2025屆高考物理二輪復(fù)習(xí)：第10講 電磁感應(yīng)-專項(xiàng)訓(xùn)練 【含答案】

2025屆高考物理二輪復(fù)習(xí)：第10講電磁感應(yīng)-專項(xiàng)訓(xùn)練1.[2023·湖北卷]近場(chǎng)通信(NFC)器件應(yīng)用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行通訊.其天線類似一個(gè)壓平的線圈,線圈尺寸從內(nèi)到外逐漸變大.如圖所示,一正方形NFC線圈共3匝,其邊長(zhǎng)分別為1.0cm、1.2cm和1.4cm.圖中線圈外線接入內(nèi)部芯片時(shí)與內(nèi)部線圈絕緣.若勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直通過(guò)此線圈,磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為103T/s,則線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最接近()A.0.30V B.0.44VC.0.59V D.4.3V2.如圖所示,在同一個(gè)水平面內(nèi)有彼此絕緣的兩個(gè)光滑圓環(huán)A、B,大圓環(huán)A中有順時(shí)針?lè)较虻暮愣娏鱅,小圓環(huán)B的一半面積在環(huán)A內(nèi)、一半面積在環(huán)A外,下列說(shuō)法正確的是 ()A.穿過(guò)環(huán)B的磁通量為0B.環(huán)B中有持續(xù)的感應(yīng)電流C.若增大環(huán)A內(nèi)的電流,則環(huán)B會(huì)向右移動(dòng)D.若減小環(huán)A內(nèi)的電流,則環(huán)B會(huì)產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流3.圖甲中有一水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng),將一個(gè)水平放置的金屬棒ab以某一水平速度拋出,金屬棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持水平,不計(jì)空氣阻力,金屬棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中ab兩端的電勢(shì)分別為φa、φb;圖乙為法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的原理圖,水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于盤面,圓盤繞水平軸C以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),銅片D與圓盤的邊緣接觸,圓盤、導(dǎo)線和電阻R組成閉合回路,圓盤半徑為r,圓盤接入的電阻也為R,其他電阻均可忽略不計(jì),CD兩端的電勢(shì)分別為φC、φD.下列說(shuō)法正確的是 ()A.φa>φb,且a、b兩端電勢(shì)差Uab保持不變B.φa<φb,且b、a兩端電勢(shì)差Uba逐漸增大C.φC>φD,且C、D兩端電勢(shì)差UCD=12Br2D.φC<φD,通過(guò)R的電流大小為B4.如圖所示,水平放置的內(nèi)壁光滑的玻璃圓環(huán)半徑為R,有一直徑略小于圓環(huán)內(nèi)徑的帶電荷量為q(q>0)的小球在圓環(huán)內(nèi)以速度v0沿順時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)(俯視).在t=0時(shí)刻施加方向豎直向上的變化磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=ktk>0.設(shè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中小球帶電荷量不變,不計(jì)小球運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)及相對(duì)論效應(yīng).加上磁場(chǎng)后,下列說(shuō)法正確的是 (A.小球?qū)ΣＡA環(huán)的壓力不斷增大B.小球?qū)ΣＡA環(huán)的壓力不斷減小C.小球所受的磁場(chǎng)力一定不斷增大D.小球每運(yùn)動(dòng)一周增加的動(dòng)能為kqπR5.1831年,法拉第發(fā)明了第一臺(tái)發(fā)電機(jī),示意圖如圖所示.半徑為r的銅盤安裝在金屬軸上,其邊緣置于一個(gè)磁鐵兩極之間的狹縫里,銅盤邊緣與軸都通過(guò)導(dǎo)線和檢流計(jì)連接.銅盤以周期T勻速旋轉(zhuǎn),檢流計(jì)中有電流通過(guò).已知狹縫沿半徑方向的長(zhǎng)度為a,狹縫間為勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,忽略狹縫之外的磁場(chǎng),下列說(shuō)法正確的是 ()A.檢流計(jì)中電流方向從Q向PB.若銅盤旋轉(zhuǎn)方向和磁場(chǎng)方向同時(shí)反向,則檢流計(jì)中電流方向也反向C.銅盤產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為πD.銅盤產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為π6.