高考物理 备考艺体生百日突围系列 专题11 电磁感应（含解析）-人教版高三全册物理试题.doc

专题11 电磁感应第一部分 特点描述本考点一般以选择题和计算题两种形式出现，若是选择题一般考查对磁感应强度、磁感线、安培力和洛仑兹力这些概念的理解，以及安培定则和左手定则的运用；若是计算题主要考查安培力大小的计算，以及带电粒子在磁场中受到洛伦兹力和带电粒子在磁场中的圆周运动的分析判断和计算，尤其是带电粒子在电场、磁场中的运动问题对学生的空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求，仍是本考点的重点内容，有可能成为试卷的压轴题。由于本考点知识与现代科技密切相关，在近代物理实验中有重大意义，因此考题还可能以科学技术的具体问题为背景，考查学生运用知识解决实际问题的能力和建模能力。预测高考基础试题仍是重点考查法拉第电磁感应定律及楞次定律和电路等效问题综合试题还是涉及到力和运动、能量守恒、电路分析、安培力等力学和电学知识主要的类型有滑轨类问题、线圈穿越有界磁场的问题、电磁感应图象的问题等。此外日光灯原理、磁悬浮原理、电磁阻尼、超导技术这些在实际中有广泛的应用问题也要引起重视。第二部分 知识背一背一、磁通量1.定义：在磁感应强度为B的匀强磁场中,与磁场方向垂直的面积S和B的乘积.2.公式：3.单位：韦伯符号:Wb4.磁通量是标量(填“标量”或“矢量”).二、电磁感应现象1电磁感应现象：当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有感应电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应2产生感应电流的条件：表述1：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动表述2：穿过闭合电路的磁通量发生变化3能量转化发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为电能三、感应电流方向的判断1楞次定律(1)内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化(2)适用情况：所有的电磁感应现象2右手定则(1)内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导体运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向(2)适用情况：导体棒切割磁感线产生感应电流四、法拉第电磁感应定律1感应电动势(1)感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势产生感应电动势的那部分导体就相当于电源，导体的电阻相当于电源内阻(2)感应电流与感应电动势的关系：遵循闭合电路欧姆定律，即.2法拉第电磁感应定律(1)法拉第电磁感应定律内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比公式：.(2)导体切割磁感线的情形运动速度v和磁感线方向垂直，则.第三部分 技能+方法一、磁通量1.公式的适用条件(1)匀强磁场.(2)S为垂直磁场的有效面积.2.磁通量的物理意义(1)磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数.(2)同一平面，当它跟磁场方向垂直时，磁通量最大；当它跟磁场方向平行时，磁通量为零；当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的一样多时，磁通量为零.二、 电磁感应现象1.产生电磁感应现象的实质穿过电路的磁通量发生变化,电路中就会产生感应电动势.如果电路闭合,则有感应电流;如果电路不闭合,则只有感应电动势而无感应电流.2.磁通量发生变化的三种常见情况(1)磁场强弱不变，回路面积改变；(2)回路面积不变，磁场强弱改变；(3)回路面积和磁场强弱均不变，但二者的相对位置发生改变.注意：判断流程：(1)确定研究的闭合电路(2)弄清楚回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量.(3)三、楞次定律 右手定则1.楞次定律中“阻碍”的理解2.楞次定律的推广推广表述：感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原因.其具体方式为：(1)阻碍原磁通量的变化“增反减同”.(2)阻碍相对运动“来拒去留”.