章末卷12 电磁感应-【高考领航】2025年高考物理总复习四测通关卷

章末卷12　电磁感应 (满分：100分) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求) 1.法拉第心系“磁生电”，做了大量的实验。如图所示均是法拉第最初研究电磁感应现象的装置。图甲中法拉第用细线悬挂一根铜棒，铜棒的一端是一个圆环，铜棒的另一端连上导线，组成一个类似扭秤的装置，他把一根强磁棒的一端磁极静置于铜环内；图乙中法拉第在软铁芯上绕上线圈，将电流表与线圈组成一个回路，磁铁保持图中状态不变；图丙中法拉第把两个线圈绕到同一个铁环上，一个线圈接电源，另一个线圈接电流表，并在C处悬挂可以自由转动的小磁针，则下列说法正确的是(　　) 　 甲　　　　　　　乙　　　　　　　丙 A.图甲所示实验可产生电磁感应现象 B.图乙所示实验中电流表指针发生了偏转 C.图丙中，在开关S断开或接通的瞬间，电流表指针会偏转 D.图丙中，在开关S接通稳定之后，在线圈B的作用下，悬挂的小磁针会转动 2.在空间站进行实验可以克服来自地球磁场及电场的干扰，使得物理现象更为准确和明显。为了研究电感现象，航天员在空间站进行如图所示的研究。在图中，L为自感系数较大的电感线圈，且电阻不计，A、B为两个完全相同的灯泡，且它们的额定电压均等于电源的电动势。则(　　) A.断开S以后，A熄灭，B重新亮后再熄灭 B.断开S以后，B变得更亮，A缓慢熄灭 C.合上S的瞬间，A先亮，B后亮 D.合上S的瞬间，B先亮，A后亮 3.如图甲所示，一闭合金属圆环固定在水平面上，虚线ab右侧空间存在均匀分布的竖直磁场，其磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示(取磁感应强度方向竖直向上为正)，则(　　) 甲　　　　　　　　　乙 A.0～1 s内感应电流方向沿bca方向 B.3～4 s内感应电流方向沿bca方向 C.2 s末圆环受到的安培力最大 D.3 s末圆环受到的安培力为零 4.国产航母福建舰上的舰载飞机起飞实现了先进的电磁弹射技术。电磁驱动原理示意图如图所示，在固定线圈左右两侧对称位置放置两个闭合金属圆环，铝环和铜环的形状、大小相同、已知铜的电阻率较小，不计所有接触面间的摩擦，则闭合开关S的瞬间(　　) A.铝环向右运动，铜环向左运动 B.铝环和铜环都向右运动 C.铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力 D.从左向右看，两环中的感应电流均沿逆时针方向 5.如图1所示，矩形导线框abcd固定在变化的磁场中，线框平面与磁场垂直。线框中产生的感应电流如图2所示(规定电流沿abcd为正)。若规定垂直纸面向里为磁场正方向，能够产生如图所示的电流的磁场为(　　) 图1　　　　　　　　图2　　 6.为保证游乐园中过山车的进站安全，过山车安装了磁力刹车装置。磁性很强的钕磁铁安装在轨道上，正方形金属线框安装在过山车的底部。过山车返回站台前的运动简化模型如图所示。线框abcd沿斜面加速下滑后，bc边以速度v1进入匀强磁场区域，此时线框开始减速，bc边出磁场区域时，线框恰好以速度v2做匀速直线运动。已知线框边长为L、匝数为n、总电阻为R，斜面与水平面的夹角为θ，过山车的总质量为m，所受摩擦阻力的大小恒定，磁场区域上下边界间的距离为L，磁感应强度大小为B、方向垂直斜面向上，重力加速度为g。