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1、专题十二电磁感应一、单项选择题(共6小题,18分)1.如图所示,在一固定水平放置的闭合铜圆环正上方,有一条形磁铁从静止开始下落,下落过程中始终保持竖直,起始高度为h,最后落在水平地面上.若不计空气阻力,重力加速度取g,下列说法正确的是()A.在磁铁整个下落过程中,圆环中的感应电流方向始终为顺时针方向(俯视圆环)B.磁铁落地时的速率一定等于2ghC.在磁铁整个下落过程中,磁铁的机械能不变D.在磁铁整个下落过程中,圆环受到磁铁的作用力总是竖直向下2.如图,两回路中各有一开关S1、S2,且内回路中接有电源,外回路中接有灵敏电流计,下列操作及相应的结果可能实现的是()先闭合S2,后闭合S1的瞬间,电流
2、计指针偏转S1、S2闭合后,在断开S2的瞬间,电流计指针偏转先闭合S1,后闭合S2的瞬间,电流计指针偏转S1、S2闭合后,在断开S1的瞬间,电流计指针偏转A.B.C.D.3.如图所示,线圈A内有竖直向上的磁场,磁感应强度B随时间均匀增大;等离子气流(由高温高压等电量的正、负离子组成)由左方连续不断地以速度v0射入P1和P2两平行正对极板间的匀强磁场中.发现两直导线a、b互相吸引,由此可以判断,P1、P2两极板间匀强磁场的方向为()A.垂直纸面向外B.垂直纸面向里C.水平向左D.水平向右4.如图所示,水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场,两个用相同材料、相同粗细的导线绕制的单匝闭合正
3、方形线圈1和2,其边长L1=2L2,在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落,再逐渐完全进入磁场,最后落到地面,运动过程中,线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界.设线圈1、2落地时的速度大小分别为v1、v2,在磁场中运动时产生的热量分别为Q1、Q2,通过线圈截面的电荷量分别为q1、q2,不计空气阻力,则()A.v1Q2,q1q2B.v1=v2,Q1=Q2,q1=q2C.v1Q2,q1=q2D.v1=v2,Q1Q2,q1q25.如图所示,质量m=0.15 kg、长度l=10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平悬挂在垂直纸面向里的匀强磁场中,弹簧劲度系数k=100 N/m,开关
4、闭合,稳定后发现弹簧的伸长量均为x=1 cm,电流表的示数为5 A,重力加速度g=10 m/s2,则下列说法正确的是()A.N端是电源正极B.磁场的磁感应强度大小为0.1 TC.滑动变阻器的滑片左移,弹簧的长度变小D.仅使磁场反向,稳定后弹簧的伸长量为0.2 cm6.新素材如图甲所示为手机等用电器无线充电的原理图,如果圆形受电线圈的面积S=110-3 m2,线圈匝数为n=100,线圈的电阻为R=5 ,垂直于线圈平面的磁场的磁感应强度随时间的变化情况如图乙所示,若受电线圈给内阻为r=5 的电池充电,则 () 图甲图乙A.受电线圈中产生的感应电动势大小为0.05 VB.01.0 s内受电线圈中的感
5、应电流方向不变C.1.5 s时刻,受电线圈中的感应电流为零D.充电过程中,电池的发热功率为1.25 W二、多项选择题(共4小题,16分)7.如图甲所示,半径为r=1 m的电线圈处在匀强磁场中,磁场与线圈平面垂直,线圈的电阻R=10 ,磁场磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示,以垂直线圈平面向里为磁场的正方向,则下列说法正确的是()A.01 s内线圈中产生的电流沿逆时针方向,大小为0.314 AB.02 s内感应电流的平均功率约为4.9 WC.23 s内感应电流的方向与34 s内感应电流方向相反D.45 s内通过线圈截面的电荷量为5 C8.2020河南洛阳尖子生第一次联考如图,固定在同一水平面内