(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势“增缩减扩”.(4)阻碍原电流的变化(自感现象)“增反减同”.3.安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律综合应用的比较基本现象应用的定则或定律运动电荷、电流产生磁场安培定则磁场对运动电荷、电流有作用力左手定则电磁感应部分导体做切割磁感线运动右手定则闭合回路磁通量变化楞次定律【例1】空间出现了如图所示的一组闭合电场线（方向如图中箭头所示），其产生的原因可能是POQ（ ）A有沿P指向Q的恒定电流B有沿Q指向P的磁场且在逐渐减小C有沿P指向Q的恒定磁场D有沿P指向Q的磁场且在逐渐增强【答案】 B【例2】某学生做电磁感应现象的实验，其连线如图所示，当他接通、断开开关时，电流表的指针都没有偏转，其原因是 （ ）A开关位置接错B电流表的正、负接线柱接反C线圈B的接线柱接反D蓄电池的正、负极接反【答案】 A【解析】电流表要有指针偏转，那么根据电磁感应，线圈B的磁通量要发生变化，那么使得B的磁通量发生变化的措施可以是AB发生相对运动，或者线圈A的电流变化，与线圈A的电流方向无关，选项D错。电流表指针可以左右偏转，同时可以判断电流方向，所以电流表正负接线柱的接线方式没有影响，选项BC错。所以造成电流表指针不偏转的是开关位置接错。由于开关接在B线圈的电路上，而A线圈没有开关无法控制电流，也没有AB之间的相对运动，所以线圈B不会产生感应电流，指针不偏转，应该把开关接在A所在的电路，开关断开闭合使得A的电流变化从而控制B的磁通量变化，产生感应电流。选项A对。【例3】如图甲所示，一个电阻为R，面积为S的矩形导线框abcd，磁场的磁感应强度为B，方向与ad边垂直并与线框平面成450角，o、o分别是ab和cd边的中点。现将线框右半边obco绕oo 逆时针90o到图乙所示位置。在这一过程中，导线中某个横截面通过的电荷量是 （ ）A. B. C. D. 0【答案】 A考点：法拉第电磁感应定律；磁通量求导线中通过的电荷量时，一定要选用法拉第电磁感应定律求电动势的平均值，同时本题要注意旋转后的右侧磁通量的正负，理解旋转后磁通量为零四、 法拉第电磁感应定律的应用1.决定感应电动势大小的因素感应电动势E的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率和线圈的匝数n.而与磁通量的大小、磁通量变化量的大小无必然联系.2.磁通量变化通常有两种方式(1)磁感应强度B不变，垂直于磁场的回路面积发生变化，此时；(2)垂直于磁场的回路面积不变，磁感应强度发生变化，此时，其中是B-t图象的斜率.五、 导体切割磁感线时的感应电动势理解的“四性”(1)正交性：本公式是在一定条件下得出的，除磁场为匀强磁场外，还需B、l、v三者互相垂直.(2)瞬时性：若v为瞬时速度，则E为相应的瞬时感应电动势.(3)有效性：公式中的l为导体切割磁感线的有效长度.(4)相对性：中的速度v是导体相对磁场的速度，若磁场也在运动，应注意速度间的相对关系.【例4】一环形线圈放在匀强磁场中，设第1 s内磁感线垂直线圈平面(即垂直于纸面)向里，如图2甲所示若磁感应强度B随时间t变化的关系如图2乙所示，那么第3 s内线圈中感应电流的大小与其各处所受安培力的方向是 （ ）A大小恒定，沿顺时针方向与圆相切B大小恒定，沿着圆半径指向圆心C逐渐增加，沿着圆半径离开圆心D逐渐增加，沿逆时针方向与圆相切【答案】 B【例5】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 （ ）AUa> Uc，金属框中无电流BUb >Uc，金属框中电流方向沿a-b-c-aCUbc=-1/2Bl²，金属框中无电流DUbc=1/2Bl²w，金属框中电流方向沿a-c-b-a【答案】 C【解析】当金属框绕ab边以角速度逆时针转动时，穿过直角三角形金属框abc的磁通量恒为0，所以没有感应电流，由右手定则可知，c点电势高，故C正确，A、B、D错误。【考点定位】导体切割磁感线【方法技巧】本题主要是理解感应电流产生的实质，有感应电流一定有感应电动势，而有感应电动势不一定有电流的。本题有两根导体棒切割磁感线，但穿过闭合线圈的磁通理没变。【例6】如图所示，相距为L的足够长光滑平行金属导轨水平放置，处于磁感应强度为B，方向竖直向上的匀强磁场中。导轨一端连接一阻值为R的电阻，导轨本身的电阻不计，一质量为m，电阻为r的金属棒ab横跨在导轨上，如图所示。现对金属棒施一恒力F，使其从静止开始运动。求：RBFba（1）运动中金属棒的最大速度为多大？