高考物理一轮复习 专题十 电磁感应课件.ppt

专题十电磁感应 高考物理 江苏专用 考点一楞次定律法拉第电磁感应定律1 2014江苏单科 1 3分 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 五年高考 a组自主命题 江苏卷题组 a b c d 错解分析本题易错选c 原因有两种可能 一是对磁通量概念的理解有误 认为面积s a2 二是审题不清 认为磁感应强度 增加了 2b 由此可见 解题过程中一定要细心再细心 2 2011江苏单科 2 3分 如图所示 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d 线框的机械能不断增大 答案b由通电直导线周围磁感线的分布规律可知 线框下落过程中穿过其中的磁感线越来越少 故磁通量在不断变小 故a错 下落时穿过线框的磁通量始终减小 由楞次定律可知感应电流的方向保持不变 故b正确 线框上下两边受到的安培力方向虽相反 但上边所处位置的磁感应强度始终大于下边所处位置的磁感应强度 故上边所受的安培力大于下边所受的安培力 其合力不为零 故c错 由能量守恒可知下落时一部分机械能会转化为线框通电发热产生的内能 故线框的机械能减少 d错 评析考查知识点多 几乎涵盖了电磁学的所有知识 如左 右手定则 楞次定律和电磁感应中的能量转换关系 难度适中 因考查的都是基本知识 故得分率高 3 2016江苏单科 6 4分 多选 电吉他中电拾音器的基本结构如图所示 磁体附近的金属弦被磁化 因此弦振动时 在线圈中产生感应电流 电流经电路放大后传送到音箱发出声音 下列说法正确的有 a 选用铜质弦 电吉他仍能正常工作b 取走磁体 电吉他将不能正常工作c 增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势d 弦振动过程中 线圈中的电流方向不断变化 答案bcd铜质弦无法被磁化 不能产生磁场引起线圈中磁通量的变化从而产生感应电流 所以铜质弦不能使电吉他正常工作 故a项错误 取走磁体 金属弦无法被磁化 线圈中不会产生感应电流 b项正确 由e n知 c项正确 金属弦来回振动 线圈中磁通量不断增加或减小 电流方向不断变化 d项正确 考查点本题考查产生感应电流的条件 法拉第电磁感应定律 感应电流方向等知识 属于容易题 易错点拨有些学生受生活中吉他铜质弦的影响 误选a项 这就提醒我们解题一定要结合所学的物理知识 深入思考推理 不要凭想象 失分警示铜质材料不能被磁化 铜质弦振动时不会在线圈中产生感应电动势 审题关键 磁体把金属弦磁化 被磁化了的弦振动时 使线圈内磁通量发生变化 从而产生了感应电流 4 2014江苏单科 7 4分 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该装置的工作原理是 线圈内变化的电流产生变化的磁场 从而使金属杯内产生涡流 再把电能转化为内能 使杯内的水升温 交流电源的频率一定时 线圈产生的磁场的磁感应强度最大值bm越大 杯内磁通量变化就越快 产生的涡流就越大 增加线圈的匝数会使线圈产生的磁场bm增大 而取走线圈中的铁芯会使线圈产生的磁场bm减小 故a对 d错 交流电源的频率增大 杯内磁通量变化加快 产生的涡流增大 故b正确 瓷为绝缘材料 不能产生涡流 故c错 考查点本题从改变线圈构造 工作电源 加热容器等多个视角考查考生对涡流的理解 属于容易题 学习指导涡流不是重 难点 学习中很容易忽视它 由此可见 我们在学习过程中 不留知识漏洞 才不会在高考中留下遗憾 5 2016江苏单科 13 15分 据报道 一法国摄影师拍到 天宫一号 空间站飞过太阳的瞬间 照片中 天宫一号 的太阳帆板轮廓清晰可见 如图所示 假设 天宫一号 正以速度v 7 7km s绕地球做匀速圆周运动 运动方向与太阳帆板两端m n的连线垂直 m n间的距离l 20m 地磁场的磁感应强度垂直于v mn所在平面的分量b 1 0 10 5t 将太阳帆板视为导体 1 求m n间感应电动势的大小e 2 在太阳帆板上将一只 1 5v 0 3w 的小灯泡与m n相连构成闭合电路 不计太阳帆板和导线的电阻 试判断小灯泡能否发光 并说明理由 3 取地球半径r 6 4 103km 地球表面的重力加速度g 9 8m s2 试估算 天宫一号 距离地球表面的高度h 计算结果保留一位有效数字 解析 1 法拉第电磁感应定律e blv 代入数据得e 1 54v 2 不能 因为穿过闭合回路的磁通量不变 不产生感应电流 3 在地球表面有g mg匀速圆周运动g m解得h r 代入数据得h 4 105m 数量级正确都算对 答案 1 1 54v 2 见解析 3 4 105m 考查点本题考查感应电流产生的条件 法拉第电磁感应定律 万有引力提供向心力 黄金代换式等考点 情景清晰简单 对分析推理能力要求不高 属于中等难度题 易错点拨虽然mn连线在切割磁感线 m点电势高于n点电势 但在m n之间连小灯泡 整个回路在磁场中平动 磁通量不变 1 2018课标 17 6分 如图 导体轨道opqs固定 其中pqs是半圆弧 q为半圆弧的中点 o为圆心 轨道的电阻忽略不计 om是有一定电阻 可绕o转动的金属杆 m端位于pqs上 om与轨道接触良好 空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场 磁感应强度的大小为b 现使om从oq位置以恒定的角速度逆时针转到os位置并固定 过程 再使磁感应强度的大小以一定的变化率从b增加到b 过程 在过程 中 流过om的电荷量相等 则等于 a b c d 2 b组统一命题 