6、的两根平行长直金属导轨间距为d,其右端接有阻值为R的电阻,整个装置处在竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中.一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置,且与两导轨保持良好接触,杆与导轨之间的动摩擦因数为.现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动,运动距离L时,速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直且良好接触).设杆接入电路的电阻为r,导轨电阻不计,重力加速度大小为g,则此过程()A.杆的速度最大值为(F-mg)RB2d2B.流过电阻R的电荷量为BdLR+rC.恒力F做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量D.恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的
7、变化量9.如图甲所示,粗糙绝缘斜面的倾角为=30,斜面上放置一质量为1 kg、电阻为2 、边长为1.0 m的正方形导线框MNQP,开始时导线框处于静止状态.在空间中施加方向垂直线框平面向上的匀强磁场,磁感应强度B随时间t按如图乙所示的规律变化,重力加速度大小g=10 m/s2.下列说法正确的是()A.在01 s内线框中产生的感应电流为0.5 AB.在34 s内通过线框的电荷量为0.1 CC.04 s内线框中产生的焦耳热为0.01 JD.在04 s内线框一直受到大小为5 N、方向沿斜面向上的摩擦力10.2020江西南昌高三摸底如图所示,两根平行光滑金属导轨固定在同一水平面内,其左端接有定值电阻R
8、,建立Ox轴平行于金属导轨,在0x4 m的空间区域内存在着垂直导轨平面向下的磁场,磁感应强度B的大小随坐标x(以m为单位)的变化规律为B=0.8-0.2x(T),金属棒ab在外力作用下从x=0处沿导轨向右运动,ab始终与导轨垂直并接触良好,不计导轨和金属棒的电阻.设在金属棒从x1=1 m处经x2=2 m到x3=3 m的过程中,电阻R的电功率始终保持不变,则()A.金属棒做匀速直线运动B.金属棒运动过程中产生的电动势始终不变C.金属棒在x1与x2处受到磁场的作用力大小之比为32D.金属棒从x1到x2与从x2到x3的过程中通过R的电荷量之比为53三、非选择题(共4小题,50分)11.2019浙江4
9、月选考,10分如图所示,倾角=37、间距l=0.1 m的足够长金属导轨底端接有阻值R=0.1 的电阻,质量m=0.1 kg的金属棒ab垂直导轨放置,与导轨间的动摩擦因数=0.45.建立原点位于底端、方向沿导轨向上的坐标轴x.在0.2 mx0.8 m区间有垂直导轨平面向上的匀强磁场.从t=0时刻起,棒ab在沿x轴正方向的外力F作用下,从x=0处由静止开始沿斜面向上运动,其速度v与位移x满足v=kx(可导出a=kv),k=5 s-1.当棒ab运动至x1=0.2 m处时,电阻R消耗的电功率P=0.12 W,运动至x2=0.8 m处时撤去外力F,此后棒ab将继续运动,最终返回至x=0处.棒ab始终保持
10、与导轨垂直,不计其他电阻,求:(提示:可以用F-x图象下的“面积”代表力F做的功,sin 37=0.6)(1)磁感应强度B的大小;(2)外力F随位移x变化的关系式;(3)在棒ab整个运动过程中,电阻R产生的焦耳热Q.12.2020江西七校联考,12分如图甲所示,电阻不计且间距L=1 m的光滑平行金属导轨竖直放置,上端接一阻值R=2 的电阻,虚线OO下方有垂直于导轨平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B=2 T.现将质量m=0.1 kg、电阻不计的金属杆ab从OO上方某处由静止释放,金属杆在下落的过程中与导轨保持良好接触且始终水平.金属杆从静止开始到下落0.3 m的过程中,加速度a与下落距离h的
