高考物理一輪規(guī)范特訓第10章　電磁感應高考模擬集訓

一、選擇題1．[2017·全國卷Ⅰ]掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動對STM的擾動，在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對紫銅薄板，并施加磁場來快速衰減其微小振動，如圖所示。無擾動時，按下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場；出現(xiàn)擾動后，對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是()答案A解析底盤上的紫銅薄板出現(xiàn)擾動時，其擾動方向不確定，在選項C這種情況下，紫銅薄板出現(xiàn)上下或左右擾動時，穿過薄板的磁通量難以改變，不能發(fā)生電磁感應現(xiàn)象，沒有阻尼效應；在選項B、D這兩種情況下，紫銅薄板出現(xiàn)上下擾動時，也沒有發(fā)生電磁阻尼現(xiàn)象；選項A這種情況下，不管紫銅薄板出現(xiàn)上下或左右擾動時，都發(fā)生電磁感應現(xiàn)象，產(chǎn)生電磁阻尼效應，選項A正確。2．[2017·全國卷Ⅲ]如圖，在方向垂直于紙面向里的勻強磁場中有一U形金屬導軌，導軌平面與磁場垂直。金屬桿PQ置于導軌上并與導軌形成閉合回路PQRS，一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內(nèi)，線框與導軌共面。現(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運動，在運動開始的瞬間，關于感應電流的方向，下列說法正確的是()A．PQRS中沿順時針方向，T中沿逆時針方向B．PQRS中沿順時針方向，T中沿順時針方向C．PQRS中沿逆時針方向，T中沿逆時針方向D．PQRS中沿逆時針方向，T中沿順時針方向答案D解析金屬桿PQ突然向右運動，在運動開始的瞬間，閉合回路PQRS中磁場方向垂直紙面向里，磁通量增大，由楞次定律可判斷，閉合回路PQRS中感應電流產(chǎn)生的磁場垂直紙面向外，由安培定則可判斷感應電流方向為逆時針；由于閉合回路PQRS中感應電流產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向外，與原磁場方向相反，則T中磁通量減小，由楞次定律可判斷，T中感應電流產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里，由安培定則可知T中感應電流方向為順時針，選項D正確。3.[2016·海南高考]如圖，一圓形金屬環(huán)與兩固定的平行長直導線在同一豎直平面內(nèi)，環(huán)的圓心與兩導線距離相等，環(huán)的直徑小于兩導線間距。兩導線中通有大小相等、方向向下的恒定電流。若()A．金屬環(huán)向上運動，則環(huán)上的感應電流方向為順時針方向B．金屬環(huán)向下運動，則環(huán)上的感應電流方向為順時針方向C．金屬環(huán)向左側(cè)直導線靠近，則環(huán)上的感應電流方向為逆時針方向D．金屬環(huán)向右側(cè)直導線靠近，則環(huán)上的感應電流方向為逆時針方向答案D解析金屬環(huán)向上或向下運動時穿過金屬環(huán)的磁通量不變，由產(chǎn)生感應電流的條件可知A、B錯誤；金屬環(huán)向左側(cè)直導線靠近，穿過金屬環(huán)的合磁通量垂直紙面向外并且增強，根據(jù)楞次定律可知，環(huán)上的感應電流方向為順時針方向，C錯誤；金屬環(huán)向右側(cè)直導線靠近，穿過金屬環(huán)的合磁通量垂直紙面向里并且增強，則環(huán)上的感應電流方向為逆時針方向，D正確。4．[2017·北京高考]圖1和圖2是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個電路圖，L1和L2為電感線圈。實驗時，斷開開關S1瞬間，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗；閉合開關S2，燈A2逐漸變亮，而另一個相同的燈A3立即變亮，最終A2與A3的亮度相同。