2022届高三物理大一轮复习-第9章-第3节-电磁感应中的电路和图象问题-课后达标检测-.docx

一、单项选择题
1．(2021·汕头模拟)用均匀导线做成的正方形线圈边长为l，正方形的一半放在垂直于纸面对里的匀强磁场中，如图所示，当磁场以的变化率增加时，则(　　)

A．线圈中感应电流方向为adbca
B．线圈中产生的电动势E＝·
C．线圈中a点电势高于b点电势
D．线圈中a、b两点间的电势差为·
解析：选B.依据楞次定律可知，A错误；线圈中产生的电动势E＝＝·，B正确；线圈左边的一半导线相当于电源，在电源内部电流沿逆时针方向，所以a点电势低于b点电势，C错误；线圈右边的一半相当于外电路，a、b两点间的电势差相当于路端电压，其大小U＝＝·，D错误．
2．(2021·江门模拟)如图所示，螺线管匝数n＝1 500匝，横截面积S＝20 cm2，螺线管导线电阻r＝1 Ω，电阻R＝4 Ω，磁感应强度B随时间变化的B－t图象如图所示(以向右为正方向)，下列说法正确的是(　　)

A．电阻R的电流方向是从A到C
B．感应电流的大小渐渐增大
C．电阻R两端的电压为6 V
D．C点的电势为4.8 V
答案：D
3．(2021·山西康杰中学月考)如图所示，在0≤x≤2L的区域内存在着匀强磁场，磁场的方向垂直于xOy平面(纸面)向里，具有确定电阻的矩形线框abcd位于xOy平面内，线框的ab边与y轴重合，bc边的长度为L.线框从t＝0时刻由静止开头沿x轴正方向做匀加速运动，则线框中的感应电流i(取顺时针方向的电流为正)随时间t的函数图象大致是下图中的(　　)

解析：选C.设ab边的长度为l，在线框进入磁场过程中，线框中产生的感应电流I＝＝＝t∝t，由左手定则可知，此过程中电流方向为逆时针，故A、D错误；当线框全部处于磁场中时，线框内的磁通量不发生变化，所以线框中没有电流；当线框的ab边离开磁场时，线框的cd边切割磁感线，此时速度为v′＝＝2，电流为I＝＝≠0，方向为顺时针，故选项B错误，C正确．

4．边长为a的闭合金属正三角形框架，左边竖直且与磁场右边界平行，完全处于垂直框架平面对里的匀强磁场中．现把框架匀速水平向右拉出磁场，如图所示，则下列图象与这一过程相符合的是(　　)

解析：选B.该过程中，框架切割磁感线的有效长度等于框架与磁场右边界两交点的间距，依据几何关系有l有效＝x，所以E电动势＝Bl有效v＝Bvx∝x，A错误，B正确．框架匀速运动，故F外力＝F安＝＝∝x2，C错误．P外力功率＝F外力v∝F外力∝x2，D错误．
5. (2021·衡水模拟)如图所示，等腰三角形内分布有垂直于纸面对外的匀强磁场，它的底边在x轴上且长为2L，高为L.纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域，在t＝0时刻恰好位于图中所示的位置．以顺时针方向为导线框中电流的正方向，在下面四幅图中能够正确表示电流－位移(I－x)关系的是(　　)

解析：选C.线框匀速穿过L的过程中，有效长度l均匀增加，由E＝Blv知，电动势随位移均匀变大，x＝L处电动势最大，电流I最大；从x＝L至x＝1.5L过程中，框架两边都切割磁感线，总电动势减小，电流减小；从x＝1.5L至x＝2L，左边框切割磁感线产生的感应电动势大于右边框，故电流反向且增大；x＝2L至x＝3L过程中，只有左边框切割磁感线，有效长度l减小，电流减小．综上所述，只有C项符合题意．
6．(2021·开封模拟)如图所示，在垂直于纸面对里、磁感应强度为B的匀强磁场区域中，有一个均匀导线制成的单匝直角三角形线框，现用外力使线框以恒定的速度v沿垂直磁场方向向右运动，运动中线框的AB边始终与磁场右边界平行．已知AB＝BC＝l，线框的总电阻为R，则线框离开磁场的过程中(　　)

A．线框A、B两点间的电压不变
B．通过线框导线横截面的电荷量为
C．线框所受外力的最大值为
D．线框的热功率与时间成正比
解析：选B.在线框离开磁场的过程中有效切割长度渐渐变大，因此产生的感应电动势变大，线框A、B两点间的电压变大，A错误；通过线框导线横截面的电荷量为Q＝＝，B正确；当感应电流最大时，线框所受安培力最大，此时线框所受外力最大，Fm＝IlB＝lB＝，C错误；设线框离开磁场的过程中位移大小为x，则线框的热功率P＝Fv＝＝，D错误．
☆7. (2021·江西六校联考)如图所示，xOy平面内有一半径为R的圆形区域，区域内有磁感应强度大小为B的匀强磁场，左半圆磁场方向垂直于xOy平面对里，右半圆磁场方向垂直于xOy平面对外．一平行于y轴的长导体棒ab以速度v沿x轴正方向做匀速运动，则导体棒两端的电势差Uba与导体棒位置x关系的图象是(　　)

解析：选A.设从y轴开头沿x正方向运动的长度为x0(x0≤2R)，则ab导体棒在磁场中的切割长度l＝2＝2，感应电动势E＝Blv＝2Bv，由右手定则知在左侧磁场中b端电势高于a端电势，由于右侧磁场方向变化，所以在右侧a端电势高于b端电势，再结合圆的特点，知选项A正确．
二、多项选择题
☆8. (2021·广州模拟)如图所示，垂直纸面的正方形匀强磁场区域内，有一位于纸面且电阻均匀的正方形导体框abcd，现将导体框分别朝两个方向以v、3v速度匀速拉出磁场，则导体框从两个方向移出磁场的两过程中(　　)

