高考物理一轮复习：电磁感应专题.doc

高中物理专题电磁感应 电磁感应专题1、电磁感应的几种类型（图像）：感生（增反减同）、动生（平动、转动、旋转）、复合型2、单棒单动 双棒双动中的力学关系和功能关系分析3、回路中产生的电荷量问题x3L图甲甲甲abL一、电磁感应的图像类考题（以动生为主）1、图甲中的a是一个边长为为L的正方向导线框，其电阻为R.线框以恒定速度v沿x轴运动，并穿过图中所示的匀强磁场区域b.如果以x轴的正方向作为力的正方向.线框在图示位置的时刻作为时间的零点，则磁场对线框的作用力F随时间变化的图线应为图乙中的哪个图？（ ）Ft/Lv-1O12345BFt/Lv-1O12345AFt/Lv-1O12345CFt/Lv-1O12345D图乙B1/Tt/sO123456B2B12、在水平桌面上，一个面积为S的圆形金属框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，磁感应强度B1随时间t的变化关系如图所示.01s内磁场方向垂直线框平面向下.圆形金属框与一个水平的平行金属导轨相连接，导轨上放置一根导体棒，导体棒的长为L、电阻为R，且与导轨接触良好，导体棒处于另一匀强磁场中，其磁感应强度恒为B2，方向垂直导轨平面向下，如图所示.若导体棒始终保持静止，则其所受的静摩擦力f随时间变化的图象是下图中的（设向右为静摩擦力的正方向）（ ）123456ft/sOf123456t/sO123456ft/sO123456ft/sOABCD3(2013·高考大纲全国卷) 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绕过O点且垂直于纸面的轴顺时针匀速旋转，角速度为，t0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象可能正确的是() 二、电磁感应的几种类型：感生（增反减同）、动生（平动、转动、旋转）、复合型1、如图，长为的直导线放在磁感应强度为B的匀强磁场中，该导线以速度v在垂直于B的平面内运动，v与导线成角，导线上产生的电动势为（ ）A、0 B、 C、 D、2、一直升机停在南半球的地磁极上空，该处地磁场叶片的长度为，螺旋桨转动的频率为f，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动.螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为b，如图所示.如果忽略a到转轴中心线的距离，用E表示每个叶片中的感应电动势，则（ ）A.E=f l2B,且a点电势低于b点电势 B.E=2f l2B，且a点电势低于b点电势C.E=f l2B，且a点电势高于b点电势 D.E=2f l2B，且a点电势高于b点电势3、半径为a右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆，单位长度电阻均为R0圆环水平固定放置，整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B杆在圆环上以速度v平行于直径CD向右做匀速直线运动，杆始终有两点与圆环良好接触，从圆环中心O开始，杆的位置由确定，如图所示则（）A=0时，杆产生的电动势为2Bav B=时，杆产生的电动势为C=0时，杆受的安培力大小为 D=时，杆受的安培力大小为4.（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）直导体棒在水平外力作用下以速度绕O逆时针匀速转动、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，重力加速度大小为g求：（1）通过电阻R的感应电流的方向和大小； （2）外力的功率三、电磁感应中“导轨+杆”模型A、单棒模型：1.单棒与电阻连接构成回路： 例1、如图所示，MN、PQ是间距为L的平行金属导轨，置于磁感强度为B、方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中，M、P间接有一阻值为R的电阻一根与导轨接触良好、阻值为R2的金属导线ab垂直导轨放置,求:（1）若在外力作用下以速度v向右匀速滑动，试求ab两点间的电势差。（2）若无外力作用，以初速度v向右滑动，试求运动过程中产生的热量、通过ab电量以及ab发生的位移x。例2、如图所示，金属棒AB垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，棒与导轨接触良好，棒AB和导轨电阻均忽略不计导轨左端接有电阻R，垂直于导轨平面的匀强磁场向下穿过平面现以水平向右的恒定外力F拉着棒AB由静止开始向右移动，t秒末棒AB速度为v，移动的距离为x，且在t秒内速度大小一直在变化，则下列判断正确的是（） At秒内AB棒所受的安培力方向水平向左，大小逐渐增大Bt秒内外力F做的功等于电阻R放出的电热Ct秒内AB棒做加速度逐渐减小的变加速运动Dt秒末外力F做功的功率等于2、杆与电容器连接组成回路例3、如图所示, 竖直放置的光滑平行金属导轨, 相距l , 导轨一端接有一个电容器, 电容量为C, 匀强磁场垂直纸面向里, 磁感应强度为B, 质量为m的金属棒ab可紧贴导轨自由滑动. 现让ab由静止下滑, 不考虑空气阻力, 也不考虑任何部分的电阻和自感作用. 问金属棒的做什么运动？棒落地时的速度为多大？比较: 如图所示，MN为金属杆，在竖直平面内贴着光滑金属导轨下滑，导轨的间距=10cm，导轨上端接有电阻R=0.5，导轨与金属杆电阻不计，整个装置处于B=0.5T的水平匀强磁场中若杆稳定下落时，每秒钟有0.02J的重力势能转化为电能，则求MN杆的下落速度3、杆与电源连接组成回路 例4、如图所示，长平行导轨PQ、MN光滑，相距m，处在同一水平面中，磁感应强度B=0.8T的匀强磁场竖直向下穿过导轨面横跨在导轨上的直导线ab的质量m =0.1kg、电阻R =0.8，导轨电阻不计导轨间通过开关S将电动势E =1.5V、内电阻r =0.2的电池接在M、P两端，试计算分析：（1）在开关S刚闭合的初始时刻，导线ab的加速度多大？