2023 年高考物理一轮练习：电磁感应中的能量转化 一、选择题（本大题共 12 小题） 1．如图甲所示为市面上的一款自发电无线门铃，按下按键，按键将推动水磁铁运动，如图乙所示，即能 产生电能供给发射器正常工作。松开按键后，在弹簧作用下按键将恢复原位。关于按下按键和松开按键 反弹过程中，下列说法正确的是（　　） A．按下按键过程中，线圈中会产生感应电动势 B．按键反弹过程中，线圈中不会产生感应电动势 C．按住按键保持不动，线圈中始终有感应电流 D．按键反弹过程中，弹簧的弹性势能有一部分转化为电能 2．如图所示，电阻不计的光滑 U 形金属导轨固定在绝缘斜面上。区域Ⅰ、Ⅱ中磁场方向均垂直斜面向上， Ⅰ区中磁感应强度随时间均匀增加，Ⅱ区中为匀强磁场。阻值恒定的金属棒从无磁场区域中 a 处由静止 释放，进入Ⅱ区后，经 b 下行至 c 处反向上行。运动过程中金属棒始终垂直导轨且接触良好。在第一次下 行和上行的过程中，下列说法正确的是（　　） A．金属棒下行过 b 时的加速度大于上行过 b 时的加速度 B．金属棒下行从 b 到 c 所用时间大于上行从 c 到 b 所用时间 C．金属棒不能回到无磁场区 D．金属棒能回到无磁场区，恰好能回到 a 处 3．如图是一边长为 L 的正方形金属框放在光滑水平面上的俯视图，虚线右侧存在竖直向上的匀强磁场． t0 时刻，金属框在水平拉力 F 作用下从图示位置由静止开始，以垂直于磁场边界的恒定加速度进入磁 t1 0  t1 场， 时刻线框全部进入磁场。则 时间内金属框中电流 i、电量 q、运动速度 v 和拉力 F 随位移 x 或时 间 t 变化关系可能正确的是（　　） A． B． C． D． 4．如图所示，A、B 为不同金属制成的正方形线框，导线截面积相同，A 的边长是 B 的二倍，A 的密度 1 是 B 的 2 ，A 的电阻是 B 的 4 倍，当它们的下边在同一高度竖直下落，垂直进入如图所示的磁场中，A 框 恰能匀速下落，那么（　　） A．B 框一定加速下落 B．进入磁场后，A、B 中感应电流强度之比是 2：1 C．二框全部进入磁场的过程中，通过截面的电量相等 D．二框全部进入磁场的过程中，消耗的电能之比为 1：1 5．如图所示，光滑金属导轨 DCEF 固定在水平面并处于竖直向下的匀强磁场中，CD、EF 平行且足够长， CE 是粗细均匀、电阻率一定的导体，且与 EF 夹角为 θ（θ<90°），CD 和 EF 的电阻不计。导体棒 MN 与 CE 的材料、粗细均相同，用外力 F 使 MN 向右匀速运动，从 E 点开始计时，运动中 MN 始终与 EF 垂直 且和导轨接触良好。若图中闭合电路的电动势为 E，电流为 I，消耗的电功率为 P，下列图像正确的是（ ） A． B． C． D． 6．如图所示，绝缘的水平面上固定有两条平行的光滑金属导轨，导轨电阻不计，两相同金属棒 a、b 垂 直导轨放置，其右侧矩形区域内存在恒定的匀强磁场，磁场方向竖直向上。现两金属棒分别以初速度 和 v0 同时沿导轨自由运动，先后进入磁场区域。已知 a 棒离开磁场区域时 b 棒已经进入磁场区域，则 a 棒 从进入磁场到刚好离开磁场区域的过程中，电流 i 随时间 t 的变化图像可能正确的有（　　） A． 2v0 B． C． D． 7．如图所示，有 a、b 两个闭合正方形线圈，用材料和粗细均相同的导线制成，线圈边长 La：Lb=2： 1，a、b 线圈匝数分别为 5 匝和 10 匝，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均 匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则（　　） A．