高三物理专项训练 电磁感应(附答案解析)

电磁感应专题强化练1．(2019·辽宁大连模拟)在地球北极和南极附近的水平地面上各平放一弹性金属线圈，只考虑地磁场的作用，在线圈收缩过程中，从上向下俯视线圈() A．两个线圈中均有顺时针方向的感应电流B．两个线圈中均有逆时针方向的感应电流C．北极附近线圈中有逆时针方向的感应电流，南极附近线圈中有逆时针方向的感应电流D．北极附近线圈中有逆时针方向的感应电流，南极附近线圈中有顺时针方向的感应电流【答案】C【解析】地磁场的S极在地理的北极附近，N极在地理的南极附近，由楞次定律和安培定则知，北极附近线圈中有顺时针方向的感应电流，南极附近线圈中有逆时针方向的感应电流，选项C正确．2.(2019·山西五校联合)(多选)如图所示，半径为R的圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，圆形区域的左侧有一半径为r的金属线圈，R＞r.现让金属线圈沿两圆心的连线方向以大小为v的速度向右匀速运动，在线圈从左侧进入磁场区域开始到从右侧完全离开磁场区域的过程中，下列说法正确的是() A．线圈中一直有顺时针方向的电流B．进入磁场时线圈中有逆时针方向的电流C．线圈中有电流的时间为4R＋rvD．线圈中有电流的时间为4rv【答案】BD【解析】线圈进入磁场的过程，由楞次定律及安培定则知，线圈中有沿逆时针方向的电流，由于线圈的半径小于磁场区域的半径，故从线圈完全进入磁场到刚要穿出磁场的过程，穿过线圈的磁通量不变，线圈中没有感应电流，线圈穿出磁场的过程，线圈中有沿顺时针方向的电流，选项A错误、B正确；线圈中有电流的时间t＝4rv，选项C错误、D正确．3．(2019·福建省龙岩市一模)如图甲所示，用一根横截面积为S 、电阻率为ρ的硬质导线做成一个半径为r 的圆环，ab 为圆环的直径．在ab 的右侧存在一个足够大的匀强磁场，t ＝0时刻磁场方向垂直于竖直圆环平面向里，磁场磁感应强度B 随时间t 变化的关系图象如图乙所示，则0～t 1时间内()A ．圆环中产生感应电流的方向为逆时针B ．圆环中产生感应电流的方向先顺时针后是逆时针C ．圆环一直具有扩张的趋势D ．圆环中感应电流的大小为B 0rS 4t 0ρ【答案】D【解析】磁通量先向里减小再向外增加，由楞次定律“增反减同”可知，线圈中的感应电流方向一直为顺时针，故A 、B 错误；由楞次定律的“来拒去留”可知，0～t 0时间内为了阻碍磁通量的减小，线圈有扩张的趋势，t 0～t 1时间内为了阻碍磁通量的增大，线圈有缩小的趋势，故C 错误；由法拉第电磁感应定律得E ＝ΔBS 圆环2Δt＝B 0πr 22t 0，感应电流I ＝E R ＝B 0πr 22t 0·S ρ·2πr ＝B 0rS 4t 0ρ，故D 正确．4．(2019·安徽省滁州市上学期期末)(多选)如图甲所示，线圈两端a 、b 与一电阻R 相连，线圈内有垂直于线圈平面向里的磁场，t ＝0时起，穿过线圈的磁通量按图乙所示的规律变化，下列说法正确的是()A ．0.5t 0时刻，R 中电流方向为由a 到bB ．1.5t 0时刻，R 中电流方向为由a 到bC ．0～t 0时间内R 的电流小于t 0～2t 0时间内R 的电流D ．0～t 0时间内R 的电流大于t 0～2t 0时间内R 的电流【答案】AC【解析】由楞次定律可知0～t 0时间内线圈中的感应电流方向为逆时针方向，t 0～2t 0时间内线圈中感应电流的方向为顺时针方向，故A 正确，B 错误；根据法拉第电磁感应定律：E ＝n ΔΦΔt ，可知0～t 0时间内感应电动势是t 0～2t 0时间内的12，感应电流为：I ＝E R ，所以0～t 0时间内R 中的电流是t 0～2t 0时间内电流的12，故C 正确，D 错误．5．(2019·北京理综，22)如图所示，垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B .纸面内有一正方形均匀金属线框abcd ，其边长为L ，总电阻为R ，ad 边与磁场边界平行．从ad 边刚进入磁场直至bc 边刚要进入的过程中，线框在向左的拉力作用下以速度v匀速运动，求：(1)感应电动势的大小为E ；(2)拉力做功的功率P ；(3)ab 边产生的焦耳热Q .【解析】本题为法拉第电磁感应定律的应用问题，考查考生的理解能力与综合分析能力，体现了物体观念，模型建构、科学推理等核心素养．(1)由法拉第电磁感应定律可得，感应电动势E ＝BLv(2)线圈中的感应电流I ＝E R 拉力大小等于安培力大小F ＝BIL拉力的功率P ＝Fv ＝B 2L 2v 2R(3)线圈ab 边电阻R ab ＝R 4时间t ＝L vab 边产生的焦耳热Q ＝I 2R ab t ＝B 2L 3v 4R【答案】(1)BLv (2)B 2L 2v 2R (3)B 2L 3v 4R6．