专题10电磁感应（2018版高三物理一轮复习5年真题分类物理）.doc

1、 专题专题 10 10 电磁感应电磁感应 1.（2014 上海）如图，匀强磁场垂直于软导线回路平面，由于磁场 发生变化，回路变为圆形。则磁场（） （A）逐渐增强，方向向外 （B）逐渐增强，方向向里 （C）逐渐减弱，方向向外 （D）逐渐减弱，方向向里 答案:CD 解析： 本题考查了楞次定律，感应电流的磁场方向总是阻碍引起闭合回路中磁通量的变 化，体现在面积上是“增缩减扩”，而回路变为圆形，面积是增加了，说明磁场是在逐渐 减弱因不知回路中电流方向，故无法判定磁场方向，故 CD 都有可能。 22014新课标全国卷 在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能 观察到感应电流的是( ) A将绕

2、在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化 B在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化 C将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻 房间去观察电流表的变化 D绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察 电流表的变化 答案:D 解析： 产生感应电流的条件是：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中就会产生感应 电流本题中的 A、B 选项都不会使电路中的磁通量发生变化，不满足产生感应电流的条 件，故不正确C 选项虽然在插入条形磁铁瞬间电路中的磁通量发生变化，但是当人到相 邻房间时，电路已达到

3、稳定状态，电路中的磁通量不再发生变化，故观察不到感应电 流在给线圈通电、断电瞬间，会引起闭合电路磁通量的变化，产生感应电流，因此 D 选 项正确 32014新课标全国卷 如图(a)所示，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上在ab线圈中 通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示已知线圈内部的磁场与流经 线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是 ( ) 答案:C 解析： 本题考查了电磁感应的图像根据法拉第电磁感应定律，ab线圈电流的变化率与线 圈cd上的波形图一致，线圈cd上的波形图是方波，ab线圈电流只能是线性变化的，所以C 正确 4.2014江苏卷

4、 如图所示，一正方形线圈的匝数为n，边长为a，线 圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中在t时间内，磁感应强 度的方向不变，大小由B均匀地增大到 2B.在此过程中，线圈中产生的 感应电动势为( ) A. Ba 2 2t B. nBa 2 2t C. nBa 2 t D. 2nBa 2 t 答案:B 解析： 根据法拉第电磁感应定律知En t nBS t ，这里的S指的是线圈在磁场中的 有效面积，即Sa 2 2，故 En（2BB）S t nBa 2 2t，因此 B 项正确 5.2014山东卷 如图所示，一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内，通有 恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定，导

5、体棒与轨道垂直且接触良好，在向右匀 速通过M、N两区的过程中，导体棒所受安培力分别用FM、FN表 示不计轨道电阻以下叙述正确的是( ) AFM向右 BFN向左 CFM逐渐增大 DFN逐渐减小 答案:BCD 解析： 根据安培定则可判断出，通电导线在M区产生竖直向上的磁场，在N区产生竖直向 下的磁场当导体棒匀速通过M区时，由楞次定律可知导体棒受到的安培力向左当导体 棒匀速通过N区时，由楞次定律可知导体棒受到的安培力也向左选项B正确设导体棒的 电阻为r，轨道的宽度为L，导体棒产生的感应电流为I，则导体棒受到的安培力F安 BILB BLv RrL B 2L2v Rr，在导体棒从左到右匀速通过 M区时，

6、磁场由弱到强，所以FM逐渐增 大；在导体棒从左到右匀速通过N区时，磁场由强到弱，所以FN逐渐减小选项 C、D 正 确 62014四川卷 如图所示，不计电阻的光滑 U 形金属框水平放置，光滑、竖直玻璃挡 板H、P固定在框上，H、P的间距很小质量为 0.2 kg 的细金属杆CD恰好无挤压地放在两 挡板之间，与金属框接触良好并围成边长为 1 m 的正方形，其有效电阻为 0.1 .此时在整 个空间加方向与水平面成 30角且与金属杆垂直的匀强 磁场，磁感应强度随时间变化规律是B(0.40.2t) T，图示磁场方向为正方向框、挡板和杆不计形 变则( ) At1 s 时，金属杆中感应电流方向从C到D Bt3

