磁场与电磁感应

高考物理电学部分第二轮复习的建议高考物理电学部分第二轮复习的建议 全国物理学科高考大纲其主导思想仍然注重对学生能力的考察 纵观近几年的试题 不难发现 物 理试题既常规又有所创新 不刻意追求热点 注重对物理基础知识和基本能力进行考查 注重对物理过 程分析 建立物理模型及运用数学知识处理物理问题的综合能力的考查 一一 注重高考研究 吃透考纲与历年考题 注重高考研究 吃透考纲与历年考题 进行仔细的试题研究 科学的规律总结 深入的对策研究 可行的实践活动 只有这样才可能有高 效的课堂教学 1 1 近三年试题欣赏近三年试题欣赏 2008 年高考 卷电学试题 20T 矩形导线框 abcd 固定在匀强磁场中 磁感线的方 向与导线框所在平面垂直 规定磁场的正方向垂直低面向 里 磁感应强度 B 随时间变化的规律如图所示 若规定顺时 针方向为感应电流 I 的正方向 下列各图中正确的是 答案 D 解析 0 1s 内 B 垂直纸面向里均匀增大 则由楞次定律及法拉第电磁感应定律可得线圈中产生恒 定的感应电流 方向为逆时针方向 排除 A C 选项 2s 3s 内 B 垂直纸面向外均匀增大 同理可得线 圈中产生的感应电流方向为顺时针方向 排除 B 选项 D 正确 25T 22 分 如图所示 在坐标系 xOy 中 过原点的直线 OC 与 x 轴正向的夹角 120 在 OC 右侧 有一匀强电场 在第二 三象限内有一匀强磁场 其上边界与电场边界重叠 右边界为 y 轴 左边界为 图中平行于 y 轴的虚线 磁场的磁感应强度大小为 B 方向垂直于纸面向里 一带正电荷 q 质量为 m 的 粒子以某一速度自磁场左边界上的 A 点射入磁场区域 并从 O 点射出 粒子射出磁场的速度方向与 x 轴 的夹角 30 大小为 v 粒子在磁场内的运动轨迹为纸面内的一段圆弧 且弧的半径为磁场左右边界间距的 2 倍 粒子进入电场后 在电场力的作 用下又由 O 点返回磁场区域 经过一段时间后再次离开磁场 已知粒子从 A 点射入到第二次离开磁场所用时间恰好粒子在磁场中做圆周运动的周期 忽略重力的影响 求 1 粒子经过 A 点时的速度方向和 A 点到 x 轴的距离 2 匀强电场的大小和方向 3 粒子从第二次离开磁场到再次进入电场所用的时间 2008 年高考 卷电学试题 19T 一平行板电容器的两个极板水平放置 两极板间有一带电量不变的 小油滴 油滴在极板间运动时所受空气阻力的大小与其速率成正比 若两极板间电压为零 经一段时间后 油 滴以速率 v 匀速下降 若两极板间的电压为 U 经一段时间后 油滴以速率 v 匀速上升 若两极板间电压为 U 油滴做匀速运动时速度的大小 方向将是 答案 C A 2v 向下 B 2v 向上 C 3 v 向下 D 3 v 向上 解析 当不加电场时 油滴匀速下降 即 f kv mg 当两极板间电压为 U 时 油滴向上匀速运动 即 F电 y v O x B A C I0 I0 i A t s 0 1234 AB I0 I0 i A t s 0 1234 C I0 I0 i A t s 0 1234 D I0 I0 i A t s 0 1234 a b cd B0 B0 B T t s 0 1234 kv mg 解之得 F电 2mg 当两极间电压为 U 时 电场力方向反向 大小不变 油滴向下运动 当匀速运动时 F电 m g kv 解之得 v 3v C 项正确 21T 如图 一个边长为 l 的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场 一 个边长也为 l 的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直 虚线框对角线 ab 与导 线框的一条边垂直 ba 的延长线平分导线框 在 t 0 时 使导线框从图示位置开始以 恒定速度沿 ab 方向移动 直到整个导线框离开磁场区域 以 i 表示导线框中感应电 流的强度 取逆时针方向为正 下列表示 i t 关系的图示中 可能正确的是 答案 C 解析 