则下列说法正确的是(　　) A.线框刚进入磁场时，感应电流的方向是a→b→c →d→a B.线框刚进入磁场时，bc边两端的电压为nBLv1 C.线框刚出磁场时，通过线框的电流大小为 D.线框所受的摩擦阻力为mgsin θ－ 7.在如图所示的电路中，半径为r的半圆形金属滑轨一端与阻值为R的定值电阻连接，另一端靠近金属棒转轴(但不连接)，金属棒的长度略大于2r，可绕O点在竖直面内转动，转动过程中始终保持与滑轨良好接触。t＝0时刻，金属棒在外界控制下从竖直位置以角速度ω绕O点顺时针匀速转动，直至水平，整个装置处在磁感应强度大小为B、方向垂直滑轨所在平面向里的匀强磁场(图中未画出)中。金属棒和滑轨的电阻均不计。下列说法正确的是(　　) A.通过定值电阻的电流方向发生改变 B.在t＝时刻，通过定值电阻的电流为 C.通过定值电阻的电流的最大值为 D.在金属棒从竖直位置转到水平位置的过程中，通过定值电阻某一横截面的电荷量为 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 8.如图所示，平行金属导轨与水平面成θ角，用导线与固定电阻R1和R2相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面。有一导体棒ab，质量为m，两导轨间距为l，导体棒的电阻与固定电阻R1和R2的阻值相等，都等于R，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒ab沿导轨向上滑动，当上滑的速度为v时，有(　　) A.棒中感应电流的方向由a到b B.棒所受安培力的大小为 C.棒两端的电压为 D.棒中的感应电流大小为 9.如图甲所示，光滑的平行金属轨道倾角可调，轨道间距恒定。轨道间连接一可变电阻，导体杆与轨道垂直并接触良好(不计杆和轨道的电阻)，整个装置处在磁感应强度大小恒定，方向始终垂直于轨道平面向上的匀强磁场中。杆以一定的初速度沿轨道向上运动的过程中，其加速度大小与速率的关系如图乙所示。其中，直线①对应的轨道倾角为θ1，电阻阻值为R1；直线②对应的轨道倾角为θ2，电阻阻值为R2；两直线交点处对应的加速度为重力加速度g。则下列说法正确的是(　　) 　 　甲　　　　　　　　　　　乙 A.sin θ1∶sin θ2＝4∶3 B.sin θ1∶sin θ2＝3∶4 C.R1∶R2＝2∶1 D.R1∶R2＝1∶2 10.如图所示，间距为L的两条平行光滑竖直金属导轨PQ、MN足够长，底部Q、N之间连接阻值为R1的电阻，磁感应强度大小为B1、足够大的匀强磁场与导轨平面垂直。质量为m、阻值为R2的金属棒ab垂直放在导轨上，且棒的两端始终与导轨接触良好。导轨的上端点P、M分别与横截面积为S的n匝线圈的两端连接，线圈的轴线与磁感应强度大小均匀变化的匀强磁场B2平行。开关S闭合后，金属棒ab恰能保持静止。已知重力加速度大小为g，其余部分电阻均不计。则由此可知(　　) A.匀强磁场B2的磁感应强度均匀减小 B.流过电阻R1的电流为 C.匀强磁场B2的磁感应强度的变化率为 D.断开S之后，金属棒ab下滑的最大速度为 三、非选择题(本题共5小题，共54分) 11. (7分)阿明同学用如图甲所示的装置探究电磁感应现象，螺线管与灵敏电流计构成闭合电路，条形磁铁N极朝下，请回答下列问题： 甲 乙 (1)(多选)要想使灵敏电流计指针发生偏转产生感应电流，阿明同学进行了以下四种操作，其中可行的是　　　　　。 