届物理二轮 电磁感应现象及电磁感应规律的应用 专题卷全国通用.docx
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届物理二轮电磁感应现象及电磁感应规律的应用专题卷全国通用
2019届物理二轮电磁感应现象及电磁感应规律的应用专题卷（全国通用）
1．如图甲所示，绝缘的水平桌面上放置一金属圆环，在圆环的正上方放置一个螺线管，在螺线管中通入如图乙所示的电流，电流从螺线管a端流入为正，以下说法正确的是（ ）
A．从上往下看，0～1s内圆环中的感应电流沿顺时针方向
B．0～1s内圆环面积有扩张的趋势
C．3s末圆环对桌面的压力小于圆环的重力
D．1～2s内和2～3s内圆环中的感应电流方向相反
【答案】A
2．（多选）如图甲，固定在光滑水平面上的正三角形金属线框，匝数n＝20，总电阻R＝2.5Ω，边长L＝0.3m，处在两个半径均为r＝L/3的圆形匀强磁场区域中。
线框顶点与右侧磁场区域圆心重合，线框底边中点与左侧磁场区域圆心重合。
磁感应强度B1垂直水平面向上，大小不变；B2垂直水平面向下，大小随时间变化，B1、B2的值和变化规律如图乙所示。
则下列说法中正确的是（π取3）（ ）
A．通过线框中的感应电流方向为逆时针方向
B．t＝0时刻穿过线框的磁通量为0.1Wb
C．在0～0.6s内通过线框中的电荷量为0.006C
D．0～0.6s时间内线框中产生的热量为0.06J
【答案】AD
3.如图，两根相距L＝1m、电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置，导轨足够长，其一端接有一阻值为R＝2Ω的电阻，导轨处在磁感应强度为B＝0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向里。
一根质量m＝0.2kg、电阻r＝0.5Ω的金属棒置于导轨左端，并与导轨垂直放置。
有两种情况可以让棒在导轨上做匀变速直线运动：
（1）给棒施加一个水平向右的随时间变化的力F，可以让棒从静止开始向右以加速度a1＝1m/s2做匀加速运动；
（2）将轨道左端的定值电阻换成一个随时间变化的电阻R0，再给棒一个水平向右的初速度v0＝6m/s，可以使棒向右以加速度a2＝－1m/s2匀减速运动一段时间。
则上述两种情况所描述的变力F和变化的电阻R0满足的方程是（ ）
A．F＝0.1t＋0.2（N），R0＝7－1.25t（Ω）
B．F＝0.1t＋0.2（N），R0＝7＋1.25t（Ω）
C．F＝0.125t＋0.2（N），R0＝7.5－1.25t（Ω）
D．F＝0.125t＋0.2（N），R0＝7.5＋1.25t（Ω）
【答案】A
4．如图甲所示，一单匝圆形闭合导线框半径为r，线框电阻为R，连接一交流电流表（内阻不计）。
线框内充满匀强磁场，已知该磁场磁感应强度B随时间按正弦规律变化，如图乙所示（规定向下为B的正方向），则下列说法正确的是（ ）
A．0.005s时线框中的感应电流最大
B．0.01s时线框中感应电流方向从上往下看为顺时针方向
C．0.015s时电流表的示数为零
D．0～0.02s内闭合导线框上产生的热量为
【答案】BD
5.如图所示，两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置，间距为l＝1m，c、d间，d、e间，c、f间分别接着阻值R＝10Ω的电阻。
一阻值R＝10Ω的导体棒ab以速度v＝4m/s匀速向左运动，导体棒与导轨接触良好；导轨所在平面存在磁感应强度大小B＝0.5T、方向竖直向下的匀强磁场。
下列说法中正确的是（ ）
A．导体棒ab中电流的流向为由b到a
B．c、d两端的电压为2V
C．d、e两端的电压为1V
D．f、e两端的电压为1V
【答案】D
6．如图，虚线P、Q、R间存在着磁感应强度大小相等，方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面，磁场宽度均为L.一等腰直角三角形导线框abc，ab边与bc边长度均为L，bc边与虚线边界垂直．现让线框沿bc方向以速度v匀速穿过磁场区域，从c点经过虚线P开始计时，以逆时针方向为导线框中感应电流i的正方向，则下列四个图象中能正确表示i－t图象的是（ ）
【答案】A
7.如图所示是法拉第制作的世界上第一台发电机的模型原理图。
