学年高考物理总复习单元同步训练电磁感应试题及答案.docx
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学年高考物理总复习单元同步训练电磁感应试题及答案
单元同步提升训练：
电磁感应
一、单选题（每题3分，共计24分）
1.（2020年全国II卷）管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。
焊机的原理如图所示，圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。
焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为（）
A.库仑B.霍尔C.洛伦兹D.法拉第
【答案】D
【解析】
【详解】由题意可知，圆管为金属导体，导体内部自成闭合回路，且有电阻，当周围的线圈中产生出交变磁场时，就会在导体内部感应出涡电流，电流通过电阻要发热。
该过程利用原理的是电磁感应现象，其发现者为法拉第。
故选D。
2.（2020年全国III卷）如图，水平放置圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。
圆环
初始时静止。
将图中开关S由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到（）
A.拨至M端或N端，圆环都向左运动
B.拨至M端或N端，圆环都向右运动
C.拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动
D.拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动
【答案】B
【解析】
【详解】无论开关S拨至哪一端，当把电路接通一瞬间，左边线圈中的电流从无到有，电流在线圈轴线上的磁场从无到有，从而引起穿过圆环的磁通量突然增大，根据楞次定律（增反减同），右边圆环中产生了与左边线圈中方向相反的电流，异向电流相互排斥，所以无论哪种情况，圆环均向右运动。
故选B。
3.如图甲所示,一固定的矩形导体线圈abcd竖直放置,线圈的两端M、N接一理想电压表,线圈内有一垂直纸面向外的均匀分布的磁场,线圈中的磁通量按图乙所示规律变化。
下列说法正确的是（）。
A.测电压时电压表“+”接线柱应接M端
B.M端的电势高于N端的电势
C.在0~0.4s时间内磁通量的变化量为0.3Wb
D.电压表示数为0.25V
【解析】由楞次定律判定,感应电流的方向沿顺时针方向,线圈相当于电源,而电源中电流由低电势流向高电势,故N端的电势高于M端电势,N端应该与电压表的“+”接线柱连接,A、B两项错误;由图乙可知,0~0.4s内磁通
量的变化量为0.1Wb,C
=0.25Wb/s=0.25V,则电压表示数为0.25V,D项正确。
【答案】D
4.（2020年浙江卷）如图所示，固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。
长为l的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直导电转轴OO'上，随轴以角速度ω匀速转动。
在圆环的A点和电刷间接有阻值为R的电阻和电容为C、板间距为d的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。
已知重力加速度为g，不计其它电阻和摩擦，下列说法正确的是（）
A.棒产生的电动势为Bl2ω
2
2gd
B.微粒的电荷量与质量之比为
Br2ω
πB2r4ω
C.电阻消耗的电功率为
2R
D.电容器所带的电荷量为CBr2ω
【答案】B
【解析】
【详解】A．如图所示，金属棒绕OO'轴切割磁感线转动，棒产生的电动势
E=Br⋅ωr=1Br2ω
22
A错误；
B．电容器两极板间电压等于电源电动势E，带电微粒在两极板间处于静止状态，则
qE=mgd
即
q=dg=dg
=2dg
B正确；
mE1Br2ω
2
Br2ω
C．电阻消耗的功率
2
P==
R
B2r4ω2
4R
C错误；
D．电容器所带的电荷量
Q=CE=
CBr2ω
2