下列說法正確的是()A．圖1中，A1與L1的電阻值相同B．圖1中，閉合S1，電路穩(wěn)定后，A1中電流大于L1中電流C．圖2中，變阻器R與L2的電阻值相同D．圖2中，閉合S2瞬間，L2中電流與變阻器R中電流相等答案C解析斷開開關S1瞬間，線圈L1產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的減小，通過L1的電流反向通過燈A1，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗，說明通過L1的電流比通過A1的電流大，因此L1的阻值小于A1的阻值，故A錯誤；圖1中，閉合S1，電路穩(wěn)定后，因為L1的阻值小于A1的阻值，所以A1中電流小于L1中電流，故B錯誤；閉合開關S2，最終A2與A3的亮度相同，說明電路穩(wěn)定時A2、A3兩端電壓相等，通過電流相等，則R與L2兩端電壓、通過電流都相等，故變阻器R與L2的電阻值相同，C正確；閉合S2瞬間，R中電流立即達到電路穩(wěn)定時大小，而通過L2的電流由于線圈L2產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增大，是逐漸增大的，則L2中電流與變阻器R中電流不相等，故D錯誤。5．[2016·江蘇高考](多選)電吉他中電拾音器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，磁體附近的金屬弦被磁化，因此弦振動時，在線圈中產(chǎn)生感應電流，電流經(jīng)電路放大后傳送到音箱發(fā)出聲音。下列說法正確的有()A．選用銅質(zhì)弦，電吉他仍能正常工作B．取走磁體，電吉他將不能正常工作C．增加線圈匝數(shù)可以增大線圈中的感應電動勢D．弦振動過程中，線圈中的電流方向不斷變化答案BCD解析按照題意，磁體附近的金屬弦被磁化，銅質(zhì)弦不能被磁化，所以A項錯誤；取走磁體，金屬弦不能被磁化，金屬弦振動時，不能使線圈中磁通量發(fā)生變化，線圈中不能產(chǎn)生感應電流，所以電吉他將不能正常工作，B項正確；根據(jù)法拉第電磁感應定律判斷C項正確；弦振動過程中，不斷靠近或遠離線圈，由楞次定律知，線圈中的電流方向不斷變化，D項正確。6．[2015·全國卷Ⅰ](多選)1824年，法國科學家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”。實驗中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖所示。實驗中發(fā)現(xiàn)，當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來，但略有滯后。下列說法正確的是()A．圓盤上產(chǎn)生了感應電動勢B．圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導致磁針轉(zhuǎn)動C．在圓盤轉(zhuǎn)動的過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化D．圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場導致磁針轉(zhuǎn)動答案AB解析當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時，圓盤的半徑切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，選項A正確；圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場對磁針施加磁場力作用，導致磁針轉(zhuǎn)動，選項B正確；由于圓盤中心正上方懸掛小磁針，在圓盤轉(zhuǎn)動過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量不變，選項C錯誤；由安培定則可判斷出圓盤中自由電子隨圓盤一起運動形成的電流的磁場，在中心方向豎直向下，在其他位置關于中心對稱，此磁場不會導致磁針轉(zhuǎn)動，選項D錯誤。