11、关系图象如图乙所示,g取10 m/s2.(1)求金属杆刚进入磁场时的速度大小v0;(2)求金属杆从静止开始到下落0.3 m的过程中,在电阻R上产生的热量Q;(3)在图丙的坐标系中,定性画出回路中电流随时间变化的图线,并说明图线与坐标轴围成的图形的面积表示的物理意义(以金属杆进入磁场时为计时起点).13.14分某同学设计了一套电磁弹射装置,如图所示,在水平木板上固定两根足够长的平行金属导轨,导轨间距为L=1 m,导轨的电阻不计,导轨处于方向竖直的匀强磁场中(图中虚线之间区域,未画出),磁场的磁感应强度大小为B=2 T,连接导轨的电源电动势为E=40 V,电容器的电容为C=1 F.小车底部固定一个
12、与其前端和后端平齐、边长为L的正方形单匝导体线框,线框前后两边的电阻均为R=0.2 ,两侧边电阻不计且与导轨接触良好.小车与线框的总质量为m=1 kg,开始时小车处于静止状态.现将开关S接1,使电容器完全充电,再将S接至2,小车向左加速运动,在小车开始匀速运动时,将开关S拨回1,随后小车滑出磁场.不计小车在运动过程中的摩擦.求:(1)磁场的磁感应强度方向和小车开始运动时的加速度大小a;(2)小车在轨道上达到匀速时的速度大小v1;(3)小车出磁场过程中线框中产生的焦耳热Q.14.2019云南昆明4月质检,14分如图甲所示,ACD是固定在水平面上的半径为2r、圆心为O的金属半圆弧导轨,EF是半径为
13、r、圆心也为O的半圆弧,在半圆弧EF与导轨ACD之间的半圆环区域内存在垂直导轨平面向外的匀强磁场,磁感应强度大小B随时间t变化的图象如图乙所示.OA间接有电阻P,金属杆OM可绕O点转动,M端与轨道接触良好,OM与电阻P的阻值均为R,其余电阻不计.(1)0t0时间内,OM固定在与OA夹角1=3的位置不动,求这段时间内通过电阻P的感应电流大小和方向;(2)t02t0时间内,OM在外力作用下以恒定的角速度逆时针转过2=3到OC位置,求电阻P在这段时间内产生的焦耳热Q;(3)2t03t0时间内,OM仍在外力作用下以恒定的角速度逆时针转动,3t0时转到OD位置,若2t0时匀强磁场开始变化(磁感应强度不为
14、零),使得2t03t0时间内回路中始终无感应电流,求B随时间t变化的关系式,并在图乙中补画出这段时间内B随t变化的大致图象.1.D当条形磁铁靠近圆环时,穿过圆环的磁通量增加,根据楞次定律可知圆环中感应电流的方向为逆时针(俯视圆环),当条形磁铁远离圆环时,穿过圆环的磁通量减小,根据楞次定律可知圆环中感应电流的方向为顺时针(俯视圆环),A错误;若磁铁从高为h处做自由落体运动,其落地时的速率v=2gh,但磁铁穿过圆环的过程中圆环内有电能产生,显然电能是从磁铁的机械能转化来的,故磁铁的落地速率一定小于2gh,B错误;磁铁在整个下落过程中,由于受到磁场力的作用,机械能不守恒,C错误;根据楞次定律的推论“
15、来拒去留”,可知磁铁在整个下落过程中,所受圆环对它的作用力始终竖直向上,而圆环受到磁铁的作用力总是竖直向下,D正确.2.D先闭合S2,构成闭合电路,后闭合S1的瞬间,通过线圈A的电流增大,导致穿过线圈B的磁通量发生变化,从而产生感应电流,则指针发生偏转,故正确;S1、S2闭合,稳定后线圈B中没有磁通量的变化,因而线圈B中没有感应电流,在断开S2的瞬间,指针也不偏转,故错误;先闭合S1,后闭合S2的瞬间,穿过线圈B的磁通量没有变化,则不会产生感应电流,故错误;S1、S2闭合后,在断开S1的瞬间,导致穿过线圈B的磁通量发生变化,因而出现感应电流,故正确.A、B、C三项错误,D项正确.3.B线圈A中磁场的方向向上增强时,由楞次定律可知,感应电流的磁场的方向向下,由安培定则知导线a
