专辑13 电磁感应（一）-2021年高考上海市高三下学期5月二模物理试题汇编（解析版）

2021 年高考上海市高三下学期 5 月二模物理试题汇编 专题 13 电磁感应（一） 1、（2021·上海市徐汇区高三下学期 5 月二模）如图所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合线圈，则 流过表 的感应电流方向是（ ） A. 始终由 a 流向 b B. 先由 a 流向 b，再由 b 流向 a C. 始终由 b 流向 a D. 先由 b 流向 a，再由 a 流向 b 【答案】B 【解析】 条形磁铁从左向右进入螺线管的过程中，原磁场方向向右，且磁通量在增加，根据楞次定律，感应电流的 磁场阻碍原磁场磁通量的变化，所以感应电流的磁场向左，由安培定则知，感应电流的方向 a→G→b；条 形磁铁从左向右离开螺线管的过程中，原磁场方向向右，且磁通量在减少，根据楞次定律，感应电流的磁 场阻碍原磁场磁通量的变化，所以感应电流的磁场向右，由安培定则知，感应电流的方向 b→G→a，故 ACD 错误，B 正确． 2、（2021·上海市普陀区高三下学期 5 月二模）如图所示的光滑导轨，由倾斜和水平两部分在 MM'处平滑 连接组成。导轨间距为 L，水平部分处于竖直向上、磁感应强度为 B 的匀强磁场中，倾斜导轨连接阻值为 R 的电阻。现让质量为 m、阻值为 2R 的金属棒 a 从距离水平面高度为 h 处静止释放。金属棒 a 到达磁场中 OO'时，动能是该金属棒运动到 MM'时动能的 1 4 ，最终静止在水平导轨上。金属棒 a 与导轨接触良好且导轨 电阻不计，重力加速度 g＝10m/s2。以下说法正确的是（ ） A. 金属棒 a 运动到 MM'时回路中的电流大小为 23 BL ghR B. 金属棒 a 运动到 OO'时的加速度大小为 2 2 2 3 B L gha mR  C. 金属棒 a 从 h 处静止下滑到在水平导轨上静止过程中，电阻上产生的焦耳热为 1 3 mgh D. 金属棒 a 若从 h 处静止释放，在它运动的整个过程中，安培力的冲量大小是 2m gh ，方向向左 【答案】ACD 【解析】 A．金属棒 a 从静止运动到 MM的过程中，根据机械能守恒可得 2 1 1 2mgh mv 解得金属棒 a 运动到 MM时的速度为 1 2v gh 金属棒 a 运动到 MM时的感应电动势为 1 2E BLv BL gh  金属棒 a 运动到 MM时的回路中的电流大小为 22 3 E BLI ghR R R   故 A 正确； B．金属棒 a 到达磁场中OO时的速度为 2 1 21 2 2 ghv v  金属棒 a 到达磁场中 OO时的加速度大小为 2 22 2 2 2 (2 ) 6 B L ghB L vBILa m m R R mR    故 B 错误； C．金属棒 a 从 h 处静止下滑到在水平导轨上静止过程中，根据能量守恒可得产生的焦耳热等于重力势能的 减小量，则有 Q mgh 电阻上产生的焦耳热为 1 1 3 3RQ Q mgh  故 C 正确； D．金属棒 a 从 h 处静止下滑到在水平导轨上静止过程中，规定向右为正方向，根据动量定理可得 10I mv 安 可得 2I m gh 安 在它运动的整个过程中，安培力的冲量大小是 2m gh ，方向向左，故 D 正确； 故选 ACD。 3、（2021·上海市普陀区高三下学期 5 月二模）如图甲所示，在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一匝数 为 n，面积为 S，总电阻为 r 的矩形线圈 abcd 绕轴 OO’做角速度为ω的匀速转动，矩形线圈在转动中可以保 持和外电路电阻 R 形成闭合电路，回路中接有一理想交流电流表。图乙是线圈转动过程中产生的感应电动 势 e 随时间 t 变化的图像，下列说法中正确的是（ ） A. 从 t1 到 t3 这段时间穿过线圈磁通量的变化量为 2nBS B. 从 t3 到 t4 这段时间通过电阻 R 的电荷量为 NBS R C. t3 时刻穿过线圈的磁通量变化率为 nBSω D. 电流表的示数为  2 nB S r R   【答案】D 【解析】 A．由图可知，tl 和 t3 这两时刻的磁通量大小为 BS，方向相反；故穿过线圈磁通量的变化量为 2BS；故 A 错 误； B．从 t3 到 t4 这段时间磁通量的变化为 BS，则平均电动势 NBSE t   因此通过电阻 R 的电荷量为 ( ) NBS NBSq tr R t R r      故 B 错误； C．