7.[2016·全國卷Ⅱ](多選)法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖所示。銅圓盤安裝在豎直的銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸。圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中。圓盤旋轉(zhuǎn)時，關于流過電阻R的電流，下列說法正確的是()A．若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度恒定，則電流大小恒定B．若從上向下看，圓盤順時針轉(zhuǎn)動，則電流沿a到b的方向流動C．若圓盤轉(zhuǎn)動方向不變，角速度大小發(fā)生變化，則電流方向可能發(fā)生變化D．若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍答案AB解析若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度恒定，則相當于無數(shù)切割磁感線的導體的運動速度恒定，切割磁感線感應電動勢為E＝eq\f(1,2)Br2ω也恒定，則電流大小恒定，A正確；由右手定則可知，從上往下看，只要圓盤順時針轉(zhuǎn)動，電流就沿a到b的方向流動，不會改變，B正確，C錯誤；由于電流在R上的熱功率與電流的平方成正比，圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍時，圓盤切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢變?yōu)樵瓉淼?倍，電流也變?yōu)樵瓉淼?倍，電流在R上的熱功率變?yōu)樵瓉淼?倍，D錯誤。8.[2017·天津高考]如圖所示，兩根平行金屬導軌置于水平面內(nèi)，導軌之間接有電阻R。金屬棒ab與兩導軌垂直并保持良好接觸，整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向垂直于導軌平面向下。現(xiàn)使磁感應強度隨時間均勻減小，ab始終保持靜止，下列說法正確的是()A．a(chǎn)b中的感應電流方向由b到aB．a(chǎn)b中的感應電流逐漸減小C．a(chǎn)b所受的安培力保持不變D．a(chǎn)b所受的靜摩擦力逐漸減小答案D解析根據(jù)楞次定律，ab中感應電流方向由a到b，A錯誤。根據(jù)E＝eq\f(ΔB,Δt)·S，因為eq\f(ΔB,Δt)恒定，所以E恒定，根據(jù)I＝eq\f(E,R＋r)知，回路中的感應電流恒定，B錯誤。根據(jù)F＝BIl，由于B減小，安培力F減小，C錯誤。根據(jù)平衡條件，靜摩擦力f＝F，故靜摩擦力逐漸減小，D正確。9．[2016·四川高考](多選)如圖所示，電阻不計、間距為l的光滑平行金屬導軌水平放置于磁感應強度為B、方向豎直向下的勻強磁場中，導軌左端接一定值電阻R。質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒MN置于導軌上，受到垂直于金屬棒的水平外力F的作用由靜止開始運動，外力F與金屬棒速度v的關系是F＝F0＋kv(F0、k是常量)，金屬棒與導軌始終垂直且接觸良好。金屬棒中感應電流為i，受到的安培力大小為FA，電阻R兩端的電壓為UR，感應電流的功率為P，它們隨時間t變化圖象可能正確的有()答案BC解析根據(jù)牛頓定律可知，某時刻金屬棒的加速度為a＝eq\f(F－F安,m)＝eq\f(F0＋kv－\f(B2l2v,r＋R),m)＝eq\f(F0,m)＋eq\f(k－\f(B2l2,r＋R),m)v，若k－eq\f(B2l2,r＋R)>0，則金屬棒做加速度增大的加速運動，其v-t圖象如圖甲所示；由i＝eq\f(Blv,r＋R)可知感應電流i與v成正比，則i-t圖線應該和v-t圖線形狀相同；由FA＝eq\f(B2l2v,R＋r)得FA與v成正比，圖象應該與v-t圖象形狀相同，B正確；UR＝IR＝eq\f(BlvR,R＋r)知UR與v成正比，圖象應該與v-t圖象形狀相同；由P＝eq\f(E2,R＋r)＝eq\f(B2l2v2,R＋r)得P與v2成正比，P-t圖象應該是曲線。