把一个半径为r的铜盘放在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，使磁感线水平向右垂直穿过铜盘，铜盘安装在水平的铜轴上，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触，G为灵敏电流表。
现使铜盘按照图示方向以角速度ω匀速转动，则下列说法中正确的是（ ）
A．C点电势一定高于D点电势
B．圆盘中产生的感应电动势大小为
Bωr2
C．电流表中的电流方向为由a到b
D．若铜盘不转动，使所加磁场磁感应强度均匀增大，在铜盘中可以产生涡旋电流
【答案】BD
8.如图所示，一边长为l＝2a的正方形区域内分布着方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场。
一边长为a、电阻为R的正方形线框置于磁场左侧，且线框右边与磁场左边界平行，距离为a，现给该正方形线框施加一水平向右的拉力，使其沿直线匀速向右运动，则以下关于线框受到的安培力、产生的感应电流随时间变化的图象正确的是（以水平向左的方向为安培力的正方向，以逆时针方向为电流的正方向）（ ）
【答案】BD
9.如图所示，竖直面内的正方形导线框ABCD和abcd的边长均为l、电阻均为R，质量分别为2m和m，它们分别系在一跨过两个定滑轮的绝缘轻绳两端，在两导线框之间有一宽度为2l、磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。
开始时ABCD的下边界与匀强磁场的上边界重合，abcd的上边界到匀强磁场的下边界的距离为l。
现将两导线框由静止释放，当ABCD全部进入磁场时，两导线框开始做匀速运动。
不计摩擦和空气阻力，重力加速度为g，求：
（1）两导线框匀速运动的速度大小；
（2）两导线框在从开始运动至等高的过程中所产生的总焦耳热；
（3）导线框abcd通过磁场的时间。
【答案】
（1）
（2）2mgl－
（3）
10.如图所示，粗糙斜面的倾角θ＝37°，半径r＝0.5m的圆形区域内存在着垂直于斜面向下的匀强磁场。
一个匝数n＝10匝的刚性正方形线框abcd，通过松弛的柔软导线与一个额定功率P＝1.25W的小灯泡A相连，圆形磁场的一条直径恰好过线框bc边。
已知线框质量m＝2kg，总电阻R0＝1.25Ω，边长L>2r，与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5。
从t＝0时起，磁场的磁感应强度按B＝2－
t（T）的规律变化。
开始时线框静止在斜面上，在线框运动前，灯泡始终正常发光。
设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。
求：
（1）小灯泡正常发光时的电阻R；
（2）线框保持不动的时间内，小灯泡产生的热量Q。
【答案】
（1）1.25Ω
（2）3.14J
11．如图所示，两根足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距L＝1m，一理想电流表和R＝10Ω的电阻通过导线与两导轨相连，导轨之间存在着方向相反、高度均为h＝5m的磁感应强度分别为B1、B2的匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ，匀强磁场方向与导轨平面垂直。
一质量为m＝1kg、有效电阻为R＝10Ω的导体棒，从距磁场Ⅰ下方边界一定距离处，在F＝20N的恒定外力作用下从静止开始竖直向上运动，导体棒在进入磁场Ⅰ的过程中电流表的示数恒为1A，导体棒离开磁场Ⅱ前的一段时间内电流表的示数恒为2A，导体棒始终保持水平，不计导轨的电阻。
g取10m/s2。
求：
（1）导体棒进入磁场Ⅰ时速度的大小v1和导体棒离开磁场Ⅱ时速度的大小v2；
（2）全过程中电路中产生的热量。
【答案】
（1）2m/s 8m/s
（2）70J
12．
（1）如图甲所示，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面，在纸面内有一条以O点为圆心、半径为L的圆弧形金属导轨，长也为L的导体棒OA可绕O点自由转动，导体棒的另一端与金属导轨良好接触，并通过导线与电阻R构成闭合电路。
当导体棒以角速度ω匀速转动时，试根据法拉第电磁感应定律E＝
，证明导体棒产生的感应电动势为E＝
BωL2。