D错误。
故选B。
5.如图所示电路中,灯泡A、B的规格相同,电感线圈L的自感系数足够大且电阻可忽略,电容器的电容为C,电源电动势为E,内阻为r。
下列关于此电路的说法中正确的是（）。
A.S闭合电路稳定后,电容器的带电荷量为CE
B.S闭合后的瞬间,B先亮,A逐渐变亮,最后A、B一样亮
C.S断开后的瞬间,通过灯泡A的电流方向向上
D.S断开后的瞬间,灯泡B慢慢熄灭
【解析】当电路稳定后,电容器与灯泡并联,其电压低于电源电动势E,因此电容器的电荷量小于CE,A项错误。
闭合S时,电源的电压同时加到两灯上,A、B同时亮,随着L中电流增大,由于线圈L的直流电阻可忽略不计,分流作用增大,A逐渐被短路直到熄灭,外电路总电阻减小,总电流增大,B变亮,B项错误。
断开S的瞬间,线圈中电流要减小,则出现自感电动势,通过灯泡A的电流方向向下,C项错误。
断开S的瞬间,电容器也要放电,则灯泡B慢慢熄灭,D项正确。
【答案】D
6.如图所示,平行金属轨道宽度为d,一部分轨道水平,左端接电阻R,倾斜部分与水平面的夹角为θ,且置于垂直斜面向上的匀强磁场中,磁感应强度为B。
现将一质量为m、长度也为d的导体棒从导轨顶端由静止释放,直至滑到水平部分（导体棒下滑到水平部分之前已经匀速,滑动过程与导轨保持良好接触,重力加速度为g）。
不计一切摩擦阻力,导体棒接入回路的电阻为r,则整个下滑过程中不正确说法是（）。
A.导体棒匀速运动的速度大小为
B.匀速运动时导体棒两端的电压为
C.导体棒下滑距离为s时,通过R的总电荷量为
D.重力和安培力对导体棒所做的功小于导体棒获得的动能
【解析】导体棒下滑过程中受到重力沿斜面向下的分力和沿斜面向上的安培力,当导体棒匀速运动时,有
mgsinθ=BId,根据欧姆定律可得
根据法拉第电磁感应定律可得E=Bdv,联立解得
v=
sinθ,E=Bdv=
sinθ,故导体棒两端的电压
=
sinθ,A项正确,B项错误;根据法拉第电磁感应定律有
=
=
故q=IΔt=
Δt=
根据动能定理可得重力和安培力对导体棒所做的功等于导体棒获得的动能,故C项正确,D项正确。
【答案】B
7.两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直．边长为0.1m、总电阻为0.005Ω的正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场边界平行，如图（a）所示．已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t＝0时刻进入磁场．线框中感应电动势随时间变化的图线如图（b）所示（感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正）．下列说法正确的是（）
A．磁感应强度的大小为0.5T
B．导线框运动速度的大小为1m/s
C．磁感应强度的方向垂直于纸面向外
D．在t＝0.4s至t＝0.6s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1N
【答案】C
【解析】导线框运动的速度v＝L0.1m/s＝0.5m/s，根据E＝BLv＝0.01V可知，B＝0.2T，A错误，B
t＝0.2
错误；根据楞次定律可知，磁感应强度的方向垂直于纸面向外，C正确；在t＝0.4s至t＝0.6s这段时间
内，导线框中的感应电流I
E0.01
A＝2A，安培力大小为F＝BIL＝0.04N，D错误．
＝R＝0.005
8.如图所示,有一等腰直角三角形的区域,其斜边长为2L,高为L。
在该区域内分布着如图所示的磁场,左侧磁场方向垂直纸面向外,右侧磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小均为B。
一边长为L、总电阻为R的正方形导线框abcd,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。
取沿顺时针方向的感应电流方向为正,则下列表示线框中电流i随bc边的位置坐标x变化的图象正确的是（）。