若k－eq\f(B2l2,R＋r)<0，則金屬棒做加速度減小的加速運動，其v-t圖象如圖乙所示；由i＝eq\f(Blv,r＋R)可知感應電流i與v成正比，則i-t圖線應該和v-t圖線形狀相同，A錯誤；FA＝eq\f(B2l2v,R＋r)得FA與v成正比，圖象應該與v-t圖象形狀相同；由UR＝IR＝eq\f(BlvR,R＋r)知UR與v成正比，圖象應該與v-t圖象形狀相同，C正確；由P＝eq\f(E2,R＋r)＝eq\f(B2l2v2,R＋r)得P與v2成正比，P-t圖象也應該是曲線，D錯誤；同理可知當k－eq\f(B2l2,R＋r)＝0時A、D亦錯誤。故選B、C。二、非選擇題10．[2017·江蘇高考]如圖所示，兩條相距d的平行金屬導軌位于同一水平面內(nèi)，其右端接一阻值為R的電阻。質(zhì)量為m的金屬桿靜置在導軌上，其左側(cè)的矩形勻強磁場區(qū)域MNPQ的磁感應強度大小為B、方向豎直向下。當該磁場區(qū)域以速度v0勻速地向右掃過金屬桿后，金屬桿的速度變?yōu)関。導軌和金屬桿的電阻不計，導軌光滑且足夠長，桿在運動過程中始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸。求：(1)MN剛掃過金屬桿時，桿中感應電流的大小I；(2)MN剛掃過金屬桿時，桿的加速度大小a；(3)PQ剛要離開金屬桿時，感應電流的功率P。答案(1)eq\f(Bdv0,R)(2)eq\f(B2d2v0,mR)(3)eq\f(B2d2v0－v2,R)解析(1)MN剛掃過金屬桿時，金屬桿的感應電動勢E＝Bdv0①回路的感應電流I＝eq\f(E,R)②由①②式解得I＝eq\f(Bdv0,R)③(2)金屬桿所受的安培力F＝BId④由牛頓第二定律得，對金屬桿F＝ma⑤由③④⑤式得a＝eq\f(B2d2v0,mR)⑥(3)金屬桿切割磁感線的相對速度v′＝v0－v⑦感應電動勢E′＝Bdv′⑧感應電流的電功率P＝eq\f(E′2,R)⑨由⑦⑧⑨式得P＝eq\f(B2d2v0－v2,R)。11．[2017·天津高考]電磁軌道炮利用電流和磁場的作用使炮彈獲得超高速度，其原理可用來研制新武器和航天運載器。電磁軌道炮示意如圖，圖中直流電源電動勢為E，電容器的電容為C。兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導軌間距離為l，電阻不計。炮彈可視為一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒MN，垂直放在兩導軌間處于靜止狀態(tài)，并與導軌良好接觸。首先開關S接1，使電容器完全充電。然后將S接至2，導軌間存在垂直于導軌平面、磁感應強度大小為B的勻強磁場(圖中未畫出)，MN開始向右加速運動。當MN上的感應電動勢與電容器兩極板間的電壓相等時，回路中電流為零，MN達到最大速度，之后離開導軌。問：(1)磁場的方向；(2)MN剛開始運動時加速度a的大?。?3)MN離開導軌后電容器上剩余的電荷量Q是多少。答案(1)垂直于導軌平面向下(2)eq\f(BlE,mR)(3)eq\f(B2l2C2E,m＋B2l2C)解析(1)將S接1時，電容器充電，上極板帶正電，下極板帶負電，當將S接2時，電容器放電，流經(jīng)MN的電流由M到N，又知MN向右運動，由左手定則可知磁場方向垂直于導軌平面向下。(2)電容器完全充電后，兩極板間電壓為E，當開關S接2時，電容器放電，設剛放電時流經(jīng)MN的電流為I，有I＝eq\f(E,R)①設MN受到的安培力為F，有F＝IlB②由牛頓第二定律，有F＝ma③聯(lián)立①②③式得a＝eq\f(BlE,mR)④(3)當電容器充電完畢時，設電容器上電荷量為Q0，有Q0＝CE⑤開關S接2后，MN開始向右加速運動，速度達到最大值vmax時，設MN上的感應電動勢為E′，有E′＝Blvmax⑥依題意有E′＝eq\f(Q,C)⑦設在此過程中MN的平均電流為eq\x\to(I)，MN上受到的平均安培力為eq\x\to(F)，有eq\x\to(F)＝eq\x\to(I)lB⑧由動量定理，有eq\x\to(F)Δt＝mvmax－0⑨又eq\x\to(I)Δt＝Q0－Q⑩聯(lián)立⑤⑥⑦⑧⑨⑩式得Q＝eq\f(B2