2024高考物理二輪復(fù)習(xí)專題能力訓(xùn)練12電磁感應(yīng)及綜合應(yīng)用含解析

PAGE7-專題實力訓(xùn)練12電磁感應(yīng)及綜合應(yīng)用(時間:45分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共8小題,每小題8分,共64分。在每小題給出的四個選項中,1~6題只有一個選項符合題目要求,7~8題有多個選項符合題目要求。全部選對的得8分,選對但不全的得4分,有選錯的得0分)1.如圖所示,邊長為a的導(dǎo)線框abcd處于磁感應(yīng)強度為B0的勻強磁場中,bc邊與磁場右邊界重合?，F(xiàn)發(fā)生以下兩個過程:一是僅讓線框以垂直于邊界的速度v勻速向右運動;二是僅使磁感應(yīng)強度隨時間勻稱變更。若導(dǎo)線框在上述兩個過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小相等,則磁感應(yīng)強度隨時間的變更率為()A.2B0va B.B答案:B解析:線框以垂直于邊界的速度v勻速向右運動時,依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E=B0av,感應(yīng)電流為I=B0avR;磁感應(yīng)強度隨時間勻稱變更時,E=ΔBΔta2,E=IR,聯(lián)立得E=ΔBΔ2.(2024·全國卷Ⅰ)如圖所示,導(dǎo)體軌道OPQS固定,其中PQS是半圓弧,Q為半圓弧的中點,O為圓心。軌道的電阻忽視不計,OM是有肯定電阻、可繞O轉(zhuǎn)動的金屬桿,M端位于PQS上,OM與軌道接觸良好?？臻g存在與半圓所在平面垂直的勻強磁場,磁感應(yīng)強度的大小為B,現(xiàn)使OM從OQ位置以恒定的角速度逆時針轉(zhuǎn)到OS位置并固定(過程Ⅰ);再使磁感應(yīng)強度的大小以肯定的變更率從B增加到B'(過程Ⅱ)。在過程Ⅰ、Ⅱ中,流過OM的電荷量相等,則B'B等于(A.54 B.32 C.答案:B解析:依據(jù)q=ΔΦR得,q1=q2=(B'-B)πr解得B'=32B3.(2024·全國卷Ⅲ)如圖所示,水平放置的圓柱形光滑玻璃棒左邊繞有一線圈,右邊套有一金屬圓環(huán)。圓環(huán)初始時靜止。將圖中開關(guān)S由斷開狀態(tài)撥至連接狀態(tài),電路接通的瞬間,可視察到()A.撥至M端或N端,圓環(huán)都向左運動B.撥至M端或N端,圓環(huán)都向右運動C.撥至M端時圓環(huán)向左運動,撥至N端時向右運動D.撥至M端時圓環(huán)向右運動,撥至N端時向左運動答案:B解析:本題以螺線管為背景,意在考查楞次定律。開關(guān)S無論撥至M端還是N端,螺線管中的磁通量都變大,則右邊金屬圓環(huán)中的磁通量變大,依據(jù)楞次定律,為了阻礙磁通量變大,圓環(huán)都向右運動,選項B正確。4.(2024·江西南昌模擬)如圖所示,質(zhì)量為m=0.04kg、邊長l=0.4m的正方形線框abcd放置在一光滑絕緣斜面上,線框用一平行于斜面的細(xì)繩系于O點,斜面的傾角為θ=30°;線框的一半處于磁場中,磁場的磁感應(yīng)強度隨時間變更的關(guān)系為B=2+0.5t(T),方向垂直于斜面;已知線框電阻為R=0.5Ω,重力加速度g取10m/s2。下列說法正確的是()A.線框中的感應(yīng)電流方向為abcdaB.t=0時,細(xì)繩拉力大小為F=0.2NC.線框中感應(yīng)電流大小為I=80mAD.經(jīng)過一段時間t,線框可能拉斷細(xì)繩向下運動答案:C解析:由楞次定律可知線框中的感應(yīng)電流方向為adcba,選項A錯誤;感應(yīng)電動勢E=ΔΦΔt=ΔBΔt12l2=0.04V,由閉合電路歐姆定律,可知線框中感應(yīng)電流大小為I=ER=0.08A=80mA,由平衡條件可知FT+BIl=mgsinθ,t=0時,B=2T,解得FT=5.