随后ab的加速度、速度如何变化？（2）在闭合开关S后，怎样才能使ab以恒定的速度 =7.5m/s沿导轨向右运动？试描述这时电路中的能量转化情况（通过具体的数据计算说明）B、轨道滑模型例5、如图所示，abcd为质量m的U形导轨，ab与cd平行，放在光滑绝缘的水平面上，另有一根质量为m的金属棒PQ平行bc放在水平导轨上，PQ棒右边靠着绝缘竖直光滑且固定在绝缘水平面上的立柱e、f，U形导轨处于匀强磁场中，磁场以通过e、f的O1O2为界，右侧磁场方向竖直向上，左侧磁场方向水平向左，磁感应强度大小都为B，导轨的bc段长度为L,金属棒PQ的电阻R，其余电阻均可不计，金属棒PQ与导轨间的动摩擦因数为，在导轨上作用一个方向向右，大小F=mg的水平拉力，让U形导轨从静止开始运动设导轨足够长求： (1)导轨在运动过程中的最大速度m (2)若导轨从开始运动到达到最大速度m的过程中，流过PQ棒的总电量为q，则系统增加的内能为多少?四、回路中产生的电荷量问题例1、如图所示，水平面内两根光滑的平行金属导轨，左端与电阻R相连接，匀强磁场B竖直向下分布在导轨所在的空间内，质量一定的金属棒垂直于导轨并与导轨接触良好若对金属棒施加一个水平向右的外力F，使金属棒从a位置由静止开始向右做匀加速运动并依次通过位置b和c若导轨与金属棒的电阻不计，a到b与b到c的距离相等，则下列关于金属棒在运动过程中的说法正确的（） A、金属棒通过b、c两位置时，电阻R的电功率之比为1：2 B、金属棒通过b、c两位置时，外力F的大小之比为1：C、在从a到b与从b到c的两个过程中，电阻R上产生的热量之比为1：1D、在从a到b与从b到c的两个过程中，通过金属棒的横截面的电量之比为1：2例2、如图所示，固定在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d，其右端接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一质量为m（质量分布均匀）的导体杆ab垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为。现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离L时，速度恰好达到最大（运动过程中杆始终与导轨保持垂直）。设杆接入电路部分的电阻为r，导轨电阻不计，重力加速度大小为g。则此过程  （     ）A.杆的速度最大值为 B.流过电阻R的电量为C.恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量D.恒力F做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量aaavBB【针对训练】：itOitOitOitO1、如图所示，一个边长为a、电阻为R的等边三角形线框，在外力作用下，以速度v匀速穿过宽均为a的两个匀强磁场.这两个磁场的磁感应强度大小均为B方向相反.线框运动方向与底边平行且与磁场边缘垂直.取逆时针方向的电流为正。若从图示位置开始，线框中产生的感应电流I与沿运动方向的位移x之间的函数图象，下面四个图中正确的是（ ）A B C D2(2013·高考新课标全国卷)如图，在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框；在导线框右侧有一宽度为d(dL )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t0时导线框的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vt图像中，可能正确描述上述过程的是() 3(2013·高考山东卷) 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)内回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场中回路的圆形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变化的图象如图乙所示用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变化的图象是() 4、如图，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一半径为R的3/4圆弧状导线，导线平面与磁场垂直。当导线以速率v沿直径ab方向垂直于磁场运动时，导线上产生的电动势大小为（ ）A、0 B、 C、 D、5、如图所示，在匀强磁场中放有平行铜导轨，它与大导线圈M相连接，要使小导线圈N获得顺时针方向的感应电流，则放在导轨中的裸金属棒ab的运动情况是（两导线圈共面位置）（） A向右匀速运动 B向左加速运动C向右减速运动 D向右加速运动6、如图，开始时距形线圈平面与磁场垂直，且一半在匀强磁场外，另一半在匀强磁场内，若要使线圈中产生感应电流，下列方法中可行的是（ ）A以ab为轴转动 B以oo/为轴转动C以ad为轴转动（转过的角度小于600） D以cd为轴转动（转过的角度小于600）7、(2013·高考福建卷)如图，矩形闭合导体线框在匀强磁场上方，由不同高度静止释放，用t1、t2分别表示线框ab边和cd边刚进入磁场的时刻线框下落过程形状不变，ab边始终保持与磁场水平边界线OO平行，线框平面与磁场方向垂直设OO下方磁场区域足够大，不计空气影响，则下列哪一个图像不可能反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律() 