从正方形线框下边开始进入到下边完全进入过程中 线框切割磁感线的有效长度逐渐增大 所 以感应电流也逐渐拉增大 A 项错误 从正方形线框下边完全进入至下边刚穿出磁场边界时 切割磁感线有 效长度不变 故感应电流不变 B 项错 当正方形线框下边离开磁场 上边未进入磁场的过程比正方形线框上 边进入磁场过程中 磁通量减少的稍慢 故这两个过程中感应电动势不相等 感应电流也不相等 D 项错 故正 确选项为 C 24T 19 分 如图所示 一直导体棒质量为 m 长为 L 电阻为 r 其两端放 在位于水平面内间距也为 L 的光滑平行导轨上 并与之密接 棒左侧两导轨之 间连接一可控制的负载电阻 图中未画出 导轨置于匀强磁场中 磁场的磁感 应强度大小为 B 方向垂直于导轨所在平面 开始时 给导体棒一个平行于导轨 的初速度 v0 在棒的运动速度由 v0减小至 v1的过程中 通过控制负载电阻的 阻值使棒中的电流强度 I 保持恒定 导体棒一直在磁场中运动 若不计导轨电 阻 求此过程中导体棒上感应电动势的平均值和负载电阻上消耗的平均功 率 2007 年高考 卷电学试题 20T a b c d 是匀强电场中的四个点 它们正好是一个矩形的四个顶点 电场线 与矩形所在平面平行 已知 a 点的电势为 20 V b 点的电势为 24 V d 点的电势为 4 V 如图 由此可知 c 点的电势为 答案 B A 4 VB 8 V C 12 VD 24 V 解析 运用一个结论 在匀强电场中 任意一族平行线上等距离的两点的电势差相等 所以 Uab Ucd 所以 c 点电势为 8V 21T 如图所示 LOO L 为一折线 它所形成的两个角 LOO 和 OO L 均为 45 折线的右边有一 匀强磁场 其方向垂直于纸面向里 一边长为 l 的正方形导线框沿垂直于 OO 的方 向以速度 v 作匀速直线运动 在 t 0 的刻恰好位于图中所示位置 以逆时针方向为导 线框中电流的正方向 在下面四幅图中能够正确表示电流 时间 I t 关系的是 时间以 I v 为单位 答案 D 解析 由初始位置可得 切割的有效长度在逐渐变大 且为逆时针 所以 BD 中选一个 由于 BD 两项中第 2 秒是一样的 没有区别 在第 3 秒内 线框已经有部分出上面磁场 切割的有效长度在减少 且为顺时针方向 所以只有 D 选项是正确的 a b t i t 0 C i t 0 D i 0 B i t 0 A 25T 22 分 两平面荧光屏互相垂直放置 在两屏内分别取垂直于两屏交线的直线为 x 轴和 y 轴 交点 O 为原点 如图所示 在 y 0 0 x0 x a 的区域有垂直于纸面向外的匀强磁场 两区域内的磁感应 强度大小均为 B 在 O 点处有一小孔 一束质量为 m 带电量为 q q 0 的粒子沿 x 轴经小孔射入磁场 最后打在竖直和水平荧光屏上 使荧光 屏发亮 入射粒子的速度可取从零到某一最大值之间的各种数值 已知 速度最大的粒子在 0 xa 的区域中运 动的时间之比为 2 5 在磁场中运动的总时间为 7T 12 其中 T 为该粒 子在磁感应强度为 B 的匀强磁场中作圆周运动的周期 试求两个荧光 屏上亮线的范围 不计重力的影响 2007 年高考 卷电学试题 19T 如图所示 一带负电的质点在固定的正的点电荷作用下绕该正电荷做匀速圆周运动 周期为 T0 轨 道平面位于纸面内 质点的速度方向如图中箭头所示 现加一垂直于轨道平面的匀强磁场 已知轨道半径并不 因此而改变 则 答案 AD A 若磁场方向指向纸里 质点运动的周期将大于 T0 B 若磁场方向指向纸里 质点运动的周期将小于 T0 C 若磁场方向指向纸外 质点运动的周期将大于 T0 D 若磁场方向指向纸外 质点运动的周期将小于 T0 分析 匀速圆周运动 库仑定律 洛仑兹力 左手定则等知识列出 未加磁场 2 r kQq r T m 0 2 4 磁场指向纸里 qvB 2 r kQq r T m 2 1 2 4 磁场指向纸外 qvB 2 r kQq r T m 2 2 2 4 比较上述式子 T1 T0 T2 T0 故 AD 选项正确 