(E,4R0)金屬框右邊框所受的安培力大小F安＝BIL安培力的沖量大小IF＝∑BIL·Δt＝∑eq\f(B2L2v,4R0)·Δt又∑v·Δt＝L，可得IF＝eq\f(B2L3,4R0)金屬框完全進(jìn)入磁場(chǎng)到即將離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程中，左右兩邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相互抵消，無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，不受安培力作用根據(jù)金屬框進(jìn)入磁場(chǎng)的情況可知，金屬框出磁場(chǎng)時(shí)同樣有IF＝eq\f(B2L3,4R0)根據(jù)動(dòng)量定理可得－2IF＝meq\f(v0,2)－mv0，解得v0＝eq\f(B2L3,mR0)(2)金屬框進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程，由于金屬框的上、下邊框處處與導(dǎo)軌始終接觸良好，所以金屬框的上、下邊框被短路，作出等效電路如圖甲所示。設(shè)金屬框速度大小為v1，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E＝BLv1感應(yīng)電流I＝eq\f(E,R0＋\f(2,3)R0)＝eq\f(3E,5R0)設(shè)金屬框完全進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度大小為v2，由動(dòng)量定理可得－∑BIL·Δt＝mv2－mv0又∑v1·Δt＝L，可得v2＝eq\f(2B2L3,5mR0)，由能量守恒定律可得，此過(guò)程中電路中產(chǎn)生的總熱量Q總1＝eq\f(1,2)mv02－eq\f(1,2)mv22由并聯(lián)電路電流規(guī)律和Q＝I2Rt可知，R1上產(chǎn)生的熱量Q1＝eq\f(2,15)Q總1＝eq\f(7B4L6,125mR02)金屬框完全進(jìn)入磁場(chǎng)后到右邊框運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)右邊界時(shí)，等效電路如圖乙所示。通過(guò)R1的電流I1＝eq\f(E,2R0＋\f(1,2)R0)＝eq\f(2E,5R0)，即流過(guò)左右