2021年高考物理专题训练：电磁感应

2021年高考物理专题训练：电磁感应

一、选择题，在每小题给出的四个选项中，选出符合要求的。

1．如图所示，条形磁铁以速度v向螺线管靠近，下面几种说法中正确的是( )

磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示，则下列判断正确的是( )

A．在开始的2 s内穿过线圈的磁通量变化率大小等于0.04 Wb/s B．在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零 C．在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势大小等于8 V D．在第3 s末线圈中的感应电动势等于零

5. 如图所示，A为水平放置的胶木圆盘，在其侧面均匀分布着负电的正上方用绝缘丝线悬挂一个金属圆环B，使B的环面水平且与圆盘面

荷，在A平行，其OO′按箭

A．螺线管中不会产生感应电流 B．螺线管中会产生感应电流

C．只有磁铁速度足够大时，螺线管中才能产生感应电流 D．只有在磁铁的磁性足够强时，螺线管中才会产生感应电流

2.如图所示，一个匝数为n的圆形线圈，面积为S，电阻为r。将其两端a、b与阻值为R的电阻相ΔB

连接，在线圈中存在垂直线圈平面向里的磁场区域，磁感应强度B随时间t均匀增加，当＝k时

ΔtΔB

线圈中产生的感应电流为I1；当＝2k时，其他条件不变，线圈中产生的感应电流变为I2。则通

Δt过电阻R的电流方向及I1与I2之比分别为( )

轴线与胶木盘A的轴线OO′重合。现使胶木盘A由静止开始绕其轴线头所示方向加速转动，则( )

A．金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力增大 B．金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力减小 C．金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力减小 D．金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力增大

6.图甲的铜盘安装在水平的铜轴上，它的边缘正好在两磁极之间，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触。闭合电键S，给铜盘一个初动能，铜盘转动方向和所处磁场如图乙所示，不计一切摩擦和空气阻力，下列说法正确的是( )

A．c→d，I1∶I2＝1∶2 C．d→c，I1∶I2＝2∶1

B．c→d，I1∶I2＝2∶1 D．d→c，I1∶I2＝1∶2

A．通过圆盘平面的磁通量增加 B．通过电阻R的电流方向向下

B．向右

D．垂直纸面向里

C．断开电键S，圆盘将减速转动 D．断开电键S，圆盘将匀速转动

1

3. 如图所示，通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面，位置靠近ab且相互绝缘。当矩形线圈突然向右运动时，线圈所受安培力的合力方向( )

A．向左 C．垂直纸面向外

－

4. 一个面积S＝4×102m2、匝数n＝100匝的线圈放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，

7.(多选)如图所示，平行且足够长的两条光滑金属导轨，相距L＝0.4m，导轨所在平面与水平面的夹角为30°，其电阻不计。把完全相同的两金属棒(长度均为0.4 m)ab、cd分别垂直于导轨放置，并使棒的两端都与导轨良好接触。已知两金属棒的质量均为m＝0.1 kg、电阻均为R＝0.2 Ω，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B＝0.5 T。当金属棒ab在平行于导轨向上的力F作用下沿导轨向上匀速运动时，金属棒cd恰好能保持静止(g＝10 m/s2)，则( )

A．F的大小为0.5 N

B．金属棒ab产生的感应电动势为1.0 V C．ab棒两端的电压为1.0 V D．ab棒的速度为5.0 m/s

8. (多选)如图所示，一个边长为L的正方形线圈置于边界水平的匀强磁场上方L处，磁场宽也为L，方向垂直纸面向里，由静止释放线圈且线圈平面始终与磁场方向垂直。如果从线圈的一条边刚进入磁场开始计时，下列关于通过线圈横截面的电荷量q、感应电流i、线圈运动的加速度a、线圈具有的动能Ek随时间变化的图像中，可能正确的是( )

A．A中产生逆时针方向的感应电流 B．A中产生顺时针方向的感应电流 C．A具有收缩的趋势 D．A具有扩展的趋势

10.(多选)如图，在水平面内固定有两根相互平行的无限长光滑金属导轨，其间距为L，电阻不计。在虚线l1的左侧存在竖直向上的匀强磁场，在虚线l2的右侧存在竖直向下的匀强磁场，两部分磁场的磁感应强度大小均为B。ad、bc两根电阻均为R的金属棒与导轨垂直，分别位于两磁场中，现突然给ad棒一个水平向左的初速度v0，在两棒达到稳定的过程中，下列说法正确的是( )

