高考物理一輪規(guī)范特訓(xùn)第10章　電磁感應(yīng)高考模擬集訓(xùn)

一、選擇題1．[2017·全國(guó)卷Ⅰ]掃描隧道顯微鏡(STM)可用來(lái)探測(cè)樣品表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動(dòng)對(duì)STM的擾動(dòng)，在圓底盤(pán)周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對(duì)紫銅薄板，并施加磁場(chǎng)來(lái)快速衰減其微小振動(dòng)，如圖所示。無(wú)擾動(dòng)時(shí)，按下列四種方案對(duì)紫銅薄板施加恒磁場(chǎng)；出現(xiàn)擾動(dòng)后，對(duì)于紫銅薄板上下及左右振動(dòng)的衰減最有效的方案是()答案A解析底盤(pán)上的紫銅薄板出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，其擾動(dòng)方向不確定，在選項(xiàng)C這種情況下，紫銅薄板出現(xiàn)上下或左右擾動(dòng)時(shí)，穿過(guò)薄板的磁通量難以改變，不能發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，沒(méi)有阻尼效應(yīng)；在選項(xiàng)B、D這兩種情況下，紫銅薄板出現(xiàn)上下擾動(dòng)時(shí)，也沒(méi)有發(fā)生電磁阻尼現(xiàn)象；選項(xiàng)A這種情況下，不管紫銅薄板出現(xiàn)上下或左右擾動(dòng)時(shí)，都發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生電磁阻尼效應(yīng)，選項(xiàng)A正確。2．[2017·全國(guó)卷Ⅲ]如圖，在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一U形金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌平面與磁場(chǎng)垂直。金屬桿PQ置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)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(dǎo)軌共面?，F(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始的瞬間，關(guān)于感應(yīng)電流的方向，下列說(shuō)法正確的是()A．PQRS中沿順時(shí)針?lè)较颍琓中沿逆時(shí)針?lè)较駼．PQRS中沿順時(shí)針?lè)较?，T中沿順時(shí)針?lè)较駽．PQRS中沿逆時(shí)針?lè)较颍琓中沿逆時(shí)針?lè)较駾．PQRS中沿逆時(shí)針?lè)较?，T中沿順時(shí)針?lè)较虼鸢窪解析金屬桿PQ突然向右運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始的瞬間，閉合回路PQRS中磁場(chǎng)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(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直紙面向外，由安培定則可判斷感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針；由于閉合回路PQRS中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，與原磁場(chǎng)方向相反，則T中磁通量減小，由楞次定律可判斷，T中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，由安培定則可知T中感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針，選項(xiàng)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(zhǎng)直導(dǎo)線在同一豎直平面內(nèi)，環(huán)的圓心與兩導(dǎo)線距離相等，環(huán)的直徑小于兩導(dǎo)線間距。兩導(dǎo)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(yùn)動(dòng)，則環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较駼．金屬環(huán)向下運(yùn)動(dòng)，則環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较駽．金屬環(huán)向左側(cè)直導(dǎo)線靠近，則環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较駾．金屬環(huán)向右側(cè)直導(dǎo)線靠近，則環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较虼鸢窪解析金屬環(huán)向上或向下運(yùn)動(dòng)時(shí)穿過(guò)金屬環(huán)的磁通量不變，由產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件可知A、B錯(cuò)誤；金屬環(huán)向左側(cè)直導(dǎo)線靠近，穿過(guò)金屬環(huán)的合磁通量垂直紙面向外并且增強(qiáng)，根據(jù)楞次定律可知，環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，C錯(cuò)誤；金屬環(huán)向右側(cè)直導(dǎo)線靠近，穿過(guò)金屬環(huán)的合磁通量垂直紙面向里并且增強(qiáng)，則環(huán)上的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，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(gè)電路圖，L1和L2為電感線圈。實(shí)驗(yàn)時(shí)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1瞬間，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗；閉合開(kāi)關(guān)S2，燈A2逐漸變亮，而另一個(gè)相同的燈A3立即變亮，最終A2與A3的亮度相同。下列說(shuō)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(kāi)開(kāi)關(guān)S1瞬間，線圈L1產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流的減小，通過(guò)L1的電流反向通過(guò)燈A1，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗，說(shuō)明通過(guò)L1的電流比通過(guò)A1的電流大，因此L1的阻值小于A1的阻值，故A錯(cuò)誤；圖1中，閉合S1，電路穩(wěn)定后，因?yàn)長(zhǎng)1的阻值小于A1的阻值，所以A1中電流小于L1中電流，故B錯(cuò)誤；閉合開(kāi)關(guān)S2，最終A2與A3的亮度相同，說(shuō)明電路穩(wěn)定時(shí)A2、A3兩端電壓相等，通過(guò)電流相等，則R與L2兩端電壓、通過(guò)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(dá)到電路穩(wěn)定時(shí)大小，而通過(guò)L2的電流由于線圈L2產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，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(cuò)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(dòng)時(shí)，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流經(jīng)電路放大后傳送到音箱發(fā)出聲音。