【3年高考2年模拟1年预测】高考物理 专题9 电磁感应（含解析）.doc

专题9电磁感应【2015年高考命题预测】电磁感应的考点主要是基于磁通量和楞次定律的认识，从而引申出感应电动势和感应电流的判断。考察形式主要是选择题，而且选择题涉及的难度一般比较高，选择题的最后一个或者倒数第二个会涉及本考点。最热门的命题形式图像题，即给出线框通过游街匀强磁场的运动过程，给出选项判断电动势随时间变化的图像，或者电流随时间变化的图像，其中涉及正负方向即电动势电流方向的判断。还有一种命题形式是滑轨类，导体沿导轨滑动过程切割磁感线，导致磁通量发生变化，产生感应电流，还可以根据感应电流考察电路的相关知识点。对于导轨问题不但会以选择题的形式出现，也不排除以计算题的形式出现，毕竟带电粒子在复合场中的运动已经考察多年，所以备考中也要注意。自感现象和涡流也是电磁感应考点中偶尔出现的黑马，给以一定的关注是必要的。2015年高考，命题的考点仍然集中于楞次定律，备考的重点是把磁通量的变化理解透彻，认识楞次定律到位。选择题出现的考察形式涉及到各种各样的切割磁感线问题，比如导体棒的运动，线圈的收缩，磁体的运动，引起磁场的电流的变化以及磁场的变化，也就是法拉第发现电磁感应定律的5种变化，我们必须能够认清各种变化导致的磁通量变化，并分析出感应电动势和感应电流的变化。不但对该考点理解透彻还会与相关的动力学和电学知识相关联。必须在备考工作中强化训练，对变化形式多见多分析，考试才能快速判断选项。【2015年高考考点定位】本考点从磁通量开始，以引起磁通量变化的各种原因为线索，以判断磁通量变化导致的感应电动势和感应电流大小和方向的楞次定律和法拉第电磁感应定律为重点，综合力学和电学的相关知识点，电磁感应考点主要的知识网络。【考点pk】名师考点透析考点一、磁通量 电磁感应现象和楞次定律【名师点睛】1、 磁通量：穿过平面的磁感线条数，公式，为磁场方向和平面的夹角。引起磁通量变化的原因可能是磁感应强度的变化，线圈面积的变化以及二者夹角的变化，磁通量变化量记做。2、 电磁感应现象：法拉第发现并总结出产生感应电流的五种情况：变化的电流变化的磁场运动的恒定电流运动的磁铁在磁场中运动的导体进一步总结发现：当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，电路中有感应电流产生。电磁感应的实质是产生感应电动势，如果回路闭合则产生感应电流，若回路不闭合则产生感应电动势，电路中没有感应电流。3、 楞次定律：感应电流产生的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。阻碍不是阻止，“增反减同”即若磁通量减小，感应电流产生的磁场与原磁场方向相同，若磁通量增大，感应电流产生的磁场与原磁场同向。“增缩减扩”对线圈分析，若磁通量增大，线圈与缩小的趋势，若磁通量减小，线圈有扩大的趋势。4、 右手定则：导体切割磁感线时判断感应电流方向用右手定则伸开右手，让大拇指和其他四指垂直，并且和手掌在同一个平面内，让磁感线从掌心传入，并使拇指方向指向导体棒运动的方向，此时四指所指的方向就是感应电流方向考点二、法拉第电磁感应定律 自感和涡流【名师点睛】1、 闭合电路中感应电动势的大小与磁通量变化率成正比即，其中为线圈匝数，普遍适用。2、 若导体棒垂直切割磁感线则有，若导体棒在匀强磁场张绕其中一端点做匀速圆周运动，则产生的感应电动势。若线圈面积不变，则感应电动势，即图像的斜率。磁通量发生变化产生感应电流的过程通过横截面的电荷量与时间无关。3、 互感现象：一个线圈中的磁通量发生变化时，产生变化的磁场，使得附近的另一个线圈的磁通量发生变化产生感应电动势和感应电流的现象4、 自感现象：通过导体自身的电流发生变化时产生感应电流的现象，自感现象阻碍电流的变化。自感现象中产生的电动势即自感电动势。自感电动势大小与线圈的自感系数有关，线圈匝数越多，自感电动势越大，有铁芯比没有铁芯的自感电动势大。5、 涡流：线圈中电流发生变化，会在周围产生变化的磁场，使得周围处于磁场中的导体磁通量发生变化，产生感应电流的现象叫涡流。常见的应用有电磁阻尼和电磁驱动。【试题演练】1.【湖北省武汉市部分学校20132014新高三起点调研测试物理试题】如图所示，光滑水平面上存在一有界匀强磁场，圆形金属线框在水平拉力的作用下，通过磁场的左边界mn。在此过程中，线框做匀速直线运动，速度的方向与mn成角。下列说法正确的是：a线框内感应电流沿顺时针方向b线框内感应电流先增大后减小c水平拉力的大小与无关d水平拉力的方向与有关考点：楞次定律 有效切割长度2.【2014新余高三上学期期末质检】如图所示，在坐标系xoy中，有边长为l的正方形金属线框abcd，其一条对角线ac和y轴重合、顶点a位于坐标原点o处。