（2）金属棒的速度为最大速度的四分之一时,求ab金属棒的加速度求安培力对ab金属棒做功的功率（2）当金属棒的速度为最大速度的四分之一时：由法拉第电磁感应定律：（1分）由闭合电路欧姆定律：（1分）ab受的安培力F2=IBL（1分）由牛顿第二定律： F-F2=ma（2分）由闭合电路欧姆定律：以上四式可解得：a=3F/4m（2分） 由 P=-F2V2（1分）解得：P=-F2（R+r）/16B 2L 2（2分）第四部分 基础练+测一、选择题1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1T，方向垂直于虚线所在平面现有一矩形线圈abcd，宽度cd=L=0.5m，质量为0.1kg，电阻为2，将其从图示位置静止释放（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0.6s，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10m/s2）则 （ ）A. 在0t1时间内，通过线圈的电荷量为0.25C B. 线圈匀速运动的速度大小为8m/sC. 线圈的长度为1m D. 0t3时间内，线圈产生的热量为4.2J【答案】 A2如图所示的匀强磁场中有一根弯成45°的金属线POQ，其所在平面与磁场垂直，长直导线MN与金属线紧密接触，起始时OA=l0，且MNOQ，所有导线单位长度的电阻均为r，MN运动的速度为v，使MN匀速运动的外力为F，则外力F随时间变化的图像是 （ ）A. B. C. D. 【答案】 C3如图(a)所示，电路的左侧是一个电容为C的电容器，电路的右侧是一个环形导体，环形导体所围的面积为S。在环形导体中有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小随时间变化的规律如图(b)所示，则在0t0时间内电容器 （ ）A. 上极板带正电，所带电荷量为B. 上极板带正电，所带电荷量为C. 上极板带负电，所带电荷量为D. 上极板带负电，所带电荷量为【答案】 A【解析】由图(a)可知，环形导体相对于电路的电源，此时电容器接在电源两端，根据楞次定律可知，在0t0时间内，环形导体中将产生逆时针方向的感应电流，即电容器的上极板与电源正极相连，因此上极板带正电，下极板带负电，故选项C、D错误；根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势为：E，根据电容的定义式可知，在0t0时间内电容器两极板上所带电量为：QCE，故选项A正确；选项B错误。4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【答案】 B5如图所不，一由均匀电阻丝折成的正方形闭合线框abcd，置于磁感应强度方向垂直纸面向外的有界匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，线框bc边与磁场左右边界平行。若将该线框以不同的速率从图示位置分别从磁场左右边界匀速拉出至全部离开磁场，在此过程中 （ ）A流过ab边的电流方向相反Bab边所受安培力的大小相等C线框中产生的焦耳热相等D通过电阻丝某横截面的电荷量相等【答案】 D6如图所示，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t0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it关系的图示中，可能正确的是 （ ）A. B. C. D. 【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，感应电流也逐渐增大，如图的位置；从正方形线框下边完全进入至下边刚穿出磁场边界，切割磁感线的有效长度不变，感应电流不变，如图的位置；当正方形线框下边部分离开磁场，上边尚未进入磁场过程中，线框切割磁感线的有效长度逐渐减小，感应电流也逐渐减小，如图的位置；当正方形线框下边部分继续离开磁场，上边也进入磁场过程中，上下两边线框切割磁感线产生的感应电动势方向相反，感应电流减小得更快，当上下两边在磁场中长度相等，感应电动势为零，如图的位置；以后的过程与上述过程相反，故正确的选项为C。7如图所示，一沿水平方向的匀强磁场分布在竖直高度为2L的某矩形区域内（宽度足够大），该区域的上下边界MN、PS是水平的。有一边长为L的正方形导线框abcd从距离磁场上边界MN的某高处由静止释放下落而穿过该磁场区域。