下列說(shuō)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)D．弦振動(dòng)過(guò)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(xiàng)錯(cuò)誤；取走磁體，金屬弦不能被磁化，金屬弦振動(dòng)時(shí)，不能使線圈中磁通量發(fā)生變化，線圈中不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以電吉他將不能正常工作，B項(xiàng)正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律判斷C項(xiàng)正確；弦振動(dòng)過(guò)程中，不斷靠近或遠(yuǎn)離線圈，由楞次定律知，線圈中的電流方向不斷變化，D項(xiàng)正確。6．[2015·全國(guó)卷Ⅰ](多選)1824年，法國(guó)科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤(pán)實(shí)驗(yàn)”。實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤(pán)水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖所示。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤(pán)在磁針的磁場(chǎng)中繞過(guò)圓盤(pán)中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，但略有滯后。下列說(shuō)法正確的是()A．圓盤(pán)上產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B．圓盤(pán)內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)C．在圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，磁針的磁場(chǎng)穿過(guò)整個(gè)圓盤(pán)的磁通量發(fā)生了變化D．圓盤(pán)中的自由電子隨圓盤(pán)一起運(yùn)動(dòng)形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)答案AB解析當(dāng)圓盤(pán)在磁針的磁場(chǎng)中繞過(guò)圓盤(pán)中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，圓盤(pán)的半徑切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，選項(xiàng)A正確；圓盤(pán)內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)磁針施加磁場(chǎng)力作用，導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)，選項(xiàng)B正確；由于圓盤(pán)中心正上方懸掛小磁針，在圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，磁針的磁場(chǎng)穿過(guò)整個(gè)圓盤(pán)的磁通量不變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由安培定則可判斷出圓盤(pán)中自由電子隨圓盤(pán)一起運(yùn)動(dòng)形成的電流的磁場(chǎng)，在中心方向豎直向下，在其他位置關(guān)于中心對(duì)稱，此磁場(chǎng)不會(huì)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7.[2016·全國(guó)卷Ⅱ](多選)法拉第圓盤(pán)發(fā)電機(jī)的示意圖如圖所示。銅圓盤(pán)安裝在豎直的銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤(pán)的邊緣和銅軸接觸。圓盤(pán)處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中。圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)于流過(guò)電阻R的電流，下列說(shuō)法正確的是()A．若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定，則電流大小恒定B．若從上向下看，圓盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則電流沿a到b的方向流動(dòng)C．若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)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(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉?lái)的2倍答案AB解析若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定，則相當(dāng)于無(wú)數(shù)切割磁感線的導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度恒定，切割磁感線感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，電流就沿a到b的方向流動(dòng)，不會(huì)改變，B正確，C錯(cuò)誤；由于電流在R上的熱功率與電流的平方成正比，圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍時(shí)，圓盤(pán)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，電流也變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，電流在R上的熱功率變?yōu)樵瓉?lái)的4倍，D錯(cuò)誤。8.[2017·天津高考]如圖所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi)，導(dǎo)軌之間接有電阻R。金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面向下。現(xiàn)使磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻減小，ab始終保持靜止，下列說(shuō)法正確的是()A．a(chǎn)b中的感應(yīng)電流方向由b到aB．