A.螺线管不动，磁铁N极向下匀速插入螺线管 B.磁铁不动，螺线管向上加速靠近磁铁的N极 C.磁铁与螺线管以共同的速度一起匀速向右运动 D.磁铁插入螺线管内静止不动，让螺线管内的磁场保持最强 (2)(多选)小石同学又将实验装置进行了改造，用如图乙所示的装置做“探究影响感应电流方向的因素”实验，螺线管A、滑动变阻器、开关与电池相连构成回路，螺线管B与“0刻度线”在中间的灵敏电流计构成闭合回路，螺线管B套在螺线管A的外面。若闭合开关瞬间，灵敏电流计的指针偏向0刻度的右侧，则通过不同的操作观察指针摆动情况，以下正确的有　　　　　。 A.断开开关时，灵敏电流计的指针会偏向0刻度的左侧 B.滑动变阻器的滑片匀速向右滑动，灵敏电流计指针静止在中央不会偏转 C.滑动变阻器的滑片向左加速或向左减速移动，灵敏电流计指针都偏向0刻度的右侧 D.开关闭合后，螺线管A插入或拔出的速度越快，电流计指针偏转角度也越大 (3)乙图中，在实验开始前，应先把滑动变阻器的滑片置于最　　　　端(填“左”或“右”)，然后再闭合开关；当实验结束，在开关还没断开，A、B两螺线管和铁芯也没分开放置的情况下，阿龙同学直接用手去拆除某螺线管处的导线时，由于自感现象突然被电击了一下，则请你分析一下，阿龙同学被电击可能是在拆除　　　(选填“A”或“B”)螺线管所在电路时发生的。 12. (9分)(1)探究电磁感应现象应选用如图　　　(选填“甲”或“乙”)所示的装置进行实验。在这个现象中感应电流的方向与　　　　的方向和磁感线方向有关。 甲 乙 (2)如图丙所示，A为弹簧测力计(量程足够大)，B为条形磁铁(下端为S极)，C为螺线管，螺线管线圈的电阻忽略不计。闭合开关S1，记下弹簧测力计示数。现将S1断开，S2由1改接到2，则弹簧测力计的示数将　　　　；若S2接2不变，再闭合S1，弹簧测力计的示数将　　　　。(均选填“变大”“变小”或“不变”) 丙 13.(10分)如图所示，一个足够长的矩形金属框架与水平面成θ＝37°角，宽L＝0.5 m，上端有一个电阻R0＝2.0 Ω，框架的其他部分的电阻不计，有一垂直于框架平面向上的匀强磁场，磁感应强度B＝1.0 T，ab为金属杆，与框架垂直且接触良好，其质量m＝0.1 kg，接入电路的电阻r＝0.5 Ω，杆与框架间的动摩擦因数μ＝0.5，杆由静止开始下滑到速度达到最大值的过程中，电阻R0产生的热量Q0＝2.0 J(取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)。求： (1)通过R0的最大电流； (2)ab杆下滑的最大速度的大小； (3)从开始下滑到速度最大的过程中ab杆下滑的距离。 14.(13分)如图甲所示，两根足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距L，导轨下端连接电阻R，质量为m的金属杆ab与导轨垂直并接触良好，金属杆及导轨电阻不计，在矩形区域cdfe内有垂直于纸面向里的匀强磁场，c、e距离为H，cdfe区域内磁场的磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示，在t＝0时刻，将金属杆ab从到磁场上边界距离为h处由静止释放，在t1时刻进入磁场，离开磁场时的速度为进入磁场时速度的一半，已知重力加速度为g，求： 甲　　　　　　　　　乙　 (1)金属杆刚进入磁场时的加速度大小； (2)从金属杆开始下落到离开磁场的过程，回路中产生的焦耳热。 