2020届高三全国名校联考12月月考物理电磁感应试题及答案

2020 届高三全国名校联考 12 月月考物理电磁感应试题及答案 1、（2020·广西省名校高三上学期 12 月模拟）图甲是置于水平面上的质量M=1.0kg 的绝缘板，它与水平面间动摩擦因 数 =0.10。位于磁场中的正方形金属框 abcd 为动力源，其质量 m=1.0kg，边长 L=1.0m，电阻 ，金属框与绝 缘板间的动摩擦因数 =0.40， 为 ad、bc 的中线，在金属框内有可随金属框同步移动的磁场， 区域内磁场 的磁感应强度 B1 随时间 t 变化如图乙所示，cd 边恰好在磁场边缘以外； 区域内磁场的磁感应强度 B2 随时间/变 化如图丙所示，ab 边恰好在磁场边缘以内。若认为金属框与绝缘板、绝缘板与地面间最大静摩擦力均等于滑动摩擦力， 重力加速度 g=10m/s2，从 t=0 时刻由静止释放金属框，则释放金属框瞬间（　　） A. 金属框产生 感应电动势为 1.0V B. 金属框受到的安培力大小为 8.0N C. 若金属框不固定，金属框的加速度大小为 4m/s2 D. 若金属框固定在绝缘板上，其加速度大小为 6m/s2 【答案】BC 【解析】 A．根据法拉第电磁感应定律有 故 A 错误； B．回路中的电流为 根据楞次定律可知，感应电流的方向为 adcba，由左手定则可知，cd 和 ab 边所受安培力的方向均向右，ad 和 bc 边受 的 1 µ 1 Ω16R = 2 µ oo′ oo cd′ oo ba′ 21 1 1 V 0.5V1 2 BE St ∆= = × × =∆ 0.5 A 8A1 16 EI R = = =到的安培力等大方向，故金属框受到的安培力为 故 B 正确； C．若金属框不固定，对金属框受力分析，则金属框 加速度 故 C 正确； D．若金属框固定在绝缘板上，整体受力分析，根据牛顿第二定律有 ， 代入数据解得 故 D 错误。 故选 BC。 2、（2020·高三上学期 12 月月考）如图所示，纸面内直角坐标系 xOy 的 y 轴右侧有一菱形区域 Obcd， Oc 与 x 轴重合，Oc 的长度是 bd 的长度的两倍．菱形区域内有方向垂直于纸面的两个匀强磁场，磁感应强度等大反向， bd 为两磁场的分界线．现有一中心在 x 轴上的正方形线框 ABCD，它的 BC 边与 y 轴平行，长度与 bd 的长度相同，均 为 ．现线框以大小为 的速度沿 x 轴正方向匀速运动，以逆时针方向为感应电流的正方向，则线框在磁场中运动时， 线框中通过的感应电流 随时间 的变化关系图象可能为 A. B. 的 1 2 0 8 1N 1 8 1N 8NF B Il B Il= + = × × + × × = 2 22 1 8 0.4 1 10 m/s 4m/s1 F mga m µ− − × ×= = = ( )F f M m a− = + 1( )f M m gµ= + 23m/sa = l v i tC. D. 【答案】D 【解析】 线圈在进入磁场的过程中，磁通量增加，根据楞次定律可知，感应电流的方向沿逆时针方向，为正值，从线圈开始运 动，到 BC 边运动到 bd 位置的过程中，切割的有效长度均匀增大，感应电动势均匀增大，则感应电流均匀增大，该段 时间为 ；之后 AD 和 BC 棒分别在 obd 和 bcd 区域做切割磁感线运动，AD 棒切割磁感线运动产生的感应电流 方向为顺时针，BC 棒产生的感应电流方向也为顺时针，故电路中的电流方向为顺时针方向，有效长度之和为 不变， 故回路总电动势 不变，感应电流顺时针不变，该段时间为 ；运动 L 后，BC 棒出磁场，AD 边在 bcd 区域中做切 割磁感线运动，产生的感应电流方向为逆时针，且其做切割磁感线运动的有效长度均匀减小，感应电动势均匀减小， 则感应电流均匀减小，最后减小为零，该段时间 ，故选项 D 正确，ABC 错误． 3、（2020·高三上学期 12 月月考）如图 1 为示波管的原理图．若在 XX′上加上如图 2 所示的扫描电压， 在 YY′上加如图 3 所示的信号电压，则在荧光屏上会看到的图形是 A. B. 1 lt v = l Blv l v 2 lt v =C. D. 