高考物理总复习必考部分专题十二电磁感应习题课件.ppt

专题十二电磁感应,A组自主命题北京卷题组1.(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,五年高考,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。,2.(2016北京理综,16,6分,0.79)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21,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.EaEb=41,感应电流均沿逆时针方向B.EaEb=41,感应电流均沿顺时针方向C.EaEb=21,感应电流均沿逆时针方向D.EaEb=21,感应电流均沿顺时针方向,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rarb=21,故EaEb=41;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。,3.(2013北京理综,17,6分,0.85)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()A.ca,21B.ac,21C.ac,12D.ca,12,答案C杆MN向右匀速滑动,由右手定则判知,通过R的电流方向为ac;又因为E=BLv,所以E1E2=12,故选项C正确。,4.(2017北京理综,24,20分)发电机和电动机具有装置上的类似性,源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景。在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内,相距为L,电阻不计。电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上,与轨道接触良好,以速度v(v平行于MN)向右做匀速运动。图1轨道端点M、P间接有阻值为r的电阻,导体棒ab受到水平向右的外力作用。图2轨道端点M、P间接有直流电源,导体棒ab通过滑轮匀速提升重物,电路中的电流为I。(1)求在t时间内,图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能。(2)从微观角度看,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作用。为了,方便,可认为导体棒中的自由电荷为正电荷。a.请在图3(图1的导体棒ab)、图4(图2的导体棒ab)中,分别画出自由电荷所受洛伦兹力的示意图。b.我们知道,洛伦兹力对运动电荷不做功。那么,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢?请以图2“电动机”为例,通过计算分析说明。,答案见解析,解析本题考查发电机和电动机的机理分析、洛伦兹力的方向及其在能量转化中的作用。(1)图1中,电路中的电流I1=棒ab受到的安培力F1=BI1L在t时间内,“发电机”产生的电能等于棒ab克服安培力做的功E电=F1vt=图2中,棒ab受到的安培力F2=BIL在t时间内,“电动机”输出的机械能等于安培力对棒ab做的功E机=F2vt=BILvt(2)a.如图甲、图乙所示。,b.设自由电荷的电荷量为q,沿导体棒定向移动的速率为u。如图乙所示,沿棒方向的洛伦兹力f1=qvB,做负功W1=-f1ut=-qvBut垂直棒方向的洛伦兹力f2=quB,做正功W2=f2vt=quBvt,所以W1=-W2,即导体棒中一个自由电荷所受的洛伦兹力做功为零。f1做负功,阻碍自由电荷的定向移动,宏观上表现为“反电动势”,消耗电源的电能;f2做正功,宏观上表现为安培力做正功,使机械能增加。大量自由电荷所受洛伦兹力做功的宏观表现是将电能转化为等量的机械能,在此过程中洛伦兹力通过两个分力做功起到“传递”能量的作用。,疑难突破洛伦兹力做功及其作用在“发电机”模型中,外力促使导体棒做切割磁感线运动时,棒中自由电荷随棒运动,从而会受到沿棒方向的洛伦兹力,表现为“电源中的非静电力”,这一力做正功,起到了使其他形式能量向电能转化的作用;在“电动机”模型中,外电源使导体棒中产生电场,在电场力作用下,导体棒中的自由电荷沿棒运动,从而受到垂直于棒方向的洛伦兹力,宏观上表现为“导体棒受到的安培力”,这一力做正功,起到了使电能向其他形式能量转化的作用。,5.(2015北京理综,22,16分,0.87)如图所示,足够长的平行光滑金属导轨水平放置,宽度L=0.4m,一端连接R=1的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=1T。导体棒MN放在导轨上,其长度恰好等于导轨间距,与导轨接触良好。