广西2022年高考物理 核心考点复习冲刺三 电磁感应

广西2022年高考核心考点复习冲刺三电磁感应电磁感应是电磁学中最为重要的内容，也是高考命题频率最高的内容之一。题型多为选择题、计算题。主要考查电磁感应、楞次定律、法拉第电磁感应定律、自感等知识。本部分知识多结合电学、力学部分出压轴题，其命题形式主要是电磁感应与电路规律的综合应用、电磁感应与力学规律的综合应用、电磁感应与能量守恒的综合应用。复习中要熟练掌握感应电流的产生条件、感应电流方向的判断、感应电动势的计算，还要掌握本部分内容与力学、能量的综合问题的分析求解方法。【题型示例】LhdB图5图10－1【示例1】如图10－1所示，两条水平虚线之间有垂直于纸面向里，宽度为d，磁感应强度为B的匀强磁场．质量为m，电阻为R的正方形线圈边长为L（L<d），线圈下边缘到磁场上边界的距离为h．将线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时刻的速度都是v0，则在整个线圈穿过磁场的全过程中（从下边缘进入磁场到上边缘穿出磁场），下列说法中正确的是A．线圈可能一直做匀速运动B．线圈可能先加速后减速C．线圈的最小速度一定是D．线圈的最小速度一定是【解析】由于L＜d，总有一段时间线圈全部处于匀强磁场中，磁通量不发生变化，不-18-\n【示例2】如图10－2所示的（a）、（b）、(c)中除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动，（a）图中的C原来不带电。设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略。导体棒和导轨间的摩擦也不计。图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面（即纸面）向下的匀强磁场中，导轨足够长，今给导体棒ab一个向右的初速度v0，在下列三种情形下导体棒ab的最终运动状态是A．三种情况下导体棒ab最终均做匀速运动B．（a）、（c）中，棒ab最终将以不同速度做匀速运动；(b)中ab棒最终静止C．（a）、（c）中，棒ab最终将以相同速度做匀速运动；(b)中ab棒最终静止D．(a)、（b）、（c）中，棒ab最终都静止×××××××××abRCv0(a)×××××××××abRv0(b)×××××××××abRv0（c)ε图10－2-18-\n【示例3】一有界匀强磁场区域如图10－3甲所示，质量为m、电阻为R的长方形矩形线圈abcd边长分别为L和2L，线圈一半在磁场内，一半在磁场外，磁感强度为B0。t=0时刻磁场开始均匀减小，线圈中产生感应电流，在磁场力作用下运动,v－t图像如图10－3乙，图中斜向虚线为过0点速度图线的切线，数据由图中给出，不考虑重力影响。求：（1）磁场磁感应强度的变化率。（2）t3时刻回路电功率。-18-\nL2LBabcd甲vtv00t1t2乙t3图10－3【示例4】如图10－4所示，在高度差h＝0.50m的平行虚线范围内，有磁感强度B＝0.50T、方向水平向里的匀强磁场，正方形线框abcd的质量m＝0.10kg、边长L＝0.50m、电阻R-18-\n＝0.50Ω，线框平面与竖直平面平行，静止在位置I时，cd边跟磁场下边缘有一段距离。现用一竖直向上的恒力F＝4.0N向上提线框，该框由位置Ⅰ无初速度开始向上运动，穿过磁场区，最后到达位置Ⅱ（ab边恰好出磁场），线框平面在运动中保持在竖直平面内，且cd边保持水平。设cd边刚进入磁场时，线框恰好开始做匀速运动（g取10m／s2）。求：BhHⅠⅡdabcLFF图10－4（1）线框进入磁场前距磁场下边界的距离H。（2）线框由位置Ⅰ到位置Ⅱ的过程中，恒力F做的功是多少？线框内产生的热量又是多少?