1、高三物理专题能力训练28专题能力训练11电磁感应及综合应用(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共8小题,每小题8分,共64分。在每小题给出的四个选项中,16题只有一个选项符合题目要求,78题有多个选项符合题目要求,全部选对的得8分,选对但不全的得4分,有选错的得0分)1.(2018苏锡常镇四市教学调研)如图所示,边长为a的导线框abcd处于磁感应强度为B0的匀强磁场中,bc边与磁场右边界重合。现发生以下两个过程:一是仅让线框以垂直于边界的速度v匀速向右运动;二是仅使磁感应强度随时间均匀变化。若导线框在上述两个过程中产生的感应电流大小相等,则磁感应强度随时间的变化率为()A. B.
2、C. D.2.(2018江苏扬州高三统考)如图所示,在光滑水平面上,有一个粗细均匀的单匝正方形闭合线框abcd。t=0时刻,线框在水平外力的作用下,从静止开始向右做匀加速直线运动,bc边刚进入磁场的时刻为t1,ad边刚进入磁场的时刻为t2,设线框中产生的感应电流的大小为I,ad边两端电压大小为U,水平拉力大小为F,则下列I、U、F随运动时间t变化关系图象正确的是()3.(2018湖北荆门调研)空间存在着沿竖直方向的各处均匀的磁场,将一个不变形的单匝金属圆线圈放入磁场中,如图甲所示。设甲图中线圈中磁感应强度的方向和感应电流的方向为正方向。要想在线圈中产生如图乙所示的感应电流,图丙中能正确表示线圈
3、中磁感应强度随时间变化的图线是()4.(2018山西大学附中月考)小明有一个磁浮玩具,其原理是利用电磁铁产生磁性,让具有磁性的玩偶稳定地飘浮起来,其构造如图所示。若图中电源的电压固定,可变电阻为一可以随意改变电阻大小的装置,则下列叙述正确的是()A.电路中的电源必须是交流电源B.电路中的a端点须连接直流电源的负极C.若增加环绕软铁的线圈匝数,可增加玩偶飘浮的最大高度D.若将可变电阻的电阻值调大,可增加玩偶飘浮的最大高度5.如图甲所示,正三角形导线框abc固定在磁场中,磁场方向与线圈平面垂直,磁感应强度B随时间变化的关系如图乙所示。t=0时刻磁场方向垂直纸面向里,在04 s的时间内,线框ab边所
4、受到的安培力F随时间t变化的关系(规定水平向左为力的正方向)可能是下图中的()甲6.如图甲所示,垂直纸面向里的匀强磁场的区域宽度为2a,磁感应强度的大小为B。一边长为a、电阻为4R的正方形均匀导线框CDEF从图示位置开始沿x轴正方向以速度v匀速穿过磁场区域,在图乙中给出的线框EF两端的电压UEF与线框移动距离x的关系的图象正确的是()乙7.(2018湖南长沙联考)如图甲所示,abcd是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框,在金属线框的下方有一磁感应强度为B的匀强磁场区域,MN和MN是匀强磁场区域的水平边界,边界的宽度为s,并与线框的bc边平行,磁场方向与线框平面垂直。现让金属线框由距MN的某一高
5、度从静止开始下落,图乙是金属线框由开始下落到完全穿过匀强磁场区域的v-t图象(其中OA、BC、DE相互平行)。已知金属线框的边长为L(Ls)、质量为m,电阻为R,当地的重力加速度为g,图象中坐标轴上所标出的字母v1、v2、t1、t2、t3、t4均为已知量。(下落过程中bc边始终水平)根据题中所给条件,以下说法正确的是()A.t2是线框全部进入磁场瞬间,t4是线框全部离开磁场瞬间B.从bc边进入磁场起一直到ad边离开磁场为止,感应电流所做的功为mgsC.v1的大小可能为D.线框穿出磁场过程中流经线框横截面的电荷量比线框进入磁场过程中流经线框横截面的电荷量多8.如图所示,在倾角为的光滑斜面上,存在
