10年高考（2011-2020年）全国II卷物理试题-分项全解全析--专题12 电磁感应（解析版）

10 年高考（2011-2020 年）全国 II 卷物理试题分项全解全析 专题 12 电磁感应 1、全国 II 卷 2020 年高考使用的省份：甘肃、青海、内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁、宁夏、新疆、陕西、 重庆等 10 个省份 2、2011-2020 年全国 II 卷分布情况概况： 考点 年份 题型 题号 分值 2020 年 2019 年 选择题 21 6 分 2018 年 选择题 18 6 分 2017 年 选择题 20 6 分 2016 年 选择题/计算题 20/24 6 分/12 分 2015 年 选择题 15 6 分 2014 年 计算题 25 19 分 2013 年 选择题 16 6 分 2012 年 选择题 19 6 分 电磁感应 2011 年 计算题 24 12 分 3、2011-2020 年全国 II 卷试题赏析： 一、选择题 1、（2019·全国 II 卷·T21）如图，两条光滑平行金属导轨固定，所在平面与水平面夹角为 θ，导轨电阻忽 略不计．虚线 ab、cd 均与导轨垂直，在 ab 与 cd 之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场．将两根 相同的导体棒 PQ、MN 先后自导轨上同一位置由静止释放，两者始终与导轨垂直且接触良好．已知 PQ 进入磁场开始计时，到 MN 离开磁场区域为止，流过 PQ 的电流随时间变化的图像可能正确的是 A. B. C. D. 【答案】AD 【解析】 根据图像可知，设 PQ 进入磁场匀速运动的速度为 v，匀强磁场的磁感应强度为 B，导轨宽度为 L，两根导 体棒的总电阻为 R；根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律可得 PQ 进入磁场时电流 保持不变，根据右手定则可知电流方向 Q→P；如果 PQ 离开磁场时 MN 还没有进入磁场，此时电流为零； 当 MN 进入磁场时也是匀速运动，通过 PQ 的感应电流大小不变，方向相反；如果 PQ 没有离开磁场时 MN 已经进入磁场，此时电流为零，当 PQ 离开磁场时 MN 的速度大于 v，安培力大于重力沿斜面向下的分力， 电流逐渐减小，通过 PQ 的感应电流方向相反； A.图像与分析相符，故 A 正确。 B.图像与分析不符，故 B 错误。 C.图像与分析不符，故 C 错误。 D.图像与分析相符，故 D 正确。 2、（2018·全国 II 卷·T18）如图，在同一平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁 场区域，区域宽度均为 l,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下。一边长为 的正方形金属线框在导轨上 0 BLvI R =向左匀速运动，线框中感应电流 i 随时间 t 变化的正确图线可能是（ ） A. B. C. D. 【答案】D 【解析】试题分析：找到线框在移动过程中谁切割磁感线，并根据右手定则判断电流的方向，从而判断整 个回路中总电流的方向。要分过程处理本题。 第一过程从①移动②的过程中 左边导体棒切割产生的电流方向是顺时针，右边切割磁感线产生的电流方向也是顺时针，两根棒切割产生 电动势方向相同所以 ，则电流为 ，电流恒定且方向为顺时针， 再从②移动到③的过程中左右两根棒切割磁感线产生的电流大小相等，方向相反，所以回路中电流表现为 零，然后从③到④的过程中，左边切割产生的电流方向逆时针，而右边切割产生的电流方向也是逆时针，所以 电流的大小为 ，方向是逆时针 当线框再向左运动时，左边切割产生的电流方向顺时针，右边切割产生的电流方向是逆时针，此时回路中 电流表现为零，故线圈在运动过程中电流是周期性变化，故 D 正确； 故选 D 3、（2017·全国 II 卷·T20）两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直。边长为 0.1 m、总电阻为 0.005 Ω 的正方形导线框 abcd 位于纸面内，cd 边与磁场边界平行，如图（a）所示。已知导线 框一直向右做匀速直线运动，cd 边于 t=0 时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图（b）所 示（感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正）。下列说法正确的是 A．磁感应强度的大小为 0.5 T B．导线框运动速度的大小为 0.5 m/s C．磁感应强度的方向垂直于纸面向外D．