导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。在平行于导轨的拉力F作用下,导体棒沿导轨向右匀速运动,速度v=5m/s。求:(1)感应电动势E和感应电流I;(2)在0.1s时间内,拉力的冲量IF的大小;(3)若将MN换为电阻r=1的导体棒,其他条件不变,求导体棒两端的电压U。,答案(1)2V2A(2)0.08Ns(3)1V,解析(1)由法拉第电磁感应定律可得,感应电动势E=BLv=10.45V=2V感应电流I=A=2A(2)拉力大小等于安培力大小F=BIL=120.4N=0.8N冲量大小IF=Ft=0.80.1Ns=0.08Ns(3)由闭合电路欧姆定律可得,电路中电流I=A=1A由欧姆定律可得,导体棒两端电压U=IR=1V,6.2014北京理综,24(1),0.20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。通过公式推导验证:在t时间内,F对导线MN所做的功W等于电路获得的电能W电,也等于导线MN中产生的焦耳热Q。,答案见解析,解析电动势E=BLv导线匀速运动,受力平衡F=F安=BIL在t时间内,外力F对导线做功W=Fvt=F安vt=BILvt电路获得的电能W电=qE=IEt=BILvt可见,F对导线MN所做的功等于电路获得的电能W电;导线MN中产生的焦耳热Q=I2Rt=ItIR=qE=W电可见,电路获得的电能W电等于导线MN中产生的焦耳热Q。,考查点电磁感应中的能量转化。,思路点拨导线匀速运动,受力平衡。在t时间内,外力做功等于安培力做功等于F安vt,电路获得的总电能等于IEt,而焦耳热等于I2Rt,只要证明三者相等即可。,反思总结题目给出的是一个动态平衡过程,在这个过程中外力克服安培力做功,与做功等量的外部能量转化为等量的电能输送到电路,又由于电阻的存在,电能又转化为焦耳热,这道题体现了电磁感应中典型的能量转化关系。,B组统一命题、省(区、市)卷题组考点一电磁感应现象楞次定律,1.(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,PQRS中产生逆时针方向的电流。这时因为PQRS中感应电流的作用,依据楞次定律可知,T中产生顺时针方向的感应电流。故只有D项正确。,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中合磁通量减小,从而产生顺时针方向的感应电流。,2.(2015课标,15,6分,0.337)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.UaUc,金属框中无电流B.UbUc,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=Uat0)穿过回路的总磁通量和金属棒所受外加水平恒力的大小。,考点三电磁感应中的综合问题(一)电磁感应中的电路问题,答案(1)(2)B0lv0(t-t0)+kSt(B0lv0+kS),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tt0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,回路的总磁通量为t=+式中,仍如式所示。由式得,在时刻t(tt0)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。,解题指导(1)金属棒在0t0时间内,由于圆形磁场中的磁通量变化而引起感应电动势,从而形成感应电流,由电流的定义式可以求出流过电阻的电荷量的绝对值。(2)当金属棒越过MN后,穿过回路的磁通量由两部分组成;再由法拉第电磁感应定律等综合知识可以求出恒力f的大小。,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。,11.(2014福建理综,22,20分)如图,某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道,管道的长为L、宽为d、高为h,上下两面是绝缘板,前后两侧面M、N是电阻可忽略的导体板,两导体板与开关S和定值电阻R相连。整个管道置于磁感应强度大小为B,方向沿z轴正方向的匀强磁场中。管道内始终充满电阻率为的导电液体(有大量的正、负离子),且开关闭合前后,液体在管道进、出口两端压强差的作用下,均以恒定速率v0沿x轴正向流动,液体所受的摩擦阻力不变。(1)求开关闭合前,M、N两板间的电势差大小U0;(2)求开关闭合前后,管道两端压强差的变化p;(3)调整矩形管道的宽和高,但保持其他量和矩形管道的横截面积S=dh不变,求电阻R可获得的最大功率Pm及相应的宽高比d/h的值。