8、北半球海洋某处，地磁场水平分量B1=0.8×10-4T，竖直分量B2=0.5×10-4T，海水向北流动海洋工作者测量海水的流速时，将两极板竖直插入此处海水中，保持两极板正对且垂线沿东西方向，两极板相距L=20m，如图所示与两极板相连的电压表（可看作理想电压表）示数为U=0.2mV，则（）A西侧极板电势高，东侧极板电势低，且海水的流速大小为0.125m/sB西侧极板电势高，东侧极板电势低，且海水的流速大小为0.2m/sC西侧极板电势低，东侧极板电势高，且海水的流速大小为0.125m/sD西侧极板电势低，东侧极板电势高，且海水的流速大小为0.2m/s9、（2014浙江卷）其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=0.1m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r=R/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，下端挂着一个质量为m=0.5kg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B=0.5T。a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h=0.3m时，测得U=0.15V。（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=10m/s2）(1)、测U时，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。10. (2014福建卷)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、宽度为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，但保持其它量和矩形管道的横截面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。11、两条彼此平行、间距为L=0.5m的光滑金属导轨水平固定放置，导轨左端接一电阻，其阻值R=2，右端接阻值RL=4的小灯泡，如图1所示在导轨的MNQP矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，MP的长d=2m，MNQP区域内磁场的磁感应强度B随时间t变化的关系如图2所示垂直导轨跨接一金属杆，金属杆的电阻r=2，两导轨电阻不计在t=0时刻，用水平力F拉金属杆，使金属杆由静止开始从GH位置向右运动在金属杆从GH位置运动到PQ位 置的过程中，小灯泡的亮度一直没有变化求：（1）通过小灯泡的电流IL； （2）水平恒力的F的大小； （3）金属杆的质量m12、如图所示，倾角=30°，宽度L=1m的足够长的U形平行光滑金属导轨，固定在磁感应强度B=1T，范围充分大的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直用平行于导轨、功率恒为P=6W的牵引力F牵引一根质量m=O.2kg，电阻R=1放在导轨上的金属棒ab，由静止开始沿导轨向上移动（ab始终与导轨接触良好且垂直），当ab棒移动t=1.5s时获得稳定速度，在此过程中，金属棒产生的热量为Q=5.8J（ 不计导轨电阻及一切摩擦，取g=10m/s2），求：（1）ab棒的稳定速度； （2）ab棒从静止开始达到稳定速度通过的距离13(2013·高考新课标全国卷)如图，两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为，间距为L.导轨上端接有一平行板电容器，电容为C.导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面在导轨上放置一质量为m的金属棒，棒可沿导轨下滑，且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触已知金属棒与导轨之间的动摩擦因素为，重力加速度大小为g.忽略所有电阻让金属棒从导轨上端由静止开始下滑，求：(1)电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系；(2)金属棒的速度大小随时间变化的关系14（2014天津卷）如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角=300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，此过程中上产生的热量是多少15、如图所示，MN、PQ为间距L=0.5m足够长的平行导轨，NQMN导轨平面与水平面间的夹角=37°，NQ间连接有一个R=5的电阻有一匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B0=1T将一根质量为m=0.05kg的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻均不计现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行已知金属棒与导轨间的动摩擦因数=0.5，当金属棒滑行至cd处时已经达到稳定速度，cd距离NQ为s=2m试解答以下问题：（g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）（1）当金属棒滑行至cd处时回路中的电流多大？ （2）金属棒达到的稳定速度是多大？（3）当金属棒滑行至cd处时回路中产生的焦耳热是多少？（4）若将金属棒滑行至cd处的时刻记作t=0，从此时刻起，让磁感应强度逐渐减小，可使金属棒中不产生感应电流，则磁感应强度B应怎样随时间t变化（写出B与t的关系式）？ 16、(2015普陀区二模)如右图所示，一平面框架与水平面成37°角，宽L=0.4 m，上、下两端各有一个电阻R01 ，框架的其他部分电阻不计，框架足够长.