15.(15分)如图所示，两个足够长的竖直导轨CD、EF之间的距离L＝0.5 m，在C、E之间连接有阻值R＝0.5 Ω的定值电阻。虚线M、N下方空间有匀强磁场，磁感应强度大小B＝2 T，方向与导轨平面垂直。质量均为m＝1 kg的物块P和金属杆S通过一根不可伸长的轻质绝缘细绳相连，跨放在质量不计的光滑定滑轮两侧。开始时物块P静止于水平地面上，S悬于空中并恰好位于磁场边界MN上(未进入磁场)。现将S竖直向上举高h＝0.8 m后由静止释放，一段时间后细绳绷直(时间极短)，P、S以大小相等的速度一起运动，之后二者一起做减速运动直至速度减为0。已知运动过程中P、S均未触及滑轮，金属杆与导轨始终垂直且接触良好，金属杆及导轨的电阻不计，取重力加速度大小g＝10 m/s2，求： (1)在整个过程中定值电阻产生的热量； (2)金属杆S进入磁场后瞬间，物块P的加速度大小； (3)物块P最终静止的位置离地面的高度。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 章末卷12　电磁感应 1.C　图甲中强磁棒静置于铜环中，由于强磁棒并未运动，则铜环内磁通量不变，不会产生电磁感应现象，故A错误；图乙中当磁铁保持状态不变时，线圈内磁通量不变，电流表指针不会发生偏转，故B错误；图丙中在开关S断开或接通的瞬间，磁通量改变，产生感应电流。在开关S接通稳定之后，磁通量不变，不会产生电磁感应现象，故C正确，D错误。 2.A　断开S以后，A马上熄灭，线圈L中产生自感电动势阻碍电流减小，在线圈与小灯泡B构成的闭合回路中产生感应电流，故B闪亮后熄灭，故A正确，B错误；合上S的瞬间，电源电压同时加到两灯上，两灯同时亮，故CD错误。 3.D　由于取磁感应强度方向竖直向上为正，则0～1 s内磁感应强度在正方向增大，根据楞次定律可知，感应电流方向沿acb方向，A错误；由于取磁感应强度方向竖直向上为正，则3～4 s内磁感应强度在负方向减小，根据楞次定律可知，感应电流方向沿acb方向，B错误；由题图乙知，2 s末磁感应强度为0，则圆环受到的安培力为零，C错误；由题图乙知，3 s末磁感应强度的变化率为0，则圆环的感应电流为零，故圆环受到的安培力为零，D正确。 4.C　根据楞次定律中的“增离减靠”可知，闭合开关的瞬间，铝环向左运动，铜环向右运动，AB错误；同时由于铜环的电阻率较小，于是铜环中产生的感应电流较大，铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力，C正确；根据楞次定律和安培定则可知，从左向右看，两环中的感应电流均沿顺时针方向，D错误。 5.C　根据法拉第电磁感应定律，有E＝n＝nS，可知恒定的磁场不能产生电动势，不会有电流产生，AB错误；根据楞次定律，可知垂直纸面向外的磁场增强，线圈会产生垂直纸面向里的磁场，即产生abcd方向的电流，又因为磁场均匀变化，所以产生恒定的电动势，根据闭合电路的欧姆定律，有I＝，所以线圈中产生恒定的电流，同理，磁场均匀减弱时，线圈中产生dcba的电流，C正确；当垂直纸面向里的磁场增强时，根据楞次定律，可知线圈中会产生dcba的电流，形成垂直纸面向外的磁场，D错误。 