1、全国大市名校 2020 年高三期末一模物理试题全解全析 电磁感应（一） 1 1、 （、 （20202020辽宁省五校协作体高三考试）辽宁省五校协作体高三考试）单匝闭合矩形线框的电阻为 R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的 轴匀速转动，穿过线框的磁通量与时间 t的关系图象如图所示。下列说法正确的是（ ） A. 2 T 时刻线框平面与中性面垂直 B. 从 0到 4 T 过程中通过线框某一截面的电荷量为 max R C. 线框转一周产生的热量为 22 max 2 RT D. 从 2 T 到 3 4 T 过程中线框的平均感应电动势为 max 2 T 【答案】ABC 【解析】 A由图可知 2 T 时刻穿过线
2、框的磁通量为零，线框平面处于与中性面垂直的位置，故 A 正确； B根据 E t qE I tR 可得 max q RR 故 B 正确； C由图可知线圈磁通量与时间 t的关系为 maxsin 2 t T 由法拉第电磁感应定律可得 E t 故感应电动势大小时间 t的关系为 maxcos 22 Et TT 其感应电动势有效值为 mmax 2 2 E E T 有效 线圈转动一周产生的热量为 22 a 2 m x 2E QUItT RTR 有效 故 C 正确； D从 2 T 到 3 4 T 过程中线框的平均感应电动势为 maxmax 4 4 E T tT 故 D 错误。 故选 ABC。 2 2、（、（2
3、0202020 广西省桂林市高三上学期第一次联合调研广西省桂林市高三上学期第一次联合调研） 如图所示， 两根光滑的金属导轨平行放置在倾角为的 斜面上，导轨在左端接有电阻 R，导轨的电阻可忽略不计，斜面处在匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上， 质量为 m、电阻可忽略不计的金属棒 ab在沿斜面与棒垂直的恒力 F作用下沿导轨由静止开始上滑，并上升 h 高度，在这一过程中（ ） A作用在金属棒上的合力所做的功大于零 B恒力 F所做的功等于 mgh 与电阻 R 上发出的焦耳热之和 C恒力 F与安培力的合力的瞬时功率一定时刻在变化 D恒力 F与重力 mg 的合力所做的功大于电阻 R 上产生的焦耳热 【答案】
4、AD 【解析】导体棒由静止向上加速，动能增大，根据动能定理可知，合力所作的功一定大于零，故 A 正确； 由 WF-WG-W安=0 得，WF-WG=W 安，即恒力 F与重力的合力所做的功等于克服安培力所做功，即等于电路中 发出的焦耳热，由于导体棒也存在电阻，故导体棒中也发生热量，故 B错误；导体棒最终一定做匀速运动， 则最后受力平衡，平衡后速度保持不变，则重力的功率不变，即恒力 F与安培力的合力的瞬时功率不再变 化，故 C 错误；由 B 分析可知，由于导体棒和电阻 R均放出热量，故恒力 F与重力 mg 的合力所做的功大 于电阻 R 上产生的焦耳热，故 D正确故选 AD 点睛：本题考查导体棒切割磁
5、感线规律的应用，对于电磁感应与功能结合问题，注意利用动能定理进行判 断各个力做功之间关系，尤其注意的是克服安培力所做功等于整个回路中产生热量 3 3、 （、 （20202020辽宁省五校协作体高三考试）辽宁省五校协作体高三考试）如图所示，一沿水平方向的匀强磁场分布在宽度为 2L的某矩形区 域内(长度足够大)，该区域的上下边界 MN、PS是水平的有一边长为 L的正方形导线框 abcd 从距离磁场 上边界 MN的某高处由静止释放下落而穿过该磁场区域，已知当线框的 ab边到达 PS时线框刚好做匀速直 线运动以线框的 ab 边到达 MN 时开始计时，以 MN处为坐标原点，取如图所示的坐标轴 x，并规定