省 区 市 卷题组 答案b本题考查法拉第电磁感应定律及电荷量公式 由公式e i q it得q 设半圆弧半径为r 对于过程 q1 对于过程 q2 由q1 q2得 故b项正确 规律总结电磁感应中电荷量的求解方法 1 q it 2 q 其中 的求解有三种情况 1 只有s变化 b s 2 只有b变化 b s 3 b和s都变化 2 1 2 2017课标 15 6分 如图 在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一u形金属导轨 导轨平面与磁场垂直 金属杆pq置于导轨上并与导轨形成闭合回路pqrs 一圆环形金属线框t位于回路围成的区域内 线框与导轨共面 现让金属杆pq突然向右运动 在运动开始的瞬间 关于感应电流的方向 下列说法正确的是 a pqrs中沿顺时针方向 t中沿逆时针方向b pqrs中沿顺时针方向 t中沿顺时针方向c pqrs中沿逆时针方向 t中沿逆时针方向d pqrs中沿逆时针方向 t中沿顺时针方向 答案d金属杆pq向右运动 穿过pqrs的磁通量增加 由楞次定律可知 感应电流在pqrs内的磁场方向垂直纸面向外 由安培定则可判断pqrs中产生逆时针方向的电流 穿过t的磁通量是外加匀强磁场和pqrs产生的感应电流的磁场的磁通量代数和 穿过t的合磁通量垂直纸面向里减小 据楞次定律和安培定则可知 t中产生顺时针方向的感应电流 故d正确 易错点拨对楞次定律的深度理解线框与导轨共面且与磁场垂直 当金属杆pq向右运动时 pqrs中向里的磁通量增加 从而产生逆时针方向的感应电流 t中原有垂直纸面向里的磁通量不变 而增加了因pqrs中感应电流产生的向外的磁通量 导致t中垂直纸面向里的合磁通量减小 从而产生顺时针方向的感应电流 3 2017北京理综 19 6分 图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图 l1和l2为电感线圈 实验时 断开开关s1瞬间 灯a1突然闪亮 随后逐渐变暗 闭合开关s2 灯a2逐渐变亮 而另一个相同的灯a3立即变亮 最终a2与a3的亮度相同 下列说法正确的是 a 图1中 a1与l1的电阻值相同b 图1中 闭合s1 电路稳定后 a1中电流大于l1中电流c 图2中 变阻器r与l2的电阻值相同 d 图2中 闭合s2瞬间 l2中电流与变阻器r中电流相等 答案c本题考查自感现象判断 在图1中断开s1瞬间 灯a1突然闪亮 说明断开s1前 l1中的电流大于a1中的电流 故l1的阻值小于a1的阻值 a b选项均错误 在图2中 闭合s2瞬间 由于l2的自感作用 通过l2的电流很小 d错误 闭合s2后 最终a2与a3亮度相同 说明两支路电流相等 故r与l2的阻值相同 c项正确 知识拓展断电自感现象深入分析图1实验为断电自感实验 当s1断开后 l1与a1构成一个闭合回路 l1的自感电动势使回路中的电流保持一段时间 故a1会逐渐变暗 4 2017课标 18 6分 扫描隧道显微镜 stm 可用来探测样品表面原子尺度上的形貌 为了有效隔离外界振动对stm的扰动 在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板 并施加磁场来快速衰减其微小振动 如图所示 无扰动时 按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场 出现扰动后 对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是 答案a本题考查电磁阻尼 若要有效衰减紫铜薄板上下及左右的微小振动 则要求施加磁场后 在紫铜薄板发生上下及左右的微小振动时 穿过紫铜薄板横截面的磁通量都能发生变化 由选项图可知只有a满足要求 故选a 5 2015课标 15 6分 如图 直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中 磁感应强度大小为b 方向平行于ab边向上 当金属框绕ab边以角速度 逆时针转动时 a b c三点的电势分别为ua ub uc 已知bc边的长度为l 下列判断正确的是 a ua uc 金属框中无电流b ub uc 金属框中电流方向沿a b c ac ubc bl2 金属框中无电流d uac bl2 金属框中电流方向沿a c b a 答案c闭合金属框在匀强磁场中以角速度 逆时针转动时 穿过金属框的磁通量始终为零 金属框中无电流 由右手定则可知ub ua uc a b d选项错误 b c两点的电势差ubc blv中 bl2 选项c正确 6 2018课标 19 6分 多选 如图 两个线圈绕在同一根铁芯上 其中一线圈通过开关与电源连接 另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路 将一小磁针悬挂在直导线正上方 开关未闭合时小磁针处于静止状态 下列说法正确的是 a 开关闭合后的瞬间 小磁针的n极朝垂直纸面向里的方向转动b 开关闭合并保持一段时间后 小磁针的n极指向垂直纸面向里的方向c 开关闭合并保持一段时间后 小磁针的n极指向垂直纸面向外的方向d 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间 小磁针的n极朝垂直纸面向外的方向转动 答案ad本题考查电流的磁效应 楞次定律等知识 当开关闭合瞬间 右侧线圈中电流突然增大 铁芯上向右的磁场增强 由楞次定律可知左侧线圈中正面感应电流向上 则远处直导线上电流向左 由安培定则可知小磁针处直导线上电流产生的磁场方向垂直纸面向里 a项正确 开关闭合并保持一段时间后 