在 t=0.4 s 至 t=0.6 s 这段时间内，导线框所受的安培力大小为 0.1 N 【答案】BC 【解析】由 E–t 图象可知，线框经过 0.2 s 全部进入磁场，则速度 ，选项 B 正确； E=0.01 V，根据 E=BLv 可知，B=0.2 T，选项 A 错误；根据楞次定律可知，磁感应强度的方向垂直于纸面向外， 选项 C 正确；在 t=0.4 s 至 t=0.6 s 这段时间内，导线框中的感应电流 ，所受的安培 力大小为 F=BIL=0.04 N，选项 D 错误；故选 BC。 4、（2016·全国 II 卷·T20）法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片 P、Q 分别与圆盘的边缘和铜轴接触，关于流过电阻 R 的电流，下列说法正确的是 A．若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定 B．若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿 a 到 b 的方向流动 C．若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化 D．若圆盘转动的角速度变为原来的 2 倍，则电流在 R 上的热功率也变为原来的 2 倍 【答案】AB 【解析】AB、铜盘转动产生的感应电动势为： ，B、L、ω 不变，E 不变，电流大小恒定不变， 由右手定则可知，回路中电流方向不变，若从上往下看，圆盘顺时针转动，由右手定则知，电流沿 a 到 b 的方向流动，故 AB 正确； C、若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向不变，大小变化，故 C 错误； D、若圆盘转动的角速度变为原来的 2 倍，回路电流变为原来 2 倍，根据 电流在 R 上的热功率也变 为原来的 4 倍，故 D 错误； 0.1 m/s=0.5 m/s0.2 lv t = = 0.01 A 2 A0.005 EI R = = =故选：AB。 5、（2015·全国 II 卷·T15）如图，直角三角形金属框 abc 放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为 B，方向 平行于 ab 边向上．当金属框绕 ab 边以角速度 ω 逆时针转动时，a、b、c 三点的电势分别为 Ua、Ub、Uc．已 知 bc 边的长度为 l．下列判断正确的是（　　） 　 A． Ua＞Uc，金属框中无电流 　 B． Ub＞Uc，金属框中电流方向沿 a﹣b﹣c﹣a 　 C． Ubc=﹣Bl2ω，金属框中无电流 　 D． Ubc=Bl2ω，金属框中电流方向沿 a﹣c﹣b﹣a 【答案】C． 【解析】AB、导体棒 bc、ac 做切割磁感线运动，产生感应电动势，根据右手定则，感应电动势的方向从 b 到 c，或者说是从 a 到 c，故 Ua=Ub＜Uc，磁通量一直为零，不变，故金属框中无电流，故 A 错误，B 错误； CD、感应电动势大小 =Bl（ ）=Bl2ω，由于 Ub＜Uc，所以 Ubc=﹣Bl2ω，磁通量一直为零，不变， 金属框中无电流，故 C 正确，D 错误； 6、（2013•全国卷Ⅱ•T16）如图，在光滑水平桌面上有一边长为 L、电阻为 R 的正方形导线框；在导线框右 侧有一宽度为 d（d＞L）的条形匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的一边平行，磁场方向竖直向下。导线 框以某一初速度向右运动。t＝0 时导线框的右边恰与磁场的左边界重合，随后导线框进入并通过磁场区域。 下列 v﹣t 图象中，可能正确描述上述过程的是（　　）A． B． C． D． 【答案】D 【解析】线圈以一定初速度进入磁场，则感应电动势为：E＝BLv 闭合电路欧姆定律，则感应电流为： 安培力为： 由牛顿第二定律为：F＝ma 则有： 由于 v 减小，所以 a 也减小，当完全进入磁场后，不受到安培力，所以做匀速直线运动，当出磁场时， 速度与时间的关系与进入磁场相似。 而速度与时间的斜率表示加速度的大小，因此 D 正确，ABC 错误； 故选：D。 7、（2012·课标全国卷·T19）如图，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与磁场边 缘重合；磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里，磁感应强度大小为 B0.使该线框从静止开始绕过圆心 O、垂直 于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周，在线框中产生感应电流．现使线框保持图中所示位置，磁感应强 度大小随时间线性变化．