6、逆时 针方向为感应电流的正方向，向上为安培力的正方向，不计空气阻力则关于线框中的感应电流 i和线框所 受到的安培力 F与 ab边的位置坐标 x 的以下图线中，可能正确的是( ) A. B. C. D. 【答案】AD 【解析】 试题分析：因导线框下边到达 PS 边界时为匀速，此时安培力必向上且等于重力，故选项 C 错误；因匀速前 为加速，故线框在进入磁场过程中必为加速度减小的加速运动，安培力小于重力且增大，方向向上，选项 D 正确；根据 I=知，进入过程电流在增大，选项 B 错误，根据楞次定律知方向为逆时针，同理线框在出 磁场过程中电流为顺时针，故选项 A 正确 考点：电磁感应 楞次定律 安培力
7、 牛顿第二定律 4 4、 （、 （20202020湖北省大冶市六中高三上学期第一次月考）湖北省大冶市六中高三上学期第一次月考）如图所示，一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的 匀强磁场中，下列做法能使圆盘中产生感应电流的是（ ） A. 圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动 B. 圆盘以某一速度竖直移动 C. 圆盘在磁场中向右匀速平移 D. 匀强磁场均匀增强 【答案】D 【解析】 A保持圆环水平并使圆环绕过圆心的竖直轴转动，穿过线圈的磁通量不变，不产生感应电流，A错误； B圆盘以某一速度竖直移动时，穿过圆盘的磁通量不变；不产生感应电流；故 B 错误； C圆盘在磁场中向右匀速平移时，穿过线圈的磁通量不变，不会
8、产生感应电流，故 C 错误； D使匀强磁场均匀增加，穿过线圈的磁通量增加，产生感应电流，故 D 正确； 故选 D。 5 5、 （、 （20202020河南省九师联盟高三上学期核心模拟三河南省九师联盟高三上学期核心模拟三）如图所示，足够长的“U”形框架沿竖直方向固定，在框 架的顶端固定一定值电阻 R，空间有范围足够大且垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为 B，电阻值 均为 R的金属棒甲、乙垂直地放在框架上，已知两金属棒的质量分别为 m=2.0 10-2kg、m乙=1.0 10-2kg。现 将金属棒乙锁定在框架上，闭合电键，在金属棒甲上施加一竖直向上的恒力 F，经过一段时间金属棒甲以 v=10
9、m/s 的速度向上匀速运动，然后解除锁定，金属棒乙刚好处于静止状态，忽略一切摩擦和框架的电阻， 重力加速度 g=10m/s2。则 (1)恒力 F的大小应为多大？ (2)保持电键闭合，将金属棒甲锁定，使金属棒乙由静止释放，则金属棒乙匀速时的速度 v2应为多大？ (3)将两金属棒均锁定，断开电键，使磁感应强度均匀增加，经时间 t=0.1s磁感应强度大小变为 2B此时金属 棒甲所受的安培力大小刚好等于金属棒甲的重力，则锁定时两金属棒之间的间距 x 应为多大？ 【答案】(1) 0.4N；(2) 5m/s；(3) 2 m 3 x 【解析】 (1)金属棒甲匀速运动时，由力的平衡条件可知： F=m甲g+BI
10、甲L 由题图可知流过金属棒乙的电流大小应为： 2 I I 乙 甲 金属棒乙刚好处于静止状态，由平衡条件可知： 2 BI L m g 甲 乙 由以上整理得： F=m甲g+2m乙g 代入数据解得： F=0.4N； (2)金属棒乙锁定，闭合电键，金属棒甲向上匀速运动时，有 E甲=BLv1 由闭合电路的欧姆定律得： 2 3 E I R 甲 甲 对金属棒乙，由平衡条件可知： BI甲L=2BI乙L=2m乙g 解得： 1 22 3m gR v B L 乙 将金属棒甲锁定，金属棒乙匀速时，有： 22 2 2 3 B L v m gBI L R 乙 解得： 2 22 3 2 m gR v B L 乙 联立解得：
