法拉第电磁感应定律及其应用 专项训练-2027届高三物理一轮复习

法拉第电磁感应定律及其应用-2027届高三物理一轮复习同步练习 姓名： 班级： 学号： 基础对点练 题组一　法拉第电磁感应定律 1.（2026江西九江期中）如图所示，匀强磁场磁感应强度大小为B、方向垂直于水平面向里，半径为R的半圆形金属丝在水平面内以速度v做匀速直线运动，速度方向与半圆形金属丝直径ab垂直，运动中a、b间的电势差Uab为（　　） A.2BRv B.πBRv C.－2BRv D.－πBRv 2.（2024福建卷）拓扑结构在现代物理学中具有广泛的应用。现有一条绝缘纸带，两条平行长边镶有铜丝，将纸带一端扭转180°，与另一端连接，形成拓扑结构的莫比乌斯环，如图所示。连接后，纸环边缘的铜丝形成闭合回路，纸环围合部分可近似为半径为R的扁平圆柱。现有一匀强磁场从圆柱中心区域垂直其底面穿过，磁场区域的边界是半径为r的圆（r < R）。若磁感应强度大小B随时间t的变化关系为B＝kt（k为常量），则回路中产生的感应电动势大小为（　　） A.0 B.kπR2 C.2kπr2 D.2kπR2 3.（多选）（2025广东卷）一种精确测量质量的装置原理示意图如图所示，竖直平面内，质量恒为M的称重框架由托盘和矩形线圈组成。线圈的一边始终处于垂直于线圈平面的匀强磁场中，磁感应强度不变。测量分两个步骤，步骤①：托盘内放置待测物块，其质量用m表示，线圈中通大小为I的电流，使称重框架受力平衡；步骤②：线圈处于断开状态，取下物块，保持线圈不动，磁场以速率v匀速向下运动，测得线圈中感应电动势为E。利用上述测量结果可得出m的值，重力加速度为g。下列说法正确的有（　　） 步骤① 步骤② A.线圈电阻为 B.I越大，表明m越大 C.v越大，则E越小 D.m＝－M 题组二　自感和涡流　电磁阻尼和电磁驱动 4.（2025江苏常州二模）关于电磁感应的四张图，下列说法不正确的是（　　） 甲 乙 丙 丁 A.甲图，真空炉内待冶炼的金属中产生涡流，使金属自身熔化 B.乙图，转动蹄形磁体，会观察到放在下方的铝框同向转动 C.丙图，强磁体从有竖直裂缝的铝管中下落，铝管内不会产生感应电动势 D.丁图，磁体向右平移，桌面上静止的金属圆环有向右运动的趋势 5.（2025江西南昌模拟）如图所示，感应加热表面淬火是利用电磁感应原理，将工件置于感应线圈中，向线圈通入交变电流时，工件中将出现涡流，在很短时间内，工件表面温度可以达到淬火温度，随后立即冷却使工件淬火。下列关于工件加热过程说法正确的是（　　） A.工件中磁通量保持不变 B.工件中出现的涡流方向不变 C.工件中出现的是交变电流，其频率小于感应线圈中通入交变电流的频率 D.在感应线圈中通入的交变电流峰值不变的情况下，频率越高，工件中的感应电流越大 综合提升练 6.（2025广东广州期中）如图甲所示，螺线管匝数n＝100，横截面积S＝0.01 m2，螺线管导线电阻r＝1 Ω，电阻R＝9 Ω。螺线管内部区域存在水平方向的匀强磁场，以水平向右为正方向，磁感应强度大小B随时间t变化的图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　） 甲 乙 A.回路中感应电流逐渐增大 B.0~2 s内回路中的电流为0.06 A C.C、D两点间的电势差为0.06 V D.0~2 s内电阻R两端的电压为0.06 V 7.