7、 s 时，金属杆中感应电流方向从D到C Ct1 s 时，金属杆对挡板P的压力大小为 0.1 N Dt3 s 时，金属杆对挡板H的压力大小为 0.2 N 答案:AC 解析： 由于B(0.40.2 t) T，在t1 s 时穿过平面的磁通量向下并减少，则根据楞次 定律可以判断，金属杆中感应电流方向从C到D，A 正确在t3 s 时穿过平面的磁通量向 上并增加，则根据楞次定律可以判断，金属杆中感应电流方向仍然是从C到D，B 错误由 法拉第电磁感应定律得E t B tSsin 300.1 V，由闭合电路的欧姆定律得电路电 流IE R1 A，在 t1 s 时，B0.2 T，方向斜向下，电流方向从C到D，金属

8、杆对挡板P 的压力水平向右，大小为FPBILsin 300.1 N，C 正确同理，在t3 s 时，金属杆 对挡板H的压力水平向左，大小为FHBILsin 300.1 N，D 错误 72014安徽卷 英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场如 图所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁 场B，环上套一带电荷量为q的小球已知磁感应强度B随时间均匀增 加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做 功的大小是( ) A0 B.1 2r 2qk C2r2qk Dr2qk 答案:D 解析： 本题考查电磁感应、动能定理等知识点，考查对“变化的磁

9、场产生电场”的理解能 力与推理能力由法拉第电磁感应定律可知，沿圆环一周的感生电动势E感 t B tS kr 2，电荷环绕一周，受环形电场的加速作用，应用动能定理可得 WqE 感r 2qk. 选项 D 正确。 8 2014全国卷 很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的竖直圆筒一 条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐让条形磁铁从静止开始 下落条形磁铁在圆筒中的运动速率( ) A均匀增大 B先增大，后减小 C逐渐增大，趋于不变 D先增大，再减小，最后不变 答案:C 解析： 本题考查楞次定律、法拉第电磁感应定律竖直圆筒相当于闭合电路，磁铁穿过闭 合电路，产生感应电流，根据

10、楞次定律，磁铁受到向上的阻碍磁铁运动的安培力，开始时 磁铁的速度小，产生的感应电流也小，安培力也小，磁铁加速运动，随着速度的增大，产 生的感应电流增大，安培力也增大，直到安培力等于重力的时候，磁铁匀速运动所以 C 正确 9 2014广东卷 如图 8 所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置，小 磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小 磁块( ) A在P和Q中都做自由落体运动 B在两个下落过程中的机械能都守恒 C在P中的下落时间比在Q中的长 D落至底部时在P中的速度比在Q中的大 答案:C 解析： 磁块在铜管中运动时，铜管中产生感应电流，根据楞次定律，磁块会受到向上的磁

11、 场力，因此磁块下落的加速度小于重力加速度，且机械能不守恒，选项 A、B 错误；磁块在 塑料管中运动时，只受重力的作用，做自由落体运动，机械能守恒，磁块落至底部时，根 据直线运动规律和功能关系，磁块在P中的下落时间比在Q中的长，落至底部时在P中的速 度比在Q中的小，选项 C 正确，选项 D 错误 102014江苏卷 如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源， 过了几分钟，杯内的水沸腾起来若要缩短上述加热时间，下列 措施可行的有( ) A增加线圈的匝数 B提高交流电源的频率 C将金属杯换为瓷杯 D取走线圈中的铁芯 答案:AB 解析： 根据法拉第电磁感应定律En t 知，增加线圈

12、的匝数n，提高交流电源的频率即 缩短交流电源的周期(相当于减小t)，这两种方法都能使感应电动势增大故选项 A、B 正 确将金属杯换为瓷杯，则没有闭合电路，也就没有感应电流；取走线圈中的铁芯，则使 线圈中的磁场大大减弱，则磁通量的变化率减小感应电动势减小故选项 C、D 错误 11 2014新课标卷 半径分别为r和 2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内，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

