高考物理大冲刺 备考“最后30天”专题七 电磁感应与电路-人教版高三全册物理试题.doc

专题七 电磁感应与电路考点一 电磁感应切割类问题例 题(1)如图所示，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El，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El:E2分别为（ ）A.ca，2:1 B.ac，2:1 C.ac，1:2 D.ca，1:2【命题意图】本题考查电磁感应切割类问题，涉及电磁感应定律，右手定则等知识。【解析】根据电磁感应定律，其他条件不变所以电动势变为原来的2倍，根据右手定则可知电流方向应该为N到M即通过电阻R的电流方向为a到c。【答案】C【解题技巧】利用右手定制判定通过导体棒中电流的方向，由电磁感应定律计算导体棒切割磁感线产生的感应电动势。(2)如图所示，一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内，通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定，导体棒与轨道垂直且接触良好。在向右匀速通过两区的过程中，导体棒所受安培力分别用FM、FN表示。不计轨道电阻。以下叙述正确的是（ ）A.FM向右 B.FN向左C.FM逐渐增大 D. FN逐渐减小【命题意图】本题考查楞次定律、安培力。【解析】根据楞次定律(来拒去留)，导体棒在M区和N区受安培力的方向都向左，B正确，A错误；根据法拉第电磁感应定律，可知导体棒所受安培力大小，由于距离导线越近，磁场的磁感强度B越大，在M区导体棒向右运动过程中，磁感强度逐渐增大，安培力FM逐渐增大，在N区磁感强度逐渐减小，导至安培力也逐渐减小，CD正确。【答案】BCD【解题技巧】导体棒在非匀强磁场中做切割磁感线运动，根据楞次定律判定导体棒中电流的方向，由安培力公式和左手定则判定导体棒受到的安培力的大小与方向。考点二 电磁感应中的图像问题例 题如图(a)两相距L=0.5 m的平行金属导轨固定于水平面上，导轨左端与阻值R=2 的电阻连接，导轨间虚线右侧存在垂直导轨平面的匀强磁场，质量m=0.2 kg的金属杆垂直于导轨上，与导轨接触良好，导轨与金属杆的电阻可忽略，杆在水平向右的恒定拉力作用下由静止开始运动，并始终与导轨垂直，其v-t图象如图(b)所示，在15 s时撤去拉力，同时使磁场随时间变化，从而保持杆中电流为0，求：(1)金属杆所受拉力的大小为F；(2)015 s匀强磁场的磁感应强度大小为；(3)1520 s内磁感应强度随时间的变化规律。【命题意图】本题考查电磁感应在动力学中的应用，涉及牛顿第二定律，导体棒切割磁感线规律。【解析】 (1)由v-t关系图可知在010 s时间段金属杆尚未进入磁场，因此F-mg=ma1由题图(b)可知a1=0.4 m/s2同理可知在1520 s时间段金属杆仅有摩擦力作用下运动mg=ma2由题图(b)可知a2=0.8 m/s2解得：F=0.24 N。(2)在1015 s时间段金属杆在磁场中做匀速运动，因此有：以F=0.24 N，mg=0.16 N代入解得：B0=0.4 T。(3)由题意可知在1520 s时间段通过回路的磁通量不变，设杆在1520 s内运动距离为d，15 s后运动的距离为x，B(t)L(d+x)=B0Ld，其中d=20 mx=4(t-15) -0.4(t-15)2由此可得。【解题技巧】由v-t图像结合动力学规律计算金属杆的受力，当金属杆匀速运动时，受力平衡，根据物体的平衡条件计算磁感应强度的大小。考点三 法拉第电磁感应定律的综合应用例 题如图(a)所示，平行长直金属导轨水平放置，间距L=0.4 m，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，bd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，1 s后刚好进入磁场，若使棒在导轨上始终以速度v=1 m/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。【命题意图】本题考查法拉第电磁感应定律的理解与应用、电磁感应的综合应用。