21T 如图所示 在 PO QR 区域中存在着磁感应强度大小相等 方向相反的匀强磁场 磁场方向均垂 直于纸面 一导线框 abcdefa 位于纸面内 框的邻边都相互垂直 bc 边与磁场的边界 P 重合 导线框与磁场区 域的尺寸如图所示 从 t 0 时刻开始 线框匀速横穿两个磁场区域 以 a b c d e f 为线框中的电动势 的正方向 以下四个 t 关系示意图中正确的是 答案 C 分析 第一阶段 bc 边刚进入磁场 线框中的感应电动势方向为负方向 1 Blv 第二阶段 因 bc 与 de 产生的感应电动势等大 反向 所以 2 0 第三阶段 因 de 产 生的电动势为正方向 af 产生的感应电动势也为正方向 所以 3 2Blv Blv 3Blv 第四阶段 af 切割磁感线 产生的感应电动势为负方 向 4 2Blv 故正确答案为 C v 25T 20 分 如图所示 在坐标系 Oxy 的第一象限中存在沿 y 轴正方向的匀速电场 场强大小为 E 在其 它象限中存在匀强磁场 磁场方向垂直于纸面向里 A 是 y 轴上的一点 它到坐标原点 O 的距离为 h C 是 x 轴 上的一点 到 O 的距离为 L 一质量为 m 电荷量为 q 的带负电的粒子以某一初速度沿 x 轴方向从 A 点进入 电场区域 继而通过 C 点进入磁场区域 并再次通过 A 点 此时速度方向与 y 轴正方向成锐角 不计重力作用 试求 1 粒子经过 C 点速度的大小和方向 2 磁感应强度的大小 B 2006 年高考 卷电学试题 17T 图中为一 滤速器 装置示意图 a b 为水平放置的平行金属板 一束具有各种不同速率的电子沿 水平方向经小孔 O 进入 a b 两板之间 为了选取具有某种特定速率的电子 可在 a b 间加上电压 并沿垂 直于纸面的方向加一匀强磁场 使所选 电子仍能够沿水平直线 OO 运动 由 O 射出 不计重力作用 可能达到 上述目的的办法是 答案 AD A 使 a 板电势高于 b 板 磁场方向垂直纸面向里 B 使 a 板电势低于 b 板 磁场方向垂直纸面向里 C 使 a 板电势高于 b 板 磁场方向垂直纸面向外 D 使 a 板电势低于 b 板 磁场方向垂直纸面向外 21T 如图所示 在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻 R 的直角形金属导轨 aob 在纸面内 磁场方向垂 直纸面朝里 另有两根金属导轨 c d 分别平行于 oa ob 放置 保持导轨之间接触良 好 金属导轨的电阻不计 现经历以下四个过程 以速率 v 移动 d 使它与 ob 的距离 增大一倍 再以速率 v 移动 c 使它与 oa 的距离减小一半 然后 再以速率 2v 移 动 c 使它回到原处 最后以速率 2v 移动 d 使它也回到原处 设上述四个过程中通 过电阻 R 的电量的大小依次为 Q1 Q2 Q3和 Q4 则 答案 A A Q1 Q2 Q3 Q4 B Q1 Q2 2Q3 2Q4 C 2Q1 2Q2 Q3 Q4 D Q1 Q2 Q3 Q4 25T 20 分 有个演示实验 在上下面都是金属板的玻璃盒内 放了许多锡箔纸揉成的小球 当上下板间加 上电压后 小球就上下不停地跳动 现取以下简化模型进行定量研究 如图所示 电容量为 C 的平行板电容器的极板 A 和 B 水平放置 相距为 d 与电动势为 内阻可不计 的电源相连 设两板之间只有一个质量为 m 的导电小球 小球可视为质点 已知 若小球与极板发生碰撞 则 碰撞后小球的速度立即变为零 带电状态也立即改变 改变后 小球所带电荷符 号与该极板相同 电量为极板电量的 倍 1 不计带电小球对极板间匀强 电场的影响 重力加速度为 g 1 欲使小球能够不断地在两板间上下往返运动 电动势 至少应大于多 少 2 设上述条件已满足 在较长的时间间隔 T 内小球做了很多次往返运动 求在 T 时间内小球往返运动的 次数以及通过电源的总电量 2006 年高考 卷电学试题 17T ab 是长为 l 的均匀带电细杆 P1 P2是位于 ab 所在直线上的两点 