【解析】当bc边进入左边磁场区域切割磁感线时,根据右手定则,线框中产生沿顺时针方向的感应电流,其切割磁感线的有效长度从零逐渐增大至L;当bc边进入右边磁场区域时,ad边开始进入左边磁场区域,根据右手定则,线框中产生沿逆时针方向的感应电流,此时电动势E=B（de+cf）v,由几何知识可知,线框运动时,切割磁感线的有效长度de与cf之和等于L,是恒定的,因此这段时间内感应电流也是定值,当bc边出磁场区域后ad边开始进入右边磁场区域切割磁感线,根据右手定则,线框中产生沿顺时针方向的感应电流,且有效长度从L开始逐渐减小至零,综上所述,D项正确。
【答案】D
二、多选题（每题5分，共计20分）
9.（2019·新课标全国Ⅰ卷）（多选）空间存在一方向与直面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图（a）中虚线MN所示，一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S，将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上。
t=0时磁感应强度的方向如图（a）所示。
磁感应强度B随时间t的变化关系如图（b）所示，则在t=0到t=t1的时间间隔内
A．圆环所受安培力的方向始终不变
B．圆环中的感应电流始终沿顺时针方向
C．圆环中的感应电流大小为B0rS
4t0ρ
D．圆环中的感应电动势大小为
B0πr2
4t
0
【答案】BC
【解析】AB、根据B-t图象，由楞次定律可知，线圈中感应电流方向一直为顺时针，但在t0时刻，磁场的方向发生变化，故安培力方向FA的方向在t0时刻发生变化，则A错误，B正确；
CD、由闭合电路欧姆定律得：
I=E，又根据法拉第电磁感应定律得：
，又根据电阻
R
定律得：
R=ρ2πr，联立得：
I=B0rS，则C正确，D错误。
故本题选BC。
S4t0ρ
10.（2019·新课标全国Ⅱ卷）（多选）如图，两条光滑平行金属导轨固定，所在平面与水平面夹角为θ，导轨电阻忽略不计。
虚线ab、cd均与导轨垂直，在ab与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场。
将两根相同的导体棒PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放，两者始终与导轨垂直且接触良好。
已知PQ进入磁场时加速度变小恰好为零，从PQ进入磁场开始计时，到MN离开磁场区域为止，流过PQ的电流随时间变化的图像可能正确的是
【答案】AD
【解析】于PQ进入磁场时加速度为零，AB．若PQ出磁场时MN仍然没有进入磁场，则PQ出磁场后至
MN进入磁场的这段时间，由于磁通量φ不变，无感应电流。
由于PQ、MN同一位置释放，故MN进入磁场时与PQ进入磁场时的速度相同，所以电流大小也应该相同，A正确B错误；CD．若PQ出磁场前MN已经进入磁场，由于磁通量φ不变，PQ、MN均加速运动，PQ出磁场后，MN由于加速故电流比PQ进入磁场时电流大，故C正确D错误。
11.（2019·新课标全国Ⅲ卷）（多选）如图，方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨，两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上。
t=0时，棒ab以初速度v0向右滑动。
运动过程中，
ab、cd始终与导轨垂直并接触良好，两者速度分别用v1、v2表示，回路中的电流用I表示。
下列图像中可能正确的是
【答案】AC
【解析】ab棒向右运动，切割磁感线产生感应电流，则受到向左的安培力，从而向左做减速运动，；金属棒cd受向右的安培力作用而做加速运动，随着两棒的速度差的减小安培力减小，加速度减小，当两棒速度相等时，感应电流为零，最终两棒共速，一起做匀速运动，故最终电路中电流为0，故AC正确，BD错误。
12.（2020年全国I卷）如图，U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上，ab和dc边平行，和bc边垂直。
ab、dc足够长，整个金属框电阻可忽略。
一根具有一定电阻的导体棒MN置于金属框上，用水平恒力F向右拉动金属框，运动过程中，装置始终处于竖直向下的匀强磁场中，MN与金属框保持良好接触，且与bc边保持平行。