【答案】A 【解析】 示波管的 YY′偏转电压上加的是待显示的信号电压，XX′偏转电极通常接入锯齿形电压，即扫描电压，当信号电压与扫 描电压周期相同时，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内的稳定图象；图 2 中 XX′偏转电极接入的是锯齿形 电压，即扫描电压，且周期与 YY′偏转电压上加的待显示的信号电压相同，所以在荧光屏上得到的信号是一个周期内的 稳定图象．显示的图象与 YY′所载入的图象形状是一样的，A 正确． 4、（2020·黑龙江牡丹江市一中高三上学期 12 月月考）一直升飞机停在南半球的某地上空，该处地磁场有竖直方向的 分量，其分量大小为 B，直升飞机螺旋桨叶片的长度为 l，螺旋桨转动的频率为 f，从上往下的方向看螺旋桨，螺旋桨 按顺时针方向转动，螺旋桨叶片的近轴端为 a，远轴端为 b，如图所示，如果忽略 a 到转轴中心线的距离，用 表示每 个叶片中的感应电动势，则( ) A. ，且 a 点电势低于 b 点电势 B. ，且 a 点电势低于 b 点电势 C. ，且 a 点电势高于 b 点电势 D. ，且 a 点电势高于 b 点电势 【答案】C 【解析】 ε 2fl Bε π= 22 fl Bε π= 2fl Bε π= 22 fl Bε π=顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动，若俯视，则叶片逆时针转动切割磁感线，根据右手定则，a 点 电势高于 b 点电势，由公式 所以电动势为 故 C 正确。 5、（2020·江苏省苏州市五校高三上学期 12 月联考）“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行 业的产品封口环节中，如图所示为一手持式封口机，它的工作原理是：当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线 穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在承封容 器的封口处，达到迅速封口的目的.下列有关说法正确的是( ) A. 封口材料可用普通塑料来代替铝箔 B. 该封口机可用干电池作为电源以方便携带 C. 封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的频率来解决 D. 该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口但不适用于金属容器 【答案】CD 【解析】 AB.由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必修是交流电，故 A、B 错误； C.减小内置线圈中所通过电流的频率可以降低封口过程中产生的热量，即控制温度，故 C 正确； D.封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则同样被熔化，只能是玻璃、塑料等材质，故 D 正 确。 6、2020·黑龙江牡丹江市一中高三上学期 12 月月考）在如图所示的电路中，螺线管匝数 n＝1500，横截面积 S＝ 2v l lfω π= = 21 1 2π π2 2E Blv Bl fl fl B= = × =20cm2，螺线管导线电阻 r＝1.0Ω，R1＝4.0Ω，R2＝5.0Ω，电容器电容 C＝30μF。在一段时间内，穿过螺线管的磁场的 磁感应强度 B 按图所示的规律变化。则下列说法中正确的是（ ） A. 螺线管中产生的感应电动势为 1.2V B. 闭合电键，电路中的电流稳定后电容器上极板带正电 C. 电路中的电流稳定后，电阻 R1 的电功率为 5×10－2W D. 电键断开，流经电阻 R2 的电荷量为 1.8×10－5C 【答案】AD 【解析】 A．根据法拉第电磁感应定律 解得 故 A 正确； B．根据楞次定律，可知，螺线管下端带正极，因此闭合开关，电路中的电流稳定后电容器下极板带正电，故 B 错误； C．根据全电路欧姆定律，有 根据 解得 S BE n nt t ∆Φ ∆= =∆ ∆ 1.2VE = 1 2 0.12AR R r EI + += = 2 1P I R= 25.76 10 WP −= ×故 C 错误； D．