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1、2020衡水名师原创物理专题卷专题十 电磁感应考点29 电磁感应现象 楞次定律 考点30 法拉第此电磁感应定律 自感 考点31 电磁感应中的电路问题 考点32 电磁感应中的图象问题 考点33 电磁感应中的动力学与能量问题 一、选择题（本题共17个小题，每题4分，共68分。每题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题意，有的有多个选项符合题意，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分）1、下面四幅图是用来“探究感应电流的方向遵循什么规律”的实验示意图。灵敏电流计和线圈组成闭合回路，通过“插入”“拔出”磁铁，使线圈中产生感应电流，记录实验过程中的相关信息，分析得出楞次定律。下列说
2、法正确的是( )A. 该实验无需确认电流计指针偏转方向与通过电流计的电流方向的关系B. 该实验无需记录磁铁在线圈中的磁场方向C. 该实验必需保持磁铁运动的速率不变D. 该实验必需记录感应电流产生的磁场方向2、如图,导体轨道OPQS固定,其中PQS是半圆弧,Q为圆心,轨道的电阻忽略不计。OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆,M端位于PQS上,OM与轨道接触良好。空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B,现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程);再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B过程 )。在过程、中,流过OM的电荷量相等,则等于( )A. B.
3、 C. D. 3、1如图所示，固定的水平长直导线中通有恒定电流I，闭合矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行。线框由静止释放，不计空气阻力，在下落过程中（ ） A穿过线框的磁通量保持不变 B线框中感应电流方向保持不变C线框做自由落体运动 D线框的机械能守恒4、如图甲所示,线圈A(图中实线,共100匝)的横截面积为,总电阻,A右侧所接电路中,电阻,电容,开关闭合.A中有横截面积为的区域D(图中虚线),D内有如图乙所示的变化磁场,时刻,磁场方向垂直于线圈平面向里.下列判断正确的是( )A.闭合、电路稳定后,通过的电流由b流向aB.闭合、电路稳定后,通过的电流为0.4AC.闭合、电路稳定后
4、再断开,通过的电澈流向D.闭合、电路稳定后再断开,通过的电荷量为5、将一个闭合金属环用丝线(绝缘)悬于O点,如图所示,竖直虚线左边有垂直于纸面向外的匀强磁场,时右边没有磁场.将环拉至图示位置后由静止释放,下列现象能够发生的是( )A.金属环的摆动不会停下来,一直做等幅摆动B.金属环的摆动幅度越来越小,小到某一数值后做等幅摆动C.金属环的摆动会很快停下来D.金属环最后一次向左摆动时,最终停在虚线左侧某一点处6、如图所示,两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ平行放置,导轨平面的倾角为,导轨的下端接有电阻,当空间没有磁场时,使导体棒ab以平行导轨平面的初速度v0冲上导轨平面,导体棒ab上升的最大高度为
5、H;当空间存在垂直导轨平面的匀强磁场时,再次使导体棒ab以相同的初速度从同一位置冲上导轨平面,上升的最大高度为h,两次运动中导体棒ab始终与两导轨垂直且接触良好,下列说法中正确的是( )A.两次上升的最大高度比较,有H=hB.两次上升的最大高度比较,有HhC.有磁场时,导体棒ab上升过程的最大加速度为gsinD.有磁场时,导体棒ab上升过程的最小加速度为gsin7、如图所示，一个有矩形边界的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里。一个三角形闭合导线框，由位置1(左)沿纸面匀速运动到位置2(右)。取线框刚到达磁场边界的时刻为计时起点(t=0)，规定逆时针方向为电流的正方向，则下图中能正确反映线框中电