6、着两个磁感应强度大小均为B的匀强磁场区域。区域的磁场方向垂直斜面向上,区域的磁场方向垂直斜面向下,磁场边界MN、PQ、GH均平行于斜面底边,MP、PG均为l。一个质量为m、电阻为R、边长也为l的正方形导线框,由静止开始沿斜面下滑,下滑过程中ab边始终与斜面底边平行。t1时刻ab边刚越过GH进入磁场区域,此时导线框恰好以速度v1做匀速直线运动;t2时刻ab边下滑到PQ与MN的中间位置,此时导线框又恰好以速度v2做匀速直线运动。重力加速度为g,下列说法中正确的是()A.当ab边刚越过PQ时,导线框加速度大小为a=gsinB.导线框两次匀速直线运动的速度v1v2=41C.从t1到t2的过程中,导线框
7、克服安培力做功的大小等于机械能的减少量D.从t1到t2的过程中,有机械能转化为电能二、非选择题(本题共2小题,共36分)9.(16分)如图所示,两条足够长的平行金属导轨相距l,与水平面的夹角为,整个空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小均为B,虚线上方轨道光滑且磁场方向向上,虚线下方轨道粗糙且磁场方向向下。当导体棒EF以初速度v0沿导轨上滑至最大高度的过程中,导体棒MN一直静止在导轨上。若两导体棒质量均为m、电阻均为R,导轨电阻不计,重力加速度为g,在此过程中导体棒EF上产生的焦耳热为Q,求:(1)导体棒MN受到的最大摩擦力;(2)导体棒EF上升的最大高度。10.(20分)(2018
8、北京海淀高三统考)洋流又叫海流,指大洋表层海水常年大规模的沿一定方向较为稳定的流动。因为海水中含有大量的正、负离子,这些离子随海流做定向运动,如果有足够强的磁场能使海流中的正、负离子发生偏转,便可用来发电。图为利用海流发电的磁流体发电机原理示意图,其中的发电管道是长为L、宽为d、高为h的矩形水平管道。发电管道的上、下两面是绝缘板,南、北两侧面M、N是电阻可忽略的导体板。两导体板与开关S和定值电阻R相连。整个管道置于方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。为了简化问题,可以认为:开关闭合前后,海水在发电管道内以恒定速率v朝正东方向流动,发电管道相当于电源,M、N两端相当于电源的正、负极,发
9、电管道内海水的电阻为r(可视为电源内阻)。管道内海水所受的摩擦阻力保持不变,大小为Ff。不计地磁场的影响。(1)判断M、N两端哪端是电源的正极,并求出此发电装置产生的电动势;(2)要保证发电管道中的海水以恒定的速度流动,发电管道进、出口两端要保持一定的压力差。请推导当开关闭合后,发电管两端压力差F与发电管道中海水的流速v之间的关系;(3)发电管道进、出口两端压力差F的功率可视为该发电机的输入功率,定值电阻R消耗的电功率与输入功率的比值可定义为该发电机的效率。求开关闭合后,该发电机的效率;在发电管道形状确定、海水的电阻r、外电阻R和管道内海水所受的摩擦阻力Ff保持不变的情况下,要提高该发电机的效
10、率,简述可采取的措施。参考答案1.B解析:线框以垂直于边界的速度v匀速向右运动时,根据法拉第电磁感应定律有E=B0av,感应电流为I=;磁感应强度随时间均匀变化时,E=a2,E=IR,联立得E=a2=B0av,得。2.C解析:由于线框进入磁场是做匀加速直线运动,故速度是逐渐增加的,所以进入磁场时产生的电动势也是逐渐增加的,由于线框的电阻不变,故线框中的电流也是逐渐增加的,选项A错误;当线框全部进入磁场后,由于穿过线框的磁通量不变,故线框中的电动势为0,所以线框里的电流也为0,所以选项B错误;由于线框在进入磁场的过程中电流是均匀增加的,故ad边两端电压也是均匀增加的,但当线框全部进入磁场后,ad
11、间的电压相当于一个导体棒在磁场中切割磁感线而产生的感应电压,该电压随运动速度的增大而增大,且大于t2时刻时ad间的电压,故选项C正确;而对线框的拉力,在线框进入磁场前,由于线框做加速运动,故需要一定的拉力,进入磁场后,线框中的感应电流是均匀增加的,会产生阻碍线框运动的也是均匀增大的安培力,故需要的拉力也是均匀增大的,即F=ma+,可见拉力F与速度v(或时间t)成线性关系,不是正比关系,其图象不过原点,所以选项D错误。3.A解析:由题图乙知在01 s内产生的电流不变,根据E=IR知,电动势不变,又由E=n知,磁感应强度随时间均匀变化,所以选项B错误;在01 s内,感应电流方向为正方向,由右手定则