,答案(1)Bdv0(2)(3),解析(1)设带电离子所带的电荷量为q,当其所受的洛伦兹力与电场力平衡时,U0保持恒定,有qv0B=q得U0=Bdv0(2)设开关闭合前后,管道两端压强差分别为p1、p2,液体所受的摩擦阻力均为f,开关闭合后管道内液体受到安培力为F安,有p1hd=fp2hd=f+F安F安=BId根据欧姆定律,有I=两导体板间液体的电阻r=由式得,p=(3)电阻R获得的功率为P=I2RP=R当=时电阻R获得的最大功率Pm=,12.(2013广东理综,36,18分)如图(a)所示,在垂直于匀强磁场B的平面内,半径为r的金属圆盘绕过圆心O的轴转动,圆心O和边缘K通过电刷与一个电路连接。电路中的P是加上一定正向电压才能导通的电子元件。流过电流表的电流I与圆盘角速度的关系如图(b)所示,其中ab段和bc段均为直线,且ab段过坐标原点。0代表圆盘逆时针转动。已知:R=3.0,B=1.0T,r=0.2m。忽略圆盘、电流表和导线的电阻。(1)根据图(b)写出ab、bc段对应的I与的关系式;(2)求出图(b)中b、c两点对应的P两端的电压Ub、Uc;(3)分别求出ab、bc段流过P的电流IP与其两端电压UP的关系式。,图(a),图b,答案见解析,解析(1)由图像可知,在ab段Iab=在bc段Ibc=-(2)由题意可知,P两端的电压UP等于圆盘产生的电动势,UP=Br2b点时b=15rad/sUb=Br2b=0.3Vc点时c=45rad/sUc=Br2c=0.9V(3)由图像中电流变化规律可知电子元件P在b点时开始导通,则:在ab段IP=0在bc段,IP=I-而I=-0.05UP=Br2联立可得IP=-,13.(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,(二)电磁感应中的图像问题,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=0.20.1N=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。,14.(2016四川理综,7,6分)(多选)如图所示,电阻不计、间距为l的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中,导轨左端接一定值电阻R。质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上,受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动,外力F与金属棒速度v的关系是F=F0+kv(F0、k是常量),金属棒与导轨始终垂直且接触良好。金属棒中感应电流为i,受到的安培力大小为FA,电阻R两端的电压为UR,感应电流的功率为P,它们随时间t变化图像可能正确的有(),答案BC金属棒MN相当于电源,其感应电动势E=Blv,感应电流I=即IvFA=BIl=即:FAvUR=IR=R即:URvP=IE=即:Pv2对金属棒MN:F-FA=maF0+kv-v=maF0+v=ma若k-0,随着v增大,a也增大,棒做加速度增大的加速运动,B项正确。若k-mg时线框减速,加速度a=-g,v减小,则a减小,v-t图线此阶段斜率减小,A错误、B正确。当FL)的条形匀强磁场区域,磁场的边界与导线框的一边平行,磁场方向竖直向下。导线框以某一初速度向右运动。t=0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合,随后导线框进入并通过磁场区域。下列v-t图像中,可能正确描述上述过程的是(),答案D导线框刚进入磁场时速度设为v0,此时产生的感应电动势E=BLv0,感应电流I=,线框受到的安培力F=BLI=。由牛顿第二定律F=ma知,=ma,由楞次定律知线框开始减速,随v减小,其加速度a减小,故进入磁场时做加速度减小的减速运动。当线框全部进入磁场开始做匀速运动,在出磁场的过程中,仍做加速度减小的减速运动,故只有D选项正确。,9.(2013天津理综,3,6分)如图所示,纸面内有一矩形导体闭合线框abcd,ab边长大于bc边长,置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外,线框两次匀速地完全进入磁场,两次速度大小相同,方向均垂直于MN。第一次ab边平行MN进入磁场,线框上产生的热量为Q1,通过线框导体横截面的电荷量为q1;第二次bc边平行MN进入磁场,线框上产生的热量为Q2,通过线框导体横截面的电荷量为q2,则()A.Q1Q2,q1=q2B.Q1Q2,q1q2C.Q1=Q2,q1=q2D.Q1=Q2,q1q2,答案A第一次ab边是电源,第二次bc边是电源。设线框ab、bc边长分别为l1、l2,第一次线框中产生的热量Q1=Rt1=()2R=l1,第二次线框中产生的热量Q2=Rt2=()2R=l2,由于l1l2,所以Q1Q2。通过线框导体横截面的电荷量q=t=t=,故q1=q2,A选项正确。,10.