6、流与时间关系的是( )A B C D8、如图甲所示,abcd为导体做成的框架,其平面与水平面成角,导体棒PQ与ad、bc接触良好,整个装置放在垂直于框架平面的变化磁场中,磁场的磁感应强度B随时间t变化的情况如图乙所示(设图甲中B的方向为正方向)。在Ot1时间内导体棒PQ始终静止,下面判断正确的是( )A.导体棒PQ中电流方向由Q至PB.导体棒PQ受安培力方向沿框架向下C.导体棒PQ受安培力大小在减小D.导体棒PQ受摩擦力大小在增大9、随着科技的不断发展,无线充电已经进入人们的视线。小到手表、手机,大到电脑、电动汽车的充电,都已经实现了从理论研发到实际应用的转化。如图是某品牌无线充电手机利用电磁
7、感应方式无线充电的原理图。关于无线充电,下列说法正确的是()A.无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是电流的磁效应B.只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电C.接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同D.只要有无线充电底座,所有手机都可以进行无线充电10、如图所示,水平地面上方矩形区域内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场,两个边长相等的单匝闭合正方形线圈和,分别用相同材料、不同粗细的导线绕制(为细导线)。两线圈在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落,再进入磁场,最后落到地面,运动过程中,线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界。设线圈、 落地时的速度大小分别为v1
8、、v2,在磁场中运动时产生的热量分别为Q1、Q2。不计空气阻力,已知线圈电阻与导线长度成正比,与导线横截面积成反比,则( )A.v1v2,Q1Q2B.v1=v2,Q1=Q2C.v1v2,Q1=Q2D.v1=v2,Q1Q211、如图所示,两根足够长的光滑平行金属导轨固定在同一水平面内,两导轨间的距离为L。导轨上面横放着两根导体棒ab、cd,与导轨一起构成闭合回路。两根导体棒的质量均为m,电阻均为R,其余部分的电阻不计。在整个导轨所在的平面内都有方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。开始时,两导体棒均在导轨上静止不动,某时刻给导体棒ab以水平向右的初速度v0,则（ ）A.导体棒ab刚获得速度
9、v0时受到的安培力大小为B.两导体棒最终将以的速度沿导轨向右匀速运动C.两导体棒运动的整个过程中产生的热量为D.当导体棒ab的速度变为时,导体棒cd的加速度大小为12、如图所示,一金属圆盘放在水平桌面上,金属圆盘正上方有一带铁芯的线圈.下列说法正确的是( )A.若线圈接直流电且电压一直变大,则金属圆盘对桌面的压力减小B.若线圈接直流电且电压一直变大,则金属圆盘中有逆时针方向的涡流C.若线圈电阻忽略不计,则无论接什么电源线圈中电流都趋于无穷大D.若线圈接交变电流,只增大交变电流的频率,金属圆盘的发热功率增大13、穿过同一闭合回路的磁通量随时间t变化的阁像分别如图中的所示,下列关于回路中感应电动势
10、的说法正确的是( )A.图回路产生恒定不变的感应电动势B.图回路产生的感应电动势一直在变大C.图回路0t1时间内产生的感应电动势小于t1t2时间内产生的感应电动势D.图回路产生的感应电动势先变小后变大14、如图(a)线圈、绕在同一软铁芯上,在线圈中通以变化的电流,用示波器测得线圈、间电压如图(b)所示,已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比,则下列描述线圈中电流随时间变化关系的图中,可能正确的是( )A. B. C. D. 15、如图所示,在水平光滑桌面上,两相同的矩形刚性小线圈分左右别叠放在固定的绝缘矩形金属框的左右两边上,且每个小线圈都各有一半面积在金属框内.在金属框接通逆时针方向电流的
11、瞬间( )A.两小线圈会有相互靠拢的趋势B.两小线圈会有相互远离的趋势C.两小线圈中感应电流都沿顺时针方向D.左边小线圈中感应电流沿顺时针方向,右边小线圈中感应电流沿逆时针方向16、在范围足够大,方向竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.2T,有一水平放置的光滑框架,宽度L=0.4m,如图所示(俯视图), 框架上放置一质量m=0.05kg、电阻为r=1的金属杆MN,框架电阻不计。左侧连一阻值R=3的电阻。 若杆MN在水平外力F的作用下以恒定加速度a=2m/s2,由静止开始做勻加速运动,运动了5s,则下列说法正确的是( )A.在5s内流过电阻R的电荷量为0.1CB.第5s末回路中的电流I为0.