11、 v2=5m/s； (3)由法拉第电磁感应定律得： BSBLx E ttt 由闭合电路的欧姆定律得： 2 E I R 由题意可知： m甲g=2BIL 联立以上可得： 2 1 22 3m gR v B L 解得： 1 3 vtm x m 甲 乙 代入数据得： 2 m 3 x 。 6 6、 （、 （20202020山东省枣庄市高三上学期期末山东省枣庄市高三上学期期末）如图甲所示，矩形导体框架 abcd竖直固定放置，ab平行于 dc 且 ab 边长 L= 0.20m，框架上连接定值电阻 R= 9，其余电阻不计。匝数 n =300 匝、横截面积 S =0.01m2、 阻值 r=1的线圈亦竖直固定放置，
12、通过导线和开关 K与导体框架相连。导体框架和整个线圈均处于沿其轴 线方向的匀强磁场中， 选向上的方向为磁感应强度 B 的正方向， 匀强磁场的磁感应强度 B随时间 t变化的关 系如图乙所示。在 t=0时刻，闭合开关 K，求 （1）在前 10s内，线圈中感应电动势的大小。 （2）若忽略感应电流磁场的影响，那么，在 t1=22s时刻，ab边所受安培力的大小和方向。 【答案】 （1）3V； （2） 3 7.2 10F N，方向垂直于纸面向里。 【解析】 （1）设前 10s内，线圈中感应电动势的大小为 1 E。由法拉第电磁感应定律得： 1 1 En t 其中 B S 联立解得 1 0.3E V （2）在
13、 20s25s内，由楞次定律得，线圈中电流方向为俯视逆时针方向，所以ab边中的电流方向为由b向 a，设线圈中的感应电动势大小为 2 E。由法拉第电磁感应定律得 2 2 En t 设电路中电流的大小为 2 I，由闭合电路的欧姆定律得 2 2 E I Rr 设 1 22t s 时刻，磁感应强度的大小为 2 B，由图像可得 2 1.00 1.02 2520 B T=0.6T 此时，设ab边所受安培力的大小为F，由安培力公式得 22 FI LB 联立解得 3 7.2 10F N 由左手定则判断可得，ab边所受安培力F的方向垂直于纸面向里 7 7、 （、 （20202020云南省保山市高三统一检测云南省
14、保山市高三统一检测）如图甲所示，放置在水平桌面上的两条光滑导轨间的距离 L=1m， 质量 m=lkg的光滑导体棒放在导轨上，导轨左端与阻值 R=4的电阻相连，其他电阻不计，导轨所在位置 有磁感应强度 B=2T 的匀强磁场，磁场的方向垂直导轨平而向下，现在给导体棒施加一个水平向右的恒定拉 力 F，并每隔 0.2s测量一次导体棒的速度，乙图是根据所测数据描绘出导体棒的 v-t图象(设导轨足够长) 求： (1)t=1.2s时，导体棒的加速度； (2)在前 1.6s内导体棒的位移 x=8m，试计算 1.6s 内电阻上产生的热量 【答案】(1) 3m/s2 (2) 48JQ= 【解析】 （1）导体运动后
15、，水平方向受到 F、安培力两个力由图象可知，时间 t=1.2s 时导体棒的速度，由牛顿 第二定律求得加速度 （2）根据能量守恒定律求解电阻上产生的热量 （1）由图象可知，导体棒运动的速度达到 10m/s 时开始做匀速运动，此时安培力和拉力F大小相等， 导体棒匀速运动的速度 1 10m/sv 匀速运动后导体棒上的电动势 1 EBLv 导体棒受的安培力 2222 1 1 2110 10 4 B L v FBILNN R 则 1 10NFF 由图象可知，时间1.2st 时导体棒的速度 2 7/vm s 此时导体棒上的电动势 2 EBLv 导体棒受的安培力 2222 2 2 217 7 4 B L v FNN R 由牛顿定律得 222 107 /3/ 1 FF am sm s m 解得1.2ts时，导体棒的加速度为 3m/s2 （2）1.6s时导体棒的速度 3 8/vm s，由能量守恒可得 2 3 1 2 FxQmv 解得 48QJ 【点睛】本题电磁感应中的力学问题，电磁感应与力联系的桥梁是安培力，这种类问题关键在于安培力的 分析和计算