(2019·吉林省吉林市第二次调研)如图甲所示，一边长L ＝2.5m 、质量m ＝0.5kg 的正方形金属线框，放在光滑绝缘的水平面上，整个装置处在方向竖直向上、磁感应强度B ＝0.8T 的匀强磁场中，它的一边与磁场的边界MN 重合．在水平力F 作用下由静止开始向左运动，经过5s 线框被拉出磁场．测得金属线框中的电流随时间变化的图象如图乙所示，在金属线框被拉出的过程中，(1)求通过线框导线截面的电荷量及线框的总电阻；(2)分析线框运动性质并写出水平力F 随时间变化的表达式；(3)已知在这5s 内力F 做功1.92J ，那么在此过程中，线框产生的焦耳热是多少？【解析】(1)根据q ＝I －t ，由I －t 图象得，q ＝1.25C又根据I －＝E －R ＝ΔΦtR ＝BL 2tR得R ＝4Ω.(2)由题图乙可知，感应电流随时间变化的规律：I ＝0.1t由感应电流I ＝BLv R ，可得金属框的速度随时间也是线性变化的，v ＝RI BL＝0.2t 线框做匀加速直线运动，加速度a ＝0.2m/s 2.线框在外力F 和安培力F 安作用下做匀加速直线运动，F －F 安＝ma又F 安＝BIL得F ＝(0.2t ＋0.1)N(3)t ＝5s 时，线框从磁场中拉出时的速度v 5＝at ＝1m/s由能量守恒得：W ＝Q ＋12mv 25线框中产生的焦耳热Q ＝W －12mv 25＝1.67J 【答案】见解析7．(2019·山东省烟台市上学期期末)如图甲所示，一水平放置的线圈，匝数n ＝100匝，横截面积S ＝0.2m 2，电阻r ＝1Ω，线圈处于水平向左的均匀变化的磁场中，磁感应强度B 1随时间t 变化关系图象如图乙所示．线圈与足够长的竖直光滑导轨MN 、PQ 连接，导轨间距l ＝20cm ，导体棒ab 与导轨始终接触良好，ab 棒接入电路的电阻R ＝4Ω，质量m ＝5g ，导轨的电阻不计，导轨处在与导轨平面垂直向里的匀强磁场中，磁感应强度B 2＝0.5T ．t ＝0时，导体棒由静止释放，g 取10m/s 2，求：(1)t ＝0时，线圈内产生的感应电动势的大小；(2)t ＝0时，导体棒ab 两端的电压和导体棒的加速度大小；(3)导体棒ab 到稳定状态时，导体棒所受重力的瞬时功率．【解析】(1)由题图乙可知，线圈内磁感应强度变化率：ΔB 1Δt＝0.1T/s 由法拉第电磁感应定律可知：E 1＝nΔΦΔt ＝n ΔB 1Δt S ＝2V (2)t ＝0时，回路中电流：I ＝E 1R ＋r＝0.4A 导体棒ab 两端的电压U ＝IR ＝1.6V设此时导体棒的加速度为a ，则由：mg －B 2Il ＝ma得：a ＝g －B 2Il m＝2m/s 2(3)当导体棒ab 达到稳定状态时，满足：mg ＝B 2I ′lI ′＝E 1＋B 2lvR ＋r得：v ＝5m/s此时，导体棒所受重力的瞬时功率P ＝mgv ＝0.25W.【答案】(1)2V (2)1.6V 2m/s 2(3)0.25W8．如图甲所示，有一竖直方向的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里，区域的上下边缘间距为H ＝85cm ，磁感应强度B 随时间t 的变化关系如图乙所示．有一长L 1＝20cm 、宽L 2＝10cm 、匝数n ＝5的矩形线圈，其总电阻R ＝0.2Ω、质量m ＝0.5kg ，在t ＝0时刻，线圈从离磁场区域的上边缘高为h ＝5cm 处由静止开始下落，0.2s 时线圈刚好全部进入磁场，0.5s 时线圈刚好开始从磁场中出来．不计空气阻力，重力加速度g 取10m/s 2.求：(1)线圈穿过磁场区域所经历的时间t ；(2)线圈穿过磁场区域产生的热量Q .【解析】(1)设线圈做自由落体运动的末速度为v 1，则v 21＝2gh ，得v 1＝1m/sh ＝12gt 21，得t 1＝0.1s 进入磁场时，E 1＝nB 1L 1v 1，I 1＝E 1R，F A1＝nB 1I 1L 1得F A1＝5N ，即F A1＝mg线圈匀速进入磁场，L 2＝v 1t 2得t 2＝0.1s之后线圈向下做匀加速运动，运动d ＝H －L 2＝0.75m 后，线圈的下边刚好到达磁场的下边缘有v 22－v 21＝2gd ，得v 2＝4m/s由v 2－v 1＝gt 3，得t 3＝0.3s出磁场时，E 2＝nB 2L 1v 2，I 2＝E 2R，F A2＝nB 2I 2L 1得F A2＝5N ，即F A2＝mg线圈匀速出磁场，L 2＝v 2t 4得t 4＝0.025s因此线圈穿过磁场区域所经历的时间t ＝t 2＋t 3＋t 4＝0.425s(2)线圈进出磁场过程均做匀速运动，该过程中线圈产生的热量Q 1＝mg ·2L 2＝1.0J整个线圈在磁场中运动时，E 3＝nL 1L 2ΔB ΔtΔB Δt ＝53T/s Q 2＝E 23R t 3＝124J≈0.042J 因此全过程产生的总热量Q ＝Q 1＋Q 2＝1.042J【答案】(1)0.425s (2)1.042J。