12、2AC.如果5s末外力消失,杆将做匀减速直线运动D.如果5s末外力消失,最后杆将停止,5s后电阻只产生的热量为2.5J17、如图所示，三个有界匀强磁场的磁感应强度大小均为B，方向分别垂直纸面向外、向里和向外，磁场宽度均为L，在磁场区域的左侧边界处，有一边长为L的正方形导体线框，总电阻为R，且线框平面与磁场方向垂直，现用外力F使线框以速度v匀速穿过磁场区域，以初始位置为计时起点，规定电流沿逆时针方向时的电动势E为正，磁感线垂直纸面向里时的磁通量为正值，外力F向右为正。则以下反映线框中的磁通量、感应电动势E、外力F和电功率P随时间变化规律的图象可能正确的是( )A. B. C. D. 二、计算题（
13、共3小题 ，共42分，按题目要求作答，解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）18、如图所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在竖直平面内，两导轨间的距离为L1m，导轨间连接的定值电阻R3，导轨上放一质量为m0.1kg的金属杆ab，金属杆始终与导轨接触良好，杆的电阻r1，其余电阻不计，整个装置处于磁感应强度为B1T的匀强磁场中，磁场的方向垂直导轨平面向里重力加速度g取10 m/s2。现让金属杆从AB水平位置由静止释放，忽略空气阻力的影响，求：（1）金属杆的最大速度；（2）若从金属杆开始下落到刚好达到最大速度的
14、过程中，电阻R上产生的焦耳热Q0.6J，此时金属棒下落的高度为多少？（3）达到最大速度后，为使ab棒中不产生感应电流，从该时刻开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？推导这种情况下B与t的关系式。19、如图所示,为某一电路的俯视图，MN、PQ为水平放置的很长的平行金属板相距0.2m,板间有匀强磁场，B=1T，方向垂直向下,金属杆电阻.可以在水平方向左右无摩擦滑动,.现有不计重力的带电粒子以的初速度水平射入两板间,为使粒子能继续做匀速运动,则：(1)棒ab应向哪边运动?速度多大?(2)为使棒ab保持匀速运动,作用在ab上的水平外力F多大?20、如图所示,正方形单匝均匀线框abcd质量,边长,每边电
15、阻相等,总电阻。一根足够长的绝缘轻质细线跨过两个轻质光滑定滑轮,一端连接正方形线框,另一端连接质量的绝缘物体P,物体P放在一个光滑的足够长的固定斜面上,斜面倾角,斜面上方的细线与斜面平行,线框释放前细线绷紧。在正方形线框正下方有一有界的匀强磁场,上边界和下边界都水平,两边界之间距离。磁场方向水平且垂直纸面向里。现让正方形线线框的cd边距上边界I的正上方高度处由静止释放,线框在运动过程中dc边始终保持水平且与磁场垂直,物体P始终在斜面上运动,线框cd边进入磁场上边界I时刚好匀速运动,线框ab边刚进入磁场上边界I时,线框上方的绝缘轻质细线突然断裂,不计空气阻力,求:1.线框cd边从磁场上边界I进入
16、时的速度;2.匀强磁场的磁感应强大小B;3.线框穿过磁场过程中产生的焦耳热Q。答案以及解析1答案及解析：答案：D解析：该实验需要确认电流计指针偏转方向与通过电流计的电流方向的关系才能知道产生的感应电流的具体的方向，选项A错误；该实验需要记录磁铁在线圈中的磁场方向，才能得到磁场的变化与感应电流的方向关系，选项B错误；该实验无需保持磁铁运动的速率不变，选项C错误；该实验必需记录感应电流产生的磁场方向，这样才能知道感应电流的磁场方向与原磁场方向的关系，选项D正确；故选D. 2答案及解析：答案：B解析：设OM长为l,过程I回路中磁通M变化量,设OM的电阻为R,流过OM的电荷,过程回路中磁通量变化量.流
17、过OM的电荷，又,联立解得，选项B正确. 3答案及解析：答案：B解析：由于直线电流的磁场离导线越远，磁感线越稀，故线圈在下落过程中磁通量一直减小，A错误；由于上、下两边电流相等，上边磁场较强，线框所受合力不为零，C错误；由于电磁感应，一部分机械能转化为电能，机械能减小，D错误；根据楞次定律可判断出B正确。 4答案及解析：答案：BD解析：根据楞次定律知,线圈中产生的感应电流为顺时针方向,则闭合、电路稳定后,通过的电流由a流向b,选项A错误;根据法拉第电磁感应定律知,线圈中产生的感应电动势,则闭合、电路稳定后,通过的电流为,选项B正确;闭合、电路稳定后电容器上极板带正电,则当再断开,电容器放电,通