磁场不再变化 左侧线圈中没有感应电流 小磁针n s极回到原始方向 故b c两项错误 开关断开的瞬间 右侧线圈中电流减小 左侧线圈正面感应电流向下 远处直导线上电流向右 由安培定则知 小磁针处直导线上电流产生的磁场方向垂直纸面向外 故d项正确 审题指导关键词在审题中的作用关键词 同一根铁芯 意味着左右两侧线圈中磁通量变化率相同 远处 说明此处小磁针不再受线圈中磁通量变化的影响 小磁针悬挂在直导线正上方 说明磁针的偏转受直导线上电流产生的磁场影响 7 2018课标 20 6分 多选 如图 a 在同一平面内固定有一长直导线pq和一导线框r r在pq的右侧 导线pq中通有正弦交流电i i的变化如图 b 所示 规定从q到p为电流正方向 导线框r中的感应电动势 a 在t 时为零b 在t 时改变方向c 在t 时最大 且沿顺时针方向 d 在t t时最大 且沿顺时针方向 答案ac本题考查楞次定律的应用及法拉第电磁感应定律 由i t图像可知 在t 时 0 此时穿过导线框r的磁通量的变化率 0 由法拉第电磁感应定律可知 此时导线框r中的感应电动势为0 选项a正确 同理在t 和t t时 为最大值 为最大值 导线框r中的感应电动势为最大值 不改变方向 选项b错误 根据楞次定律 t 时 导线框r中的感应电动势的方向为顺时针方向 而t t时 导线框r中的感应电动势的方向为逆时针方向 选项c正确 选项d错误 一题多解当导线pq中电流变大时 穿过导线框r的磁通量变大 由楞次定律可知 为阻碍磁通量变大 r有向右的运动趋势 根据两直导线电流同向相吸 异向相斥 可判断r中的电流方向 同理 可判断当导线pq中电流变小时导线框r中的电流方向 8 2015课标 19 6分 多选 1824年 法国科学家阿拉果完成了著名的 圆盘实验 实验中将一铜圆盘水平放置 在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针 如图所示 实验中发现 当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时 磁针也随着一起转动起来 但略有滞后 下列说法正确的是 a 圆盘上产生了感应电动势b 圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动c 在圆盘转动的过程中 磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化d 圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流 此电流产生的磁场导致磁针转动 答案ab如图所示 图中圆盘为正视剖面图 将铜圆盘等效为无数个长方形线圈的组合 则每个线圈绕oo 轴转动时 均有感应电流产生 这些感应电流产生的磁场对小磁针有作用力 从而使小磁针转动起来 可见a b均正确 由于圆盘面积不变 与磁针间的距离不变 故整个圆盘中的磁通量没有变化 c错误 圆盘中自由电子随圆盘一起运动形成的电流的磁场 由安培定则可判断出在中心方向竖直向下 其他位置关于中心对称 此磁场不能导致磁针转动 d错误 9 2016课标 24 14分 如图 两固定的绝缘斜面倾角均为 上沿相连 两细金属棒ab 仅标出a端 和cd 仅标出c端 长度均为l 质量分别为2m和m 用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca 并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上 使两金属棒水平 右斜面上存在匀强磁场 磁感应强度大小为b 方向垂直于斜面向上 已知两根导线刚好不在磁场中 回路电阻为r 两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为 重力加速度大小为g 已知金属棒ab匀速下滑 求 1 作用在金属棒ab上的安培力的大小 2 金属棒运动速度的大小 答案 1 mg sin 3 cos 2 sin 3 cos 解析 1 设两导线的张力大小之和为t 右斜面对ab棒的支持力的大小为n1 作用在ab棒上的安培力的大小为f 左斜面对cd棒的支持力大小为n2 对于ab棒 由力的平衡条件得2mgsin n1 t f n1 2mgcos 对于cd棒 同理有mgsin n2 t n2 mgcos 联立 式得f mg sin 3 cos 2 由安培力公式得f bil 这里i是回路abdca中的感应电流 ab棒上的感应电动势为 blv 式中 v是ab棒下滑速度的大小 由欧姆定律得 i 联立 式得v sin 3 cos 1 2016北京理综 16 6分 如图所示 匀强磁场中有两个导体圆环a b 磁场方向与圆环所在平面垂直 磁感应强度b随时间均匀增大 两圆环半径之比为2 1 圆环中产生的感应电动势分别为ea和eb 不考虑两圆环间的相互影响 下列说法正确的是 a ea eb 4 1 感应电流均沿逆时针方向b ea eb 4 1 感应电流均沿顺时针方向c ea eb 2 1 感应电流均沿逆时针方向d ea eb 2 1 感应电流均沿顺时针方向 c组教师专用题组 答案b由题意可知 k 导体圆环中产生的感应电动势e s r2 因ra rb 2 1 故ea eb 4 1 由楞次定律知感应电流的方向均沿顺时针方向 选项b正确 2 2016浙江理综 16 6分 如图所示 a b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成 匝数均为10匝 边长la 3lb 