（2）某同学看到有些玩具车在前进时车轮能发光，受此启发，他设计了一种带有闪烁灯的自行车后轮，以增强夜间骑车的安全性。
图乙所示为自行车后车轮，其金属轮轴半径可以忽略，金属车轮半径r＝0.4m，其间由绝缘辐条连接（绝缘辐条未画出）。
车轮与轮轴之间均匀地连接有4根金属条，每根金属条中间都串接一个LED灯，灯可视为纯电阻，每个灯的阻值为R＝0.3Ω并保持不变。
车轮边的车架上固定有磁铁，在车轮与轮轴之间形成了磁感应强度B＝0.5T，方向垂直于纸面向外的扇形匀强磁场区域，扇形对应的圆心角θ＝30°。
自行车匀速前进的速度为v＝8m/s（等于车轮边缘相对轴的线速度）。
不计其他电阻和车轮厚度，并忽略磁场边缘效应。
①在图乙所示装置中，当其中一根金属条ab进入磁场时，指出ab上感应电流的方向，并求ab中感应电流的大小；
②若自行车以速度v＝8m/s匀速前进时，车轮受到的总摩擦阻力为2.0N，则后车轮转动一周，动力所做的功为多少？
（忽略空气阻力，π≈3.0）
【答案】
（1）略
（2）①ab中的电流方向为b→a 2A ②4.96J
13.如图所示，竖直面内的正方形导线框ABCD和abcd的边长均为l、电阻均为R，质量分别为2m和m，它们分别系在一跨过两个定滑轮的绝缘轻绳两端，在两导线框之间有一宽度为2l、磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。
开始时ABCD的下边界与匀强磁场的上边界重合，abcd的上边界到匀强磁场的下边界的距离为l。
现将两导线框由静止释放，当ABCD全部进入磁场时，两导线框开始做匀速运动。
不计摩擦和空气阻力，重力加速度为g，求：
（1）两导线框匀速运动的速度大小；
（2）两导线框在从开始运动至等高的过程中所产生的总焦耳热；
（3）导线框abcd通过磁场的时间。
【答案】
（1）
（2）2mgl－
（3）
14.如图所示，粗糙斜面的倾角θ＝37°，半径r＝0.5m的圆形区域内存在着垂直于斜面向下的匀强磁场。
一个匝数n＝10匝的刚性正方形线框abcd，通过松弛的柔软导线与一个额定功率P＝1.25W的小灯泡A相连，圆形磁场的一条直径恰好过线框bc边。
已知线框质量m＝2kg，总电阻R0＝1.25Ω，边长L>2r，与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5。
从t＝0时起，磁场的磁感应强度按B＝2－
t（T）的规律变化。
开始时线框静止在斜面上，在线框运动前，灯泡始终正常发光。
设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。
求：
（1）小灯泡正常发光时的电阻R；
（2）线框保持不动的时间内，小灯泡产生的热量Q。
【答案】
（1）1.25Ω
（2）3.14J
15．如图所示，足够长的粗糙斜面与水平面成θ＝37°角放置，在斜面上虚线cc′和bb′与斜面底边平行，且两线间距为d＝0.1m，在cc′、bb′围成的区域内有垂直斜面向上的有界匀强磁场，磁感应强度为B＝1T；现有一质量为m＝10g，总电阻为R＝1Ω，边长也为d＝0.1m的正方形金属线圈MNPQ，其初始位置PQ边与cc′重合，现让金属线圈以一定初速度沿斜面向上运动，当金属线圈从最高点返回到磁场区域时，线圈刚好做匀速直线运动．已知线圈与斜面间的动摩擦因数为μ＝0.5，取g＝10m/s2，不计其他阻力，求：
（取sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）
（1）线圈向下返回到磁场区域时的速度大小；
（2）线圈向上离开磁场区域时的动能；
（3）线圈向下通过磁场区域过程中，线圈中产生的焦耳热．
【答案】
（1）2m/s
（2）0.1J （3）0.004J
16．如图甲所示，通过导线将电容器C、定值电阻R与间距为l＝0.2m的平行金属导轨相连，长度为l＝0.2m的导体棒MN垂直平行导轨放置，已知导体棒的质量为m＝0.1kg，导体棒与平行导轨之间的动摩擦因数为μ＝0.2，定值电阻R＝0.4Ω，电容器的电容C＝10F，整个装置处在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B＝0.5T的匀强磁场中．从某时刻起，在导体棒MN上加一水平向右的外力，使导体棒向右加速运动，整个过程中导体棒始终与导轨有良好的接触有没有发生转动，导轨、导线以及导体棒的阻值均可忽略，重力加速度g＝10m/s2.