如圖甲所示,水平面上兩根足夠長(zhǎng)的電阻可忽略不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌間距d=0.2m,導(dǎo)軌間兩個(gè)矩形區(qū)域Ⅰ和Ⅱ的寬度分別為L(zhǎng)1=0.1m、L2=0.15m;區(qū)域Ⅰ和Ⅱ內(nèi)有垂直于水平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1和B2,其中B1隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示,B2=0.1T.導(dǎo)體棒a和b分別垂直于導(dǎo)軌放置在Ⅰ區(qū)域MM1的左側(cè)和Ⅱ區(qū)域的右邊緣QQ1處,在a、b中點(diǎn)處通過(guò)絕緣、松弛的輕繩連接.t=0時(shí),a以平行于導(dǎo)軌的初速度v0向左運(yùn)動(dòng);t=0.1s時(shí),繩子瞬間拉直帶動(dòng)b共同運(yùn)動(dòng)并勻速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅱ.已知a、b質(zhì)量相等且電阻均為0.25Ω,僅b與NP、N1P1之間的導(dǎo)軌有摩擦,其余部分摩擦不計(jì),且b未進(jìn)入Ⅰ區(qū)域,g取10m/s2,回路中電流方向以俯視逆時(shí)針為正方向.(1)求0~0.1s內(nèi)回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小和感應(yīng)電流的大小及方向;(2)求a棒的初速度v0;(3)通過(guò)計(jì)算,在圖丙中畫(huà)出0~0.6s內(nèi)回路中電流I隨時(shí)間變化的圖像.7.如圖所示,在水平面內(nèi)有一圓柱形軌道,虛線MN將軌道分為左右兩部分,左側(cè)軌道光滑且處于垂直于圓柱外表面的輻向磁場(chǎng)中,右側(cè)粗糙且處于平行于圓柱軸線的勻強(qiáng)電場(chǎng)中.外表面絕緣的導(dǎo)體圓環(huán)P套在導(dǎo)軌上位于左端的彈射器內(nèi),某時(shí)刻彈射器給P一沖量I=14N·s,將P彈射進(jìn)入輻向磁場(chǎng),P向右運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間在邊界MN處與絕緣帶電圓環(huán)Q發(fā)生彈性碰撞,碰撞過(guò)程中Q帶的電荷量不變,碰后P反彈進(jìn)入磁場(chǎng),Q則進(jìn)入右側(cè)電場(chǎng)中,在電場(chǎng)右側(cè)軌道上存在擋板,Q與擋板碰后反彈,碰撞時(shí)間極短,碰后損失25%的機(jī)械能.已知P、Q兩圓環(huán)的直徑略大于軌道的直徑,磁場(chǎng)區(qū)域長(zhǎng)度為x1=2m,P、Q兩圓環(huán)周長(zhǎng)均為L(zhǎng)=1.0m,P的質(zhì)量m1=1kg,P的電阻R=0.1Ω,Q的質(zhì)量m2=2kg,Q帶電荷量q=0.5C,Q環(huán)在虛線MN右側(cè)受到摩擦阻力Ff=6N,圓環(huán)所在位置磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T,電場(chǎng)強(qiáng)度E=20N/C,右側(cè)的擋板到MN的距離為x2=3m.(1)求P環(huán)剛彈射入磁場(chǎng)時(shí)的加速度.(2)P環(huán)與Q環(huán)碰后能否返回彈射器?若能,請(qǐng)求出返回彈射器時(shí)的速度大小;若不能,請(qǐng)求出P環(huán)停止時(shí)離MN的距離.(3)求Q環(huán)在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的總路程.參考答案與詳細(xì)解析1.B[解析]根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知E=ΔΦΔt=ΔBΔtS=103×(1.02+1.22+1.42)×10-4V=0.442.C[解析]根據(jù)安培定則可知,環(huán)A上的電流在其內(nèi)部產(chǎn)生的磁場(chǎng)均向里,在環(huán)B左半圓環(huán)內(nèi)磁場(chǎng)垂直于紙面向里,右半圓環(huán)內(nèi)磁場(chǎng)垂直于紙面向外,因?yàn)樾A環(huán)B在環(huán)A內(nèi)部的磁場(chǎng)比外部的強(qiáng),根據(jù)磁通量的概念可知,小圓環(huán)B在環(huán)A內(nèi)部分的磁通量(向內(nèi))大于在環(huán)A外部分的磁通量(向外),所以穿過(guò)小圓環(huán)B的磁通量不為0,且磁通量指向紙面內(nèi),故A錯(cuò)誤;由于環(huán)A中通有恒定電流I,則環(huán)B中磁通量不變,無(wú)感應(yīng)電流,故B錯(cuò)誤;若增大環(huán)A內(nèi)的電流,則環(huán)B內(nèi)的磁通量向里增加,根據(jù)楞次定律,為了阻礙磁通量的增加,環(huán)B會(huì)向右移動(dòng),故C正確;若減小環(huán)A內(nèi)的電流,則環(huán)B內(nèi)的磁通量向里減小,根據(jù)楞次定律可判斷出,環(huán)B會(huì)產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流,故D錯(cuò)誤.3.D[解析]金屬棒ab做平拋運(yùn)動(dòng),豎直方向的分速度與磁感線垂直,根據(jù)右手定則可知a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì),即φa>φb,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得Uab=BLvy=BLgt,即Uab逐漸增大,故A、B錯(cuò)誤;圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,根據(jù)右手定則可知D點(diǎn)電勢(shì)高于C點(diǎn)電勢(shì),即φC<φD,由法拉第電磁感