a(chǎn)b中的感應(yīng)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(yīng)電流方向由a到b，A錯(cuò)誤。根據(jù)E＝eq\f(ΔB,Δt)·S，因?yàn)閑q\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(yīng)電流恒定，B錯(cuò)誤。根據(jù)F＝BIl，由于B減小，安培力F減小，C錯(cuò)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(jì)、間距為l的光滑平行金屬導(dǎo)軌水平放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)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(dǎo)軌上，受到垂直于金屬棒的水平外力F的作用由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，外力F與金屬棒速度v的關(guān)系是F＝F0＋kv(F0、k是常量)，金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好。金屬棒中感應(yīng)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(yīng)電流的功率為P，它們隨時(shí)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(shí)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(yùn)動(dòng)，其v-t圖象如圖甲所示；由i＝eq\f(Blv,r＋R)可知感應(yīng)電流i與v成正比，則i-t圖線應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yùn)動(dòng)，其v-t圖象如圖乙所示；由i＝eq\f(Blv,r＋R)可知感應(yīng)電流i與v成正比，則i-t圖線應(yīng)該和v-t圖線形狀相同，A錯(cuò)誤；FA＝eq\f(B2l2v,R＋r)得FA與v成正比，圖象應(yīng)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(yīng)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(yīng)該是曲線，D錯(cuò)誤；同理可知當(dāng)k－eq\f(B2l2,R＋r)＝0時(shí)A、D亦錯(cuò)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(dǎo)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(dǎo)軌上，其左側(cè)的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域MNPQ的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向下。當(dāng)該磁場(chǎng)區(qū)域以速度v0勻速地向右掃過(guò)金屬桿后，金屬桿的速度變?yōu)関。導(dǎo)軌和金屬桿的電阻不計(jì)，導(dǎo)軌光滑且足夠長(zhǎng)，桿在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸。求：(1)MN剛掃過(guò)金屬桿時(shí)，桿中感應(yīng)電流的大小I；(2)MN剛掃過(guò)金屬桿時(shí)，桿的加速度大小a；(3)PQ剛要離開(kāi)金屬桿時(shí)，感應(yīng)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(guò)金屬桿時(shí)，金屬桿的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Bdv0①回路的感應(yīng)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(duì)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(duì)速度v′＝v0－v⑦感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E′＝Bdv′⑧感應(yīng)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(chǎng)的作用使炮彈獲得超高速度，其原理可用來(lái)研制新武器和航天運(yùn)載器。電磁軌道炮示意如圖，圖中直流電源電動(dòng)勢(shì)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(dǎo)軌間距離為l，電阻不計(jì)。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(dǎo)軌間處于靜止?fàn)顟B(tài)，并與導(dǎo)軌良好接觸。首先開(kāi)關(guān)S接1，使電容器完全充電。然后將S接至2，導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫(huà)出)，MN開(kāi)始向右加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)MN上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電容器兩極板間的電壓相等時(shí)，回路中電流為零，MN達(dá)到最大速度，之后離開(kāi)導(dǎo)軌。問(wèn)：(1)磁場(chǎng)的方向；(2)MN剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度a的大??；(3)MN離開(kāi)導(dǎo)軌后電容器上剩余的電荷量Q是多少。答案(1)垂直于導(dǎo)軌平面向下(2)eq\f(BlE,mR)(3)eq\f(B2l2C2E,m＋B2l2C)解析(1)將S接1時(shí)，電容器充電，上極板帶正電，下極板帶負(fù)電，當(dāng)將S接2時(shí)，電容器放電，流經(jīng)MN的電流由M到N，又知MN向右運(yùn)動(dòng)，由左手定則可知磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面向下。(2)電容器完全充電后，兩極板間電壓為E，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接2時(shí)，電容器放電，設(shè)剛放電時(shí)流經(jīng)MN的電流為I，有I＝eq\f(E,R)①設(shè)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(dāng)電容器充電完畢時(shí)，設(shè)電容器上電荷量為Q0，有Q0＝CE⑤開(kāi)關(guān)S接2后，MN開(kāi)始向右加速運(yùn)動(dòng)，速度達(dá)到最大值vmax時(shí)，設(shè)MN上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E′，有E′＝Blvmax⑥依題意有E′＝eq\f(Q,C)⑦設(shè)在此過(guò)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(dòng)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