两线圈内会产生顺时针的感应电流 B．a、b 线圈中感应电动势之比为 4：1 C．a、b 线圈中感应电流之比为 2：1 D．a、b 线圈中电功率之比为 2：1 8．如图所示，在水平绝缘桌面上固定两条相距 L=2m 的平行且足够长的光滑金属导轨，导轨的左端连接 阻值 R=3  的定值电阻，导轨上放有垂直导轨的金属杆 P，金属杆 P 的质量 m=0.1kg、电阻 r=2  ，整个 装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小 B=0.5T，0 时刻金属杆 P 在水平向右拉力 F 的作用下， 由静止开始以大小 a  1m/s2 的加速度向右做匀加速直线运动，2s 后保持拉力的功率不变，直到金属杆 P 达到最大速度时再撤去拉力 F。整个运动过程中金属杆 P 始终与导轨垂直且接触良好，导轨电阻不计，下 列说法正确的是（　　） A．金属杆 P 克服安培力做的功等于定值电阻 R 上产生的焦耳热 B．撤去拉力 F 后，金属杆 P 做加速度减小的减速运动，直至速度为 0 C．0～2s 内拉力 F 的冲量大小为 0.6N·s D．金属杆 P 的最大速度为 5m/s 9．如图，两足够长光滑金属导轨平行固定在同一绝缘水平面内，导轨所在的平面有垂直于导轨竖直向下 的匀强磁场。两长度略大于导轨宽度的金属棒 a、b 垂直导轨静止放置在导轨上，金属棒 a、b 的质量分别 为 m 和 2m，它们在两导轨之间的电阻均为 R，金属棒 b 在金属棒 a 右侧足够远处。第一次金属棒 b 固定， 第二次金属棒 b 不固定，两次都给金属棒 a 一相同的水平向右的初速度 v0 ，两次作用过程中两棒始终与导 轨垂直且接触良好，且两棒始终未发生碰撞，不计导轨电阻。则从金属棒 a 开始运动至其速度不再发生 变化的过程，下列说法中正确的是（　　） A．第一次和第二次安培力对金属棒 a 做的功之比为 3∶2 B．第一次和第二次通过金属棒 a 横截面的电荷量之比为 3∶2 C．第一次和第二次金属棒 a 中产生的热量之比为 3∶2 D．第一次和第二次金属棒 a 通过的位移之比为 3∶2 10．如图甲所示，虚线 MN 两侧的空间均存在与纸面垂直的匀强磁场，右侧匀强磁场的方向垂直纸面向 外，磁感应强度大小恒为 B0 ，左侧匀强磁场的磁感应强度 B 随时间 t 变化的规律如图乙所示，规定垂直纸 p 面向外为磁场的正方向。一硬质细导线的电阻率为 、横截面积为 在纸面内，圆心 O 在 MN 上。则下列说法正确的是（　　） A． 0 ~ t0 时间内，圆环中的电流方向为顺时针方向 B0 rS0 B．在 0 ~ t 时间内，通过圆环的电荷量为 4  0 B02 r 2 S0 3 t  t0 2 时刻圆环受到的安培力大小为 8 t0 C． S0 r 。将该导线做成半径为 的圆环固定 D． t  t0 时刻圆环中的电流为 0 11．如图所示，两根平行且光滑的金属导轨由圆弧部分和水平部分组成，圆弧部分由两段间距为 2l 、竖 直放置的四分之一圆弧导轨构成，水平部分由足够长、但不等宽的水平导轨构成，水平导轨的宽、窄部 分间距分别为 2l、l ，虚线 MN 右侧导轨区域处于竖直向上的匀强磁场中，宽、窄两部分区域内的磁感应 2 B 。金属棒 ab 与 cd 的质量均为 m 、电阻均为 R ，长度分别为 l 、 2l ，金属棒 ab 静止 强度大小分别为 B、 在窄导轨上。