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 两线圈内产生顺时针方向的感应电流b a b线圈中感应电动势之比为9 1c a b线圈中感应电流之比为3 4d a b线圈中电功率之比为3 1 答案b磁场均匀增大 穿过两线圈的磁通量增大 根据楞次定律可知两线圈内会产生逆时针方向的感应电流 选项a错误 由法拉第电磁感应定律e n nl2 得 选项b正确 由电阻定律r 得 由闭合电路欧姆定律可得i 即 选项c错误 由p 得 选项d错误 3 2015安徽理综 19 6分 如图所示 abcd为水平放置的平行 形光滑金属导轨 间距为l 导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场 磁感应强度大小为b 导轨电阻不计 已知金属杆mn倾斜放置 与导轨成 角 单位长度的电阻为r 保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动 金属杆滑动过程中与导轨接触良好 则 a 电路中感应电动势的大小为b 电路中感应电流的大小为c 金属杆所受安培力的大小为 d 金属杆的热功率为 答案b金属杆mn切割磁感线的有效长度为l 产生的感应电动势e blv a错误 金属杆mn的有效电阻r 故回路中的感应电流i b正确 金属杆受到的安培力f c错误 金属杆的热功率p i2r d错误 4 2015重庆理综 4 6分 图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图 线圈匝数为n 面积为s 若在t1到t2时间内 匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈 其磁感应强度大小由b1均匀增加到b2 则该段时间线圈两端a和b之间的电势差 a b a 恒为b 从0均匀变化到c 恒为 d 从0均匀变化到 答案c由楞次定律判定 感应电流从a流向b b点电势高于a点电势 因为磁场均匀增加 所以 a b为恒定的 故 a b ns 可见c正确 5 2015山东理综 17 6分 多选 如图 一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动 现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场 圆盘开始减速 在圆盘减速过程中 以下说法正确的是 a 处于磁场中的圆盘部分 靠近圆心处电势高b 所加磁场越强越易使圆盘停止转动c 若所加磁场反向 圆盘将加速转动d 若所加磁场穿过整个圆盘 圆盘将匀速转动 答案abd根据右手定则 处于磁场中的圆盘部分 感应电流从靠近圆盘边缘处流向靠近圆心处 故靠近圆心处电势高 a正确 安培力f 磁场越强 安培力越大 b正确 磁场反向时 安培力仍是阻力 c错误 若所加磁场穿过整个圆盘 则磁通量不再变化 没有感应电流 安培力为零 故圆盘不受阻力作用 将匀速转动 d正确 考点二电磁感应中的综合问题a组自主命题 江苏卷题组1 2011江苏单科 5 3分 如图所示 水平面内有一平行金属导轨 导轨光滑且电阻不计 匀强磁场与导轨平面垂直 阻值为r的导体棒垂直于导轨静止放置 且与导轨接触良好 t 0时 将开关s由1掷到2 q i v和a分别表示电容器所带的电荷量 棒中的电流 棒的速度和加速度 下列图像正确的是 答案d当s由1掷到2时 电容器瞬间放电 导体中产生放电电流 从而使导体棒向右运动 当导体棒向右运动时又会在导体棒中产生反向感应电流 当q减小到感应电动势和电容器上的电压平衡稳定时 q将保持不变 故a错 当稳定后导体棒中的i为零 故b错 电容器放电相当于给导体棒一个冲量 导体棒将做a减小的加速运动 当稳定时 i 0 a 0 v达到最大且保持匀速直线运动 故c错d正确 评析本题为数形结合的综合应用题 考查了电容器放电 电磁感应 力和运动的关系以及图像的分析判断能力 综合性强 难度大 得分率低 2 2018江苏单科 9 4分 多选 如图所示 竖直放置的 形光滑导轨宽为l 矩形匀强磁场 的高和间距均为d 磁感应强度为b 质量为m的水平金属杆由静止释放 进入磁场 和 时的速度相等 金属杆在导轨间的电阻为r 与导轨接触良好 其余电阻不计 重力加速度为g 金属杆 a 刚进入磁场 时加速度方向竖直向下b 穿过磁场 的时间大于在两磁场之间的运动时间c 穿过两磁场产生的总热量为4mgd d 释放时距磁场 上边界的高度h可能小于 答案bc本题考查电磁感应与动力学 能量问题的综合应用 要使杆进入磁场 和 时的速度相等 杆刚进入磁场 时必须减速运动 加速度方向竖直向上 故a错误 杆在 区做加速度减小的减速运动 在两磁场之间做a g的匀加速运动 运动过程如图所示 其中v1为杆刚进入 时的速度 v2为杆刚出 时的速度 图线与时间轴所围的面积表示位移 两段运动的位移相等 则t1 t2 t1 故b正确 对杆从进入磁场 至刚穿出磁场 的过程应用动能定理得mg 3d w安 m m 对杆穿过两磁场之间的过程应用动能定理得mgd m m 解得w安 4mgd 由功能关系得q w安 4mgd 故c正确 若杆刚进入磁场 时恰好匀速 则有 mg v1 代入h 得h 因为杆刚进入 时必须做减速运动 故一定有h 故d错误 疑难突破 1 利用v t图像分析运动过程和运动时间 可以化难为易 2 对于d选项 以杆刚进入 时恰好匀速运动作为参照 问题便迎刃而解 3 2017江苏单科 13 15分 如图所示 两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内 其右端接一阻值为r的电阻 