13、)直导体棒在水平外力作用下以角速 度绕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，导体棒和导轨的电阻均可忽略重力加速度大小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 解： (1)在t时间内，导体棒扫过的面积为 S1 2t(2r) 2r2 根据法拉第电磁感应定律，导体棒上感应电动势的大小为 BS t 根据右手定则，感应电流的方向是从B端流向A端因此，通过电阻R的感应电流的方向是 从C端流向D端由欧姆定律可知，通过电阻R的感应电流的大小I满足 I R 联立式得 I3Br 2 2R . (2)在竖直方向有 mg2N0 式中，由于质

14、量分布均匀，内、外圆导轨对导体棒的正压力大小相等，其值为N，两导轨 对运行的导体棒的滑动摩擦力均为 fN 在t时间内，导体棒在内、外圆轨上扫过的弧长为 l1rt 和 l22rt 克服摩擦力做的总功为 Wff(l1l2) 在t时间内，消耗在电阻R上的功为 WRI 2Rt 根据能量转化和守恒定律知，外力在t时间内做的功为 WWfWR 外力的功率为 P W t 由至 12 式得 P3 2mgr 9 2B2r4 4R 122014安徽卷 (16 分)如图 1 所示，匀强磁场的磁感应强度B为 0.5 T，其方向垂直 于倾角为 30的斜面向上绝缘斜面上固定有“A”形状的光滑金属导轨的MPN(电阻忽 略不计

15、)，MP和NP长度均为 2.5 m，MN连线水平，长为 3 m以MN中点O为原点、OP为x 轴建立一维坐标系Ox.一根粗细均匀的金属杆CD，长度d为 3 m，质量m为 1 kg、电阻R 为 0.3 ，在拉力F的作用下，从MN处以恒定速度v1 m/s 在导轨上沿x轴正向运动(金 属杆与导轨接触良好)g取 10 m/s 2. 图 1 图 2 (1)求金属杆CD运动过程中产生的感应电动势E及运动到x0.8 m 处电势差UCD； (2)推导金属杆CD从MN处运动到P点过程中拉力F与位置坐标x的关系式，并在图 2 中画 出Fx关系图像； (3)求金属杆CD从MN处运动到P点的全过程产生的焦耳热 解： (

16、1)金属杆 CD在匀速运动中产生的感应电动势 EBlv(ld)，E1.5 V(D点电势高) 当x0.8 m 时，金属杆在导轨间的电势差为零设此时杆在导轨外的长度为l外，则 l外dOPx OP d OPMP 2 MN 2 2 得l外1.2 m 由楞次定律判断 D 点电势高，故 CD 两端电势差 UCBBl外v, UCD0.6 V (2)杆在导轨间的长度l与位置x关系是 lOPx OP d33 2x 对应的电阻R1为R1l dR，电流 IBlv R1 杆受的安培力F安BIl7.53.75x 根据平衡条件得FF安mgsin F12.53.75x(0x2) 画出的Fx图像如图所示 (3)外力F所做的功

17、WF等于Fx图线下所围的面积，即 WF512.5 2 2 J17.5 J 而杆的重力势能增加量Epmgsin 故全过程产生的焦耳热QWFEp7.5 J 132014北京卷 (20 分)导体切割磁感线的运动可以从宏观和微观两个角度来认识如 图所示，固定于水平面的 U 形导线框处于竖直向下的匀强磁场中，金属直导线MN在与其垂 直的水平恒力F作用下，在导线框上以速度v做匀速运动，速度v与恒力F方向相同；导线 MN始终与导线框形成闭合电路已知导线MN电阻为R，其长度L恰好等于平行轨道间距， 磁场的磁感应强度为B.忽略摩擦阻力和导线框的电阻 (1) 通过公式推导验证：在t时间内，F对导线MN所做的功W等

18、于电路获得的电能W电， 也等于导线MN中产生的热量Q; (2)若导线MN的质量m8.0 g、长度L0.10 m，感应电流I1.0 A，假设一个原子贡献 一个自由电子，计算导线MN中电子沿导线长度方向定向移动的平均速率ve(下表中列出一 些你可能会用到的数据)； 阿伏伽德罗常数NA 6.010 23 mol1 元电荷e 1.610 19 C 导线MN的摩尔质量 6.010 2 kg/mol (3)经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动的自由电子和金属离子(即金属原子失去电 子后的剩余部分)的碰撞展开你想象的翅膀，给出一个合理的自由电子的运动模型；在此 基础上，求出导线MN中金属离子对一个自由电子