如圖甲所示,正三角形導(dǎo)線框abc固定在磁場中,磁場方向與線圈平面垂直,磁感應(yīng)強度B隨時間變更的關(guān)系如圖乙所示。t=0時刻磁場方向垂直紙面對里,在0~4s的時間內(nèi),線框ab邊所受到的安培力F隨時間t變更的關(guān)系(規(guī)定水平向左為力的正方向)可能是下圖中的()答案:A解析:由磁感應(yīng)強度隨時間的變更圖像可推斷出1~2s內(nèi)線框的電流方向為順時針,然后利用左手定則判定ab邊所受到的安培力水平向左,大小為BIL,由于B隨時間勻稱變更,則安培力也隨時間勻稱變更,據(jù)此解除選項C、D;然后再由3~4s內(nèi)安培力方向解除選項B。6.(2024·遼寧聯(lián)考)如圖所示,間距為l的光滑平行金屬導(dǎo)軌彎成“∠”形,底部導(dǎo)軌面水平,傾斜部分與水平面成θ角,導(dǎo)軌與固定電阻相連,整個裝置處于豎直向上的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中。導(dǎo)體棒ab與cd均垂直于導(dǎo)軌放置,且與導(dǎo)軌間接觸良好,兩導(dǎo)體棒的電阻均與阻值為R的固定電阻相等,其余部分電阻不計,當(dāng)導(dǎo)體棒cd沿導(dǎo)軌向右以速度v勻速滑動時,導(dǎo)體棒ab恰好在傾斜導(dǎo)軌上處于靜止?fàn)顟B(tài),導(dǎo)體棒ab的重力為mg,則()A.導(dǎo)體棒cd兩端的電壓為BlvB.t時間內(nèi)通過導(dǎo)體棒cd橫截面的電荷量為2C.cd棒克服安培力做功的功率為BD.導(dǎo)體棒ab所受安培力為mgsinθ答案:B解析:依據(jù)題意畫出等效電路如圖甲所示。導(dǎo)體棒cd產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=Blv,導(dǎo)體棒cd兩端的電壓是路端電壓,U=13E=13Blv,選項A錯誤;通過cd棒的電流I=E0.5R+R=Blv1.5R,在時間t內(nèi)通過導(dǎo)體棒cd橫截面的電荷量為q=It=2Blvt3R,選項B正確;對7.(2024·全國卷Ⅰ)空間存在一方向與紙面垂直、大小隨時間變更的勻強磁場,其邊界如圖甲中虛線MN所示。一硬質(zhì)細(xì)導(dǎo)線的電阻率為ρ、橫截面積為S,將該導(dǎo)線做成半徑為r的圓環(huán)固定在紙面內(nèi),圓心O在MN上。t=0時磁感應(yīng)強度的方向如圖甲所示;磁感應(yīng)強度B隨時間t的變更關(guān)系如圖乙所示。則在t=0到t=t1的時間間隔內(nèi)()甲乙A.圓環(huán)所受安培力的方向始終不變B.圓環(huán)中的感應(yīng)電流始終沿順時針方向C.圓環(huán)中的感應(yīng)電流大小為BD.圓環(huán)中的感應(yīng)電動勢大小為B答案:BC解析:依據(jù)楞次定律可知,圓環(huán)中的感應(yīng)電流始終沿順時針方向,B正確。從0到t1,電流方向未變,磁場方向變更,依據(jù)左手定則,安培力方向必定變更,A錯誤。依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,E=nΔΦΔt=B0π8.如圖所示,在傾角為θ的光滑斜面上,存在著兩個磁感應(yīng)強度大小均為B的勻強磁場區(qū)域。區(qū)域Ⅰ的磁場方向垂直斜面對上,區(qū)域Ⅱ的磁場方向垂直斜面對下,磁場邊界MN、PQ、GH均平行于斜面底邊,MP、PG均為l。一個質(zhì)量為m、電阻為R、邊長也為l的正方形導(dǎo)線框,由靜止起先沿斜面下滑,下滑過程中ab邊始終與斜面底邊平行。t1時刻ab邊剛越過GH進入磁場Ⅰ區(qū)域,此時導(dǎo)線框恰好以速度v1做勻速直線運動;t2時刻ab邊下滑到PQ與MN的中間位置,此時導(dǎo)線框又恰好以速度v2做勻速直線運動。重力加速度為g,下列說法正確的是()A.當(dāng)ab邊剛越過PQ時,導(dǎo)線框加速度大小為a=gsinθB.