A．两金属棒组成的系统的动量守恒 B．两金属棒组成的系统的动量不守恒

C．ad棒克服安培力做功的功率等于ad棒的发热功率

D．ad棒克服安培力做功的功率等于安培力对bc棒做功的功率与两棒总发热功率之和 ΔB

11.如图所示，匀强磁场的磁感应强度方向垂直于纸面向里，大小随时间的变化率＝k，k为

Δt负的常量。用电阻率为ρ、横截面积为S的硬导线做成一边长为l的正方形导线框。将正方形导线框固定于纸面内，其右半部分位于磁场区域中。求：

(1)导线框中感应电流的大小；

9. (多选)

(2)磁场对导线框作用力的大小随时间的变化率。

如图所示，两同心圆环A、B置于同一水平面上，其中B为均匀带负电绝缘环，A为导体环。当B绕轴心顺时针转动且转速增大时，下列说法正确的是( )

2

12.真空管道超高速列车的动力系统是一种将电能直接转换成平动动能的装置。图1是某种动力

系统的简化模型，图中粗实线表示固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨，电阻忽略不计。ab和cd是两根与导轨垂直、长度均为l、电阻均为R的金属棒，通过绝缘材料固定在列车底部，并与导轨良好接触，其间距也为l，列车的总质量为m。列车启动前，ab、cd处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下，如图1所示。为使列车启动，需在M、N间连接电动势为E的直流电源，电源内阻及导线电阻忽略不计。列车启动后电源自动关闭。

ΔΦΔB

势为逆时针，电流从c到d，则选项C、D错误。由E＝n，可知变为2倍，则感应电动势

ΔtΔt变为2倍，电阻不变，电流变为2倍，则选项A正确，B错误。故选A。

3. [解析] 当矩形线圈突然向右运动时，线圈中会产生逆时针方向的电流，根据左手定则可知，ab边受的安培力向左，cd边受的安培力向左，合力的方向向左，A正确。或根据楞次定律，“来拒去留”，感应电流的效果总是阻碍相对运动，所以线圈向右运动时所受安培力向左。故A正确。

[答案] A

ΔB－2－2

4. 解析：选C 由图像的斜率可知，在开始的2 s内，＝ T/s＝－2 T/s，因此线圈磁

2ΔtΔB－－

通量的变化率为：S＝－2×4×102 Wb/s＝－8×102 Wb/s，故A错误；因为2 s内磁感应强度

Δt

(1)要使列车向右运行，启动时图1中M、N哪个接电源正极，并简要说明理由；

(2)求刚接通电源时列车加速度a的大小；

(3)列车减速时，需在前方设置如图2所示的一系列磁感应强度为B的匀强磁场区域，磁场宽度和相邻磁场间距均大于l。若某时刻列车的速度为v0，此时ab、cd均在无磁场区域，试讨论：要使列车停下来，前方至少需要多少块这样的有界磁场？

1.解析：选B 当条形磁铁以速度v向螺线管靠近，穿过螺线管的磁通量增大，则螺线管中会产生感应电流，与磁铁的速度、磁铁的磁性强弱无关，故B正确。

2. 解析：选A根据楞次定律，磁场方向向里增加，则产生方向向外的感应磁场，则感应电动

3

方向相反，所以在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化量不等于零，故B错误；根据法拉第电磁ΔB－

感应定律得E＝nS＝－100×8×102 V＝－8 V，可知线圈中产生的感应电动势的大小为8 V，

Δt故C正确；由题图看出，第3 s末线圈中的磁通量为零，但磁通量的变化率不为零，感应电动势不等于零，故D错误。

5. 解析：选B 使胶木盘A由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，通过金属环B内的磁通量增大，根据楞次定律，金属环B的面积有缩小的趋势，且B有向上升的趋势，丝线受到的拉力减小，B正确。

6. 解析：选C 由于磁感线的条数不变，故铜盘转动过程中，穿过铜盘的磁通量不变，故A错误；根据右手定则可知，电流从D点流出，因此通过电阻R的电流方向向上，故B错误；因为不是整个圆盘都在磁场中，所以在圆盘中会形成回路，圆盘会受安培力作用，所以断开电键S，圆盘将减速转动，故C正确，D错误。

7. 解析：选BD 对于cd棒有mgsin θ＝BIL，解得回路中的电流I＝2.5 A，所以回路中的感应电动势E＝2IR＝1.0 V，选项B正确；Uab＝IR＝0.5 V，选项C错误；对于ab棒有F＝BIL＋mgsin