19、沿导线长度方向的平均作用力f的表达 式 解： (1)导线产生的感应电动势 EBLv 导线匀速运动，受力平衡 FF安BIL 在t时间内，外力F对导线做功 WFvtF安vtBILvt 电路获得的电能 W电qEIEtBILvt 可见，F对导线MN做的功等于电路获得的电能W电； 导线MN中产生的热量 QI 2RtItIRqEW 电 可见，电路获得的电能W电等于导线MN中产生的热量Q. (2)导线MN中具有的原子数为 N m N A 因为一个金属原子贡献一个电子，所以导线MN中的自由电子数也是N. 导线MN单位体积内的自由电子数 n N SL 其中，S为导线MN的横截面积 因为电流 InveSe 所以

20、ve I nSe IL Ne IL mNAe 解得 ve7.810 6 m/s. (3)下列解法的共同假设：所有自由电子(简称电子，下同)以同一方式运动 方法一：动量解法 设电子在第一次碰撞结束至下一次碰撞结束之间的运动都相同，经历的时间为t，电子的 动量变化为零 因为导线MN的运动，电子受到沿导线方向的洛伦兹力f洛的作用 f洛evB 沿导线方向，电子只受到金属离子的作用力和f洛作用，所以 Iff洛t0 其中If为金属离子对电子的作用力的冲量，其平均作用力为f，则Ifft 得 ff洛evB 方法二：能量解法 S设电子从导线的一端到达另一端经历的时间为t，在这段时间内，通过导线一端的电子总 数

21、NIt e 电阻上产生的焦耳热是由于克服金属离子对电子的平均作用力f做功产生的 在时间t内，总的焦耳热 QNfL 根据能量守恒定律，有 QW电EItBLvIt 所以 fevB 方法三：力的平衡解法 因为电流不变，所以假设电子以速度ve相对导线做匀速直线运动 因为导线MN的运动，电子受到沿导线方向的洛伦兹力f洛的作用 f洛evB 沿导线方向，电子只受到金属离子的平均作用力f和f洛作有，二力平衡，即ff洛evB. 142014江苏卷 如图所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为L， 长为 3d，导轨平面与水平面的夹角为，在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层匀 强磁场的磁感应强度大小为

22、B，方向与导轨平面垂直质量为m的导体棒从导轨的顶端由静 止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端导体棒始终与导轨 垂直，且仅与涂层间有摩擦，接在两导轨间的电阻为R，其他部分的电阻均不计，重力加 速度为g.求： (1)导体棒与涂层间的动摩擦因数； (2)导体棒匀速运动的速度大小v； (3)整个运动过程中，电阻产生的焦耳热Q. 解： (1)在绝缘涂层上 受力平衡 mgsin mgcos 解得 tan . (2)在光滑导轨上 感应电动势 EBlv 感应电流 IE R 安培力 F安BLI 受力平衡 F 安mgsin 解得 vmgRsin B 2L2 (3)摩擦生热 QTmgdcos

23、 能量守恒定律 3mgdsin QQT1 2mv 2 解得 Q2mgdsin m 3g2R2sin 2B 4L4. 152014天津卷 如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角30的斜面 上，导轨电阻不计，间距L0.4 m导轨所在空间被分成区域和，两区域的边界与斜 面的交线为MN，中的匀强磁场方向垂直斜面向下，中的匀强磁场方向垂直斜面向上， 两磁场的磁场感应度大小均为B0.5 T在区域中，将质量m10.1 kg，电阻R10.1 的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑然后，在区域中将质量m20.4 kg，电阻R2 0.1 的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑cd在滑动过程中始终处于区域

24、 的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g10 m/s 2，问 (1)cd下滑的过程中，ab中的电流方向； (2)ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大； (3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x3.8 m，此过程中ab上 产生的热量Q是多少？ 解： (1)由右手定则可以直接判断出电流是由a流向b. (2)开始放置ab刚好不下滑时，ab所受摩擦力为最大静摩擦力，设其为Fmax，有 Fmaxm1gsin 设ab刚好要上滑时，cd棒的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律有 EBLv 设电路中的感应电流为I，由闭合电路欧姆定律有 I E R1R2 设ab