（1）将单刀双掷开关扳到2位置，且保持外力的功率不变，通过速度传感器描绘出的导体棒的速度—时间图象如图乙所示，其中10s后的图象与时间轴平行，如果0～10s的时间内电路产生的热量为Q＝30J，则10s末的外力以及0～10s内导体棒的位移分别为多大？
（2）如果将单刀双掷开关扳到1位置，将外力改为F＝0.3N的恒力，则10s末外力的瞬时功率应为多大？
【答案】
（1）0.45N 50m
（2）1.5W
17．如图所示，两根金属平行导轨MN和PQ放在水平面上，左端向上弯曲且光滑，导轨间距为L，电阻不计．水平段导轨所处空间存在两个有界匀强磁场Ⅰ和Ⅱ，两磁场相距一段距离不重叠，磁场Ⅰ左边界在水平段导轨的最左端，磁感应强度大小为B，方向竖直向上；磁场Ⅱ的磁感应强度大小为2B，方向竖直向下．质量均为m、电阻均为R的金属棒a和b放置在导轨上，金属棒b置于磁场Ⅱ的右边界CD处．设两金属棒在导轨上运动过程中始终与导轨垂直且接触良好．
（1）若水平段导轨粗糙，两金属棒与水平导轨间的最大静摩擦力均为
mg，将金属棒a从距水平面高度h处由静止释放．
①求金属棒a刚进入磁场Ⅰ时，通过金属棒b的电流大小；
②若金属棒a在磁场Ⅰ内运动过程中，金属棒b能在导轨上保持静止，通过计算分析金属棒a释放时的高度h应满足的条件；
（2）若水平段导轨是光滑的，将金属棒a仍从高度h处由静止释放，使其进入磁场Ⅰ.设两磁场区域足够大，求金属棒a在磁场Ⅰ内运动的过程中，金属棒b中可能产生的最大焦耳热．
【答案】略
18．如图所示，足够长的粗糙斜面与水平面成θ＝37°角放置，在斜面上虚线cc′和bb′与斜面底边平行，且两线间距为d＝0.1m，在cc′、bb′围成的区域内有垂直斜面向上的有界匀强磁场，磁感应强度为B＝1T；现有一质量为m＝10g，总电阻为R＝1Ω，边长也为d＝0.1m的正方形金属线圈MNPQ，其初始位置PQ边与cc′重合，现让金属线圈以一定初速度沿斜面向上运动，当金属线圈从最高点返回到磁场区域时，线圈刚好做匀速直线运动．已知线圈与斜面间的动摩擦因数为μ＝0.5，取g＝10m/s2，不计其他阻力，求：
（取sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）
（1）线圈向下返回到磁场区域时的速度大小；
（2）线圈向上离开磁场区域时的动能；
（3）线圈向下通过磁场区域过程中，线圈中产生的焦耳热．
【答案】
（1）2m/s
（2）0.1J （3）0.004J
19．如图甲所示，通过导线将电容器C、定值电阻R与间距为l＝0.2m的平行金属导轨相连，长度为l＝0.2m的导体棒MN垂直平行导轨放置，已知导体棒的质量为m＝0.1kg，导体棒与平行导轨之间的动摩擦因数为μ＝0.2，定值电阻R＝0.4Ω，电容器的电容C＝10F，整个装置处在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B＝0.5T的匀强磁场中．从某时刻起，在导体棒MN上加一水平向右的外力，使导体棒向右加速运动，整个过程中导体棒始终与导轨有良好的接触有没有发生转动，导轨、导线以及导体棒的阻值均可忽略，重力加速度g＝10m/s2.