质量为m的金属杆静置在导轨上 其左侧的矩形匀强磁场区域mnpq的磁感应强度大小为b 方向竖直向下 当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后 金属杆的速度变为v 导轨和金属杆的电阻不计 导轨光滑且足够长 杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触 求 1 mn刚扫过金属杆时 杆中感应电流的大小i 2 mn刚扫过金属杆时 杆的加速度大小a 3 pq刚要离开金属杆时 感应电流的功率p 解析本题考查法拉第电磁感应定律 闭合电路欧姆定律 牛顿第二定律 1 感应电动势e bdv0感应电流i 解得i 2 安培力f bid牛顿第二定律f ma解得a 3 金属杆切割磁感线的速度v v0 v 则感应电动势e bd v0 v 电功率p 解得p 答案 1 2 3 方法技巧感应电动势的求法感应电动势可分为感生电动势和动生电动势 感生电动势用公式e n求解 且只能求解平均电动势 动生电动势用公式e blv求解 既可以求平均电动势 也可以求瞬时电动势 用e blv求解电动势时 v为导体棒垂直切割磁感线的速度 4 2015江苏单科 13 15分 做磁共振 mri 检查时 对人体施加的磁场发生变化时会在肌肉组织中产生感应电流 某同学为了估算该感应电流对肌肉组织的影响 将包裹在骨骼上的一圈肌肉组织等效成单匝线圈 线圈的半径r 5 0cm 线圈导线的截面积a 0 80cm2 电阻率 1 5 m 如图所示 匀强磁场方向与线圈平面垂直 若磁感应强度b在0 3s内从1 5t均匀地减为零 求 计算结果保留一位有效数字 1 该圈肌肉组织的电阻r 2 该圈肌肉组织中的感应电动势e 3 0 3s内该圈肌肉组织中产生的热量q 答案 1 6 103 2 4 10 2v 3 8 10 8j 解析 1 由电阻定律得r 代入数据得r 6 103 2 感应电动势e 代入数据得e 4 10 2v 3 由焦耳定律得q t 代入数据得q 8 10 8j 考查点本题考查了电阻定律 法拉第电磁感应定律和电功三个方面的内容 模型已构建好 主要考查基本规律的简单应用 属于中等难度题 学习指导考生在本题中出现的错误主要有以下几方面 不理解公式中各字母的含义 乱套公式 单位换算错误 未按有效数字的要求表达结果 运算结果错误 由以上种种错误可见 学习过程中不仅要牢记公式 更重要的是要理解式中各字母的物理意义 解题过程中要细心 细心 再细心 5 2014江苏单科 13 15分 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 答案 1 tan 2 3 2mgdsin 解析 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e blv感应电流i 安培力f安 bil受力平衡f安 mgsin 解得v 3 摩擦生热q摩 mgdcos 由能量守恒定律得3mgdsin q q摩 mv2解得q 2mgdsin 解题思路因为棒 一直匀速滑到导轨底端 所以 棒在绝缘涂层上滑动时 下滑力 等于滑动摩擦力 棒开始做变加速运动 待匀速时速度达到最大 由合外力等于零列式可得最大速度v 对棒运动的全过程应用能量守恒定律 便可轻而易举地解出 考查点本题考查了共点力的平衡 摩擦力 法拉第电磁感应定律 欧姆定律 安培力 能量守恒定律等知识 要求考生具有一定的综合分析能力 属于中等难度题 6 2013江苏单科 13 15分 如图所示 匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd 线圈平面与磁场垂直 已知线圈的匝数n 100 边长ab 1 0m bc 0 5m 电阻r 2 磁感应强度b在0 1s内从零均匀变化到0 2t 在1 5s内从0 2t均匀变化到 0 2t 取垂直纸面向里为磁场的正方向 求 1 0 5s时线圈内感应电动势的大小e和感应电流的方向 2 在1 5s内通过线圈的电荷量q 3 在0 5s内线圈产生的焦耳热q 答案 1 10va d c b a 2 10c 3 100j 解析 1 感应电动势e1 n磁通量的变化 1 s b1解得e1 n代入数据得e1 10v感应电流的方向为a d c b a 2 同理可得e2 n感应电流i2 电荷量q i2 t2解得q n代入数据得q 10c 3 0 1s内的焦耳热q1 r t1且i1 1 5s内的焦耳热q2 r t2由q q1 q2 代入数据得q 100j 评析本题为电磁感应的常规物理量求解 考查学生对基本规律的理解及基本能力 难度较小 考查点本题考查法拉第电磁感应定律 电流 楞次定律 电荷量 焦耳定律等知识 要求考生具有一定的分析综合能力 属于中等难度题 解题思路运用楞次定律判断感应电流方向 运用法拉第电磁感应定律求感应电动势 再利用闭合电路欧姆定律和电流的定义式相结合求电荷量 由焦耳定律求焦耳热 1 2018课标 18 6分 如图 在同一水平面内有两根平行长导轨 导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域 区域宽度均为l 磁感应强度大小相等 方向交替向上向下 一边长为l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动 线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是 b组统一命题 省 区 市 卷题组 答案d本题考查右手定则 e blv 由右手定则判定 线框向左移动0 过程 回路中电流方向为顺时针 