A．导体框中产生的感应电流方向相同
B．导体框中产生的焦耳热相同
C．导体框ad边两端电势差相同
D．通过导体框截面的电荷量相同
解析：选AD.由右手定则可得两种状况导体框中产生的感应电流方向相同，A项正确；热量Q＝I2Rt＝2R×＝，导体框产生的焦耳热与运动速度有关，B项错误；电荷量q＝It＝×＝，电荷量与速度无关，电荷量相同，D项正确；以速度v拉出时，Uad＝Blv，以速度3v拉出时，Uad＝Bl·3v，C项错误．

☆9.如图所示，CAD是固定在水平面上的用一硬导线折成的V形框架，∠A＝θ.在该空间存在磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场．框架上的EF是用同样的硬导线制成的导体棒，它在水平外力作用下从A点开头沿垂直EF方向以速度v匀速水平向右平移．已知导体棒和框架始终接触良好且构成等腰三角形回路，导线单位长度的电阻均为R，框架和导体棒均足够长．则下列图中描述回路中的电流I和消耗的电功率P随时间t变化的四个图象中正确的是(　　)

解析：选AD.由几何学问可知，导体棒切割磁感线的有效长度为L＝2vttan，回路的总电阻R总＝＋1LR，感应电动势E＝BLv，则回路中的电流I＝，回路消耗的电功率P＝EI＝t，故选项A、D正确，选项B、C错误．
10．如图所示，一金属棒AC在匀强磁场中绕平行于磁感应强度方向的轴(过O点)匀速转动，OA＝2OC＝2L，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面对里，金属棒转动的角速度为 ω、电阻为r，内、外两金属圆环分别与C、A良好接触并各引出一接线柱与外电阻R相接(没画出)，两金属环圆心皆为O且电阻均不计，则(　　)
A．金属棒中有从A到C的感应电流
B．外电阻R中的电流为I＝
C．当r＝R时，外电阻消耗功率最小
D．金属棒AC间电压为
解析：选BD.由右手定则可知金属棒相当于电源且A是电源的正极，即金属棒中有从C到A的感应电流，A错；金属棒转动产生的感应电动势为E＝Bω(2L)2－BωL2＝，即回路中电流为I＝，B对；由电源输出功率特点知，当内、外电阻相等时，外电路消耗功率最大，C错；UAC＝IR＝，D对．
三、非选择题
11．如图所示，边长L＝0.20 m的正方形导体框ABCD由粗细均匀的同种材料制成，正方形导线框每边的电阻R0＝1.0 Ω，金属棒MN与正方形导线框的对角线长度恰好相等，金属棒MN的电阻r＝0.20 Ω.导线框放置在匀强磁场中，磁场的磁感应强度B＝0.50 T，方向垂直导线框所在平面对里．金属棒MN与导线框接触良好，且与导线框对角线BD垂直放置在导线框上，金属棒的中点始终在BD连线上．若金属棒以v＝4.0 m/s的速度向右匀速运动，当金属棒运动至AC的位置时，求：(计算结果保留两位有效数字)
(1)金属棒产生的电动势大小；
(2)金属棒MN上通过的电流大小和方向；
(3)导线框消耗的电功率．
解析：(1)金属棒产生的电动势大小为：E＝BLv＝×0.50×0.20×4.0 V＝0.57 V.
(2)金属棒运动到AC位置时，导线框左、右两侧电阻并联，其并联电阻大小为R并＝1.0 Ω，由闭合电路欧姆定律有I＝＝0.48 A，由右手定则有，电流方向从M到N.
(3)导线框消耗的电功率为P框＝I2R并＝0.23 W.
答案：(1)0.57 V　(2)0.48 A　电流方向从M到N　(3)0.23 W
12．如图甲所示，在水平面上固定有长为L＝2 m、宽为d＝1 m的金属U形导轨，在U形导轨右侧l＝0.5 m范围内存在垂直于纸面对里的匀强磁场，且磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示．在t＝0时刻，质量为m＝0.1 kg的导体棒以v0＝1 m/s的初速度从导轨的左端开头向右运动，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ＝0.1，导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ＝0.1 Ω/m，不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响(取g＝10 m/s2)．

(1)通过计算分析4 s内导体棒的运动状况；
(2)计算4 s内回路中电流的大小，并推断电流方向；
(3)计算4 s内回路产生的焦耳热．
解析：(1)导体棒先在无磁场区域做匀减速运动，有
－μmg＝ma，vt＝v0＋at，x＝v0t＋at2，
导体棒速度减为零时，vt＝0，
代入数据解得：t＝1 s，x＝0.5 m，导体棒没有进入磁场区域．
导体棒在1 s末已经停止运动，以后始终保持静止．
(2)前2 s磁通量不变，回路电动势和电流分别为E＝0，I＝0，后2 s回路产生的电动势为E＝＝ld＝0.1 V，
回路的总长度为5 m，因此回路的总电阻为R＝5λ＝0.5 Ω，
电流为I＝＝0.2 A，
依据楞次定律，在回路中的电流方向是顺时针方向．
(3)前2 s电流为零，后2 s有恒定电流，电热Q＝I2Rt′＝0.04 J.
答案：(1)导体棒在第1 s内做匀减速运动，在1 s后始终保持静止
(2)0～2 s内I＝0,2～4 s内I＝0.2 A，电流方向是顺时针方向
(3)0.04 J