为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的变化率 ΔB Δt 的大小应为(　　) A. 4ωB0 π 　　　　B. 2ωB0 π C. ωB0 π D. ωB0 2π 【答案】C　 【解析】当导线框在磁场中转动时，产生的感应电动势为 E＝ 1 2B0R2ω，当导线框在磁场中不转动而磁场变化 时，产生的感应电动势为 E＝ ΔB Δt· 1 2πR2，故 ΔB Δt＝ ωB0 π ，C 正确．二、计算题 8、（2016·全国 II 卷·T24）如图，水平面（纸面）内间距为 l 的平行金属导轨间接一电阻，质量为 m、长 度为 l 的金属杆置于导轨上。t=0 时，金属杆在水平向右、大小为 F 的恒定拉力作用下由静止开始运动，t0 时刻，金属杆进入磁感应强度大小为 B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，且在磁场中恰好能保持匀速 运动。杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为 μ。重力加速 度大小为 g。求： （1）金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小； （2）电阻的阻值。 【答案】（1） （2） 【解析】（1）根据牛顿第二定律：F﹣μmg＝ma…① 刚进磁场时的速度： …② 感应电动势为： …③ 解得： …④ （2）根据右手定则，导体棒中的电流向上，由左手定则知安培力水平向左 匀速运动受力平衡：F＝μmg+BI′l…⑤ 回路电流为： …⑥ 得： …⑦ 0 ( )Blt F mg m µ− 2 2 0B l t m答：（1）金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小为 ； （2）电阻的阻值为 。 9、（2014·全国 II 卷·T25）半径分别为 r 和 2r 的同心圆形导轨固定在同一水平面上，一长为 r，质量为 m 且质量分布均匀的直导体棒 AB 置于圆导轨上面，BA 的延长线通过圆导轨的中心 O，装置的俯视图如图所示； 整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为 B，方向竖直向下；在内圆导轨的 C 点和外圆导轨的 D 点 之间接有一阻值为 R 的电阻（图中未画出）。直导体棒在水平外力作用下以角速度 ω 绕 O 逆时针匀速转动， 在转动过程中始终与导轨保持良好接触。设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为 μ，导体棒和导轨的电阻均可 忽略，重力加速度大小为 g，求：（1）通过电阻 R 的感应电流的方向和大小；（2）外力的功率。 【答案】（1）通过电阻 R 的感应电流的方向：C→D，大小： ； （2）外力的功率为 μmgωr+ ． 【解析】（1）AB 中感应电动势的大小为 E＝ B（2r）2ω﹣ Br2ω＝1.5Br2ω， 感应电流大小：I＝ ＝ ； 由右手定则判断可知，感应电流的方向是从 B 端流向 A 端，所以通过电阻 R 的电流方向为：C→D． （2）设导体棒克服摩擦力做功的功率为 P， 在竖直方向有：mg﹣N＝0，由于质量分布均匀，内、外圆导轨对导体棒的正压力相等，故两导轨对导体棒的摩擦力均为 f＝ μmg， 所以 P＝f ＝μmg× （2r+r）ω＝ μmgωr， 电功率：P 电＝I2R＝ ， 由能量守恒定律得：P 外＝P+P 电， 解得：P 外＝ μmgωr+ ． 答：（1）通过电阻 R 的感应电流的方向：C→D，大小： ； （2）外力的功率为 μmgωr+ ． 10、（2011·大纲全国卷·T24）如图，两根足够长的金属导轨 ab、cd 竖直放置，导轨间距离为 L1 电阻不计。 在导轨上端并接两个额定功率均为 P、电阻均为 R 的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度方向与 导轨所在平面垂直。现将一质量为 m、电阻可以忽略的金属棒 MN 从图示位置由静止开始释放。金属棒下 落过程中保持水平， 且与导轨接触良好。已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为 g。求： （1）磁感应强度的大小； （2）灯泡正常发光时导体棒的运动速率。 【答案】（1）mg 2L R P ；（2）2P mg 【解析】（1）设小灯泡的额定电流 I0，有：P＝I02R ① 由题意，在金属棒沿着导轨竖直下落的某时刻后，小灯泡保持正常发光，流经 MN 的电流为 I＝2I0 ②此时刻金属棒 MN 所受的重力和安培力相等，下落的速度达到最大值，有 mg＝BLI ③ 联立①②③式得 B＝mg 2L R P ④ （2）设灯泡正常发光时，导体棒的速率为 v，由电磁感应定律与欧姆定律得 E＝BLv ⑤ E＝RI0 ⑥ 联立①②④⑤⑥式得 v＝2P mg ⑦