位置如图所示 ab 上电荷产生的 静电场在 P1处的场强大小为 E1 在 P2处的场强大小为 E2 则以下说法正 确的是 答案 D A 两处的电场方向相同 E1 E2 B 两处的电场方向相反 E1 E2 C 两处的电场方向相同 E1 E2 D 两处的电场方向相反 E1 E2 20T 如图所示 位于同一水平面内的 两根平行的光滑金属导轨 处在匀强磁场中 磁场方向垂直于导轨 所在的平面 导轨的一端与一电阻相连 具有一定质量的金属杆 ab 放在导轨上并与 导轨垂直 现用一平行于导轨的恒力 F 拉杆 ab 使它由静止开始向右运动 杆和导轨 的电阻 感应电流产生的磁场均可不计 用 E 表示回路中的感应电动势 i 表示回路 中的感应电流 在 i 随时间增大的过程中 电阻消耗的功率等于 答案 BD A F 的功率 B 安培力的功率的绝对值 C F 与安培力的合力的功率 D iE 25T 20 分 如图所示 在 x 0 与 x 0 的区域中 存在磁感应强度大小分别 为 B1与 B2的匀强磁场 磁场方向均垂直于纸面向里 且 B1 B2 一个带负电荷 的粒子从坐标原点 O 以速度 v 沿 x 轴负方向射出 要使该粒子经过一段时间后 又经过 O 点 B1与 B2的比值应满足什么条件 2 2 近三年试题分析近三年试题分析 试卷选择题 1 的考点选择题 2 的考点计算题的考点 电磁感应 磁场变化 产生电流 图象识别 带电粒子先通过磁场 后通过电场 求电场 求时间 2008 年 卷 难度 0 688 区分度 0 528 难度 0 156 区分度 0 605 有 43 5 的考生得 0 分 有 1 2 的考生得满分 平行板电容器 带电油滴沿电场线匀速运 动 有变化的空气阻力 电磁感应 导体框通过 磁场 产生电流 图象识 别 导体棒切割磁感线 求感应电动势的平均值 求负载电阻上消耗的平均功率2008 年 卷 难度 0 612 区分度 0 408 难度 0 403 区分度 0 294 难度 0 417 区分度 0 689 匀强电场 电势高低 电磁感应 导体框通过 磁场 产生电流 图象识 别 带电粒子先通过磁场 后通过电场 求轨迹边界 2007 年 卷 难度 0 837 区分度 0 260 难度 0 501 区分度 0 361 难度 0 159 区分度 0 612 带负电的质点在重叠的电 场磁场中做匀速圆周运动 判断周期 电磁感应 导体框通过 磁场 产生电动势 图象 识别 带电粒子先通过电场平抛 后通过磁场匀圆 求磁场 2007 年 卷 难度 0 494 区分度 0 496 难度 0 567 区分度 0 284 难度 0 287 区分度 0 690 2006 年 卷 速度选择器导体棒切割磁感线 判断电量 平行板电容器 带电油滴沿电场线匀加速运动 2006 年 卷 电场叠加判断导体棒切割磁感线 判断电阻消耗的功率 带电粒子先通过强磁场 后通过 弱磁场 通过分析可得出以下特点 1 电学内容 实验除外 在试卷中所占比重较为稳定 基本上是两个选择题 一个计算题 压轴题 2 考察重点非常集中 每年均涉及带点粒子在电磁场中的运动和电磁感应 且带点粒子的运动均以压 轴题形式出现 3 计算题都未涉及到电磁感应 显示出一定的延续性和统一性 4 电学必考题 电磁感应 带电粒子运动 电场磁场 3 2008 年全国各地高考试题 年全国各地高考试题 选择题计算题 全国卷 匀强电场中电荷受力 感应电流图像 电磁感应 北京 交变电流 粒子在电磁场中运动 电磁感应 江苏 逻辑电路 电势差与电场强度 自感现 象 粒子在电磁场中运动 电磁感应 上海 电势能与电场力做功 交变电流 电磁 感应 带点粒子运动 远距离输电 粒子在电场中运动 电磁感应 广东 回旋加速器 交变电流 电路分析 粒 子在电场中运动 电磁感应 各地试卷的分析结果 1 考察重点较为一致 还是以粒子在场中的运动和电磁感应现象作为核心内容 2 值得注意的是几份试卷的计算题均有电磁感应内容 这是和全国卷 I 的较大区别 3 选择题所涉及知识点较为分散 仅从 08 年试题看 对交变电流的考察次数较多 