在y轴的右侧，的i、象限内有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的上边界与线框的ab边刚好完全重合，左边界与y轴重合，右边界与y轴平行。t =0时刻，线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场上边界的方向穿过磁场区域。取沿abcda方向的感应电流为正，则在线圈穿过磁场区域的过程中，感应电流i、ab间的电势差uab随时间t变化的图线是下图中的( ) 【三年高考】 12、13、14 高考试题及其解析1.【2014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.将绕在磁铁上的线圈与电流表组合成一闭合回路，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2.【2014安徽卷】英国物体学家麦克斯韦认为，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的绝缘细圆环放置，环内存在竖直向上的匀强磁场，环上套一带电荷量为的小球，已知磁感强度b随时间均匀增加，其变化率为，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大小是a0 b c d3.【2014山东卷】如图，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，导体棒与轨道垂直且接触良好。在向右匀速通过两区的过程中，导体棒所受安培力分别用、表示。不计轨道电阻。以下叙述正确的是a 向右 b向左 c逐渐增大 d逐渐减小4.【2014广东卷】如图所示，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5.【2014全国大纲卷】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6.【2014江苏卷】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 b c d7.【2014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【考点定位】本题主要考查了对感应电流产生条件、法拉第电磁感应定律的理解与应用问题，属于中档题。8.【2014四川卷】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0.2kg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1m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 =（0.4 -0.2t）t，图示磁场方向为正方向。框、挡板和杆不计形变。则：at = 1s时，金属杆中感应电流方向从c至dbt = 3s时，金属杆中感应电流方向从d至cct = 1s时，金属杆对挡板p的压力大小为0.1ndt = 3s时，金属杆对挡板h的压力大小为l.2n9.【2014海南卷】如图，在一水平、固定的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁（n极朝上，s极朝下）由静止开始下落，磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触，关于圆环中感应电流的方向（从上向下看），下列说法中正确的是a总是顺时针 b总是逆时针 c先顺时针后逆时针 d先逆时针后顺时针10.【2014新课标全国卷】如图（a），线圈ab、cd绕在同一软铁芯上，在ab线圈中通以变化的电流，测得cd间的的电压如图（b）所示，已知线圈内部的磁场与流经的电流成正比， 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】试题分析：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势即cd线圈中的电压，由于磁场是线圈ab中的感应电流产生的，所以，综上可得，即电压大小与线圈中电流的变化率成正比，根据图（b）可判断和电流的变化率大小相等，方向相反，即图象斜率大小相等，方向相反，对照选项c对。【考点定位】电磁感应定律1.【2013山东理综】将一段导线绕成图甲所示的闭合回路，并固定在水平面(纸面)。回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场中。