经过一段时间后（）
A.金属框的速度大小趋于恒定值B.金属框的加速度大小趋于恒定值
C.导体棒所受安培力的大小趋于恒定值D.导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值
【答案】BC
【解析】
【详解】由bc边切割磁感线产生电动势，形成电流，使得导体棒MN受到向右的安培力，做加速运动，bc边受到向左的安培力，向右做加速运动。
当MN运动时，金属框的bc边和导体棒MN一起切割磁感线，设
导体棒MN和金属框的速度分别为v1、v2，则电路中的电动势
E=BL（v2-v1）
电流中的电流
金属框和导体棒MN受到的安培力
I=E=BL（v2-v1）
RR
B2L2（v-v）
F安框
=21，与运动方向相反
R
B2L2（v-v）
F安MN
=21，与运动方向相同
R
设导体棒MN和金属框的质量分别为m1、m2，则对导体棒MN
B2L2（v-v）
21=m1a1R
对金属框
B2L2（v
-v）
F-21=m2a2
R
F
初始速度均为零，则a1从零开始逐渐增加，a2从开始逐渐减小。
当a1＝a2时，相对速度
2
v-v=
FRm1
212B2L2（m+m）
12
大小恒定。
整个运动过程用速度时间图象描述如下。
综上可得，金属框的加速度趋于恒定值，安培力也趋于恒定值，BC选项正确；
金属框的速度会一直增大，导体棒到金属框bc边的距离也会一直增大，AD选项错误。
故选BC。
三、实验题（18分）
13..某实验小组分析了下面两个问题后,在实验室进行了验证。
（1）如图甲所示,当交变电源的电压有效值为220V,频率为50Hz时,三只电灯的亮度相同;当仅将交流电源的频率改为100Hz时,各灯亮度变化情况是:
a灯,b灯,c灯。
（2）如图乙所示,A、B、C为三个相同的灯泡,a、b、c为与之串联的三个元件,E1为直流电源,E2为交流电源。
当开关S接“1”时,A、B两灯均正常发光,C灯不亮;当开关S接“2”时,A灯仍正常发光,B灯变暗,C灯正常发光。
由此可知,a元件是,b元件是,c元件是。
（3）“研究感应电流产生的条件”的实验电路如图丙所示。
实验表明:
当穿过闭合电路的发生变化时,闭合电路中就会有电流产生。
在闭合开关S前,滑动变阻器滑片P应置于（选填“a”或“b”）端。
开关S闭合后还有多种方法能使线圈C中产生感应电流,写出其中的一种方法:
。
【解析】
（1）当频率升高时,电容器的容抗变小,线圈的感抗变大,电阻器的电阻不变,故a灯变亮,b灯变暗,c灯不变。
（2）接“1”通直流时,灯C不亮,说明c处为电容器,直流不能通过;接“2”通交流时,B灯变暗,说明b处为电感,
电感对交流有阻碍作用;接“1”“2”时,A灯均正常发光,说明a处为电阻,电阻大小与交流电频率无关。
（3）只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中就会产生感应电流。
【答案】
（1）变亮变暗不变
（2）电阻电感电容器（3）磁通量a移动滑动变阻器的滑片（线圈A在线圈C中拔出或插入、断开开关等）
三、计算题（14题10分，15题14分，16题14分，共计38分）
14．（2020年江苏卷）如图所示，电阻为0.1Ω的正方形单匝线圈abcd的边长为0.2m，bc边与匀强磁场边缘重合。
磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为0.5T。
在水平拉力作用下，线圈以8m/s的速度向右穿过磁场区域。
求线圈在上述过程中：
（1）感应电动势的大小E；
（2）所受拉力的大小F；
（3）感应电流产生的热量Q。
【答案】
（1）0.8V；
（2）0.8N；（3）0.32J
【解析】
【详解】
（1）由题意可知当线框切割磁感线是产生的电动势为
E=BLv=
0.5创0.28V=
0.8V
（2）因为线框匀速运动故所受拉力等于安培力，有
F=F安=BIL
根据闭合电路欧姆定律有
I=E
R
结合
（1）联立各式代入数据可得F=0.8N；
（3）线框穿过磁场所用的时间为
t=2L=
v
2´0.2s=
8
0.05s
故线框穿越过程产生的热量为
Q=I2Rt=
E20.82
t=?