已知当线框的ab边到达MN时线框刚好做匀速直线运动（以此时开始计时），以MN处为坐标原点，取如图坐标轴x，并规定逆时针方向为感应电流的正方向，则关于线框中的感应电流与ab边的位置坐标x间的以下图线中，可能正确的是 （ ）【答案】 D8（多选）如图，光滑平行金属导轨固定在水平面上，左端由导线相连，导体棒垂直静置于导轨上构成回路。在外力F作用下，回路上方的条形磁铁竖直向上做匀速运动。在匀速运动过程中外力F做功，磁场力对导体棒做功，磁铁克服磁场力做功，重力对磁铁做功，回路中产生的焦耳热为Q，导体棒获得的动能为。则 （ ）A、 B、 C、 D、【答案】 BCD9（多选）倾角为的光滑导电轨道间接有电源，轨道间距为L，轨道上放一根质量为m的金属杆ab，金属杆中的电流为I，现加一垂直金属杆ab的匀强磁场，如图所示， ab杆保持静止，则磁感应强度方向和大小可能为 （ ）A. 方向垂直轨道平面向上时，磁感应强度最小，大小为B. z正向，大小为C. X正向，大小为D. Z正向，大小为【答案】 ACD【解析】A、当磁场垂直轨道平面向上时，根据平衡条件： ，则，此时B最小，故选项A正确；B、当磁场沿Z正方向时，安培力水平向右，由平衡条件可得， ，则，故选项B错误，D正确；C、当磁场沿X正向时，安培力竖直向上，则根据平衡条件： ，则： ，故选项C正确。点睛：受力分析后，根据平衡条件，写出平衡方程，结合安培力公式，并根据左手定则，即可求解。10（多选）电磁炉采用感应电流（涡流）的加热原理，是通过电子线路产生交变磁场，把铁锅放在炉面上时，在铁锅底部产生交变的电流它具有升温快、效率高、体积小、安全性好等优点下列关于电磁炉的说法中正确的是 （ ）A. 电磁炉面板可采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部 B. 电磁炉面板可采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品 C. 电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热 D. 可以通过改变电子线路的频率来改变电磁炉的功率【答案】 AD考点：考查了电磁炉的工作原理点评：一定要注意是通过底部产生涡流，从而产生热量，所以加热部分必须使用软磁性物体，二、非选择题11如图所示，在高度差h=0.5 m的平行虚线范围内，有磁感强度B=0.5 T、方向垂直于竖直平面向里的匀强磁场，正方形线框abcd的质量m=0.1 kg、边长L=0.5 m、电阻R=0.5，线框平面与竖直平面平行，静止在位置“I”时，cd边跟磁场下边缘有一段距离。现用一竖直向上的恒力F=4.0 N向上提线框，该框由位置“I”无初速度开始向上运动，穿过磁场区，最后到达位置“II”（ab边恰好出磁场），线框平面在运动中保持与磁场方向垂直，且cd边保持水平。设cd边刚进入磁场时，线框恰好开始做匀速运动。g取10 ，求：（1）线框进入磁场前距磁场下边界的距离H；（2）线框由位置“I”到位置“II”的过程中，恒力F做的功是多少？线框内产生的热量又是多少？【答案】 （1）（2） （2）恒力F做的功J（1分）从边进入磁场到边离开磁场的过程中，拉力所做的功等于线框增加的重力势能和产生的热量Q，即（1分）解得：（1分）或12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数为，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。【答案】 （1）（2）（2）设金属棒下滑的速度大小为v时经历的时间为t,通过金属棒的电流为i，金属棒受到磁场的安培力为F，方向沿导轨向上，大小为F=BLi 设在tt+时间间隔内流经金属棒的电荷量为，按定义有 也是平行板电容器两极板在tt+时间间隔内增加的电荷量由式可得 式中为金属棒速度的变化量按加速度的定义有 分析导体棒的受力：受重力mg，支持力N，滑动摩擦力f，沿斜面向上的安培力F。N=mgcos (11)联立至(11)式得(12)【易错点拨】本题关键是通过牛顿第二定律的求解得出加速度的表达式是一个与时间无关的物理量，导体棒做匀加速直线运动，这一问题考生不容易分析出来，造成该题不容易得分。具体分析：首先要由感应电动势和电容的定义式求解速度大小为v时电容器极板上储存的电荷Q，这一问不难，考生较容易解出；其次列牛顿第二定律方程，正确的解出加速度是一个恒量，即金属棒做初速为零的匀加速直线运动v=at解出本题的答案，这一问考生对电流的定义，加速度的定义的理解有一定的局限性，高中阶段不变的情况较多，用微积分的思想求解的练习题较少，所以大多数考生这一问不能得分，难度（1）中等，（2）难。【考点定位】牛顿第二定律、导线切割磁感线产生感应电动势、电容器定义式、电流定义式、加速度定义式、感应电流、安培力。