回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场，以向里为磁场的正方向，其磁感应强度b随时间t变化的图像如图乙所示。用f表示ab边受到的安培力，以水平向右为f的正方向，能正确反映f随时间t变化的图像是()2【2013北京理综】如图，在磁感应强度为b、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆mn在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动， mn中产生的感应电动势为e1；若磁感应强度增为2b，其他条件不变，mn中产生的感应电动势变为e2。则通过电阻r的电流方向及e1与e2之比e1e2分别为()aca，21bac，21cac，12 dca，123.【2013新课标全国卷】 在物理学发展过程中，观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用下列叙述符合史实的是()a奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，该效应揭示了电和磁之间存在联系b安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子环流假说c法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，会出现感应电流d楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化4.【2013全国卷】 纸面内两个半径均为r的圆相切于o点，两圆形区域内分别存在垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度大小相等、方向相反，且不随时间变化一长为2r的导体杆oa绕o点且垂直于纸面的轴顺时针匀速旋转，角速度为。t=0时，oa恰好位于两圆的公切线上，如图所示，若选取从o指向a的电动势为正，下列描述导体杆中感应电动势随时间变化的图像可能正确的是()5.【2013新课标全国卷】如图，在水平面(纸面)内有三根相同的均匀金属棒ab、ac和mn，其中ab、ac在a点接触，构成“v”字型导轨空间存在垂直于纸面的均匀磁场用力使mn向右匀速运动，从图示位置开始计时，运动中mn始终与bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触下列关于回路中电流i与时间t的关系图线，可能正确的是()a bcd【答案】a【解析】试题分析：考查电磁感应中的图像问题，此类问题应设法找纵轴与横轴的函数解析式设金属棒单位长度电阻为r0，bac2，则当mn棒切割磁感线的长度为l时，产生的感应电动势eblv，回路的总电阻rr0(l)，电路中的电流i，即i与t无关，a正确【考点】电磁感应定律1.【2012新课标】如图，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与磁场边缘重合; 磁场方向垂直于半圆面（纸面）向里，磁感应强度大小为b0使该线框从静止开始绕过圆心o、垂直于半圆面的轴以角速度匀速转动半周，在线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位置，磁感应强度大小随时间线性变化。为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的变化率的大小应为a bc d 2.【2012新课标】如图，一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内，线框在长直导线右侧，且其长边与长直导线平行。已知在t=0到t=t1的时间间隔内，直导线中电流i发生某种变化，而线框中的感应电流总是沿顺时针方向：线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。设电流i正方向与图中箭头所示方向相同，则i随时间t变化的图线可能是3.【2012 北京】物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图，她把一个带铁芯的线圈i、开关s和电源用导终连接起来后.将一金属套环置于线圈l上，且使铁芯穿过套环。闭合开关s的瞬间，套环立刻跳起。某司学另找来器材再探究此实验。他连接好电路，经重复试验，线圈上的套环均末动。对比老师演示的实验，下列四个选项中.导致套环未动的原因可能是（）a.线圈接在了直流电源上.b.电源电压过高.c.