【解析】(1)在棒进入磁场前，由于正方形区域abcd内磁场磁感应强度B的变化，使回路中产生感应电动势和感应电流，根据法拉第电磁感应定律可知，在棒进入磁场前回路中的电动势为E=0.04 V。(2)当棒进入磁场时，磁场磁感应强度B=0.5 T恒定不变，此时由于导体棒做切割磁感线运动，使回路中产生感应电动势和感应电流，根据法拉第电磁感应定律可知，回路中的电动势为：e=Blv，当棒与bd重合时，切割有效长度l=L，达到最大，即感应电动势也达到最大em=BLv=0.2 V>E=0.04 V。根据闭合电路欧姆定律可知，回路中的感应电流最大为：im=0.2 A根据安培力大小计算公式可知，棒在运动过程中受到的最大安培力为：Fm=imLB=0.04 N在棒通过三角形abd区域时，切割有效长度l=2v(t1)(其中，1 st+1 s)综合上述分析可知，回路中的感应电流为：i=(其中，1 st+1 s)即：i=t1(其中，1 st1.2 s)。【解题技巧】本题同时考查感生电动势与动生电动势，在不同的过程运用不同的公式进行计算。安培力、感应电流和感应电动势，确定临界范围。 规范训练1(2017上海奉贤区调研)如图，在竖直向下的y轴两侧分布有垂直纸面向外和向里的磁场，磁感应强度均随位置坐标按B=B0+ky(k为正常数)的规律变化。两个完全相同的正方形线框甲和乙的上边均与y轴垂直，甲的初始位置高于乙的初始位置，两线框平面均与磁场垂直。现同时分别给两个线框一个竖直向下的初速度vl和v2，设磁场的范围足够大，当线框完全在磁场中运动时，正确的是 （ ）A.运动中两线框所受磁场的作用力方向一定相同B.若v1=v2，则开始时甲所受磁场力小于乙所受磁场力C.若v1>v2，则开始时甲的感应电流一定大于乙的感应电流D.若v1<v2，则最终稳定状态时甲的速度可能大于乙的速度【答案】AC【考点】电磁感应定律、安培力、物体的平衡【解析】根据楞次定律，甲线框中产生顺时针方向的电流，乙线框中产生逆时针方向的电流，因为线框下边产生的磁场比上边的磁场强，下边所受的安培力大于上边所受的安培力，则安培力的方向与下边所受的安培力方向相同，根据左手定则，甲线框所受的安培力方向向上，乙线框所受的安培力方向向上，故A正确。线框产生的电动势E=B2Lv-B1Lv=kL2v，与速度有关；若v1=v2，两线框产生的感应电流大小相等，线框所受的安培力F=B2ILB1IL=kIL2，知两线框所受的安培力相等，则开始时甲所受磁场力等于乙所受磁场力，选项B错误。若v1>v2，则开始时甲的感应电流一定大于乙的感应电流，选项C正确。 线框达到稳定状态时，重力与安培力平衡，有：mg=kIL2，又，所以，知稳定时，两线框的速度相等，故D错误。2(2017大连八中月考)为判断线圈绕向，可将灵敏电流计G与线圈L连接，如图所示。已知线圈由a端开始绕至b端；当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转。(1)将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时，发现指针向左偏转。俯视线圈，其绕向为_(填“顺时针”或“逆时针”)。(2)当条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时，指针向右偏转。俯视线圈，其绕向为_(填“顺时针”或“逆时针”)。 【答案】(1)顺时针 (2)逆时针【考点】安培定则与楞次定律【解析】(1)将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时，穿过L的磁场向下，磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，感应电流磁场应该向上，电流表指针向左偏转，电流从电流表左端流入，由安培定则可知，俯视线圈，线圈绕向为逆时针。(2)当条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时，穿过L的磁通量向上，磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流磁场应向上，指针向右偏转，电流从右端流入电流表，由安培定则可知，俯视线圈，其绕向为逆时针。