θ，解得F＝1.0 N，选项A错误；根据法拉第电磁感应定律有E＝BLv，解得v＝5.0 m/s，选项D。

正确。

8. [解析] 若线圈进入磁场时受到的安培力等于重力，则线圈匀速进入，感应电流恒定，由q

＝It可知，通过线圈横截面的电荷量均匀增大，线圈离开时由楞次定律可知，感应电流方向改变，通过的电荷量均匀减小，A项可能；由于线圈通过磁场时，线圈的宽度与磁场的宽度相等，故始终是一条边做切割磁感线运动，且速度不可能减小到零，所以线圈通过磁场的过程中不可能出现感应电流为零的情况，故B项错误；由于线圈进入磁场时重力也可能大于安培力，因此继续做加速运动，但速度增大安培力也增大，则加速度减小，当安培力增大到等于重力时，加速度变为零，故C项可能；如果线圈刚进入磁场时安培力就大于重力，则线圈做减速运动，速度减小则安培力减小，最后可能达到平衡，速度不变，动能不变，故D项可能。

[答案] ACD

9. [解析] 由题图可知，B为均匀带负电绝缘环，B中电流为逆时针方向，由右手螺旋定则可知，电流的磁场垂直纸面向外且逐渐增强；由楞次定律可知，磁场增强时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反，所以感应电流的磁场的方向垂直纸面向里，A中感应电流的方向为顺时针方向，故选项A错误，B正确。B环外的磁场的方向与B环内的磁场的方向相反，当B环内的磁场增强时，A环具有面积扩展的趋势，故选项C错误，D正确。

[答案] BD

10. [解析] 开始时，ad棒以初速度v0切割磁感线，产生感应电动势，在回路中产生顺时针方向(俯视)的感应电流，ad棒因受到向右的安培力而减速，bc棒受到向右的安培力而向右加速；当两棒的速度大小相等，即两棒因切割磁感线而产生的感应电动势相等时，回路中没有感应电流，两棒各自做匀速直线运动；由于两棒所受的安培力都向右，两金属棒组成的系统所受合外力不为零，所以该系统的动量不守恒，选项A错误，B正确。根据能量守恒定律可知，ad棒动能的减小量等于回路中产生的热量和bc棒动能的增加量，由动能定理可知，ad棒动能的减小量等于ad棒克服安培力做的功，bc棒动能的增加量等于安培力对bc棒做的功，所以ad棒克服安培力做功的功率等于安培力对bc棒做功的功率与两棒总发热功率之和，选项C错误，D正确。

[答案] BD

11. 解析：(1)导线框产生的感应电动势为 ΔΦΔB12

E＝＝·l①

ΔtΔt2

4

E

导线框中的电流为I＝②

R

4l

式中R是导线框的电阻，根据电阻率公式有R＝ρ③

SΔBklS

联立①②③式，将＝k代入得I＝。④

Δt8ρ(2)导线框所受磁场的作用力的大小为F＝BIl⑤ ΔFΔB

它随时间的变化率为＝Il⑥

ΔtΔtΔFk2l2S

得＝。⑦ Δt8ρklSk2l2S

答案：(1) (2)

8ρ8ρ12. 解析：(1)列车要向右运动，安培力方向应向右。根据左手定则，接通电源后，金属棒中电流方向由a到b、由c到d，故M接电源正极。

(2)金属棒ab、cd中的电流均为 E

I＝ R

列车所受安培力之和为 F＝2IlB

根据牛顿第二定律有 F＝ma 解得 2BEla＝。

mR

(3)设列车减速时，cd进入磁场后经Δt时间ab恰好进入磁场，此过程中穿过两金属棒与导轨所围回路的磁通量的变化为ΔΦ，平均感应电动势为E1，由法拉第电磁感应定律有

ΔΦE1＝

Δt其中 ΔΦ＝Bl2

由闭合电路欧姆定律得回路中平均电流为

E1

I′＝ 2R

则cd受到的平均安培力为 F′＝I′lB

以向右为正方向，可得Δt时间内cd受安培力的冲量为 B2l3

I冲＝－F′Δt＝－

2R

I冲与时间Δt无关，同理可知，回路出磁场时ab受安培力冲量仍为上述值，则回路进出一块有界磁场区域的安培力冲量为

I0＝2I冲

设列车停下来受到的总冲量为I总，由动量定理有

I总＝0－mv0 所以 I总mv0R＝ I0B2l3

I总

讨论：若恰为整数，设其为n，则需设置n块有界磁场；

I0

I总I总

若不是整数，设的整数部分为N，则需设置N＋1块有界磁场。 I0I02BEl答案：(1)见解析 (2) (3)见解析

mR

5