（1）将单刀双掷开关扳到2位置，且保持外力的功率不变，通过速度传感器描绘出的导体棒的速度—时间图象如图乙所示，其中10s后的图象与时间轴平行，如果0～10s的时间内电路产生的热量为Q＝30J，则10s末的外力以及0～10s内导体棒的位移分别为多大？
（2）如果将单刀双掷开关扳到1位置，将外力改为F＝0.3N的恒力，则10s末外力的瞬时功率应为多大？
【答案】
（1）0.45N 50m
（2）1.5W
20．如图所示，两根金属平行导轨MN和PQ放在水平面上，左端向上弯曲且光滑，导轨间距为L，电阻不计．水平段导轨所处空间存在两个有界匀强磁场Ⅰ和Ⅱ，两磁场相距一段距离不重叠，磁场Ⅰ左边界在水平段导轨的最左端，磁感应强度大小为B，方向竖直向上；磁场Ⅱ的磁感应强度大小为2B，方向竖直向下．质量均为m、电阻均为R的金属棒a和b放置在导轨上，金属棒b置于磁场Ⅱ的右边界CD处．设两金属棒在导轨上运动过程中始终与导轨垂直且接触良好．
（1）若水平段导轨粗糙，两金属棒与水平导轨间的最大静摩擦力均为
mg，将金属棒a从距水平面高度h处由静止释放．
①求金属棒a刚进入磁场Ⅰ时，通过金属棒b的电流大小；
②若金属棒a在磁场Ⅰ内运动过程中，金属棒b能在导轨上保持静止，通过计算分析金属棒a释放时的高度h应满足的条件；
（2）若水平段导轨是光滑的，将金属棒a仍从高度h处由静止释放，使其进入磁场Ⅰ.设两磁场区域足够大，求金属棒a在磁场Ⅰ内运动的过程中，金属棒b中可能产生的最大焦耳热．
【答案】
（1）①金属棒在弯曲光滑导轨上运动的过程中，机械能守恒，设其刚进入磁场Ⅰ时速度为v0，产生的感应电动势为E，电路中的电流为I.学科/网
由机械能守恒有mgh＝
mv
，解得v0＝
感应电动势E＝BLv0，对回路I＝
解得I＝
②对金属棒b，其所受安培力F＝2BIL
又因I＝
21．电磁感应式无线充电系统原理如图（a）所示，给送电线圈中通以变化的电流，就会在邻近的受电线圈中产生感应电流，从而实现充电器与用电装置之间的能量传递．某受电线圈的匝数n＝50匝，电阻r＝1.0Ω，c、d两端接一阻值R＝9.0Ω的电阻，当送电线圈接交变电流后，在受电线圈内产生了与线圈平面垂直的磁场，其磁通量随时间变化的规律如图（b）所示．求：
（结果保留2位有效数字）
（1）t1到t2时间内，通过电阻R的电荷量；
（2）在一个周期内，电阻R产生的热量．
【答案】
（1）2.0×10－3C
（2）5.7×10－2J
22．如图甲所示，光滑平行金属导轨水平放置，间距为1m，其间有竖直向上的匀强磁场，两相同的导体棒垂直导轨放置，导体棒质量均为0.5kg，电阻均为4Ω，导体棒与导轨接触良好．锁定CD棒，在AB棒上加一水平向右的拉力，使AB棒从静止开始做匀加速直线运动，拉力随时间的变化规律如图乙所示，运动9m后撤去拉力，导轨足够长且电阻不计，求：
（1）AB棒匀加速运动的加速度及磁场的磁感应强度大小；
（2）撤去拉力后AB棒运动的最大距离；
（3）若撤去拉力的同时解除对CD棒的锁定，之后CD棒产生的焦耳热．
【答案】
（1）2m/s2 2T
（2）6m （3）2.25J
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