电键断开后，流经 R2 的电量即为 S 闭合时 C 板上所带的电量 Q，电容器两端的电压 流经 R2 的电量 故 D 正确。 故选 AD。 7、（2020·黑龙江牡丹江市一中高三上学期 12 月月考）如图所示，在水平面（纸面）内有三根相同的金属棒 ab、 ac 和 MN,其中 ab、 ac 在 a 点接触，构成“V"字型导轨．导轨所在空间存在垂直于纸面的均匀磁场．用力使 MN 从点 由 a 点静止开始做匀加速直线运动，运动中 MN 始终与∠bac 的角平分线垂直且和导轨保持良好接触， MN 与 ab、 ac 的交点分别为 P、Q．关于回路中的电流 i 及 P、Q 间的电压绝对值 U 与时间 t 的关系图线，下列可能正确的是 A. A B. B C. C D. D 【答案】AC 【解析】 设∠bac=2θ， 导 体 单 位 长 度 的 电 阻 为 r， 金 属 棒 的 加 速 度 为 a, 则 经 时 间 t， 导 体 切 割 磁 感 线 的 有 效 长 度 2 0.6VU IR= = 51.8 10 CQ CU −= = ×， 电 动 势 ； 回 路 的 电 流 ： ， 故 选 项 C 正 确 ； P 、 Q 间 的 电 压 绝 对 值 ，故选项 A 正确，B 错误；故选 AC． 【点睛】此题是对法拉第电磁感应定律及闭合电路的欧姆定律的考查；关键是能找出导体中的电流 I 和导体棒两端电压 的表达式才能决定图像的形状；注意搞清内外电路． 8、（2020·黑龙江牡丹江市一中高三上学期 12 月月考）如图（甲）所示，平行光滑金属导轨水平放置，两轨相距 L=0.4m，导轨一端与阻值 R=0.3Ω 的电阻相连，导轨电阻不计．导轨 x＞0 一侧存在沿 x 方向均匀增大的恒定磁场，其 方向与导轨平面垂直向下，磁感应强度 B 随位置 x 变化如图（乙）所示．一根质量 m=0.2kg、电阻 r=0.1Ω 的金属棒置 于导轨上，并与导轨垂直，棒在外力 F 作用下从 x=0 处以初速度 v0=2m/s 沿导轨向右变速运动，且金属棒在运动过程 中受到的安培力大小不变．下列说法中正确的是（ ） A. 金属棒向右做匀减速直线运动 B. 金属棒在 x=1m 处的速度大小为 0.5m/s C. 金属棒从 x=0 运动到 x=1m 过程中，外力 F 所做的功为-0.175J D. 金属棒从 x=0 运动到 x=2m 过程中，流过金属棒的电量为 2C 【答案】BCD 【解析】 试题分析：根据图象得 函数关系式 ，金属棒向右运动切割磁感线产生感应电动势 ，感应 电 流 ， 安 培 力 ， 解 得 2 212 tan tan2L at atθ θ= ⋅ = 2 3 tanE BLat Ba t θ= = 2 3 2 2 tan tan 1 1(tan )2 cos( tan 2 )cos E Ba t Bai t tR at r r at θ θ θ θθ θ = = = ∝ + + × 2 2 2 3 3 1 tan tan2(2 ) 1cos cos sin 1(tan )cos at Bat at r Ba tU i r t r θ θ θ θ θθ θ = × = ⋅ = ∝++ B x− 0.5 0.5B x= + E BLv= E BLvI R r R r = =+ + 2 2BLv B L vF BIL B LR r R r = = =+ +安，根据匀变速直线运动的速度位移公式 ，如果是匀变速 直线运动， 与 x 成线性关系，而由上式知，金属棒不可能做匀减速直线运动，故 A 错误；根据题意金属棒所受的安 培力大小不变， 处与 处安培力大小相等，有 ，即 ，故 B 正确；金属棒在 处的安培力大小为 ，对金属棒金属棒从 运动到 m 过程中，根据动能定理有 ，代入数据 ，解得 ，故 C 正确；根据感应电量公式 ， 到 过程中，B-x 图象包围的面积 ， ，，故 D 正确 考点：考查了导体切割磁感线运动 【名师点睛】考查法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力的大小公式、做功表达式、动能定理等的规律的 应用与理解，运动过程中金属棒所受的安培力不变，是本题解题的突破口，注意 B-x 图象的面积和 L 的乘积表示磁通 量的变化量． 