t3 时刻电动势 E=NBSω；则由法拉第电磁感应定律可知 NE t   则穿过线圈的磁通量变化率为 BSω；故 C 错误； D．电流表的示数为有效值，则有 2( ) E NBSI R R r    故 D 正确。 故选 D。 4、（2021·上海市静安区高三下学期 5 月二模）如图，两个上下平行的圆形线圈 a、b 同轴水平放置，圆形 线圈 c 与 b 位于同一水平面内。现闭合 b 线圈中的电键 S，在闭合 S 的瞬间，a 线圈中感应电流为 ia，c 线 圈中感应电流为 ic，俯视时（ ） A. ia 和 ic 均为顺时针方向 B. ia 和 ic 均为逆时针方向 C. ia 为顺时针方向，ic 为逆时针方向 D. ia 为逆时针方向，ic 为顺时针方向 【答案】C 【解析】 根据安培定则可知，闭合电键 S 瞬间线圈 b 产生的磁场向上穿过线圈 a，向下穿过线圈 c，磁通量均增加， 根据楞次定律可知，线圈 a 中感应电流的磁场方向向下，根据安培定则可知线圈 a 中感应电流 ia 为顺时针方 向，线圈 c 中感应电流的磁场方向向上，根据安培定则可知线圈 c 中感应电流 ic 为逆时针方向。 故选 C。 5、（2021·上海市金山区高三下学期 5 月二模）如图，分别将两个质量相同的小球 A、B 从竖直铝管的管 口上方静止释放。在 A、B 两球分别穿过铝管的过程中，某同学对铝管向上的平均作用力分别为 10.5N、10.0N， 使铝管保持静止。不计空气阻力，其中一个小球是磁体，则（ ） A. A 球是磁体，铝管重约 10.0N B. A 球是磁体，铝管重约 10.5N C. B 球是磁体，铝管重约 10.0N D. B 球是磁体，铝管重约 10.5N 【答案】A 【解析】 当小磁体在竖直铝管下落时，由于穿过铜管的磁通量变化，导致铜管产生感应电流，从而产生安培阻力， 导致此同学对铝管向上的平均作用力大于没有安培阻力情况，由于同学对铝管向上的平均作用力分别为 10.5N、10.0N，因此 A 球是磁体，则铝管重约 10.0N，故 A 正确，BCD 错误； 故选 A。 6、（2021·上海市虹口区高三下学期 5 月二模）有一种手电筒内部没有电池，但在晃动电筒时，其内部的 永磁体在线圈中发生相对运动，灯泡就会发光。发现与此相关的电磁学规律的是 （ ） A. 库仑 B. 奥斯特 C. 法拉第 D. 爱因斯坦 【答案】C 【解析】 这个手电筒的工作原理是利用了电磁感应原理制造的，发现与此相关的电磁学规律的是法拉第，所以 C 正 确；ABD 错误； 故选 C。 7、（2021·上海市宝山区高三下学期 5 月二模）如图甲所示，光滑的水平桌面上固定着一根绝缘的长直导 线，可以自由移动的矩形导线框 abcd 靠近长直导线静止放在桌面上。当长直导线中的电流按图乙所示的规 律变化时（图甲所示电流的方向为正方向），则 t1 到 t2 时间内线框（ ） A. 向右做加速运动 B. 向左做加速运动 C. 向右做减速运动 D. 向左做减速运动 【答案】C 【解析】 由图可知，在 t1 到 t2，时间内，导线的电流为正向在减小，产生的磁场在减小，根据楞次定律可知，导线框 的感应磁场与原磁场的方向相同，由右手螺旋定则可得，电流的方向为 abcda，直导线的电流和线框的 da 边的电流方向相同，它们互相吸引，但是由于在 0 到 t1 时间内，导线的电流为正向在增大，产生的磁场在 增大，根据楞次定律可知，它们互相排斥，导线框已经向右运动，有了初速度，所以此时线框向右做减速 直线运动，但不是匀减速运动，故选 C。 8、（2021·上海市虹口区高三下学期 5 月二模）在“研究磁通量变化时感应电流的方向”实验中，需事先 查明流入检流计的电流方向与指针_______________的关系。闭合电键时，发现检流计的指针向右偏转，不 改变其他条件，迅速拔出软铁棒，则检流计指针_________________偏转（填“向左”、“向右”或者“不”）。 【答案】 (1). 偏转方向 (2). 向左 【解析】 [1]先观察检流计指针偏转方向与电流方向的对应关系，查明线圈中的导线的绕向，以便从指针的偏转方向 确定感应电流产生的磁场方向； [2]闭合电键时，穿过线圈的磁通量增加，发现检流计的指针向右偏转，当不改变其他条件时，迅速拔出铁 棒时，则穿过线圈的磁通量减少，依据楞次定律可知，检流计指针向左偏转。 