所选线圈的匝数过多，d.所用套环的材料与老师的不同4.【2012 福建】如图甲，一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落，穿过一根竖直悬挂的条形磁铁，铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴始终保持重合。若取磁铁中心o为坐标原点，建立竖直向下正方向的x轴，则图乙中最能正确反映环中感应电流i随环心位置坐标x变化的关系图像是5.【2012 山东】如图所示，相距为l的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为，上端接有定值电阻，匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为b。将质量为m的导体棒由静止释放，当速度达到时开始匀速运动，此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力，并保持拉力的功率为p，导体棒最终以的速度匀速运动。导体棒始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨和导体棒的电阻，重力加速度为g，下列选项正确的是abc当导体棒速度达到时加速度为d在速度达到以后匀速运动的过程中，r上产生的焦耳热等于拉力所做的功【两年模拟】 1.【2014湖北孝感高三第二次统考】如图所示，两根等高光滑的圆弧轨道，半径为、间距为，轨道电阻不计在轨道顶端连有一阻值为的电阻，整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为现有一根长度稍大于、电阻不计的金属棒从轨道最低位置开始，在拉力作用下以速度向右沿轨道做匀速圆周运动至处，则该过程中通过的电流方向为由内向外 通过的电流方向为由外向内上产生的热量为 流过的电量为q=it=t=，故d是不对的。考点：电磁感应，交流电的有效值，焦耳定律。2.【2014贵州省六校联盟高三第二次联考】水平固定放置的足够长的u形金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中，在导轨上放着金属棒ab，开始时ab棒以水平初速度v0向右运动，最后静止在导轨上，就导轨光滑和粗糙两种情况比较，这个过程 （ ）20题图图a安培力对ab棒所做的功不相等 b电流所做的功相等c产生的总内能相等 d通过ab棒的电量相等3.【2014湖南怀化高三一模】如图，直角坐标系oxy的2、4象限有垂直坐标系向里的匀强磁场，磁感应强度大小均为b，在第3象限有垂直坐标系向外的匀强磁场，磁感应强度大小为2b，现将半径为r，圆心角为90的扇形闭合导线框opq在外力作用下以恒定角速度绕o点在纸面内沿逆时针方向匀速转动。t=0时线框在图示位置，设电流逆时针方向为正方向。则下列关于导线框中的电流随时间变化关系正确的是4.【2014河北石家庄高三质检（二）】法拉第发明了世界上第一台发电机一一法拉第圆盘发电机。如图所示，紫铜做的圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中，圆盘圆心处固定一个摇柄，边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴，用导线将电刷与电流表连接起来形成回路。转动摇柄，使圆盘逆时针匀速转动，电流表的指针发生偏转。下列说法正确的是a回路中电流大小变化，方向不变 b回路中电流大小不变，方向变化c回路中电流的大小和方向都周期性变化 d路中电流方向不变，从b导线流进电流表5.【2014河南焦作高三一模】如图所示，相距为l的两条足够长的平行金属导轨右端连接有一定值电阻r，整个装置被固定在水平地面上，整个空间存在垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为b，两根质量均为m，电阻都为r，与导轨间的动摩擦因数都为的相同金属棒mn、ef垂直放在导轨上。现在给金属棒mn施加一水平向左的作用力f，使金属棒mn从静止开始以加速度a做匀加速直线运动，若重力加速度为g，导轨电阻不计，最大静摩擦力与滑动摩擦力相等。则下列说法正确的是a从金属棒mn开始运动到金属棒ef开始运动经历的时间为tb若从金属棒mn开始运动到金属棒ef开始运动经历的时间为t，则此过程中流过电阻r的电荷量为q=c若从金属棒mn开始运动到金属棒ef开始运动经历的时间为t，则金属棒ef开始运动时，水平拉力f的瞬时功率为p（mamg）atd从金属棒mn开始运动到金属棒ef开始运动的过程中，两金属棒的发热量相等【答案】ab【解析】6.