9、（2020·高三上学期 12 月月考）如图所示，在磁感应强度大小为 B、方向竖直向下的匀强磁场中， 固定有半径分别为 L、2L 的两个水平同心圆导轨。L 形棒 OCA 是由绝缘木棒 OC 与金属棒 CA 固定在一起的， OC⊥CA，棒 AC 绕圆心 C 以角速度 ω 顺时针匀速转动，棒 AC 始终与圆轨道接触良好。间距为 L 且足够长的两个固 定平行导轨 D1E1、D2E2 与水平面的夹角均为 θ，处于磁感应强度大小为 2B、方向与 D1E1E2D2 平面垂直向上的匀强磁 场中，D1E1、D2E2 分别用电刷（未画出）与大、小圆轨道连接。质量为 m、长为 L 的金属棒 XY 放在 D1E1、D2E2 上。 已知 XY 棒的电阻为 r，棒 AC 接入电路的阻值为 r，滑动变阻器 R 的最大阻值为 3r，其它电阻不计，一切摩擦和空气 阻力均不计，重力加速度为 g。 （1）求棒 CA 产生的感应电动势 E； （2）若开关 S1 闭合，S2 断开，求滑动变阻器的最大功率 Pm； （3）若开关 S1 断开，S2 闭合，棒 XY 由静止释放，始终与导轨垂直且接触良好，求棒 XY 下滑过程中的最大速度 Vm 以 及某段时间 Δt（很短）内通过棒 XY 某一横截面的最大电荷量 qm。 ( ) 2 2 2 2 2 0.4 10 (0.5 0.5 ) 0 4 ( 1) F R r F Fv B L x x += = =+ × + 安 安 安 ． 2 2 0 2v v ax− = 2v 0x = 1x = 2 2 2 2 0 0 1 1B L v B L v R r R r =+ + 2 2 0 0 1 2 2 1 0.5 2 0.5 /1 B vv m sB ×= = = 0x = 2 2 2 2 0 0 0 5 0 4 2 0.2N0.4 B L vF R r × ×= = =+安 ． ． 0x = 1x = 2 2 1 0 1 1 2 2FW F x mv mv− ⋅ = −安 2 21 10.2 1 0.2 0 5 0.2 22 2FW − × = × × − × ×． 0.175JFW = − Bxq LR r R r ∆Φ ∆= =+ + 0x = 2x m= 0.5 1.5 2 22B x +∆ ⋅ = × = 2 0.4 2C0.4q R r ∆Φ ×= = =+【答案】（1） （2） ；（3） 【解析】 (1) 金属棒产生的感应电动势为： (2) 若开关 S1 闭合，S2 断开，当滑动变阻器阻值等于内阻时，消耗功率最大，此时回路电流 滑动变阻器消耗的最大功率 联立解得： (3)当开关 S1 断开，S2 闭合，导体棒受重力、支持力与安培力，当达到下滑过程中的最大速度时，处于平衡状态 回路总电动势 回路电流 23 2 BL ω 2 4 29 16 B L r ω 2 2 sin 3 2 4 mgr LB L θ ω− sin 2 mg t BL θ∆ 21 1 32 (0 2 ) (0 )2 2 2E B L L B L L BLω ω ω= × × + − × × + = 2 EI r = 2P I r= 2 4 29 16 B LP r ω= sinmg Fθ = 安 23' 22 mE BL BLvω= + '' 2 EI r =安培力 联立解得： 当速度最大时，某段时间 Δt（很短）内通过棒 XY 某一横截面的电荷量最大 10、（2020·陕西省高三第一次模拟考试）图中 MN 和 PQ 为竖直方向的两个无限长的平行直金属导轨，间距 为 L，电阻不计．导轨所在平面与磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直．质量为 m、电阻为 r 的金属杆 ab 始终垂直于导轨， 并与其保持光滑接触，导轨一端接有阻值为 R 的电阻．由静止释放导体棒 ab，重力加速度为 g． （1）在下滑加速过程中，当速度为 v 时棒的加速度是多大； （2）导体棒能够达到的最大速度为多大； （3）设 ab 下降的高度为 h，求此过程中通过电阻 R 的电量是多少？ 