板塊整合提能練5電磁感應(yīng)和交變電流一、單項選擇題1.如圖所示，條形磁鐵以速度v向螺線管靠近。下列說法正確的是(A)A.螺線管會產(chǎn)生感應(yīng)電流B.螺線管不會產(chǎn)生感應(yīng)電流C.只有磁鐵速度足夠大，螺線管才會產(chǎn)生感應(yīng)電流D.只有磁鐵磁性足夠強，螺線管才會產(chǎn)生感應(yīng)電流解析當(dāng)磁鐵向左靠近時，穿過線圈的磁通量增大，則線圈會產(chǎn)生感應(yīng)電流，A項正確，B項錯誤；感應(yīng)電流的產(chǎn)生只與穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生變化有關(guān)，與磁鐵的速度大小和磁鐵的磁性是否足夠強無關(guān)，C、D兩項錯誤。2.如圖所示，一正方形線圈的匝數(shù)為n，邊長為a，線圈平面與勻強磁場垂直，且一半處在磁場中。在Δt時間內(nèi)，磁感應(yīng)強度的方向不變，大小由B均勻地增大到3B。在此過程中，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為(B)A.Ba22Δt B.C.nBa22Δt解析根據(jù)題意，由法拉第電磁感應(yīng)定律有E=nΔΦΔt，又有ΔΦ=ΔBS，S=12a2，聯(lián)立解得E=n×2B·13.(2025·梅州模擬)磁場對腦部神經(jīng)組織的影響及臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用的裝置如圖所示，將金屬線圈放置在頭部上方幾厘米處，給線圈通以瞬時脈沖電流，線圈中產(chǎn)生瞬間的高強度脈沖磁場穿過頭顱時在腦部特定區(qū)域產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而對腦神經(jīng)產(chǎn)生電刺激作用，下列結(jié)論正確的是(D)A.脈沖電流流經(jīng)線圈在其周圍會產(chǎn)生高強度的磁場，這是電磁感應(yīng)現(xiàn)象B.脈沖磁場對腦部特定區(qū)域產(chǎn)生感應(yīng)電流是電流的磁效應(yīng)C.若將脈沖電流改為恒定電流，也可持續(xù)對腦神經(jīng)產(chǎn)生電刺激作用D.若脈沖電流最大強度不變，縮短脈沖電流時間，則在腦部產(chǎn)生的感應(yīng)電流會增大解析脈沖電流流經(jīng)線圈在其周圍會產(chǎn)生高強度的磁場，這是電流的磁效應(yīng)，A項錯誤；脈沖磁場對腦部特定區(qū)域產(chǎn)生感應(yīng)電流是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，B項錯誤；若將脈沖電流改為恒定電流就不能產(chǎn)生變化的磁場，也就不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，不可持續(xù)對腦神經(jīng)產(chǎn)生電刺激作用，C項錯誤；若脈沖電流最大強度不變，但縮短脈沖電流時間，則產(chǎn)生的磁場變化得更快，在腦部產(chǎn)生的感應(yīng)電場及感應(yīng)電流會增強，D項正確。4.(2025·佛山模擬)小劉為了將低壓的直流電升壓，設(shè)計了如圖甲的裝置:虛線框內(nèi)為電磁繼電器，當(dāng)開關(guān)S閉合后，電磁鐵通電，吸引銜鐵斷開觸點a、b，電路斷電，銜鐵再在彈簧的作用下彈回將電路重新接通，如此循環(huán)，銜鐵來回振動，電路反復(fù)通斷，在原線圈中形成如圖乙的脈沖直流電。關(guān)于此裝置以下描述正確的是(B)A.通電后電磁鐵下端為S極B.閉合開關(guān)S，cd端輸出交流電C.閉合開關(guān)S，cd端無輸出電壓D.cd端接負(fù)載后，正常工作時副線圈輸出電流比原線圈輸入的電流大解析根據(jù)題圖甲可知，電磁鐵線圈中電流從左側(cè)導(dǎo)線流入，根據(jù)安培定則可知，線圈中磁場方向向下，即通電后電磁鐵下端為N極，A項錯誤；閉合開關(guān)S，當(dāng)觸點斷開向上運動時，變壓器原線圈中電流減小，穿過線圈的磁通量減小，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由于互感，副線圈中也產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，當(dāng)觸點向下運動接觸時，變壓器原線圈中電流增大，穿過線圈的磁通量增大，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由于互感，副線圈中也產