9、（2021·上海市浦东新区高三下学期 5 月二模）如图，两根间距为 L 的光滑平行金属导轨置于水平面内， 右端连有阻值为 R 的电阻。一阻值为 r、质量为 m 的金属杆置于导轨上，金属杆右侧存在宽度为 d，磁感应 强度为 B 方向竖直向下的匀强磁场。已知金属杆以速度 v0 向右进入磁场区域，在外力作用下做匀变速直线 运动。金属杆运动到磁场区域右边界时速度恰好减为零，之后以相同的加速度向左做匀加速直线运动直至 从磁场区域左边界离开。金属杆与导轨始终保持垂直且接触良好，导轨电阻忽略不计。求： （1）金属杆向左即将离开磁场时的速度大小； （2）金属杆运动到磁场正中间时所受安培力的大小； （3）若金属杆从开始到磁场右边界的过程中，金属杆产生的热量为 Q，则金属杆从进入磁场到离开磁场左 边界的整个运动过程中外力做功的大小； （4）金属杆运动到磁场正中间时所受外力的大小。 【答案】（1）vt= v0；（2）   2 2 02 2A B L vF R r   ；（3） 2 2 R rW Qr  ；（4）   2 2 2 0 0 2 2 2 2 v B L vF m d R r    【解析】 （1）因为做匀变速直线运动，前后两种情况下的加速度大小相等，根据 2 2v ad 可知结合对称性可知金属 杆向左即将离开磁场时的速度大小仍为 v0； （2）根据速度—位移关系可得 2 2 0 0 2v ad  设中间时刻的速度大小为 v中 ，则有 2 20 2 2 dv a 中 解得 0 2 2v v中 此时所受安培力大小   2 2 02 2A BLv B L vF BIL BL R r R r     中 来回经过中间位置时安培力大小相同，均为   2 2 02 2 B L v R r ； （3）金属杆从开始到磁场右边界的过程中，金属杆产生的电热为 Q，则回路产生的电热为 1 R rQ Qr  由对称性可知，返回过程回路产生的电热 2 1 R rQ Q Qr   则来回的整个过程回路产生的总的电热 1 2 2( )R rQ Q Q Qr   总 电路中产生的热量等于安培力所做的功，由能量守恒，整个运动过程中外力做功等于安培力所做的功 1 2 2 ( )Q R rW Q Q Q r    总 （4）由 2 2 0 0 2v ad  ，可知 2 0 2 va d  向右经过磁场正中间时，由牛顿第二定律 1 AF F ma  则外力   2 2 2 0 0 1 2 2 2A mv B L vF ma F d R r      F1 的方向向右，大小为   2 2 2 0 02 2 2 mv B L v d R r   ； 同理，向左经过磁场正中间时，由牛顿第二定律 2 AF F ma  F2 的方向向左，则外力大小   2 2 2 0 0 2 2 2 2A mv B L vF ma F d R r      10、（2021·上海市宝山区高三下学期 5 月二模）如图所示，在同一水平面内足够长的、平行光滑支架 ab、 cd，放在磁感应强度 B=1T、方向竖直向上的匀强磁场中，导体棒 MN 垂直于支架放置，将它用水平细线跨 过定滑轮连接重物 G，支架中接有电源 E（内阻不计）。已知支架宽 l=40cm，图中电阻 R=0.4Ω，其他部分 电阻不计。 (1)当重物 G1=2N 时 MN 恰好静止不动，求电源 E 的电动势； (2)当重物 G2=4N 时，MN 由静止开始运动起来，求它可达到的最大速度； (3)在上面第(2)问的情况下，当 MN 达到最大速度以后图示系统中的能量是如何转化的？ 【答案】(1)2V；(2)5m/s；(3)见解析 【解析】 (1)由于 MN 处于静止状态，所以有 1 2F G 安1 N 因为 11F BI l安 所以 1 2 51 0.4 FI Bl    安1 A 所以 1 5 0.4 2E I R    A (2)当 MN 达到最大速度时，它处于平衡状态，所以有 2 4F G 安2 N 因为 2F BI l安2 所以 2 4 101 0.4 FI Bl    安2 A 由于导体棒切割磁感线运动产生的电流与电源产生的电流同向，两者的电动势相加， =E E E总 感 而 =E Blv感 由闭合电路欧姆定律，得 2 EI R  总 所以有 2 E BlvI R  2 10 0.4 2 51 0.4 I R Ev Bl      m/s (3)当 MN 达到最大速度以后图示系统中能量的转化情况是：重物 G 减少的重力势能和电源 E 产生的电能不 断地转化为电阻 R 上增加的内能。