垂直于框平面的方向存在向上的匀强磁场，磁感应强度B2T.ab为金属杆，其长度为L0.4 m，质量m0.8 kg，电阻r0.5，棒与框架的动摩擦因数0.5.由静止开始下滑，直到速度达到最大的过程中，上端电阻R0产生的热量Q00.375J (已知sin37°0.6，cos37°=0.8；g取10m/s2)求：(1)杆ab的最大速度；(2)从开始到速度最大的过程中ab杆沿斜面下滑的距离；(3)在该过程中通过ab的电荷量.17、（2012天津高考）如图所示，一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距L=1m，左端接有阻值R=0.4的电阻，一质量m=0.1kg，电阻r=0.1的金属棒MN放置在导轨上，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B=0.5T，棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以a=3m/s2的加速度做匀加速运动，当棒的位移x=6m时撤去外力，棒继续运动一段距离后停下来。已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1：Q2=2:1，导轨足够长且电阻不计，棒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）棒在匀加速运动过程中，通过电阻R的电荷量q（2）撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2 （3）外力做的功WF18、（2011天津高考）如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为=0.5 m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角，完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为m=0.02 kg，电阻均为R=0.1，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.2 T，棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能够保持静止。取g=10 m/s2，问：(1)通过棒cd的电流I是多少，方向如何？ (2)棒ab受到的力F多大？(3)棒cd每产生Q=0.1 J的热量，力F做的功W是多少？19、水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，间距为L，一端通过导线与阻值为R的电阻连接；导轨上放一质量为m的金属杆，金属杆与导轨的电阻忽略不计，均匀磁场竖直向下。用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动。当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会变化，v和F的关系如下图。（取重力加速度g=10 m/s2）（1）金属杆在匀速运动之前做什么运动？ （2）若m=0.5kg，L=0.5m，R=0.5，磁感应强度B为多大？ （3）由v-F图线的截距可求得什么物理量？其值为多少？20、如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置，其宽度L1 m，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端M与P之间连接阻值为R0.40 的电阻，质量为m0.01 kg、电阻为r0.30 的金属棒ab紧贴在导轨上。现使金属棒ab由静止开始下滑，下滑过程中ab始终保持水平，且与导轨接触良好，其下滑距离x与时间t的关系如图乙所示，图象中的OA段为曲线，AB段为直线，导轨电阻不计，g10 m/s2（忽略ab棒运动过程中对原磁场的影响），试求：（1）磁感应强度B的大小； （2）当t1.5 s时，重力对金属棒ab做功的功率； （3）金属棒ab在开始运动的1.5 s内，电阻R上产生的热量。21、如图所示，MN、PQ为足够长的平行金属导轨，间距L=0.5m，导轨平面与水平面间夹角=37°，N、Q间连接一个电阻R=4，匀强磁场垂直于导轨平面向上，磁感应强度B=1T将一根量m=0.05kg、长度为L的金属棒ab放置在导轨上，金属棒的电阻r=1，导轨的电阻不计从导轨的顶端，由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好已知金属棒与导轨间的动摩擦因数=0.5，当金属棒滑行s=3m时达到稳定速度，已知g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8求：金属棒达到的稳定速度是多大？金属棒沿导轨下滑距离为s的过程中，电阻R上产生的焦耳热为多少？金属棒达到稳定速度时计作时间t=0，从此时刻起，让磁感应强度逐渐减小，使金属棒中不产生感应电流，则t=1s时磁感应强度为多大？22如图所示,在倾角为的光滑斜面上,存在着阿个磁感应强度大小相等的匀强磁场,其中一个的,方向垂直斜面向下,另一个的方向垂直斜面向上,宽度均为L.一个质量为m、边长为L的正方形线框以速度v刚进入上边磁场时恰好作匀速直线运动.当ab边到达gg和ff的中间位置时,线框又恰好作匀速直线运动,问：线框从开始进入上边的磁场至ab边到达gg和ff中间位置时,产生的热量为多少?23、如图所示,ad、bc为相距L(m)的平行导轨(电阻很小,可以不计),a、b间接有一固定电阻,阻值为R,长直细杆MN可以按任意角架在平行导轨上,并以匀速v滑动(平移),v的方向与da平行.杆MN有电阻,每米长的电阻值为R,整个空间充满磁感应强度为B的匀强磁场,方向如图.求：(1)定值电阻R上消耗的功率最大时，角的值.(2)求杆MN上消耗的电功率最大时角的值.6