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由于原線圈中電流方向不變，即穿過線圈的磁場方向不變，根據(jù)楞次定律可知，觸點斷開過程產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與觸點接觸過程產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相反，可知，閉合開關(guān)S，cd端輸出交流電，cd端有輸出電壓，B項正確，C項錯誤；小劉的目的是將低壓的直流電升壓，表明變壓器為升壓變壓器，根據(jù)電流與匝數(shù)的關(guān)系有I1I2=n2n1，由于n1<n2，則有I1>I2，即cd5.(2025·濟(jì)南模擬)如圖所示，空間區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小B=1T，OO'為磁場的右邊界。磁場內(nèi)一匝數(shù)n=10的正方形閉合金屬導(dǎo)線框平行于紙面放置，線框邊長L=1m，其右邊與磁場邊界重合。t=0時刻線框從圖示位置開始逆時針(俯視)繞OO'以角速度ω=10rad/s勻速轉(zhuǎn)動，此過程中感應(yīng)電動勢E隨時間t變化的圖像正確的是(B)解析線圈產(chǎn)生的電動勢最大值為Em=nBSω=10×1×12×10V=100V，線圈轉(zhuǎn)動的周期為T=2πω=π5s，在0~T4即0~π20s內(nèi)，線圈產(chǎn)生的電動勢為e=Emsinωt=100sin(10t)V，在T4~3T4即π20s~3π20s內(nèi)，線圈處于磁場外部，產(chǎn)生的電動勢一直為0；在3T4~T即3π20s~π5s內(nèi)，線圈產(chǎn)生的電動勢為e=Emsinω6.小草在微風(fēng)中會左右搖擺，有人受此啟發(fā)設(shè)計了微風(fēng)搖擺發(fā)電裝置，其原理簡化圖如圖所示。空間中存在垂直于紙面的勻強磁場，微風(fēng)使導(dǎo)體棒在兩固定的平行金屬導(dǎo)軌之間垂直于磁場方向往復(fù)運動，此時導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源，可通過金屬導(dǎo)軌對外供電。將導(dǎo)體棒的運動視為簡諧運動，其速度隨時間的變化規(guī)律為v=vmsinωt。已知勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，兩導(dǎo)軌的間距和導(dǎo)體棒的長度均為L，導(dǎo)體棒的電阻為r，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直，導(dǎo)軌和導(dǎo)線的電阻均不計。若使其對阻值為R的電阻供電，則一個周期內(nèi)電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為(C)A.πB2LC.πB2L解析導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生電動勢的瞬時值為e=BLvmsinωt，回路中電流的有效值為I=BLvm2(R+r)，一個周期內(nèi)電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為Q=I2RT=I2R·2πω7.如圖所示，金屬棒垂直放在足夠長的、傾斜的U形光滑導(dǎo)軌底端，整個裝置處在與導(dǎo)軌平面垂直的勻強磁場中。在t=0時刻，給金屬棒沿導(dǎo)軌向上的初速度。除導(dǎo)體棒外，其余電阻不計。在導(dǎo)軌上運動過程中，導(dǎo)體棒的動能Ek與位移x、時間t變化關(guān)系圖像可能正確的是(B)解析根據(jù)動能定理F合x=Ek-Ek0，解得Ek=F合x+Ek0，Ek-x圖像中圖線各點切線的斜率為合力，金屬棒上升過程中，速度變小，電流減小，安培力減小，合力減小；下降過程中，速度變大，電流增大，安培力增大，合力減小，A項錯誤，B項正確；根據(jù)W合=P合t，聯(lián)立解得Ek=P合t+Ek0，Ek-t圖像中圖線各點切線的斜率為合力的功率，上升過程中，合力的功率一直減小，下降過程中合力的功率先增加后減小，最終的動能小于初動能，C、D兩項錯誤。8.如圖所示，面積為S、匝數(shù)為N、內(nèi)阻不計的矩形線圈處在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，從圖示位置開始計時，繞水平軸OO'以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動。矩形線圈通過滑環(huán)連接理想變壓器。