由e 2blv可知 电流i为定值 线框向左移动 l过程 线框左 右两边产生的感应电动势相抵消 回路中电流为零 线框向左移动l l过程 回路中感应电流方向为逆时针 由上述分析可见 选项d正确 方法技巧电磁感应中图像问题分析技巧由方向的合理性可直接排除错误选项 如果需要 再定量分析电流大小的变化情况确定正确选项 2 2017天津理综 3 6分 如图所示 两根平行金属导轨置于水平面内 导轨之间接有电阻r 金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触 整个装置放在匀强磁场中 磁场方向垂直于导轨平面向下 现使磁感应强度随时间均匀减小 ab始终保持静止 下列说法正确的是 a ab中的感应电流方向由b到ab ab中的感应电流逐渐减小c ab所受的安培力保持不变d ab所受的静摩擦力逐渐减小 答案d本题考查楞次定律 电磁感应定律 闭合电路欧姆定律 安培力 平衡条件 由于通过回路的磁通量向下减小 则根据楞次定律可知ab中感应电流的方向由a到b a错误 因ab不动 回路面积不变 当b均匀减小时 由e n ns知 产生的感应电动势恒定 回路中感应电流i 恒定 b错误 由f bil知f随b减小而减小 c错误 对ab由平衡条件有f f 故d正确 一题多解广义楞次定律因b减小时引起回路磁通量减小 由广义楞次定律可知回路有扩张的趋势 则ab所受安培力方向向右 再由左手定则可以判定ab中感应电流的方向从a到b 故a错误 3 2017课标 20 6分 多选 两条平行虚线间存在一匀强磁场 磁感应强度方向与纸面垂直 边长为0 1m 总电阻为0 005 的正方形导线框abcd位于纸面内 cd边与磁场边界平行 如图 a 所示 已知导线框一直向右做匀速直线运动 cd边于t 0时刻进入磁场 线框中感应电动势随时间变化的图线如图 b 所示 感应电流的方向为顺时针时 感应电动势取正 下列说法正确的是 a 磁感应强度的大小为0 5tb 导线框运动速度的大小为0 5m sc 磁感应强度的方向垂直于纸面向外 d 在t 0 4s至t 0 6s这段时间内 导线框所受的安培力大小为0 1n 答案bc本题考查电磁感应 安培力 导线框匀速进入磁场时速度v m s 0 5m s 选项b正确 由e blv 得b t 0 2t 选项a错误 由右手定则可确定磁感应强度方向垂直于纸面向外 选项c正确 导线框所受安培力f bli bl 0 2 0 1 n 0 04n 选项d错误 储备知识根据图像和导线框匀速运动 获取信息 结合安培力 导体切割磁感线产生感应电动势可以确定选项 4 2016课标 20 6分 多选 法拉第圆盘发电机的示意图如图所示 铜圆盘安装在竖直的铜轴上 两铜片p q分别与圆盘的边缘和铜轴接触 圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场b中 圆盘旋转时 关于流过电阻r的电流 下列说法正确的是 a 若圆盘转动的角速度恒定 则电流大小恒定b 若从上向下看 圆盘顺时针转动 则电流沿a到b的方向流动c 若圆盘转动方向不变 角速度大小发生变化 则电流方向可能发生变化d 若圆盘转动的角速度变为原来的2倍 则电流在r上的热功率也变为原来的2倍 答案ab设圆盘的半径为l 可认为圆盘由无数根辐条构成 则每根辐条切割磁感线产生的感应电动势e bl2 整个回路中的电源为无数个电动势为e的电源并联而成 电源总内阻为零 故回路中电流i 由此可见a正确 r上的热功率p i2r 由此可见 变为原来的2倍时 p变为原来的4倍 故d错 由右手定则可判知b正确 电流方向与导体切割磁感线的方向有关 而与切割的速度大小无关 故c错 疑难突破金属圆盘在恒定的匀强磁场中转动时 其等效电源的模型如图所示 每个电源的电动势e bl2 l为圆盘的半径 内阻为r0 则n个电源并联后的总电动势仍为e 总内阻r n 时 r 0 5 2018天津理综 12 20分 真空管道超高速列车的动力系统是一种将电能直接转换成平动动能的装置 图1是某种动力系统的简化模型 图中粗实线表示固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨 电阻忽略不计 ab和cd是两根与导轨垂直 长度均为l 电阻均为r的金属棒 通过绝缘材料固定在列车底部 并与导轨良好接触 其间距也为l 列车的总质量为m 列车启动前 ab cd处于磁感应强度为b的匀强磁场中 磁场方向垂直于导轨平面向下 如图1所示 为使列车启动 需在m n间连接电动势为e的直流电源 电源内阻及导线电阻忽略不计 列车启动后电源自动关闭 1 要使列车向右运行 启动时图1中m n哪个接电源正极 并简要说明理由 2 求刚接通电源时列车加速度a的大小 3 列车减速时 需在前方设置如图2所示的一系列磁感应强度为b的匀强磁场区域 磁场宽度和相邻磁场间距均大于l 若某时刻列车的速度为v0 此时ab cd均在无磁场区域 试讨论 要使列车停下来 前方至少需要多少块这样的有界磁场 图1图2 答案 1 见解析 2 3 见解析 解析本题考查左手定则 安培力 法拉第电磁感应定律 动量定理等 1 列车要向右运动 安培力方向应向右 根据左手定则 接通电源后 金属棒中电流方向由a到b 由c到d 故m接电源正极 2 由题意 启动时ab cd并联 设回路总电阻为r总 由电阻的串并联知识得r总 设回路总电流为i 根据闭合电路欧姆定律有i 设两根金属棒所受安培力之和为f 有f ilb 根据牛顿第二定律有f ma 联立 式得a 3 设列车减速时 cd进入磁场后经 t时间ab恰好进入磁场 此过程中穿过两金属棒与导轨所围回路的磁通量的变化为 