0.05J=0.32J
R0.1
（2020年浙江卷）如图1所示，在绝缘光滑水平桌面上，以O为原点、水平向右为正方向建立x轴，在
0≤x≤1.0m区域内存在方向竖直向上的匀强磁场。
桌面上有一边长L=0.5m、电阻R=0.25Ω的正方形线框abcd，当平行于磁场边界的cd边进入磁场时，在沿x方向的外力F作用下以v=1.0m/s的速度做匀速运动，直到ab边进入磁场时撤去外力。
若以cd边进入磁场时作为计时起点，在0≤t≤1.0s内磁感应强度B的大小与时间t的关系如图2所示，在0≤t≤1.3s内线框始终做匀速运动。
（1）求外力F的大小；
（2）在1.0s≤t≤1.3s内存在连续变化的磁场，求磁感应强度B的大小与时间t的关系；
（3）求在0≤t≤1.3s内流过导线横截面的电荷量q。
【答案】
（1）0.0625N；
（2）B=
1
6-4t
；（3）0.5C
【解析】
【详解】
（1）由图2可知t0=0,B0=0.25T，则回路电流
I=B0Lv
R
安培力
BL
22
FA=0v
R
所以外力
F=FA=0.0625N
（2）匀速出磁场，电流为0，磁通量不变Φ=Φ，t=1.0s时，B=0.5T，磁通量Φ=BL2，则t时刻，
11111
磁通量
Φ=BL⎡⎣L-v（t-t1）⎤⎦
解得
（3）0≤t≤0.5s电荷量
B1
6-4t
0.5s≤t≤1.0s电荷量
2
BL
q1=0=0.25C
R
BL2-BL2
q2=10=0.25C
R
总电荷量
q=q1+q2=0.5C
（2020年北京卷）某试验列车按照设定的直线运动模式，利用计算机控制制动装置，实现安全准确地进站停车。
制动装置包括电气制动和机械制动两部分。
图1所示为该列车在进站停车过程中设定的加速度大小a车随速度v的变化曲线。
（1）求列车速度从20m/s降至3m/s经过的时间t及行进的距离x。
（2）有关列车电气制动，可以借助图2模型来理解。
图中水平平行金属导轨处于竖直方向的匀强磁场中，回路中的电阻阻值为R，不计金属棒MN及导轨的电阻。
MN沿导轨向右运动的过程，对应列车的电气制动过程，可假设MN棒运动的速度与列车的速度、棒的加速度与列车电气制动产生的加速度成正比。
列车开始制动时，其速度和电气制动产生的加速度大小对应图1中的P点。
论证电气制动产生的加速度大小随列车速度变化的关系，并在图1中画出图线。
（3）制动过程中，除机械制动和电气制动外，列车还会受到随车速减小而减小的空气阻力。
分析说明列车从
100m/s减到3m/s的过程中，在哪个速度附近所需机械制动最强?
（注意：
解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明）
【答案】.
（1）
t≈24.3s，x≈279.3m；
（2）列车电气制动产生的加速度与列车的速度成正比，为过P点的
正比例函数，论证过程见解析。
画出的图线如下图所示：
（3）3m/s
【解析】
【详解】
（1）由图1可知，列车速度从20m/s降至3m/s的过程加速度为0.7m/s2的匀减速直线运动，由加
速度的定义式
a=∆v
∆t
得
t=∆v=20-3s=170s≈24.3s
a0.77
由速度位移公式
0
v2-v2=-2ax
得
v2-v2
x=0=
-2a
32-202
-2⨯0.7
m=279.3m
（2）由MN沿导轨向右运动切割磁场线产生感应电动势
E=BLv
回路中感应电流
MN受到的安培力
I=E
R
F=BIL
加速度为
a=F
m
结合上面几式得
B2L2v
a
mR
所以棒的加速度与棒的速度为正比例函数。
又因为列车的电气制动过程，可假设MN棒运动的速度与列车的速度、棒的加速度与列车电气制动产生的加速度成正比，所以列车电气制动产生的加速度与列车的速度成正比，为过P点的正比例函数。
画出的图线如下图所示。
（3）由
（2）可知，列车速度越小，电气制动的加速度越小。
由题设可知列车还会受到随车速减小而减小的空气阻力。
所以电气制动和空气阻力产生的加速度都随速度的减小而减小。
由图1中，列车速度从
20m/s降至3m/s的过程中加速度大小a车随速度v减小而增大，所以列车速度从20m/s降至3m/s的过
程中所需的机械制动逐渐变强，所以列车速度为3m/s附近所需机械制动最强。
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