【2014广东省佛山市高三教学质量检测（二）模】下列列举的四种器件中，工作时利用了电磁感应的是7.【2014江西省八所重点中学高三联考】如图甲所示，光滑绝缘水平面上，虚线mn的右侧存在磁感应强度b=2t的匀强磁场，mn的左侧有一质量m=0.1kg的矩形线圈abcd，bc边长l1=0.2m，电阻r=2。t=0时，用一恒定拉力f拉线圈，使其由静止开始向右做匀加速运动，经过时间1s，线圈的bc边到达磁场边界mn，此时立即将拉力f改为变力，又经过1s，线圈恰好完全进入磁场，整个运动过程中，线圈中感应电流i随时间t变化的图象如图乙所示，则（ ） a、恒定拉力大小为0.05n b、线圈在第2s内的加速度大小为1m/s2 c、线圈ab边长l2=0.5m d、在第2s内流过线圈的电量为0.2c8.【2014山西高三第三次四校联考】如图甲所示，光滑平行金属导轨mn、pq所在平面与水平面成角，m、p两端接一阻值为r的定值电阻，阻值为r的金属棒ab垂直导轨放置，其他部分电阻不计。整个装置处在磁感应强度为b的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向上。t=0时对棒施一平行于导轨的外力f，棒由静止开始沿导轨向上运动，通过r的感应电流随时间t变化的关系如图乙所示。下列关于穿过回路abpma的磁通量和磁通量的瞬时变化率以及ab两端的电势差uab和通过棒的电荷量q随时间变化的图象中，正确的是bdoit乙mqprabfb甲ototototuabqabcd9.【2014陕西长安一中等五校高三一模】矩形导线框abcd放在分布均匀的磁场中，磁场区域足够大，磁感线方向与导线框所在平面垂直，如图（甲）所示。在外力控制下线框处于静止状态。磁感应强度b随时间变化的图象如图（乙）所示，t=0时刻，磁感应强度的方向垂直导线框平面向里。在04s时间内，导线框ad边所受安培力随时间变化的图象（规定向左为安培力正方向）应该是下图中的（ ）10.【2014江西重点中学盟校高三十校第一次联考】如图甲所示，在竖直方向上有四条间距相等的水平虚线l1、l2、l3、l4，在l1l2之间、l3l4之间存在匀强磁场，大小均为1 t，方向垂直于虚线所在平面现有一矩形线圈abcd，宽度cdl0.5 m，质量为0.1 kg，电阻为2 ，将其从图示位置由静止释放(cd边与l1重合)，速度随时间的变化关系如图乙所示，t1时刻cd边与l2重合，t2时刻ab边与l3重合，t3时刻ab边与l4重合，已知t1t2的时间间隔为0.6 s，整个运动过程中线圈平面始终处于竖直方向(重力加速度g取10 m/s2)则a在0t1时间内，通过线圈的电荷量为0.25 c b线圈匀速运动的速度大小为8 m/sc线圈的长度为1 m d0t3时间内，线圈产生的热量为4.2 j1.【2013河南省新乡许昌平顶山三市高三第一次调研】矩形导线框固定在匀强磁场中，如图甲所示。磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向为垂直纸面向里，磁感应强度b随时间t变化的规律如图乙所示，则a.从0到t1时间内，导线框中电流的方向为abcdab.从0到t1时间内，导线框中电流越来越小c.从0到t2时间内，导线框中电流的方向始终为adcbad.从0到t2时间内，导线框bc边受到的安培力越来越大2.【2013江西省临川一中、师大附中高三联考】如图所示，竖直放置的条形磁铁中央，有一闭合金属弹性圆环，条形磁铁中心线与弹性环轴线重合，现将弹性圆环均匀向外扩大，下列说法中正确的是（ ）a穿过弹性圆环的磁通量增大b从上往下看，弹性圆环中有顺时针方向的感应电流c弹性圆环中无感应电流d弹性圆环受到的安培力方向沿半径向外【考点】楞次定律3.【2013浙江省台州中学高三5月调考】如图所示，虚线为磁感应强度大小均为b的两匀强磁场的分界线，实线mn为它们的理想下边界。边长为l的正方形线圈电阻为r，ab边与mn重合，且可以绕过a点并垂直线圈平面的轴以角速度匀速转动，则下列说法正确的是a.从图示的位置开始逆时针转动180的过程中，线框中感应电流方向始终为逆时针b.从图示的位置开始顺时针转动90到180这段时间内，线圈完全在磁场中时无感应电流c.从图示的位置顺时针转动180的过程中，线框中感应电流的最大值为d.从图示的位置开始顺时针方向转动270的过程中，通过线圈的电量为4.【2013北京市清华附中高三模拟】如图1所示，光滑平行金属导轨mn、pq所在平面与水平面成角，m、p两端接有阻值为r的定值电阻。阻值为r的金属棒ab垂直导轨放置，其它部分电阻不计。整个装置处在磁感应强度为b的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