4 4 电学试卷命题趋势电学试卷命题趋势 1 电学选择题的命题预期 1 高考选择题仍将注重物理学科的主干知识的考察 同时可能与生活实际相结合 2 交流电等问题可能会在选择题中出现 毕竟作为高中物理的必要部分 交变电流已经连续几年没 有在卷中出现 也有一定的出现概率 2 电学计算题的命题预期 1 由带电粒子在电磁场中运动结合动力学 运动学知识构成一类题目 05 06 07 08 全国卷 I 的 25 题均是如此 2 由电磁感应与直流电路 安培力 牛顿定律 能量守恒定律等知识构成另一类题目 2003 2004 两年全国卷 I 的电学试题即如此 二二 注重试题编写 及时讲评与反馈 提高有效性注重试题编写 及时讲评与反馈 提高有效性 1 1 精心选择资料 筛选信息 把编写试题作为备课的切入点 精心选择资料 筛选信息 把编写试题作为备课的切入点 例如单根导体棒切割磁感线的习题编制 可选以下试题 1 如图所示 平行长直金属导轨置于竖直平面内 间距为 l 导轨上端接有阻值为 R 的电阻 质量为 m 的 导体垂直跨放在导轨上 并搁在支架上 导轨和导体棒的电阻均不计 且接触良好 他们之间的摩擦不计 在导 轨平面内有一矩形区域内存在着垂直向里的匀强电场 磁感应强度大小为 B 开始时 导体棒静止 当磁场以速 度 v0匀速向上运动时 导体棒随之开始运动 并很快达到恒定的速度 此时导体棒仍处于磁场区域内 求 1 导体棒所达到的恒定速度 2 导体棒以恒定速度运动时 电路中消耗的电功率是多少 解 1 设导体棒所达到的恒定速度为 v 则 感应电动势 E Bl v1 v 感应电流 I E R 感应电流所受的安培力 F BI l B 2 l 2 v0 v R 根据二力平衡得 B 2 l 2 v0 v R mg 解得 v v1 mgR B2l2 2 电路中消耗的电动势为 P 则 P I2R B 2 l 2 v0 v 2 R m2g2R B2l2 2 如图所示 为足够长的光滑导轨 MN 和 PQ 导轨相距为 L 上端 MP 之间连接的电阻为 R 并处于垂直 纸面向外的均匀磁场中 磁感应强度的大小 B 随时间 t 的变化规律 B k t 其中 k 为大于零的常数 质量 为 m 的金属捧 ab 垂直导轨放在 MP 附近 从静止开始下滑 当下滑高度为 h 时速度恰好最大 此时磁感 应强度大小为 B1 设金属捧电阻为 r 导轨电阻忽略不计 求金属捧能达到的最大速度 解 金属捧达到最大速度时 由于金属棒切割磁感线而产生的感应电动势为 E1 B1Lv 由于磁感应强度的变化而产生的感应电动势为 E2 kS kLh t t BS t tSk 电流强度为 I rR khLLvB 1 当重力和安培力平衡时 加速度为零 速度达到最大值 mg B1IL mg B1 L rR khLLvB m 1 vm 22 1 LB Rrmg 1 B kh 3 质量为 m 的金属杆 ab 以一定的初速度 v0从一光滑平行金属导轨底端向上滑行 导轨平面与水平面 成 角 两导轨之间用一电阻 R 相连 如图 若有磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直穿过轨道平面 导轨与杆电 阻不计 金属杆上行到某一高度后又返回下行 则上行与下行回到底端的两个过程比较 答案 BCD A 所用时间上行大于下行 B 电阻 R 产生的热量上行时小于初动能 下行时小于最大重力势能 C 电阻 R 上通过的电荷量上行等于下行 D 金属杆 ab 受到磁场力的冲量大小上行等于下行 解 由楞次定律知 感应电流阻碍导体相对磁场的运动 因此 上行时导体所受安培 力沿轨道平面向下 下行时安培力沿轨道平面向上 由牛顿第二定律可知 上行时加 速度较大 又上 下行位移等大 所以 t上 t下 A 错误 根据能量守恒 上行有 Eko mghm Q上 下行时 mghm Eko Q下 B 正确 上行时 q1 同理 下行时 q2 C 正确 R t R E t I R 上行时 对任一小段时间有 It BIlt Blqt 对整个过程有 I I