【答案】（1） ;（2） ；（3） 【解析】 （1）导体棒受到的安培力 2F BIL=安 2 2 sin 3 2 4m mgrv LB L θ ω= − sin' 2m mg tq I t BL θ∆= ∆ = ( ) 2 2B L va g m R r = − + ( ) 2 2 mg R rv B L += BLhq R r = + 2 2B L vF BIL R r = = +由牛顿第二定律得 解得 导体棒向下加速运动，速度 v 增大，加速度 a 减小，即导体棒做加速度减小的加速运动，当安培力与重力相等时，导 体棒做匀速直线运动； （2）当导体棒做匀速运动时，速度最大，由平衡条件得 解得 ； （3）由法拉第电磁感应定律得感应电动势的平均值为： 感应电流的平均值为 电荷量 解得 11、（2020·江苏省苏州市五校高三上学期 12 月联考）如图所示，质量为 m、电阻为 R 的单匝矩形线框置于光滑水平 2 2B L vmg maR r − =+ ( ) 2 2B L va g m R r = − + 2 2B L vmg R r = + ( ) 2 2 mg R rv B L += BLhE t t ∆Φ= =∆ ∆ EI R r = + q I t= ∆ BLhq R r = +面上，线框边长 ab=L、ad=2L．虚线 MN 过 ad、bc 边中点．一根能承受最大拉力 F0 的细线沿水平方向拴住 ab 边中点 O．从某时刻起，在 MN 右侧加一方向竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小按 B=kt 的规律均匀变化.一段时间后，细 线被拉断，线框向左运动，ab 边穿出磁场时的速度为 v. 求： （1）细线断裂前线框中的电功率 P； （2）细线断裂后瞬间线框的加速度大小 a 及线框离开磁场的过程中安培力所做的功 W； （3）线框穿出磁场过程中通过导线截面 电量 q． 【答案】（1） （2） ； （3） 【解析】 （1）根据法拉第定律 ，电功率 （2）细线断裂瞬间安培力 （没有说明，直接代入下面公式也给分） 线框的加速度 线框离开磁场过程中，由动能定理 （3）设细线断裂时刻磁感应强度为 B1，则有 其中 线圈穿出磁场过程 的 2 4k LP R = 0Fa m = 21 2W mv= 0Fq kL = 2 2BE L kLt t φ∆ ∆= = =∆ ∆ 2 2 4E k LP R R = = A 0=F F 0A= = FFa m m 21 2W mv= 1 0ILB F= 2E kLI R R = = 2 1B LE t t φ∆= =∆ ∆电流 通过的电量 解得 12、（2020·山东省威海市文登区高三上学期期末）如图所示，两足够长的光滑平行金属导轨 MN、PQ 水平放置，导 轨间距为 L，虛线 OO'垂直导轨，OO'两侧导轨所在空间区域存在着磁感应强度大小均为 B 的方向相反的竖直匀强磁场， 两长度均为 L、电阻均为 R、质量均为 m 的金属导体棒 a、b 垂直导轨放在 OO'左右两侧，并与导轨保持良好接触，不 计其他电阻。现给导体棒 a 一个瞬时冲量，使 a 获得一个水平向右的初速度 ，下列关于 a、b 两棒此后整个运动过程 的说法正确的是（　　） A. a、b 两棒组成的系统动量守恒 B. a、b 两棒最终都将以大小为 速度做匀速直线运动 C. 整个过程中，a 棒上产生的焦耳热为 D. 整个过程中，流过 a 棒的电荷量为 【答案】BCD 【解析】 A．由题意可知，a、b 两棒中的电流大小相等，由左手定则可知，安培力方向相同，则系统的合力不为 0，系统动量不 守恒，故 A 错误； B．由题意分析可知，a 棒向右做减速运动切割磁感线，b 棒向左加速运动切割磁感线，当两棒速度相等时回路中的电 流为 0，分别对两棒应用动量定理且取向左为正方向，有 的 EI R = q I t= ∆ 0Fq kL = 0v 0 2 v 2 0 1 8 mv 0 2 mv BL Ft = mv解得 故 B 正确； C．由能量守恒可得 解得 故 C 正确； D．对 a 棒由动量定理且取向右为正方向 即 解得 故 D 正确。 故选 BCD。 0( ) ( )Ft m v m v= − − − 0 2 vv = 2 2 0 1 12 22 2 amv mv Q= × + 2 0 1 8aQ mv= 0BitL mv mv− = − 0BqL mv mv= − 0 2 mvq BL =