25、所受安培力为F安，有 F安ILB 此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下，由平衡条件有 F安m1gsin Fmax 综合式，代入数据解得 v5 m/s (3)设cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为Q总，由能量守恒有 m2gxsin Q总1 2m 2v 2 又 Q R1 R1R2Q 总 解得Q1.3 J 16 2014浙江卷 某同学设计一个发电测速装置，工作原理如图所示一个半径为R 0.1 m 的圆形金属导轨固定在竖直平面上，一根长为R的金属棒OA，A端与导轨接触良 好，O端固定在圆心处的转轴上转轴的左端有一个半径为rR 3的圆盘，圆盘和金属棒能 随转轴一起转动圆盘上绕有不可伸长的细线，下端

26、挂着一个质量为m0.5 kg的铝块在 金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场，磁感应强度B0.5 Ta点与导轨相 连，b点通过电刷与O端相连测量a、b两点间的电势差U可算得铝块速度铝块由静止 释放，下落h0.3 m 时，测得U0.15 V(细线与圆盘间没有滑动，金属棒、导轨、导线 及电刷的电阻均不计，重力加速度g取 10 m/s 2) 第 24 题图 (1)测U时，与a点相接的是电压表的“正极”还是“负极”？ (2)求此时铝块的速度大小； (3)求此下落过程中铝块机械能的损失 解： 本题考查法拉第电磁感应定律、右手定则等知识和分析综合及建模能力 (1)正极 (2)由电磁感应定律得UE

27、t 1 2BR 2 U1 2BR 2 vr1 3R 所以v 2U 3BR2 m/s (3)Emgh1 2mv 2 E0.5 J 17.（2014 上海）（14 分）如图，水平面内有一光滑金属导轨，其 MN、PQ 边的电阻不计， MP 边的电阻阻值 R=1.5，MN 与 MP 的夹角为 135 0，PQ 与 MP 垂直，MP 边长度小于 1m。将质 量 m=2kg,电阻不计的足够长直导体棒搁在导轨上，并与 MP 平行。棒与 MN、PQ 交点 G、H 间 的距离 L=4m.空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度 B=0.5T。在外力作用下，棒 由 GH 处以一定的初速度向左做直线运动，运动时

28、回路中的电流强度始终与初始时的电流强 度相等。 (1)若初速度 v1=3m/s， 求棒在 GH 处所受的安培力大小 FA 。 （2） 若初速度 v2=1.5m/s， 求棒向左移动距离 2m 到达 EF 所需时间t。（3）在棒由 GH 处向左移动 2m 到达 EF 处的过 程中，外力做功 W=7J,求初速度 v3 。 解： （1）棒在 GH 处速度为 v1 ,因此根据法拉第电磁感应定律有： E1=BLv1 ， 由闭合电路欧姆定律得 I1=BLv1/R ， 棒在 GH 处所受安培力为 FA BI1L , 解式且代入数据得：FAB 2L2v 1/R = 8N （2）设棒移动距离为 a2m，由几何关系

29、可得 EF 间距也为 a，向左移动整个过程中磁通量 的变化量Ba(a+L)/2 ，题设运动时回路中电流保持不变，即感应电动势 E2不变， 开始移动时有 E2=BLv2 , 又整个过程中 E2=/tBa(a+L)/(2t) , 解以上两式并代入数据得ta(a+L)/(2Lv2)1s. （3）设外力做功为 W=7J，克服安培力做功为 WA，导体棒在 EF 处的速度为 v4 , 由动能定理得：WWAmv4 2/2mv 3 2/2 运动时回路中电流保持不变，即感应电动势 E2不变，同（2）理有：E3=BLv3 Bav4 ， E3=/t1Ba(a+L)/(2t1) ， 得t1a(a+L)/(2Lv3) 11 I3=BLv3/R 12 ， 由功能关系得 WAQI3 2Rt 1 13 解8910111213 且代入数据得：v31m/s 14