6.D　根据楞次定律，从线框上方俯视，感应电流的方向为a→d→c→b→a，故A错误；线框刚进入磁场时，感应电动势为E＝nBLv1，bc边两端的电压为路端电压，U＝E＝nBLv1，故B错误；bc边出磁场区域时，线框恰好以速度v2做匀速直线运动，E′＝nBLv2，通过线框的电流大小为I＝＝，故C错误；bc边出磁场区域时，线框恰好以速度v2做匀速直线运动，合力为零，mgsin θ＝f＋nBIL，解得f＝mgsin θ－，故D正确。 7.C　根据题意，由右手定则可知，转动过程中，感应电流方向一直为顺时针，故A错误；在t＝时刻，金属棒转过，有效长度为r，则感应电动势为E1＝B·r·ω·r＝Bωr2，通过定值电阻的电流为I1＝＝，故B错误；当金属棒水平时，感应电流最大，则有Em＝B·2r·ω·2r＝Bω·2r2，通过定值电阻的电流的最大值为Im＝＝，故C正确；根据题意，由＝、＝和q＝t可得q＝＝＝，故D错误。 8.AC　根据右手定则判断得知，棒中感应电流的方向由a到b，故A正确；ab棒产生的感应电动势为E＝Blv，整个电路的总电阻为R总＝R＋0.5R＝1.5R，根据闭合电路欧姆定律得，通过ab棒的感应电流大小I＝＝，棒所受安培力的大小为F＝BIl＝，故BD错误；棒两端的电压为U＝I×0.5R＝，故C正确。 9.BD　杆沿轨道向上运动的过程中，设杆的速度为v，则有E＝BLv，I＝，F＝BIL，联立可得安培力大小为F＝，由牛顿第二定律可得mgsin θ＋＝ma，即a＝gsin θ＋，由题图中图线①②可知，当v＝0时，有a1＝gsin θ1＝0.6g，a2＝gsin θ2＝0.8g，可得sin θ1∶sin θ2＝3∶4，故A错误，B正确；两图线交点处满足g＝0.6g＋，g＝0.8g＋，可得R1∶R2＝1∶2，故C错误，D正确。 10.CD　根据题意可知，开关S闭合后，金属棒ab恰能保持静止，则金属棒ab受竖直向上的安培力，大小等于金属棒的重力，保持不变，由左手定则可知，电流方向由a→b，且大小不变，则线圈中电流方向为M→P，由楞次定律可知，B2的磁感应强度均匀增加，故A错误；设流过金属棒的电流为I1，由A选项分析可知B1I1L＝mg，解得I1＝，由并联分流原理可得，流过电阻R1的电流为I2＝＝，由于线圈电阻不计，则金属棒ab两端电压等于线圈产生的感应电动势，则有n＝nS＝I1R2＝，解得＝，故B错误，C正确；断开S之后，当金属棒所受合力为零时，速度最大，设最大速度为vm，则有E＝B1Lvm，Im＝，FA＝B1LIm＝mg，解得vm＝，故D正确。 11.解析：(1)螺线管不动，磁铁N极向下匀速插入螺线管，穿过螺线管的磁通量会发生变化，会有感应电流产生，故A正确；磁铁不动，螺线管向上加速靠近磁铁的N极，穿过螺线管的磁通量会发生变化，会有感应电流产生，故B正确；磁铁与螺线管以共同的速度一起匀速向右运动，穿过螺线管的磁通量不变，不会有感应电流产生，故C错误；磁铁插入螺线管内静止不动，让螺线管内的磁场保持最强，穿过螺线管的磁通量不变，不会有感应电流产生，故D错误。 (2)螺线管B套在螺线管A的外面。若闭合开关瞬间，灵敏电流计的指针偏向0刻度的右侧，可知通过螺线管B的磁通量增加时，灵敏电流计的指针向右偏转。断开开关时，通过螺线管B的磁通量减少，则灵敏电流计的指针会偏向0刻度的左侧，故A正确；滑动变阻器的滑片匀速向右滑动，螺线管A中的电流减小，通过螺线管B的磁通量减少，则灵敏电流计的指针会偏向0刻度的左侧，故B错误；滑动变阻器的滑片向左加速或向左减速移动，螺线管A中的电流增大，通过螺线管B的磁通量增大，灵敏电流计指针都偏向0刻度的右侧，故C正确；开关闭合后，螺线管A插入或拔出的速度越快，螺线管B中的磁通量变化越快，产生的感应电动势越大，感应电流越大，则电流计指针偏转角度也越大，故D正确。 (3)题图乙中，在实验开始前，应先把滑动变阻器的滑片置于最右端，使滑动变阻器接入电路阻值最大，然后再闭合开关；当实验结束，在开关还没断开，A、B两螺线管和铁芯也没分开放置的情况下，阿龙同学直接用手去拆除某螺线管处的导线时，由于自感现象突然被电击了一下，阿龙同学被电击可能是在拆除A螺线管所在电路时发生的，在拆除电路时，螺线管A中的电流突然减少，从而出现断电自感现象，线圈中会产生自感电动势，进而突然会被电击了一下。 答案：(1) AB　(2) ACD　(3)右　A 12.解析：(1)探究电磁感应现象的实验装置，只需要有磁场、导体棒、电流表即可，不需要电源，分析图甲与乙可知，探究电磁感应现象应选用甲图装置，在电磁感应现象中，感应电流的方向与导体切割磁感线运动的方向和磁感线的方向有关。 (2)根据安培定则，由题图丙可知，闭合开关，螺线管上端是N极，条形磁铁下端是S极，条形磁铁受到向下的吸引力，现将S1断开，S2由1改到2，电路电流变小，通电的螺线管圈数变少，电磁铁的磁性变弱，螺线管对条形磁铁的吸引力变小，弹簧测力计示数变小；若S2接2不变，闭合S1，电阻R2短路，电路电流变大 ，螺线管的磁场变强，条形磁铁受到的吸引力变大，弹簧测力计的示数变大。 答案：(1)甲　导体切割磁感线运动(或“导体运动”)　(2)变小　变大 13.解析：(1)杆达到最大速度后，ab中最大电流为Im，由平衡条件 BImL＋μmgcos θ＝mgsin θ 解得Im＝0.4 A。 (2)由闭合电路的欧姆定律 Em＝Im(R0＋r)＝1.0 V 由法拉第电磁感应定律Em＝BLvm 解得vm＝＝ m/s＝2 m/s。 (3)电路中产生的总焦耳热 Q总＝Q0＝Q0＝2.5 J 由动能定理得 mgxsin θ－μmgxcos θ－Q总＝mvm2 解得杆下滑的距离x＝13.5 m。 答案：(1)0.4 A　(2)2 m/s　(3)13.5 m 14.解析：(1)金属杆进入磁场之前有mgh＝mv12 刚进入磁场时，有 E＝B0Lv1 I＝ F安＝B0IL F安－mg＝ma 可得a＝－g。 (2)进入磁场之前，有 E＝n＝ Q1＝t1 进入磁场之后，由能量守恒，有 mgH＋mv12＝Q2＋m()2 Q＝Q1＋Q2＝＋mg(H＋h)。 答案：(1)－g (2)＋mg(H＋h) 15.解析：(1)设细绳绷直前瞬间S的速度大小为v0，绷直后瞬间S的速度大小为v，则S自由下落过程中，根据动能定理有 mgh＝mv02－0 设绷直瞬间细绳对S的拉力的冲量大小为I，细绳绷直瞬间，对P、S根据动量定理分别有 I＝mv－0 I＝mv0－mv 此后系统机械能转化为电能并最终变成定值电阻产生的热量Q，故有 Q＝2×mv2 解得Q＝4 J。 (2)设S刚进入磁场时受到的安培力大小为F，绳中拉力大小为FT，S的加速度大小为a，安培力为 F＝BIL 通过的电流为I＝ 感应电动势为E＝BLv 对P、S根据牛顿第二定律分别有 mg－FT＝ma FT＋F－mg＝ma 解得a＝2 m/s2。 (3)由上面各式可得v＝2ma 对一小段时间Δt，有vΔt＝2maΔt 故有∑vΔt＝2m∑aΔt 即Δx＝2mΔv 从S进入磁场到P、S速度均减为0的过程中 Δv＝v－0 所以P上升的高度Δx＝ 解得Δx＝2 m。 答案：(1)4 J　(2)2 m/s2　(3)2 m 学科网（北京）股份有限公司 $$