平均感应电动势为e1 由法拉第电磁感应定律有e1 其中 bl2 设回路中平均电流为i 由闭合电路欧姆定律有i 设cd受到的平均安培力为f 有f i lb 以向右为正方向 设 t时间内cd受安培力冲量为i冲 有i冲 f t 同理可知 回路出磁场时ab受安培力冲量仍为上述值 设回路进出一块有界磁场区域安培力冲量为i0 有i0 2i冲 设列车停下来受到的总冲量为i总 由动量定理有i总 0 mv0联立 式得 讨论 若恰为整数 设其为n 则需设置n块有界磁场 若不是整数 设的整数部分为n 则需设置n 1块有界磁场 6 2016课标 24 12分 如图 水平面 纸面 内间距为l的平行金属导轨间接一电阻 质量为m 长度为l的金属杆置于导轨上 t 0时 金属杆在水平向右 大小为f的恒定拉力作用下由静止开始运动 t0时刻 金属杆进入磁感应强度大小为b 方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域 且在磁场中恰好能保持匀速运动 杆与导轨的电阻均忽略不计 两者始终保持垂直且接触良好 两者之间的动摩擦因数为 重力加速度大小为g 求 1 金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小 2 电阻的阻值 答案 1 blt0 2 解析 1 设金属杆进入磁场前的加速度大小为a 由牛顿第二定律得ma f mg 设金属杆到达磁场左边界时的速度为v 由运动学公式有v at0 当金属杆以速度v在磁场中运动时 由法拉第电磁感应定律 杆中的电动势为e blv 联立 式可得e blt0 2 设金属杆在磁场区域中匀速运动时 金属杆中的电流为i 根据欧姆定律i 式中r为电阻的阻值 金属杆所受的安培力为f bli 因金属杆做匀速运动 由牛顿运动定律得f mg f 0 联立 式得r 7 2016课标 25 20分 如图 两条相距l的光滑平行金属导轨位于同一水平面 纸面 内 其左端接一阻值为r的电阻 一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上 在电阻 导轨和金属棒中间有一面积为s的区域 区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场 磁感应强度大小b1随时间t的变化关系为b1 kt 式中k为常量 在金属棒右侧还有一匀强磁场区域 区域左边界mn 虚线 与导轨垂直 磁场的磁感应强度大小为b0 方向也垂直于纸面向里 某时刻 金属棒在一外加水平恒力的作用下从静止开始向右运动 在t0时刻恰好以速度v0越过mn 此后向右做匀速运动 金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好 它们的电阻均忽略不计 求 1 在t 0到t t0时间间隔内 流过电阻的电荷量的绝对值 2 在时刻t t t0 穿过回路的总磁通量和金属棒所受外加水平恒力的大小 解析 1 在金属棒越过mn之前 t时刻穿过回路的磁通量为 kts 设在从t时刻到t t的时间间隔内 回路磁通量的变化量为 流过电阻r的电荷量为 q 由法拉第电磁感应定律有 由欧姆定律有i 由电流的定义有i 联立 式得 q t 由 式得 在t 0到t t0的时间间隔内 流过电阻r的电荷量q的绝对值为 q 2 当t t0时 金属棒已越过mn 由于金属棒在mn右侧做匀速运动 有f f 式中 f是外加水平恒力 f是匀强磁场施加的安培力 设此时回路中的电流为i f的大小为f b0li 此时金属棒与mn之间的距离为s v0 t t0 匀强磁场穿过回路的磁通量为 b0ls 答案 1 2 b0lv0 t t0 kst b0lv0 ks 回路的总磁通量为 t 式中 仍如 式所示 由 式得 在时刻t t t0 穿过回路的总磁通量为 t b0lv0 t t0 kst在t到t t的时间间隔内 总磁通量的改变 t为 t b0lv0 ks t由法拉第电磁感应定律得 回路感应电动势的大小为 t 由欧姆定律有i 联立 式得f b0lv0 ks 评分参考第 1 问7分 式各1分 式2分 第 2 问13分 式2分 式各1分 式各2分 式各1分 易错点拨 1 在计算磁通量时 用的是左侧矩形面积 而不是圆形磁场面积 从而导致出错 2 当金属棒越过mn后计算磁通量时 得出的金属棒与mn的距离s v0t 从而导致出错 1 2014重庆理综 8 16分 某电子天平原理如图所示 e形磁铁的两侧为n极 中心为s极 两极间的磁感应强度大小均为b 磁极宽度均为l 忽略边缘效应 一正方形线圈套于中心磁极 其骨架与秤盘连为一体 线圈两端c d与外电路连接 当质量为m的重物放在秤盘上时 弹簧被压缩 秤盘和线圈一起向下运动 骨架与磁极不接触 随后外电路对线圈供电 秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止 由此时对应的供电电流i可确定重物的质量 已知线圈匝数为n 线圈电阻为r 重力加速度为g 问 1 线圈向下运动过程中 线圈中感应电流是从c端还是从d端流出 2 供电电流i是从c端还是从d端流入 求重物质量与电流的关系 3 若线圈消耗的最大功率为p 该电子天平能称量的最大质量是多少 c组教师专用题组 解析 1 感应电流从c端流出 2 设线圈受到的安培力为fa外加电流从d端流入由fa mg和fa 2nbil得m i 3 设称量最大质量为m0由m i和p i2r得m0 答案 1 由右手定则知感应电流从c端流出 2 外加电流从d端流入m i 3 2 2014天津理综 11 18分 