導(dǎo)線框兩次勻速直線運動的速度v1∶v2=4∶1C.從t1到t2的過程中,導(dǎo)線框克服安培力做功的大小等于機械能的削減量D.從t1到t2的過程中,有m(答案:BC解析:線框在區(qū)域Ⅰ內(nèi)做勻速直線運動,滿意合力為零,有mgsinθ-B2l2v1R=0;線框的ab邊剛越過PQ時,兩邊都在切割磁感線,都受到沿斜面對上的安培力,則mgsinθ-4B2l2v1R=ma,a=-3gsinθ,選項A錯誤;線框再次勻速時,其受合力也為零,有mgsinθ-4B2l2v2R=0,可得v1v2=41,選項B正確;從t1到t二、非選擇題(本題共2小題,共36分)9.(16分)(2024·廣東深圳模擬)如圖所示,豎直固定的倒U形導(dǎo)軌NMPQ,軌道間距l(xiāng)=0.8m,上端開小口與水平線圈C連接,線圈面積S=0.8m2,匝數(shù)N=200,電阻r=15Ω。質(zhì)量m=0.08kg的導(dǎo)體棒ab被外力水平壓在導(dǎo)軌一側(cè),導(dǎo)體棒接入電路部分的電阻R=1Ω。起先時整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中。t=0時撤去外力,同時磁感應(yīng)強度按B=B0-kt的規(guī)律變更,其中k=0.4T/s;t1=1s時,導(dǎo)體棒起先下滑,它與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。其余電阻不計(重力加速度g取10m/s2)。(1)求0~1s內(nèi)通過導(dǎo)體棒的電流大小。(2)求t=0時的磁感應(yīng)強度B0。(3)若僅將磁場方向改為豎直向下,要使導(dǎo)體棒ab在0~1s內(nèi)仍靜止,是否須要將它靠在導(dǎo)軌的另一側(cè)?簡要說明理由。答案:(1)4A(2)0.9T(3)不須要;由楞次定律可知,磁場方向相反,感應(yīng)電流方向也相反,由左手定則可知導(dǎo)體棒所受安培力的方向不變,所以不須要將它靠在導(dǎo)軌的另一側(cè)。解析:(1)0~t1時間內(nèi),對線圈C和整個回路有,E=NΔΔΦI=E聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得I=4A。(2)t1=1s時刻,導(dǎo)體棒即將下滑,有mg=FfFf=μFNFN=B1IlB1=B0-kt1聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得B0=0.9T。10.(20分)(2024·天津卷)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。電磁軌道炮示意圖如圖所示,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(dǎo)軌間距為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(dǎo)軌間處于靜止?fàn)顟B(tài),并與導(dǎo)軌良好接觸。首先開關(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)強度大小為B的勻強磁場(圖中未畫出),MN起先向右加速運動。當(dāng)MN上的感應(yīng)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(dǎo)軌。求:(1)磁場的方向;(2)MN剛起先運動時加速度a的大小;(3)MN離開導(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)軌平面對下(2)BlE(3)B解析:(1)由題意可知,MN所受安培力可以使其水平向右運動,故安培力方向為水平向右,而MN中的電流方向為從M到N,因此,依據(jù)左手定則可推斷磁場方向為垂直于導(dǎo)軌平面對下。(2)電容器完全