(2012北京理综,19,6分,0.46)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L、开关S和电源用导线连接起来后,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。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路,经重复试验,线圈上的套环均未动。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,答案D闭合开关S,金属套环跳起,是因为S闭合瞬间,穿过套环的磁通量变化,环中产生感应电流的缘故。产生感应电流要具备两个条件:回路闭合和穿过回路的磁通量变化。只要连接电路正确,闭合S瞬间,就会造成穿过套环磁通量变化,与电源的交直流性质、电压高低、线圈匝数多少均无关。该同学实验失败,可能是套环选用了非导电材料的缘故,故D选项正确。,11.(2011北京理综,19,6分,0.48)某同学为了验证断电自感现象,自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E,用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后,闭合开关S,小灯泡发光;再断开开关S,小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复,仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象,他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是()A.电源的内阻较大B.小灯泡电阻偏大C.线圈电阻偏大D.线圈的自感系数较大,答案C由自感规律可知在开关断开的瞬间造成灯泡闪亮以及延时的原因是在线圈中产生了与原电流同向的自感电流且大于稳定时通过灯泡的原电流。由图可知灯泡和线圈构成闭合的自感回路,与电源无关,故A错;造成不闪亮的原因是自感电流不大于稳定时通过灯泡的原电流,当线圈电阻小于灯泡电阻时才会出现闪亮现象,故B错C正确。自感系数越大,则产生的自感电动势越大,与灯泡是否闪亮无直接关系,故D错。,12.(2016天津理综,12,20分)电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置,其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度。电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论:如图所示,将形状相同的两根平行且足够长的铝条固定在光滑斜面上,斜面与水平方向夹角为。一质量为m的条形磁铁滑入两铝条间,恰好匀速穿过,穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定,其引起电磁感应的效果与磁铁不动、铝条相对磁铁运动相同。磁铁端面是边长为d的正方形,由于磁铁距离铝条很近,磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场,磁感应强度为B,铝条的高度大于d,电阻率为。为研究问题方便,铝条中只考虑与磁铁正对部分的电阻和磁场,其他部分电阻和磁场可忽略不计,假设磁铁进入铝条间以后,减少的机械能完全转化为铝条的内能,重力加速度为g。,(1)求铝条中与磁铁正对部分的电流I;(2)若两铝条的宽度均为b,推导磁铁匀速穿过铝条间时速度v的表达式;(3)在其他条件不变的情况下,仅将两铝条更换为宽度bb的铝条,磁铁仍以速度v进入铝条间,试简要分析说明磁铁在铝条间运动时的加速度和速度如何变化。,答案(1)(2)见解析(3)见解析,解析(1)磁铁在铝条间运动时,两根铝条受到的安培力大小相等均为F安,有F安=IdB磁铁受到沿斜面向上的作用力为F,其大小有F=2F安磁铁匀速运动时受力平衡,则有F-mgsin=0联立式可得I=(2)磁铁穿过铝条时,在铝条中产生的感应电动势为E,有E=Bdv铝条与磁铁正对部分的电阻为R,由电阻定律有R=由欧姆定律有I=,联立式可得v=(3)磁铁以速度v进入铝条间,恰好做匀速运动时,磁铁受到沿斜面向上的作用力F,联立式可得F=当铝条的宽度bb时,磁铁以速度v进入铝条间时,磁铁受到的作用力变为F,有F=可见,FF=mgsin,磁铁所受到的合力方向沿斜面向上,获得与运动方向相反的加速度,磁铁将减速下滑,此时加速度最大。之后,随着运动速度减小,F也随着减小,磁铁所受的合力也减小,由于磁铁加速度与所受到的合力成正比,磁铁的加速度逐渐减小。综上所述,磁铁做加速度逐渐减小的减速运动。直到F=mgsin时,磁铁重新达到平衡状态,将再次以较小的速度匀速下滑。,解题指导明确题中所构建的物理模型是解本题的关键。另外要注意的是:两边铝条对磁铁均有电磁阻力,且阻力相同。对于(3)中磁铁运动过程的分析,可类比我们熟悉的情景:导体棒沿倾斜的平行金属导轨下滑。