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l 0 4m 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 两磁场的磁感应强度大小均为b 0 5t 在区域 中 将质量m1 0 1kg 电阻r1 0 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m2 0 4kg 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 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g 10m s2 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x 3 8m 此过程中ab上产生的热量q是多少 解析 1 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fmax m1gsin 设ab刚要上滑时 cd棒的感应电动势为e 由法拉第电磁感应定律有e blv 设电路中的感应电流为i 由闭合电路欧姆定律有i 设ab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v 5m 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 答案 1 由a流向b 2 5m s 3 1 3j m2gxsin q总 m2v2 又q q总 解得q 1 3j 3 2016上海单科 33 14分 如图 一关于y轴对称的导体轨道位于水平面内 磁感应强度为b的匀强磁场与平面垂直 一足够长 质量为m的直导体棒沿x方向置于轨道上 在外力f作用下从原点由静止开始沿y轴正方向做加速度为a的匀加速直线运动 运动时棒与x轴始终平行 棒单位长度的电阻为 与电阻不计的轨道接触良好 运动中产生的热功率随棒位置的变化规律为p k si 求 1 导体轨道的轨道方程y f x 2 棒在运动过程中受到的安培力fm随y的变化关系 3 棒从y 0运动到y l过程中外力f的功 答案 1 y x2 2 fm y 3 l2 mal 解析 1 设棒运动到某一位置时与轨道接触点的坐标为 x y 安培力fm 安培力的功率p fmv k棒做匀加速运动v2 2ayr 2 x代入前式得y x2轨道形状为抛物线 2 安培力fm v 以轨道方程代入得fm y 3 由动能定理w wm mv2安培力做功wm l2 棒在y l处的动能为mv2 mal外力做功w l2 mal 4 2015浙江理综 24 20分 小明同学设计了一个 电磁天平 如图1所示 等臂天平的左臂为挂盘 右臂挂有矩形线圈 两臂平衡 线圈的水平边长l 0 1m 竖直边长h 0 3m 匝数为n1 线圈的下边处于匀强磁场内 磁感应强度b0 1 0t 方向垂直线圈平面向里 线圈中通有可在0 2 0a范围内调节的电流i 挂盘放上待测物体后 调节线圈中电流使天平平衡 测出电流即可测得物体的质量 重力加速度取g 10m s2 图1 1 为使电磁天平的量程达到0 5kg 线圈的匝数n1至少为多少 2 进一步探究电磁感应现象 另选n2 100匝 形状相同的线圈 总电阻r 10 不接外电流 两臂平衡 如图2所示 保持b0不变 在线圈上部另加垂直纸面向外的匀强磁场 且磁感应强度b 随时间均匀变大 磁场区域宽度d 0 1m 当挂盘中放质量为0 01kg的物体时 天平平衡 求此时磁感应强度的变化率 图2 解析 1 线圈受到安培力f n1b0il 天平平衡mg n1b0il 代入数据得n1 25 2 由电磁感应定律得e n2 e n2ld 由欧姆定律得i 线圈受到安培力f n2b0i l 天平平衡m g b0 代入数据可得 0 1t s 答案 1 25 2 0 1t s 5 2015广东理综 35 18分 如图 a 所示 平行长直金属导轨水平放置 间距l 0 4m 导轨右端接有阻值r 1 的电阻 导体棒垂直放置在导轨上 且接触良好 导体棒及导轨的电阻均不计 导轨间正方形区域abcd内有方向竖直向下的匀强磁场 b d连线与导轨垂直 长度也为l 从0时刻开始 磁感应强度b的大小随时间t变化 规律如图 b 所示 同一时刻 棒从导轨左端开始向右匀速运动 1s后刚好进入磁场 若使棒在导轨上始终以速度v 1m s做直线运动 求 1 棒进入磁场前 回路中的电动势e 2 棒在运动过程中受到的最大安培力f 以及棒通过三角形abd区域时电流i与时间t的关系式 a b 解析 1 由图 b 可知0 1 0s内b的变化率 0 5t s 正方形磁场区域的面积s 0 08m2 棒进入磁场前0 1 0s内回路中的感应电动势e 由 得e 0 08 0 5v 0 04v 2 当棒通过bd位置时 有效切割长度最大 感应电流最大 棒受到最大安培力f bil 棒过bd时的感应电动势em blv 0 5 0 4 1v 0 2v 棒过bd时的电流i 答案 1 0 04v 2 0 04ni t 1 1s t 1 2s 由 得f 0 04n棒通过a点后在三角形abd区域中的有效切割长度l 与时间t的关系 l 2v t 1 其中t的取值范围为1s t 1 2s 电流i与时间t的关系式i t 1 1s t 1 2s 考点一楞次定律法拉第电磁感应定律1 2018江苏南京 盐城一模联考 2 下列图中 a图是真空冶炼炉 可以冶炼高质量的合金 b图是充电器 工作时绕制线圈的铁芯会发热 c图是安检门 可以探测人身是否携带金属物品 d图是金属丝织成的衣服 工人穿上可以高压带电作业 不属于涡