【解析】（1）在恒力作用下，线圈开始向上做匀加速直线运动，设线圈的加速度为a，据牛顿第二定律有：F－mg＝ma从cd边进入磁场到ab边离开磁场的过程中，拉力所做的功等于线框增加的重力势能和产生的热量Q，即F（L+h）＝mg（L+h）+Q解得：Q＝（F－mg）（L+h）＝3.0J或Q＝I2Rt＝3.0J【答案】（1）9.6m（2）42.4J，3.0J-18-\n【名师解读】本题涉及到导体切割磁感线时的感应电动势、欧姆定律、安培力、匀速运动、匀变速直线运动、牛顿第二定律、功能关系等知识点，考查推理能力、分析综合能力和应用数学处理物理问题的能力，体现了《考试大纲》中对“能够把一个复杂问题分解为若干较简单的问题，找出它们之间的联系”和“能够根据具体问题列出物理量之间的关系式，进行推导和求解，并根据结果得出物理结论”的能力要求。求解时先从受力分析入手，利用牛顿定律，得出线框进入磁场中做匀速运动，再应用能量关系就简单了。【示例5】如图10－5所示，光滑矩形斜面ABCD的倾角θ＝300，在其上放置一矩形金属线框abcd，ab的边长l1＝1m，bc的边长l2＝0.6m，线框的质量m＝1kg，电阻R＝0.1Ω，线框通过细线绕过定滑轮与重物相连，细线与斜面平行且靠近；重物质量M＝2kg，离地面的高度为H＝4.8m；斜面上efgh区域是有界匀强磁场，磁感应强度的大小为0.5T,方向垂直于斜面向上；已知AB到ef的距离为4.2m，ef到gh的距离为0.6m，gh到CD的距离为3.2m，取g＝10m/s2；现让线框从静止开始运动(开始时刻，cd边与AB边重合)，求：（1）通过计算，在图10－6中画出线框从静止开始运动到cd边与CD边重合时（不考虑ab边离开斜面后线框的翻转），线框的速度—时间图像。（2）线框abcd在整个运动过程中产生的焦耳热。【解析】（1）线框abcd由静止沿斜面向上运动到ab与ef线重合的过程中，线框和重物在恒力作用下以共同的加速度做匀加速运动。设ab恰好要进入磁场时的速度为，对线框和重物的整体在这一过程运用动能定理-18-\n此时M刚好着地，细绳松弛，线框继续向上做减速运动，设线框的cd边到达CD线的速度为，则对线框有图10－7得m/ss则线框的速度—时间图像如图10－7所示。（2）线框abcd只在磁场中运动时产生焦耳热　＝18J。【答案】（1）如图10－7所示（2）18J【名师解读】本题涉及到导体切割磁感线时的感应电动势、安培力、匀速运动、匀变速直线运动、牛顿第二定律、速度—时间图像、动能定理等知识点，考查推理能力、分析综合能力和应用数学处理物理问题的能力，体现了《考试大纲》中对“-18-\n能够把一个复杂问题分解为若干较简单的问题，找出它们之间的联系”和“必要时能运用几何图形、函数图像进行表达、分析”的能力要求。本题综合性很强，需要分段求解，关键是确定各段的运动情况和所用的时间。【专家预测】1．电磁感应现象中产生感应电流，关于能量转化问题以下说法中正确的是(　　)A．一定是磁场能转化为电能B．一定是电场能转化为电能C．一定是机械能转化为电能D．以上说法均不正确3．绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上，铁芯上套着一个铝环，线圈与电源、电键相连，如图所示．线圈上端与电源正极相连，闭合电键的瞬间，铝环向上跳起．则下列说法中正确的是(　　)A．若保持电键闭合，则铝环不断升高B．若保持电键闭合，则铝环停留在某一高度-18-\nC．若保持电键闭合，则铝环跳起到某一高度后将回落D．如果电源的正、负极对调，观察到的现象不变5．如图所示，在水平桌面上放置两根相距L的光滑平行金属导轨ab与cd，阻值为R的电阻与导轨的a、c端相连．金属滑杆MN垂直于导轨并可在导轨上滑动．整个装置放于匀强磁场中，磁场的方向竖直向上，磁感应强度的大小为B.金属滑杆与导轨电阻不计，金属滑杆的中点系一不可伸长的轻绳，绳绕过固定在某边的光滑轻滑轮后，与一质量为m的物块相连，拉金属滑杆的绳处于水平拉直状态．