,方法技巧当遇到崭新的物理情景时,可以把它与我们熟悉的情景进行分析对比,找出共同点与不同点,采用类比的方法解题,就容易突破难点。,13.(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-,A组20152017年高考模拟基础题组（时间:50分钟分值:80分）一、选择题(每题5分,共30分)1.(2017北京东城一模,19)用如图所示的器材“研究电磁感应现象”。闭合开关时灵敏电流计指针向左偏转。在保持开关闭合的状态下(),三年模拟,A.将线圈1全部放入线圈2中,然后向左较快或较慢推动滑片时,灵敏电流计指针均向左偏转,且偏转角度不同B.将线圈1全部放入线圈2中,然后向右较快或较慢推动滑片时,灵敏电流计指针均向左偏转,且偏转角度不同C.滑片置于中间位置不动,将线圈1从线圈2中的同一位置较快或较慢抽出,灵敏电流计的指针偏转方向不同,偏转角度也不同D.滑片置于中间位置不动,将线圈1从图示位置较快或较慢放入线圈2中,灵敏电流计的指针偏转方向相同,偏转角度也相同,答案B由题干知,闭合开关时,磁通量增加,电流计指针向左偏转。将线圈1全部放入线圈2中,滑片向右移动,电路中电阻变小,穿过线圈2的磁通量增加,电流计指针向左偏转,向右较快或较慢推动滑片时,灵敏电流计指针偏转角度不同,B正确。,2.(2017北京顺义二模,19)与一般吉他以箱体的振动发声不同,电吉他靠拾音器发声。如图所示,拾音器由磁体及绕在其上的线圈组成。磁体产生的磁场使钢质琴弦磁化而产生磁性,即琴弦也产生自己的磁场。当某根琴弦被拨动而相对线圈振动时,线圈中就会产生相应的电流,并最终还原为声音信号。下列说法中正确的是()A.若磁体失去磁性,电吉他仍能正常工作B.换用尼龙材质的琴弦,电吉他仍能正常工作C.琴弦振动的过程中,线圈中电流的方向不会发生变化D.拾音器的作用是利用电磁感应把琴弦的振动转化成电信号,答案D根据题意知,D项正确。A、B项中,琴弦没有磁性,没有电磁感应,线圈中不产生感应电流,故错误。琴弦振动,相当于磁体振动,引起线圈中电流方向变化,C错误。,3.(2017北京昌平二模,20)图甲为手机及无线充电板。图乙为充电原理示意图。充电板接交流电源,对充电板供电,充电板内的送电线圈可产生交变磁场,从而使手机内的受电线圈产生交变电流,再经整流电路转变成直流电后对手机电池充电。为方便研究,现将问题做如下简化:设受电线圈的匝数为n,面积为S,若在t1到t2时间内,磁场垂直于受电线圈平面向上穿过线圈,其磁感应强度由B1均匀增加到B2。下列说法正确的是()A.c点的电势高于d点的电势B.受电线圈中感应电流方向由d到cC.c、d之间的电势差为,D.c、d之间的电势差为,答案C由楞次定律知,受电线圈内原磁场增强,感应电流产生的磁场与原磁场反向,再由安培定则可得,俯视时电流方向为顺时针,即由c到d,受电线圈作为电源,d为正极,d点电势比c点的高,A、B错误。由法拉第电磁感应定律得,c、d间电势差E=,C正确,D错误。,4.(2016北京海淀一模,19)如图所示,铜线圈水平固定在铁架台上,铜线圈的两端连接在电流传感器上,传感器与数据采集器相连,采集的数据可通过计算机处理,从而得到铜线圈中的电流随时间变化的图线。利用该装置探究条形磁铁从距铜线圈上端某一高度处由静止释放后,沿铜线圈轴线竖直向下穿过铜线圈的过程中产生的电磁感应现象。两次实验中分别得到了如图甲、乙所示的电流-时间图线。条形磁铁在竖直下落过程中始终保持直立姿态,且所受空气阻力可忽略不计。则下列说法中正确的是(),A.若两次实验条形磁铁距铜线圈上端的高度不同,其他实验条件均相同,则甲图对应实验条形磁铁距铜线圈上端的高度大于乙图对应实验条形磁铁距铜线圈上端的高度B.若两次实验条形磁铁的磁性强弱不同,其他实验条件均相同,则甲图对应实验条形磁铁的磁性比乙图对应实验条形磁铁的磁性强C.甲图对应实验条形磁铁穿过铜线圈的过程中损失的机械能小于乙图对应实验条形磁铁穿过铜线圈的过程中损失的机械能D.两次实验条形磁铁穿过铜线圈的过程中所受的磁场力都是先向上后向下,答案C铜线圈中产生的感应电流的最大值取决于:条形磁铁通过铜线圈时的速度,即条形磁铁距铜线圈上端的高度;条形磁铁的磁性强弱。条形磁铁通过铜线圈时的速度越大(条形磁铁距铜线圈上端的高度越高)、磁性越强,感应电流的最大值越大,A、B错误。条形磁铁穿过铜线圈时损失的机械能全部克服磁场力做功,转化为铜线圈产生的焦耳热,实验中电流越大,磁场力越大,条形磁铁克服磁场力做功越多,损失的机械能就越多,C正确。根据楞次定律,两次实验条形磁铁穿过铜线圈的过程中所受的磁场力都始终向上,D项错。,5.(2016北京东城二模,20)2016年2月11日来自美国的科研人员宣布,他们利用激光干涉引力波天文台(LIGO)于去年9月首次探测到引力波。天文物理学大师霍金表示,这是科学史上非常重要的一刻,引力波可以提供一种全新的方式来观测宇宙,并且可能彻底改变天文学。在人类科学史上有过许多这样重要的事件。下列叙述中错误的是()A.