3(2017福建莆田质量检测)如图甲所示，在光滑绝缘水平面内有一匝数n =10、边长L=0.36 m，电阻R=0. 36 的正方形金属线框，空间中存在一个宽度d =0.75 m、方向竖直向下的有界匀强磁场。线框右侧刚进入磁场时的速度v0=2 m/s，此时对线框施加一水平向左的外力F使其始终做匀减速直线运动。以线框右侧刚进入磁场为计时起点，外力F随时间t的变化如图乙所示。求：(1)线框加速度a的大小；(2)磁感应强度B的大小；(3)当线框右侧到达磁场右边界时撤去外力F，求此后线框中产生的焦耳热Q。【考点】导体切割磁感线运动【解析】(1)根据题意可得，时，线框左侧刚好进入磁场根据运动学公式可得，解得。(2)线框速度为v时，线框中的感应电动势线框中的感应电流线框所受的安培力联立解得t=0时，外力，根据牛顿第二定律可得t=0.2 s时外力，线框的速度根据牛顿第二定律可得联立解得，。(3)设线框右侧到达磁场右边界时速度为，根据运动学公式可得解得撤去外力后，根据牛顿第二定律可得，则，故有设线框刚好完全穿出磁场时速度为故，解得线框中产生的焦耳热。4如图所示，竖直平面内有一半径为r、电阻为R1、粗细均匀的光滑半圆形金属环，在M、N处与距离为2r、电阻不计的平行光滑金属导轨ME、NF相接，EF之间接有电阻R2，已知R1=12R，R2=4R。在MN上方及CD下方有水平方向的匀强磁场I和II，磁感应强度大小均为B。现有质量为m、电阻不计的导体棒ab，从半圆环的最高点A处由静止下落，在下落过程中导体棒始终保持水平，与半圆形金属环及轨道接触良好，设平行导轨足够长。已知导体棒下落r/2时的速度大小为v1，下落到MN处时的速度大小为v2。(1)求导体棒ab从A处下落时的加速度大小；(2)若导体棒ab进入磁场II后棒中电流大小始终不变，求磁场I和II这间的距离h和R2上的电功率P2；(3)若将磁场II的CD边界略微下移，导体棒ab进入磁场II时的速度大小为v3，要使其在外力F作用下做匀加速直线运动，加速度大小为a，求所加外力F随时间变化的关系式。【考点】电磁感应、牛顿第二定律、匀加速直线运动【解析】(1)以导体棒为研究对象，棒在磁场I中切割磁感线，棒中产生感应电动势，导体棒ab从A下落r/2时，导体棒在重力与安培力作用下做加速运动，由牛顿第二定律，得：，式中， 且 由各式可得到。(2)当导体棒ab通过磁场II时，若安培力恰好等于重力，棒中电流大小始终不变，即，式中解得：导体棒从MN到CD做加速度为g的匀加速直线运动，有，得：此时导体棒重力的功率为：根据能量守恒定律，此时导体棒重力的功率全部转化为电路中的电功率，即：所以： (3)设导体棒ab进入磁场II后经过时间t的速度大小为，此时安培力大小为：由于导体棒ab做匀加速直线运动，有 根据牛顿第二定律，有即：由以上各式解得。5如图a所示，水平放置着两根相距为d=0.1 m的平行金属导轨MN与PQ，导轨的电阻忽略不计且两导轨用一根电阻也不计的导线相连。导轨上跨放着一根粗细均匀长为L=0.3 m、电阻R=3.0 的金属棒ab，金属棒与导轨正交，交点为c、d。整个空间充满垂直于导轨向上的磁场，磁场B随时间变化的规律如图b所示。开始时金属棒在3 s前静止距离NQ为2 m处，3 s后在外力作用下以速度v=4.0 m/s向左做匀速直线运动，试求：(1)03 s末回路中产生电流的大小和方向；(2)68 s过程中通过金属棒横截面的电荷量为多少?(3)t=12s时金属棒ab两端点间的电势差为多少？【考点】法拉第电磁感应定律、右手定则【解析】(1)3 s末回路中产生电流的方向为顺时针方向由图b可知，3 s末磁感应强度B=1.5 T回路中产生的感生电动势为dvt=0.5×0.1×4×3=0.6 V回路中感应电流为：=0.6 A。（2）E=Bdv=0.8vI=0.8A 满分规范 1.时间：你是否在限定时间内完成？ 是 否 2.语言：答题学科用语是否精准规范？是 否 3.书写：字迹是否工整？卷面是否整洁？是 否 4.得分点：答题得分点是否全面无误？是 否 5.教材：教材知识是否全面掌握？ 是 否 (3) t=12 s时金属棒ab两端点间的电势差U=B(L-d) v=1.6 V。