现若从静止开始释放物块，用I表示回路中的感应电流，g表示重力加速度，则在物块下落过程中物块的速度可能(　　)A．小于B．等于C．小于D．大于-18-\n【答案】ABC【解析】MN的最大速度就是安培力等于重力时对应的速度，即BIL＝mg，B2L2v/R＝mg，v＝，故A、B正确．又I＝，v＝，C正确D错误．6．在右图所示的电路中，两个灵敏电流表和的零点都在刻度盘中央，当电流从“＋”接线柱流入时，指针向右摆；电流从“－”接线柱流入时，指针向左摆．在电路接通后再断开的瞬间，下列说法中符合实际情况的是(　　)A．表指针向左摆，表指针向右摆B．表指针向右摆，表指针向左摆C．、表的指针都向左摆D．、表的指针都向右摆7．如图所示，相距为d的两条水平虚线L1、L2之间是方向水平向里的匀强磁场，磁感应强度为B，质量为m、电阻为R的正方形线圈abcd边长为L(L<d)，将线圈在磁场上方高h处由静止释放，cd边刚进入磁场时速度为v0，cd边刚离开磁场时速度也为v0，则线圈穿越磁场的过程中(从cd边刚入磁场一直到ab边刚离开磁场)(　　)-18-\n9．如图7-7甲所示，矩形导线框abcd放在匀强磁场中，磁感线方向与线圈平面垂直，磁感应强度B随时间变化的图象如图7-7乙所示，t＝0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里．在0～4s时间内，线框中的感应电流(规定顺时针方向为正方向)、ab边所受安培力(规定向上为正方向)随时间变化的图象分别为下图中的(　　)．图7-7-18-\n【解析】在0～1s内，穿过线框中的磁通量减少，由楞次定律，感应电流的磁场垂直10．如图7-8甲所示，闭合金属线框abcd垂直置于匀强磁场中，磁感应强度方向垂直于纸面向里，其大小随时间变化的图象如图78乙所示，设第1s内和第2s内线框中的感应电流分别为I1、I2，磁场对ab边的安培力分别为F1、F2，下列说法正确的是(　　)．图7-8A．I1的方向为逆时针，I2的方向为顺时针B．F1的方向向左，F2的方向向右C．I1＝2I2D．F1、F2大小均不变【解析】由楞次定律可知，I1方向逆时针，I2方向顺时针；F1方向向右，F2-18-\n方向向左；又因E＝S，则E1＝2E2，所以I1＝2I2；F安＝BIL，B变化，I不变，所以F1增大，F2减小．【答案】AC11.如图7-9所示，电阻R＝1Ω、半径r1＝0.2m的单匝圆形导线框P内有一个与P共面的圆形磁场区域Q，P、Q的圆心相同，Q的半径r2＝0.1m．t＝0时刻，Q内存在着垂直于圆面向里的磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系是B＝2－t(T)．若规定逆时针方向为电流的正方向，则线框P中感应电流I随时间t变化的关系图象应该是下图中的12.如图7-10所示，固定的水平长直导线中通有电流I，矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行．线框由静止释放，在下落过程中(　　)．A．穿过线框的磁通量保持不变B．线框中感应电流方向保持不变C．线框所受安培力的合力为零图7-10D．线框的机械能不断增大【解析】离导线越远，直线电流的磁场磁感线越稀，故线圈在下落过程中磁通量一直减小，A错；由于上、下两边电流相等，上边磁场较强，线框所受合力不为零，C错；由于电磁感应，一部分机械能转化为电能，机械能减小，D错．故B对．-18-\n【答案】B14．如图7-11甲所示，固定在水平桌面上的光滑金属框架cdeg处于方向竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab与金属框架接触良好．在两根导轨的端点d、e之间连接一电阻，其他部分电阻忽略不计．现用一水平向右的外力F作用在金属杆ab上，使金属杆由静止开始向右在框架上滑动，运动中杆始终垂直于框架，图7-11乙为一段时间内金属杆中的电流随时间t的变化关系图象，则下列选项中可以表示外力F随时间t变化关系的图象是(　　)．