（2025江苏南京模拟）如图，“”形导线框置于磁感应强度大小为B、水平向右的匀强磁场中。线框相邻两边均互相垂直，各边长均为l。线框绕 b、e所在直线以角速度ω顺时针匀速转动，be与磁场方向垂直。t＝0时，abef与水平面平行，则（　　） A.t＝0时，电流方向为afedcba B.t＝0时，感应电动势为Bl2ω C.t＝时，感应电动势为0 D.t＝0到t＝过程中，感应电动势平均值为0 8.(2024浙江6月选考)如图所示,边长为1 m、电阻为0.04 Ω的刚性正方形线框abcd放在匀强磁场中,线框平面与磁场B垂直。若线框固定不动,磁感应强度以=0.1 T/s均匀增大时,线框的发热功率为P;若磁感应强度恒为0.2 T,线框以某一角速度绕其中心轴OO'匀速转动时,线框的发热功率为2P,则ab边所受最大的安培力为(　　) A. N B. N C.1 N D. N 9.(16分)(2025天津模拟)在如图甲所示的电路中,螺线管匝数n=150,螺线管导线电阻r=1.0 Ω,R1=4.0 Ω,R2=5.0 Ω,C=30 μF,在一段时间内,穿过螺线管的磁场的磁通量φ按如图乙所示的规律变化,螺线管内的磁场B的方向以向下为正方向。闭合开关S,电路稳定后,求: 甲 乙 (1)a、b两点的电势差大小U; (2)电阻R2的电功率P; (3)电容器上极板所带的电性和电荷量。 培优拔高练 10.（19分）（2023广东卷）光滑绝缘的水平面上有垂直平面的匀强磁场，磁场被分成区域Ⅰ和Ⅱ，宽度均为h，其俯视图如图甲所示，两磁场磁感应强度随时间t的变化如图乙所示，0~τ时间内，两区域磁场恒定，方向相反，磁感应强度大小分别为2B0和B0，一电阻为R、边长为h的刚性正方形金属框abcd平放在水平面上，ab、cd边与磁场边界平行。t＝0时，线框ab边刚好跨过区域Ⅰ的左边界以速度v向右运动。在τ时刻，ab边运动到距区域Ⅰ的左边界处，线框的速度近似为零，此时线框被固定，如图甲中的虚线框所示。随后在τ~2τ时间内，区域Ⅰ磁感应强度线性减小到0，区域Ⅱ磁场保持不变；2τ~3τ时间内，区域Ⅱ磁感应强度也线性减小到0。求： 甲 乙 （1）t＝0时线框所受的安培力F； （2）t＝1.2τ时穿过线框的磁通量Φ； （3）2τ~3τ时间内，线框中产生的热量Q。 答案： 1.C　解析 金属丝切割磁感线的有效长度为2R，结合右手定则可知，运动中a、b间的电势差为Uab＝－BL有v＝－2BRv，故选C。 2.C　解析 设回路中产生的感应电动势大小为ε，莫比乌斯环边缘的导体回路相当于两匝线圈串联，即匝数n＝2。由法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势与穿过回路的磁通量变化率成正比，ε＝n＝nS，其中S为垂直穿过莫比乌斯环的磁场面积，S＝πr2，由题意可知＝k，解得ε＝2kπr2，故选项C正确，选项A、B、D错误。 3.BD　解析 根据题意，电动势E是线圈断开时切割磁感线产生的感应电动势，I为线圈闭合时通入的电流，故不是线圈的电阻，故A错误；根据平衡条件有（M＋m）g＝BIL，可知I越大，m越大，故B正确；根据公式有E＝BLv，可知v越大，E越大，故C错误；由上述分析，可得m＝－M，故D正确。 4.C　解析 甲图，真空炉内通入高频电流后，待冶炼的金属中产生涡流，使金属自身熔化，A正确；乙图，转动蹄形磁体，根据电磁驱动可知，会观察到放在下方的铝框同向转动，B正确；丙图，强磁体从有竖直裂缝的铝管中下落，磁通量发生变化，铝管内会产生感应电动势，C错误；丁图，根据 “来拒去留”，则磁体向右平移，桌面上静止的金属圆环有向右运动的趋势，D正确。 