12、可得感应电流磁场方向为负方向,若原磁场方向为正,根据楞次定律知,磁感应强度增加,所以选项C、D错误;若原磁场方向为负,根据楞次定律知,磁感应强度减少,则选项A正确。4.C解析:让具有磁性的玩偶稳定地飘浮起来,则需让玩偶受到向上的恒定的磁场力,在线圈中要产生上面是N极的恒定的磁场,故电路中的电源必须是直流电源,且根据左手定则,电路中的a端点须连接直流电源的正极,选项A、B错误;若增加环绕软铁的线圈匝数,可使电磁铁产生的磁场增强,从而增加玩偶飘浮的最大高度,选项C正确;若将可变电阻的电阻值调大,则通过电磁铁的电流减小,磁场减弱,则可减小玩偶飘浮的最大高度,选项D错误。5.A解析:由磁感应强度随时间
13、的变化图象可判断出12 s内线框的电流方向为顺时针,然后利用左手定则判定ab边所受到的安培力水平向左,大小为BIL,由于B随时间均匀变化,则安培力也随时间均匀变化,据此排除选项C、D;然后再由34 s内安培力方向排除选项B。6.D解析:线框经过整个磁场区域过程做匀速直线运动,所以产生的感应电动势大小E=Bav,刚进入磁场时,等效电路如图甲所示;完全在磁场中运动时等效电路如图乙所示;一条边从磁场中离开时等效电路如图丙所示。据以上分析易知选项D正确,A、B、C错误。7.AC解析:因线框全部进入磁场后和全部离开磁场后均做加速度为g的匀加速运动,故由题中图线可知,t2是线框全部进入磁场瞬间,t4是线框
14、全部离开磁场瞬间,选项A正确;从bc边进入磁场时线框的速度为v2,ad边离开磁场时线框的速度为v1,此过程中线圈的机械能的减小量为E=+mg(L+s),则产生的电能为W电=+mg(L+s),选项B错误;线圈全部进入磁场时可能达到了最大速度,即满足mg=BL,即v1的大小可能为vm=,选项C正确;根据q=t=可知,线圈进入磁场和线离开磁场时磁通量的变化量相等,故线框穿出磁场过程中流经线框横截面的电荷量等于线框进入磁场过程中流经线框横截面的电荷量,选项D错误。故选A、C。8.BC解析:线框在区域 内做匀速直线运动,满足合力为零,有mgsin -=0;线框的ab边刚越过PQ时,两边都在切割磁感线,都
15、受到沿斜面向上的安培力,则mgsin -=ma,a=-3gsin ,选项A错误;线框再次匀速时,其受合力也为零,有mgsin -=0,可得,选项B正确;从t1到t2的过程中,安培力做负功,重力做正功,根据动能定理,可得WG-WF=,解得WF=WG+,即线框从t1到t2过程中克服安培力所做的功等于线框机械能的减少量,选项C正确,选项D错误。9.答案:见解析解析:(1)EF获得向上初速度v0时,感应电动势E=Blv0电路中电流为I,由闭合电路欧姆定律得I=此时对导体棒MN受力分析,由平衡条件得FA+mgsin =FfFA=BIl解得Ff=+mgsin 。(2)导体棒上升过程MN一直静止,对系统由能的转化和守恒定律,=mgh+2Q解得h=。10.答案:(1)M端为电源的正极Bdv(2)F=Ff+(3)增大发电管道内海水的流速v和增强磁感应强度B可以提高发电机效率。解析:(1)由右手定则可知M端电势高,M端为电源的正极。开关S断开,MN两端的电压U等于电源的电动势E,即U=E由于导电离子做匀速运动,所以有q=qvB解得E=U=Bdv(2)以发电管道内的海水为研究对象,其受力平衡,则有F=BId+Ff根据欧姆定律有I=解得F=Ff+(3)由题意可知输入功率P入=Fv=Ffv+输出功率P出=I2R=R解得=可见,增大发电管道内海水的流速v和增强磁感应强度B可以提高发电机效率。