伽利略做了数百次“铜球从阻力很小的斜槽上由静止滚下”的实验,证实了“运动距离与时间的平方成正比”的关系,他首先采用了以实验检验猜想和假设的科学方法,奠定了现代科学的基础B.开普勒研究了第谷20余年的行星观测记录,提出了“所有行星绕太阳做匀速圆周运动”等行星运动规律,澄清了多年来人们对天体运动的神秘、模糊认识,也为牛顿创立天体力学理论奠定了观测基础C.奥斯特发现的电流磁效应,震动了整个科学界,引起了科学家们关于“磁也能生电”的对称性的思考,最终导致法拉第发现电磁感应现象,使人们对电与磁内在联系的认识更加完善D.汤姆孙通过实验对“阴极射线在电场和磁场中偏转情况”进行研究发现了电子,否定了2000多年来“原子是物质的不可分割的最小单元”这一传统观念,标志着人类对物质结构的认识进入了一个崭新的阶段,答案B开普勒通过第谷的观测记录,提出了“所有行星绕太阳运行的轨道是椭圆”的观点,而不是“所有行星绕太阳做匀速圆周运动”的观点,故本题的答案为B。,6.(2015北京海淀一模,19)如图所示,一根空心铝管竖直放置,把一枚小圆柱形的永磁体从铝管上端由静止释放,经过一段时间后,永磁体穿出铝管下端口。假设永磁体在铝管内下落过程中始终沿着铝管的轴线运动,不与铝管内壁接触,且无翻转。忽略空气阻力,则下列说法中正确的是()A.若仅增强永磁体的磁性,则其穿出铝管时的速度变小B.若仅增强永磁体的磁性,则其穿过铝管的时间缩短C.若仅增强永磁体的磁性,则其穿过铝管的过程中产生的焦耳热减少D.在永磁体穿过铝管的过程中,其动能的增加量等于重力势能的减少量,答案A当永磁体的磁性增强时,空心铝管中的磁通量也随之增大,故磁通量的变化率也增大,对应产生的电磁感应阻碍作用也增强,故穿出铝管时的速度变小,穿过铝管所用的时间变长,整个过程产生的焦耳热增多。另根据能量守恒,重力势能的减少量应等于其动能的增加量和铝管产生的焦耳热之和。故A正确,B、C、D均错误。,7.(2017北京西城一模,22)(16分)如图所示,水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ,两导轨间距为l=0.40m,电阻均可忽略不计。在M和P之间接有阻值为R=0.40的定值电阻,导体杆ab的质量为m=0.10kg、电阻r=0.10,并与导轨接触良好。整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度为B=0.50T的匀强磁场中。导体杆ab在水平向右的拉力F作用下,沿导轨做速度v=2.0m/s的匀速直线运动。求:(1)通过电阻R的电流I的大小及方向;(2)拉力F的大小;(3)撤去拉力F后,电阻R上产生的焦耳热QR。,二、非选择题(共50分),答案见解析,解析(1)ab杆切割磁感线产生感应电动势E=Blv根据闭合电路欧姆定律有I=代入数据解得I=0.80A,由楞次定律和安培定则知电流方向从M到P(2)杆做匀速直线运动,拉力等于安培力根据安培力公式有F=BIl代入数据解得F=0.16N(3)撤去拉力后,根据能量守恒电路中产生的焦耳热Q=mv2=0.2J根据焦耳定律Q=I2R总t可知QR=Q代入数据解得QR=0.16J,8.(2017北京朝阳一模,22)(16分)足够长的平行光滑金属导轨水平放置,间距L=0.4m,一端连接R=1的电阻,导轨所在空间存在竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B=1T,其俯视图如图所示。导体棒MN放在导轨上,其长度恰好等于导轨间距,其电阻r=1,与导轨接触良好,导轨电阻不计。在平行于导轨的拉力F作用下,导体棒沿导轨向右匀速运动,速度v=5m/s。求:(1)通过导体棒的电流I的大小;(2)导体棒两段的电压U,并指出M、N两点哪一点的电势高;(3)拉力F的功率PF以及整个电路的热功率PQ。,答案(1)1A(2)U=1VN点电势高(3)PF=2WPQ=2W,解析(1)导体棒切割磁感线产生的感应电动势E=BLv=2V电路中的电流为I=1A(2)路端电压U=IR=1V,根据右手定则可知,N端为电源正极,即N点电势高。(3)因为导体棒做匀速直线运动,所以F-F安=0,即F=F安=BIL=0.4N拉力的功率为PF=Fv=2W整个电路的热功率为PQ=I2(R+r)=2W,9.(2016北京海淀一模,22)(18分)如图所示,在匀强磁场中倾斜放置的两根平行光滑的金属导轨,它们所构成的导轨平面与水平面成=30角,平行导轨间距L=1.0m。匀强磁场方向垂直于导轨平面向下,磁感应强度B=0.20T。两根金属杆ab和cd可以在导轨上无摩擦地滑动。两金属杆的质量均为m=0.20kg,电阻均为R=0.20。若用与导轨平行的拉力作用在金属杆ab上,使ab杆沿导轨匀速上滑并使cd杆在导轨上保持静止,整个过程中两金属杆均与导轨垂直且接触良好。金属导轨的电阻可忽略不计,取重力加速度g=10m/s2。求:(1)cd杆受安培力F安的大小;(2)通过金属杆的感应电流I;(3)作用在金属杆ab上拉力的功率P。