图7-1115．如图所示，ab、cd是固定在竖直平面内的足够长的金属框架．除bc段电阻为R，其余电阻均不计，ef是一条不计电阻的金属杆，杆两端与ab和cd接触良好且能无摩擦下滑，下滑时ef始终处于水平位置，整个装置处于垂直框面的匀强磁场中，ef从静止下滑，经过一段时间后闭合开关S，则在闭合S后(　　)A．ef的加速度可能大于g-18-\nB．闭合S的时刻不同，ef的最终速度也不同C．闭合S的时刻不同，ef最终匀速运动时电流的功率也不同D．ef匀速下滑时，减少的机械能等于电路消耗的电能16．如图所示，光滑的金属导轨间距为L，导轨平面与水平面成α角，导轨下端接有阻值为R的电阻，质量为m的金属细杆ab与绝缘轻质弹簧相连静止在导轨上，弹簧劲度系数为k，上端固定，弹簧与导轨平面平行，整个装置处在垂直于导轨平面斜向上的匀强磁场中，磁感应强度为B.现给杆一沿导轨向下的初速度v0，杆向下运动至速度为零后，再沿导轨平面向上运动达最大速度，大小为v1，然后减速为零，再沿导轨平面向下运动……一直往复运动到静止(导轨与金属细杆的电阻忽略不计)．试求：(1)细杆获得初速度瞬间，通过R的电流大小；(2)当杆速度为v1时离最初静止时位置的距离L1；(3)杆由初速度v0开始运动直到最后静止，电阻R上产生的焦耳热Q.【答案】(1)　(2)　(3)mv【解析】(1)由E＝BLv0；I0＝　可得I0＝.(2)设杆最初静止不动时弹簧伸长x0，kx0＝mgsinα当杆的速度为v1时弹簧伸长x1，kx1＝-18-\nmgsinα＋BI1L此时I1＝，L1＝x1－x0　得L1＝.(3)杆最后静止时，杆在初始位置，由能量守恒可得Q＝mv17.如图甲所示，长为a、宽为b，单位长度电阻为r的均匀线框从磁感应强度为B的匀强磁场中以速度v匀速拉出，求拉力做的功及PQ两点间的电势差．如果线框以图乙方式匀速拉出，为使外力做的功与图甲方式相同，拉出的速度v1应为多大？此时PQ两点间的电势差多大？18．如图所示，M、N为竖直放置的两平行金属板，两板相距d＝0.4m.EF、GH为水平放置的且与M、N平行的金属导轨，其右端(即F、H处)接有一R＝0.3Ω的电阻，导轨与M、N的上边缘处在同一水平面上，两导轨相距L＝0.2m.现有一长为0.4m的金属棒ab与导轨垂直放置，并与导轨及金属板接触良好，金属棒ab的总电阻为r＝0.2Ω，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B＝1T.现有一个重力不计的正电荷，以v0＝7m/s的速度从金属板的左端水平向右射入板间，为了使电荷能做匀速直线运动，试求：-18-\n(1)ab棒应向哪个方向匀速运动(答左或右，不答原因)？ab运动的速度为多大？(2)如果金属棒的质量m＝0.4kg(g取10m/s2)，金属棒与导轨和金属板间的动摩擦因数都为μ＝0.5，则拉动金属棒向前运动的水平拉力多大？19．如图所示，匀强磁场区域宽为d，一正方形线框abcd的边长为l，且l>d，线框以速度v通过磁场区域，从线框进入到完全离开磁场的时间内，线框中没有感应电流的时间是多少？【答案】【解析】从线框进入到完全离开磁场的过程中，当线框bc边运动至磁场右边缘至ad边运动至磁场左边缘过程中无感应电流．此过程位移为：l－d故t＝.20．如图所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN-18-\n沿框架以速度v向右做匀速运动．t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置使MDEN构成一个边长为l的正方形．为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导出这种情况下B与t的关系式．-18-