應(yīng)定律可得圓盤產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=12Br2ω,通過(guò)R的電流大小為I=ER+R=Br2ω4R,C、D兩端電勢(shì)差為UCD=-IR=-144.C[解析]由楞次定律可判斷出,當(dāng)磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻臏u旋電場(chǎng),電場(chǎng)力對(duì)小球做正功,使其沿順時(shí)針?lè)较蜃黾铀龠\(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律可知,未加磁場(chǎng)時(shí),圓環(huán)對(duì)小球的壓力FN=mv02R,加磁場(chǎng)后,根據(jù)左手定則可知,小球所受的洛倫茲力方向指向圓心,圓環(huán)對(duì)小球的壓力與洛倫茲力的合力提供向心力,由于不確定洛倫茲力與向心力的大小關(guān)系,所以小球與圓環(huán)之間的彈力變化情況不明,故A、B錯(cuò)誤;根據(jù)F洛=qvB,由于v與B都增大,所以小球所受的磁場(chǎng)力一定不斷增大,故C正確;由動(dòng)能定理可得W電=ΔEk,小球每運(yùn)動(dòng)一周,電場(chǎng)力做功為W電=qU,其中U=ΔBΔt·πR2=kπR2,聯(lián)立解得ΔEk=kπqR5.C[解析]根據(jù)右手定則可知,檢流計(jì)中電流方向從P向Q,若銅盤旋轉(zhuǎn)方向和磁場(chǎng)方向同時(shí)反向,則檢流計(jì)中電流方向不變,故A、B錯(cuò)誤;銅盤產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=Ba(r-a)ω+rω2=6.(1)0.01V0.02A負(fù)方向(2)1m/s(3)如圖所示[解析](1)由圖乙可知,0~0.1s內(nèi),ΔB1Δt1則回路中的感生電動(dòng)勢(shì)E1=ΔΦ1Δt1=L1dΔ回路中的感應(yīng)電流I1=E12R=0.由楞次定律可知,回路中的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,即負(fù)方向.(2)設(shè)a、b棒的質(zhì)量均為m,輕繩拉直后瞬間兩棒的共同速度為v,由動(dòng)量守恒定律得mv0=2mvb棒在磁場(chǎng)區(qū)域Ⅱ中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)E2=B2dv由于a棒帶動(dòng)b棒共同運(yùn)動(dòng)并勻速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅱ,故b棒不受安培力,回路中無(wú)電流,說(shuō)明感生電動(dòng)勢(shì)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)相互抵消,即E1=E2聯(lián)立解得v=0.5m/s,v0=1m/s(3)由(1)可知,在0~0.1s內(nèi),回路中電流I1=0.02A,方向?yàn)樨?fù)方向.b棒通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅱ所用的時(shí)間t1=L2v=0.3因此0.4s時(shí)b棒到達(dá)PP1邊界,此時(shí)B1=0.3T,故在0.1~0.4s內(nèi),回路中電流I2=0在0.4~0.5s內(nèi),回路中的感生電動(dòng)勢(shì)E3=ΔΦ2Δt2=L1dΔ回路中電流I3=E32R=0.12由于b棒未進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ,t=0.5s后B1=0,所以在0.5~0.6s內(nèi),回路中電流I4=0綜上所述,0~0.6s內(nèi)回路中電流如圖所示7.(1)35m/s2方向水平向左(2)不能1.2m(3)11113[解析](1)P環(huán)的初速度為v0=IP環(huán)剛彈射入磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E0=BLv0P環(huán)中的感應(yīng)電流為I0=E根據(jù)牛頓第二定律可得BI0L=m1a0聯(lián)立解得P環(huán)剛彈射入磁場(chǎng)時(shí)的加速度為a0=35m/s2加速度方向水平向左.(2)P環(huán)在磁場(chǎng)中向右運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,由動(dòng)量定理可得-BILΔt=m1v-m1v0其中I=ER,E=ΔΦΔt,Δ聯(lián)立解得v=9m/sP、Q兩環(huán)發(fā)生彈性碰撞,由動(dòng)量守恒定律可得m1v=m1v1+m2v2由機(jī)械能守恒定律得12m1v2=12m1v12+聯(lián)立解得v1=-3m/s,v2=6m/s設(shè)P環(huán)向左運(yùn)動(dòng)的最大距離為x1',根據(jù)動(dòng)量定理可得-BI'LΔt'=0-m1|v1|其中I'=E'R,E'=ΔΦ'Δt聯(lián)立解得x1'=1.2m由于x1'<x1=2m,所以P環(huán)不能返回彈射器,P環(huán)停止時(shí)與MN的距離為1.2m.(3)P、Q兩環(huán)碰后,Q環(huán)向右運(yùn)動(dòng)直到與擋板第一次相碰,根據(jù)動(dòng)能定理可得(qE-Ff)x2=Ek2'-12m2第一次碰后動(dòng)能變?yōu)镋k3=(1-k)Ek2'第一次碰后Q反彈至速度減為零的過(guò)程,根據(jù)動(dòng)能定理可得-(qE+Ff)xQ1=0-Ek3聯(lián)立解得xQ1=94Q環(huán)第二次向右運(yùn)動(dòng)到與擋板