18、过的电流由a流向b,选项C错误;电路稳定后电容器所带电荷量,则闭合、电路稳定后再断开,通过的电荷量为,选项D正确. 5答案及解析：答案：C解析：当金属环进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，会产生感应电流,根据愣次定律得出感应电流的方向，安培力阻碍环的运动，即有机械能通过安培力做负功转化为其他形式的能；当环没有磁通量的变化时，无感应电流，只有重力做功,环的机械能守恒，即环在运动过程中机械能不守饵，环会很快静止，故A、B、D错误,C正确. 6答案及解析：答案：D解析：由能量守恒定律可知无磁场时导体棒初动能全部转化为重力势能,即Ek=mgH,有磁场时初动能转化为重力势能与内能,即Ek=mgH+Q,故
19、选项AB错误;有磁场时,由愣次定律可得,无论磁场方向为垂立导轨平面向上还是向下,导体棒ab在上升过程中受到的安培力都沿斜面向下,由牛顿第二定律可得,可见当速度为零时,加速度最小,最小加速度a=gsin,选项D正确;导体棒刚开始上升时的加速度最大,选项C错误。 7答案及解析：答案：A解析：导线框开始进入匀强磁场到进入一半的过程中，有效切割长度均匀增大，感应电流均匀增大，且根据楞次定律判断此时电流方向为逆时针方向，即规定的正方向；导线框从进入匀强磁场一半到完全进入磁场的过程中，有效切割长度均匀减小，感应电流均匀减小，根据楞次定律判断此时电流方向为逆时针方向，即为规定的正方向；导线框完全进入磁场到即
20、将开始离开磁场的过程中，导线框中的磁通量不变，感应电流为零；导线框离开磁场和进入磁场是一个对称过程，电流变化趋势相似，即先增大后减小，根据楞次定律判断此时电流为顺时针方向，即规定的负方向，故A项正确。 8答案及解析：答案：AC解析：根据楞次定律可知,感应电流方向由Q至P,A正确;根据左手定则可知,开始导体棒PQ受到沿框架向上的安培力,B错误;根据法拉第电磁感应定律可知,回路中产生恒定的感应电动势,产生的感应电流也不变,但磁感应强度逐渐减小,故导体棒PQ受到的安培力逐渐减小,C正确;导体棒受重力、支持力、安培力及摩擦力而处于平衡状态,若导体棒初始时刻所受安培力大于重力沿框架向下的分力,则摩擦力方
21、向沿框架向下,随着安培力的减小,摩擦力先逐渐减小,当安培力与重力沿框架向下的分力大小相等时,摩擦力减小为零,随着安培力继续减小,摩擦力开始反向逐渐增大,D错误。 9答案及解析：答案：C解析：无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是电磁感应,故A错误;当给充电设备中线圈通以恒定直流电时,充电设备不会产生交变磁场,即不能正常充电,故B错误;接收线圈中交变电流的頻率应与发射线圈中交变电流的频率相同,故C正确;被充电手机内部,应该有一类似金属线圈的部件与手机电池相连,当有交变磁场时,则产生感应电动势,那么普通手机由于没有金属线圈,所以不能够利用无线充电设备进行充电,故D错误。 10答案及解析：答案：D解
22、析：设线圈刚进人磁场时的速度大小为v0.则由动得两线圈进入磁场时的速度相同,线圈切割磁感线产生的感应电动势E=Blv,感应电流,线圈的电阻,线圈的质量m =4LS,线圈受到的安培力F=BIL,根据牛顿第二定律有mg-F=ma,得线圈的加速度与线圈的粗细无关,这说明两个线圈的运动情况完全相同,所以它们落地时的速度大小相等,即v1=v2,根据能量守恒定律得线圈产生的热量，其中H为下落点距地面的高度，线圈的质量较大，所以Q1Q2,只有选项D正确。 11答案及解析：答案：BC解析：A. 当导体棒ab刚获得速度v0时,导体棒cd还没开始运动,此时导体棒ab产生的感应电动势为：E=BLv0,回路中的感应电
23、流为：I=,故此时导体棒ab受到的安培力大小为F=BIL,以上各式联立可解得：F=，故A错误；B. 从开始到两导体棒达到共同速度的过程中,两棒的总动量守恒,则可得：mv0=2mv解得其共同速度为：v=，故B正确；C. 由能量守恒定律得,整个运动过程中产生的总热量为：Q=m2mv2整理可得：Q=m，故C正确；D. 设导体棒ab的速度变为初速度的时,导体棒cd的速度大小为v1,则由动量守恒定律可得：mv0=mv0+mv1此时回路中的感应电动势为：E=BL(v0v1)感应电流为：I=此时导体棒cd受到的安培力为：F=BIL所以导体棒cd的加速度大小为：a=联立以上各式可解得：a=，故D错误。故选：B