,答案(1)1.0N(2)5.0A(3)20W,解析(1)金属杆cd静止在金属导轨上,所受安培力方向与导轨平面平行向上。则F安=mgsin30(2分)解得:F安=1.0N(2分)(2)F安=BIL(2分)解得:I=5.0A(2分)(3)金属杆ab所受安培力方向与导轨平面平行向下,金属杆ab在拉力F、安培力F安(F安=F安)和重力mg作用下匀速上滑,则F=BIL+mgsin30(2分)根据电磁感应定律,金属杆ab上产生的感应电动势为E感=BLv(2分)根据闭合电路欧姆定律得,通过金属杆ab的电流I=(2分)根据功率公式:P=Fv(2分)解得:P=20W(2分),B组20152017年高考模拟综合题组（时间:90分钟分值:125分）一、选择题(每题4分,共20分)1.(2017北京海淀一模,19)课堂上,老师演示了一个有趣的电磁现象:将一铝管竖立,把一块直径比铝管内径小一些的圆柱形的强磁铁从铝管上端由静止释放,强磁铁在铝管中始终与管壁不接触。可以观察到,相比强磁铁自由下落,强磁铁在铝管中的下落会延缓许多。下课后,好奇的小明将一块较厚的泡沫塑料垫在电子秤上,再将这个铝管竖直固定在泡沫塑料上(用以消除电子秤内部铁磁性材料与磁铁相互作用的影响),如图所示,重复上述实验操作。在强磁铁由静止释放至落到泡沫塑料上之前,关于电子秤示数的变化,下列情况可能发生的是()A.始终不变B.先变小后变大C.不断变大D.先变大后变小,答案C强磁铁在铝管中下落时会在管中产生涡流,使管受到安培力作用,磁铁下落速度越大,管中感应电流越大,管所受向下的安培力越大,电子秤示数越大。因此C正确。,2.(2017北京东城二模,18)如图所示,在光滑水平桌面上有一边长为L、总电阻为R的正方形导线框abcd,在导线框右侧有一边长为2L、磁感应强度为B、方向竖直向下的正方形匀强磁场区域。磁场的左边界与导线框的ab边平行。在导线框以速度v匀速向右穿过磁场区域的全过程中()A.感应电动势的大小为B.感应电流的方向始终沿abcda方向,C.导线框受到的安培力先向左后向右D.导线框克服安培力做功,答案D导线框进入、穿出磁场的过程中感应电动势的大小E=BLv。由右手定则可知进入磁场的过程中,感应电流的方向为abcda方向;出磁场的过程中,感应电流的方向为adcba方向,但进、出磁场的过程安培力始终阻碍相对运动,始终向左。F安=BIL=,则W克安=F安2L=,D正确。,3.(2017北京丰台一模,18)如图所示,一水平面内固定两根足够长的光滑平行金属导轨,导轨上面横放着两根完全相同的铜棒ab和cd,构成矩形回路,在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场B。开始时,棒cd静止,棒ab有一个向左的初速度v0,则关于两棒以后的运动,下列说法正确的是()A.ab棒做匀减速直线运动,cd棒做匀加速直线运动B.ab棒减小的动量等于cd棒增加的动量C.ab棒减小的动能等于cd棒增加的动能D.两棒一直运动,机械能不断转化为电能,答案Bab棒开始运动时,在abdc回路中产生感应电流,ab棒在向右的安培力作用下减速运动,而cd棒在向左的安培力作用下加速运动,因两棒运动同向,使回路中的电动势逐渐减小,至两棒共速时回路中的感应电流消失,即ab棒和cd棒均做加速度减小的变速运动,最终以相同的速度匀速运动,A项错误;由动量守恒定律可知,B项正确;因最终回路中不再有感应电流,故D项错误;由能量守恒定律可知,C项错误。,4.(2016北京东城一模,19)如图所示,表面粗糙的水平传送带在电动机的带动下以速度v匀速运动,在空间中边长为2L的正方形固定区域内有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为B。质量为m、电阻为R、边长为L的正方形金属线圈abcd平放在传送带上,与传送带始终无相对运动,下列说法中正确的是()A.在线圈进入磁场过程与穿出磁场过程中,感应电流的方向都沿abcda方向B.在线圈穿过磁场区域的过程中,线圈始终受到水平向左的安培力C.在线圈进入磁场过程中,线圈所受静摩擦力的功率为D.在线圈穿过磁场区域的过程中,电动机多消耗的电能为,答案D线圈在向右运动进入磁场的过程中,由楞次定律可知感应电流方向沿adcba方向,线圈穿出磁场时,电流方向沿abcda方向,A选项错误;当线圈完全进入磁场中时线圈内无感应电流,所以不受安培力,B选项错误;由于线圈始终和传送带保持相对静止,所以线圈所受静摩擦力和线圈所受的安培力大小相等,即f=F安,静摩擦力的功率P=fv,安培力F安=BIL,I=,感应电动势E=BLv,联立解得P=,C选项错误;线圈进入磁场和穿出磁场的过程中产生的电动势相等,E=BLv,回路中的电流I=,线圈所受安培力F=BIL为恒力,进入磁场和穿出磁场时的位移均为L,所以电动机多消耗的电能为线圈克服安培力所做的功,W=2FL=,D选项正确。,5.