理想變壓器原線圈上的滑動觸頭P上下移動可改變副線圈的輸出電壓，副線圈接有可變電阻R，電表均為理想交流電表，電容器均能正常工作。下列判斷正確的是(D)A.矩形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=NBSωsin(ωt)B.當(dāng)P位置不變，R阻值不變，增大矩形線圈轉(zhuǎn)動角速度ω時，電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小C.當(dāng)P位置不變，線圈轉(zhuǎn)動角速度ω不變，向上移動R的滑片，燈泡變亮D.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動角速度ω不變，R阻值不變，若向上移動原線圈的滑動觸頭P，電容器所能儲存的最大電荷量增加解析題中圖示位置與中性面垂直，則矩形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=NBSωcos(ωt)，A項錯誤；電壓表示數(shù)為有效值，可知U=NBSω2，當(dāng)P位置不變，R阻值不變，增大矩形線圈轉(zhuǎn)動角速度ω時，電壓表示數(shù)變大，根據(jù)電壓與匝數(shù)關(guān)系，變壓器副線圈電壓增大，通過副線圈的電流增大，根據(jù)電流與匝數(shù)關(guān)系可知，通過原線圈的電流增大，電流表示數(shù)變大，B項錯誤；當(dāng)P位置不變，線圈轉(zhuǎn)動角速度ω不變，變壓器原、副線圈兩端電壓均不變，向上移動R的滑片，滑動變阻器接入電阻增大，則通過燈泡的電流減小，即燈泡變暗，C項錯誤；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動角速度ω不變，原線圈兩端電壓不變，根據(jù)電壓與匝數(shù)關(guān)系有U1mU2m=n1n2，若向上移動原線圈的滑動觸頭P，原線圈匝數(shù)減小，則副線圈兩端電壓增大，根據(jù)Qm=二、多項選擇題9.可變差動變壓器(LVDT)是一種常用的直線位移傳感器，簡化模型如圖所示。它內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)包括一個初級線圈和一對匝數(shù)相等的次級線圈，初級線圈位于中間，次級線圈則沿相反方向串聯(lián)，對稱纏繞在初級線圈的兩側(cè)；導(dǎo)磁鐵芯可以在空心管(圖中未畫出)中移動，連接到要測量位移的物體上，初始時鐵芯恰好位于空心管的中央，運動中鐵芯始終有一端在副線圈中。在ab端輸入有效值為U1的正弦式交變電壓，cd端輸出電壓的有效值記為U2，則(AD)A.鐵芯從中央位置開始向下移動時，U2增加B.鐵芯從中央位置開始的移動量越大，U2越小C.鐵芯向上移動一定距離后，若U1增大，U2會減小D.可變差動變壓器可以反映物體的運動方向解析一對匝數(shù)相等的次級線圈對稱置于初級線圈的兩側(cè)，且反向串聯(lián)，任一時刻兩個次級線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小相等(E1=E2)，在電路中方向相反，則U2=E1-E2=0。若鐵芯從中央位置向下移動，上方線圈的磁通量減小，下方線圈的磁通量增加，則E1減小，E2增大，U2=E1-E2<0，且移動量越大，|U2|越大，A項正確，B項錯誤；鐵芯向上移動一定距離后，等效于原、副線圈匝數(shù)比不變，若U1增大，U2必增大，C項錯誤；從A項的分析可知，若鐵芯向上移動，則E1增大，E2減小，U2=E1-E2>0，所以可通過E1、E2的大小關(guān)系判斷物體的運動方向，D項正確。10.(2025·青島模擬)如圖所示，寬度為L的導(dǎo)軌豎直放置，導(dǎo)軌上邊框接有一阻值R=2r的電阻，矩形邊界內(nèi)存在磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直于導(dǎo)軌平面向里的勻強磁場Ⅰ、Ⅱ。磁場的高度和間距均為d。質(zhì)量為m的水平金屬桿由靜止釋放，進(jìn)入磁場Ⅰ、Ⅱ時的速度相等。已知金屬桿在導(dǎo)軌之間的電阻為r，且與導(dǎo)軌接觸良好，其余電阻不計，重力加速度為g。下列說法正確的是(BD)A.金屬桿剛進(jìn)入磁場Ⅰ時左端電勢高于右端電勢B.金屬桿穿過磁場Ⅰ的時間一定大于在兩磁場之間的運動時間C.金屬桿穿過磁場Ⅰ和磁場Ⅱ的過程中，電路中產(chǎn)生的總熱量為2mgdD.金屬桿穿過磁場Ⅰ的過程中通過電阻R的電荷量為BLd解析剛進(jìn)入磁場Ⅰ時，根據(jù)右手定則可知，金屬桿右端電勢高于左端電勢，A項錯誤；金屬桿在進(jìn)入磁場Ⅰ和Ⅱ時的速度相等，說明金屬桿在磁場中做減速運動。