5.D　解析 根据楞次定律，工件中出现涡流，磁通量必然变化，故A错误；由于感应线圈中通入的是交变电流，根据楞次定律可得工件中出现的涡流方向周期性变化，工件中出现的是交变电流，其频率等于感应线圈中通入交变电流的频率，故B、C错误；根据法拉第电磁感应定律，在峰值不变的情况下，可得感应线圈中通入交变电流的频率越高，磁通量的变化率越大，感应电动势越大，感应电流越大，故D正确。 6.B　解析 由题图乙可知，磁感应强度大小B随时间均匀变化，根据E＝n＝nS，I＝可知，回路中感应电动势保持不变，回路中感应电流保持不变，故A错误；根据法拉第电磁感应定律可得E＝n＝nS＝100××0.01 V＝0.6 V，I＝＝0.06 A，C、D两点间的电势差等于电阻R两端的电压，均为U＝IR＝0.54 V，故B正确，C、D错误。 7.B　解析 线框旋转切割磁感线产生电动势的两条边为cd 和af，t ＝0时刻cd边速度与磁场方向平行，不产生电动势，因此此时只有af 边切割磁感线产生电动势，由右手定则可知电流方向为 abcdefa，电动势为E＝Blv＝Bl2ω，A错误，B正确；t＝时，线框旋转180°，此时依旧只有af 边切割磁感线产生电动势，感应电动势仍为E＝Bl2ω，C错误；t＝0到t＝过程中，线框abef的磁通量变化量为零，线框bcde的磁通量变化量为ΔΦ＝2BS＝2Bl2，由法拉第电磁感应定律，可得平均电动势为E＝，D错误。 8.C　解析 磁场均匀增大时,线框中产生的感应电动势为E=S=0.1 V,可得P==0.25 W,线框以某一角速度ω绕其中心轴OO'匀速转动时电动势的最大值为Em=BSω,此时有2P==0.5 W,解得ω=1 rad/s,分析可知当线框平面与磁场方向平行时感应电流最大为Im==5 A,故ab边所受最大的安培力为F安m=BImL=1 N,故选C。 9.答案 (1)27 V　(2)45 W　(3)带负电,4.5×10-4 C 解析 (1)根据法拉第电磁感应定律可得E=n=150× V=30 V 由闭合电路欧姆定律可得电流为I==3 A 则a、b两点的电势差大小为U=I(R1+R2)=27 V。 (2)电阻R2的电功率为P=I2R2=45 W。 (3)根据楞次定律可知,线圈中感应电流方向为从a流向b,所以b点的电势高于a点的电势,则电容器上极板带负电,电容器两端电压为U2=IR2=15 V 则电容器上极板所带的电荷量为Q=CU2=30×10-6×15 C=4.5×10-4 C 所以电容器上极板所带的电荷量为-4.5×10-4 C。 10.答案 （1），方向水平向左　（2），方向垂直纸面向里　（3） 解析 （1）由图可知，t＝0时线框切割磁感线的感应电动势为E＝2B0hv＋B0hv＝3B0hv，则感应电流大小为I＝，所受的安培力为F＝2B0h＋B0h＝，方向水平向左。 （2）在τ时刻，ab边运动到距区域Ⅰ的左边界处，线框的速度近似为零，此时线框被固定，则t＝1.2τ时穿过线框的磁通量为Φ＝1.6B0h·h－B0h·h＝，方向垂直纸面向里。 （3）2τ~3τ时间内，区域Ⅱ磁感应强度线性减小到0，则有E'＝，感应电流大小为I'＝，则2τ~3τ时间内，线框中产生的热量为Q＝I'2Rt＝。 学科网（北京）股份有限公司 $