(2016北京西城二模,17)如图1所示,线圈abcd固定于匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度随时间的变化情况如图2所示。下列关于ab边所受安培力随时间变化的F-t图像(规定安培力方向向右为正)正确的是(),答案C由题图2可知B=B0+kt,则E=n=nS=nSk,I=,F=BIL=+t,由楞次定律可知电流由ba,则由左手定则判断知F方向向右。所以选C。,6.(2017北京海淀零模,22)(16分)均匀导线制成的单匝正方形闭合线框abcd,边长L=0.20m,每边的电阻R=5.010-2。将其置于磁感应强度B=0.10T的有界水平匀强磁场上方h=5.0m处,如图所示。线框由静止自由下落,线框平面始终与磁场方向垂直,且cd边始终与磁场的水平边界平行。取重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力,求当cd边刚进入磁场时,(1)线框中产生的感应电动势大小;(2)线框所受安培力的大小;(3)线框的发热功率。,二、非选择题(共105分),答案(1)0.20V(2)0.020N(3)0.20W,解析(1)设线框cd边刚进入磁场时的速度为v,根据自由落体规律则有v=10m/s(3分)所以线框cd边刚进入磁场时产生的感应电动势大小E=BLv=0.20V(3分)(2)线框每边的电阻为R,根据欧姆定律可知,线框中产生的感应电流I=(3分)线框所受安培力也就是cd边所受的安培力,其大小为F=BIL=0.020N(3分)(3)线框的发热功率P=I2R总=I24R=0.20W(4分),7.(2017北京石景山一模,22)(16分)如图所示,固定于水平面上的金属框架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中。t=0时,磁感应强度为B0,此时金属棒MN的位置恰好使MDEN构成一个边长为l的正方形。已知金属棒MN的电阻为r,金属框架DE段的电阻为R,其他电阻不计。(1)若金属棒MN保持静止,磁场的磁感应强度按图乙所示的规律变化,求回路中的感应电动势。(2)若磁感应强度B0保持不变,金属棒MN以速度v0贴着金属框架向右匀速运动,会产生感应电动势,相当于电源。用电池、电阻等符号画出这个装置的等效电路图,并求通过回路的电流大小。(3)若金属棒MN以速度v0贴着金属框架向右匀速运动,为使回路中不产生感应电流,从t=0开始,磁感应强度B应怎样随时间t变化?请推导B与t的关系式。,答案(1)E=(2)见解析(3)见解析,解析(1)由法拉第电磁感应定律E=(2分)=B1l2-B0l2(1分)t=t1(1分)解得E=(2分)(2)等效电路图如图所示(2分)金属棒切割磁感线产生的感应电动势E=B0lv0(1分)由闭合电路欧姆定律I=(1分)解得I=(2分)(3)不产生感应电流,即磁通量的变化量为零,=0(1分),则Bl(l+v0t)-B0l2=0(1分)解得B=(2分),8.(2017北京西城二模,23)(18分)电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置,在不同的电源中,非静电力做功的本领也不相同,物理学中用电动势来表明电源的这种特性。(1)如图1所示,固定于水平面的U形金属框架处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B,金属框架两平行导轨间距为l。金属棒MN在外力的作用下,沿框架以速度v向右做匀速直线运动,运动过程中金属棒始终垂直于两平行导轨并接触良好。已知电子的电荷量为e。图1a.请根据法拉第电磁感应定律,推导金属棒MN切割磁感线产生的感应电动势E1;b.在金属棒产生电动势的过程中,请说明是什么力充当非静电力,并求出这个非静电力F1的大,小。(2)由于磁场变化而产生的感应电动势,也是通过非静电力做功而实现的。在磁场变化时产生的电场与静电场不同,它的电场线是闭合的,我们把这样的电场叫做感生电场,也称涡旋电场。在涡旋电场中电场力做功与路径有关,正因为如此,它是一种非静电力。如图2所示,空间存在一个垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B0,磁场区域半径为R。一半径为r的圆形导线环放置在纸面内,其圆心O与圆形磁场区域的中心重合。已知电子的电荷量为e。图2a.如果磁感应强度Bt随时间t的变化关系为Bt=B0+kt。求圆形导线环中的感应电动势E2的大小;b.上述感应电动势中的非静电力来自于涡旋电场对电子的作用。求上述导线环中电子所受非静电力F2的大小。,答案(1)见解析(2)a.r2kb.F2=,解析(1)a.在t内金属棒由原来的位置MN移到M1N1,如图所示。这个过程中金属框架和金属棒所围面积的变化量是S=lvt则穿过闭合电路的磁通量的变化量是=BS=Blvt根据法拉第电磁感应定律有E1=由此得到感应电动势E1=Blvb.金属棒MN向右切割磁感线时,棒中的电子受到沿棒向下的