當(dāng)金屬桿在磁場中時，根據(jù)B2L2vR-mg=ma，金屬桿做加速度減小的減速運動，其進(jìn)出磁場的v-t圖像如圖所示，因為0~t1和t1~t2圖線與t軸包圍的面積相等(都為d)，所以t1>(t2-t1)，B項正確；從剛進(jìn)入Ⅰ磁場到剛進(jìn)入Ⅱ磁場過程中，金屬棒初末速度相等，即該過程中初末動能不變，根據(jù)能量守恒定律，金屬棒減小的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為焦耳熱，所以Q1=mg·2d=2mgd，穿過兩個磁場過程中產(chǎn)生的熱量Q=2Q1=4mgd，C項錯誤；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，金屬桿穿過磁場Ⅰ的過程中，產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢為E=ΔΦΔt，通過電路中的電流I=E2r+r=E3r，通過電阻R的電荷量為q=I·Δt，解得三、非選擇題11.(2025·南京模擬)某學(xué)習(xí)小組在“研究回路中感應(yīng)電動勢大小與磁通量變化快慢的關(guān)系”的實驗中采用了如圖甲所示的實驗裝置。(1)實驗需用螺旋測微器測量擋光片的寬度Δd，如圖乙所示，則Δd=4.800mm；若實驗中沒有現(xiàn)成的遮光條，某同學(xué)用金屬片替代，用20分度的游標(biāo)卡尺測量金屬片的寬度如圖丙所示，其讀數(shù)為70.15mm，這種做法是否合理?不合理(填“合理”或“不合理”)。

(2)在實驗中，讓小車以不同速度靠近螺線管，記錄下光電門擋光時間Δt內(nèi)感應(yīng)電動勢的平均值E，改變速度多次實驗，得到多組數(shù)據(jù)。(3)得到多組Δt與E數(shù)據(jù)之后，若以E為縱坐標(biāo)、以Δt為橫坐標(biāo)作出E-Δt圖像，發(fā)現(xiàn)圖像是一條曲線，不容易得出清晰的實驗結(jié)論，為了使畫出的圖像為一條直線，最簡單的改進(jìn)辦法是以

1Δt為橫坐標(biāo)。(4)其他條件都不變，若換用匝數(shù)加倍的線圈做實驗，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)所作出的那條直線圖像斜率加倍(填“減半”“不變”或“加倍”)。

解析(1)螺旋測微器的精確值為0.01mm，由題圖乙可知擋光片的寬度為4.5mm+30.0×0.01mm=4.800mm。20分度游標(biāo)卡尺的精確值為0.05mm，由題圖丙可知金屬片的寬度為70mm+3×0.05mm=70.15mm。遮光條的寬度越小，小車經(jīng)過遮光條時的平均速度越接近小車的瞬時速度，遮光條的寬度越大，小車的速度誤差越大，不能用寬金屬片替代遮光條，這種做法不合理。(3)在擋光片每次經(jīng)過光電門的過程中，磁鐵與線圈之間相對位置的改變量都一樣，穿過線圈磁通量的變化量ΔΦ都相同；根據(jù)E=nΔΦΔt，因ΔΦ不變，E與1Δt成正比，橫坐標(biāo)應(yīng)該是(4)由E=nΔΦ·1Δt知，匝數(shù)n加倍后，題中E-112.如圖甲所示，一電阻不計且足夠長的固定光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ間距L=0.8m，其下端接有阻值R=2Ω的電阻，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ=30°。整個裝置處于方向垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中。一質(zhì)量m=0.2kg、阻值r=1Ω的金屬棒垂直導(dǎo)軌放置并用絕緣細(xì)線通過光滑的定滑輪與質(zhì)量M=0.8kg的重物相連，左端細(xì)線連接金屬棒中點且沿NM方向。棒由靜止釋放后，沿NM方向位移x與時間t之間的關(guān)系如圖乙所示，其中ab為直線。已知棒在0~0.3s內(nèi)通過的電荷量是0.3~0.4s內(nèi)通過電荷量的2倍，取g=10m/s2，求:(1)剛釋放時導(dǎo)體棒的加速度a的大小；(2)0~0.3s內(nèi)棒通過的位移x1的大小；(3)磁感應(yīng)強度的大小B和整個回路在0~0.4s內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q。解析(1)對導(dǎo)體棒和重物組成的系統(tǒng)，根據(jù)牛頓第二定律有Mg-mgsinθ=(M+m)a，解得a=7m/s2。(2)棒在0~0.3s內(nèi)通過的電荷量q1=IΔt1，平均感應(yīng)電流I=ER+r回路中平均感應(yīng)電動勢E=Bx得