现将金属棒 cd 从圆弧轨道上距水平导轨 h 高度处由静止释放，在此后的运动过程中， cd 始 终在宽导轨上运动， ab 始终在窄导轨上运动，两金属棒始终垂直于导轨且与导轨接触良好。导轨各部分 之间均平滑连接，导轨电阻不计，重力加速度为 g ，则（　　） A．金属棒 cd 刚进人磁场时的速度大小为 B．通过金属棒 ab 的最大电流为 C．整个过程中金属棒 cd gh Bl 2 gh R 1 上产生的焦耳热为 mgh 4 m 2 gh D．整个过程中通过金属棒 cd 的电荷量为 4 Bl 12．如图所示的水平导轨足够长，两导轨所在的区域处于竖直向下的匀强磁场中，导轨间距为 L，光滑金 属棒 a、b 质量分别为 4m 和 m，均垂直放置在导轨上，且与导轨接触良好。一根不可伸长的绝缘轻质细 线一端系在金属棒 b 的中点，另一端绕过光滑的定滑轮与质量也为 m 重物 c 相连，不计滑轮的质量和摩擦， 线的水平部分与导轨平行且足够长，c 离地面足够高，重力加速度为 g。由静止释放重物 c 后，两金属棒 始终处与导轨垂直并沿导轨向右运动，已知金属棒 a、b 的电阻均为 R，导轨电阻忽略不计，则在金属棒 a、b 达到稳定状态后（　　） A．金属棒 a、b 产生的电动势大小相同 B．沿磁场方向往下看，线框中的电流方向为逆时针 1 C．导体棒 a 的加速度大小为 3 g 5 D．细线中的拉力大小为 6 mg 二、解答题（本大题共 7 小题） 13．如图甲所示，光滑的金属导轨 MN 和 PQ 平行，间距 L=1.0m，与水平面之间的夹角 α＝37°，匀强磁 场磁感应强度 B=2.0T，方向垂直于导轨平面向上，MP 间接有阻值 R=1.6Ω 的电阻，质量 m=0.5kg，电阻 r=0.4Ω 的金属杆 ab 垂直导轨放置。现用和导轨平行的恒力 F 沿导轨平面向上拉金属杆 ab，使其由静止开 始运动，当金属杆沿导轨向上的位移 s=3.8m 时达到稳定状态，对应过程的 v－t 图像如图乙所示。取 g=10m/s2，导轨足够长。（ sin 37� 0.6 ， cos 37� 0.8 ）求： （1）恒力 F 的大小； （2）从金属杆 ab 开始运动到刚达到稳定状态的过程，金属杆上产生的焦耳热 Qr； （3）0~1s 内金属杆 ab 运动的位移 x。 14．如图甲所示，由粗细均匀的金属丝绕制而成的单匝矩形线圈 abcd 固定在绝缘滑块上，线圈和滑块的 总质量为 M  1kg ，水平面粗糙，线圈 ab 边长度为 L1  2m ，线圈 ad 边长度为 L2  1m ，金属丝单位长度 的电阻为   0.1Ω/m 。滑块的右侧有一以 EH、EG 为界的匀强磁场，磁场足够大。滑块在外力 F 的作用 下以速度 v＝0.6m/s 水平向右做匀速直线运动。从某时刻开始计时，得到 F 随时间 t 变化的图像如图乙所 示。已知 ab 边到磁场下边界 EH 的距离 x＝0.5m，取 g  10m/s 2 ，求： （1）滑块与水平面间的动摩擦因数； （2）线圈进入磁场过程中产生的焦耳热； （3）从开始计时到线圈 ad 边刚好进入磁场过程中外力 F 做的总功。 15．如图所示，ABCD 是 N 匝（N=20）的矩形闭合金属线框放置于水平面上，其质量 m=1kg、阻值 R=2Ω、长度 d=0.4m、宽度为 L=0.2m，水平面上依次间隔分布着方向垂直纸面向里的匀强磁场，其磁感 应强度大小为 B=0.5T、宽度也为 L、长度及磁场间的距离均为 d，线框在轨道上运动