24、C。 12答案及解析：答案：D解析：若电压一直变大,无论正、负极怎么接,线圈中的磁感应强度都增大,金属圆盘有远离线圈的趋势,所以金属圆盘对桌面的压力增大,A错误;因为不知道电源的正、负极,所以就不知道磁感应强度的方向,则无法判断金属圆盘中涡流的方向,B错误;即使线圈没有电阻,接交变电流时,线圈也会产生自感电动势(也可理解为线圈有感抗),所以线圈中电流不可能无穷大,C错误;交变电流频率变大,通过金属圆盘的磁通量的变化率增大,产生的感应电动势增大,金属圆盘中的涡流增大,金属圆盘的发热功率增大,D正确. 13答案及解析：答案：D解析：根据法拉第电磁感应定律可知,感应电动势,结合数学知识可知,穿过闭合
25、回路的磁通量随时间t变化的图线的斜率由以上知识分析可知,图中磁通不变,无感应电动势,故A错误;图中磁通量随时间t均匀增大,图线的斜率k不变,即产生的感应电动势不变,故B错误;图中回路在0t1时间内磁通量随时间t变化的图线的斜率为k1,在t1t2时间内磁通量随时间t变化的图线的斜率为k2,由图可知,k1大于k2的绝对值,所以在0t1时间内产生的感应电动势大于在时间内产生的感应电动势, 故C错误;图中磁通量随时间f变化的图线的斜率的绝对值先变小后变大,所以感应电动势先变小后变大,所以D选项正确。 14答案及解析：答案：C解析：因为线圈中每个时间段内电流大小不变化,则每个时间段内产生的感应电动势不变
26、;根据法拉第电磁感应定得,电流为: ,则线圈中每个时间段内电流的磁场均匀变化.正确反应这一关系的图象只有C.故C正确,A、B、D错误.故选:C. 15答案及解析：答案：BC解析：电流接通瞬间,金属框周围磁场从无到有,且内强外弱,小线圈为阻碍磁通量的增加而有向外运动的趋势,所以两小线圈会有相互远离的趋势,A错误,B正确.根据磁场叠加,可知两侧小线圈中的磁场竖直向上,由楞次定律可知,两侧小线圈感应电流都沿顺时针方向,C正确,D错误. 16答案及解析：答案：B解析：t=5s内金属杆的位移，5s内的平均速度,故平均感应电动势，在5s内流过电阻R的电荷量为，A错误；第5s末杆的速度v=at=10m/s,
27、此时感应电动势E= BLv,则回路中的电流为,B正确;如果5s末外力消失,杆受安培力作用做变减速直线运动,C错误;如果5s末外力消失,最后杆将停止,5s末的动能将通过电阻R和r转化为内能,所以电阻R产生的热量为,D错误. 17答案及解析：答案：ABD解析：当线框开始进入磁场时,线框中的磁通量开始增加,当全部进入时达到最大,此后向外的磁通量增加,总磁通量减小,.当运动到1.5L时,磁通量为零,依次分析可知选项A正确;当线圈进入第一个磁场时,由可知,E保持不变且电流沿顺时针方向E为负值,而开始进入第二个磁场时,两边同时切割磁感线,电动势应为2BLv,此时电流沿逆时针方向,E为正值,依次分析可知选项
28、B正确;因安培力总是与运动方向相反,故拉力应一直向右,故C错误;电功率等于拉力的功率,因速度不变,当线框在第一个磁场时,电流为定值,拉力也为定值;两边分别在两个磁场中时,两边同时切割磁感线,且电流加倍,故安培力为线框在第一个磁场时安培力的4倍,功率也是4倍关系;此后线框从最后一个磁场中离开时,安培力应等于线框在第一个磁场中的安培力,故D选项正确。 18答案及解析：答案：(1) 4 m/s (2) 1.6 m (3) 解析：（1）设金属杆的最大速度为，安培力与重力平衡，则有：又、联立得： 解得：（2）电路中产生的总焦耳热：由能量守恒定律得：解得：h=1.6m（3）为使ab棒中不产生感应电流，应使
29、穿过线圈平面的磁通量不发生变化在该时刻穿过线圈平面的磁通量为：t时刻的磁通量为：由得：代入数据解得： 19答案及解析：答案：（1）带电正粒子在板间做匀速直线运动，受到的重力与电场力平衡，则电场力方向竖直向上，MN板带正电，由右手定则判断可知ab棒向右运动；对于带电粒子，由平衡条件得，又 解得金属板板间电压为：板间电压与感应电动势的关系为： 导体棒ab切割磁感线产生的感应电动势为：联立解得：（2）ab棒中的电流为：ab棒所受的安培力为：根据平衡条件得，作用在ab上的水平外力为：解析： 20答案及解析：答案：1.从静止开始到线框cd进入磁场上边界过程中，对系统由机械能守恒定律得：解得：2.正方形线框匀速进入上边界的过程中，设受到的安培力为，则：感应电动势大小为： 线框中的电流为：线框受到的安培力大小：线框匀速运动，则：联立解得：B=0.5T3.线框ab进入磁场开始到cd边到达下边界过程中，由动能定理得：cd边到达下边界的速度大小为：cd边出磁场时产生的感应电动势为：线框中感应电流大小为：cd边受到的安培力大小为：由于，则线框离开磁场过程中做匀速运动线框进入磁场产生的焦耳热：线框离开磁场产生的焦耳热：线框穿过磁场过程中产生的焦耳热为：解析：