十年（2011-2020）高考真题物理分项详解15 电磁感应（解析版）.doc

《十年（2011-2020）高考真题物理分项详解15 电磁感应（解析版）.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《十年（2011-2020）高考真题物理分项详解15 电磁感应（解析版）.doc（30页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、十年高考分类汇编专题十年高考分类汇编专题 15 电磁感应电磁感应 （2011-2020） 目录目录 题型一、有效长度、楞次定律的理解与认识 . 1 题型二、电磁感应中的图像类问题 . 11 题型三、互感与自感现象的考查 . 15 题型四、压轴大题法拉第电磁感应定律与动力学、能量的综合考查 . 17 题型一、有效长度、楞次定律的理解与认识题型一、有效长度、楞次定律的理解与认识 1.（2020 全国 3）如图，一边长为 l0的正方形金属框 abcd 固定在水平面内，空间存在方向垂直于水平面、磁感应强度大小为 B的匀强磁场。一长度大于02l的均匀导体棒以速率 v自左向右在金属框上匀速滑过，滑动过程中

2、导体棒始终与 ac 垂直且中点位于 ac上，导体棒与金属框接触良好。已知导体棒单位长度的电阻为 r， 金属框电阻可忽略。 将导体棒与 a点之间的距离记为 x， 求导体棒所受安培力的大小随 x （002xl）变化的关系式。 【答案】20200022,02222,22B vxxlrFB vlxlxlr剟 【解析】当导体棒与金属框接触的两点间棒的长度为 l时，由法第电磁感应定律可知导体棒上感应电动势的大小为 EBlv 由欧姆定律可知流过导体棒的感应电流为 EIR 式中 R为这一段导体棒的电阻。按题意有 Rrl 此时导体棒所受安培力大小为 FBIl 由题设和几何关系有 000022 ,0222( 2)

3、,22xxlllxlxl 联立各式得 20200022,02222,22B vxxlrFB vlxlxlr剟 2.（2020 全国 3）如图，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关 S 由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到（ ） A. 拨至 M 端或 N 端，圆环都向左运动 B. 拨至 M 端或 N 端，圆环都向右运动 C. 拨至 M 端时圆环向左运动，拨至 N 端时向右运动 D. 拨至 M 端时圆环向右运动，拨至 N 端时向左运动 【答案】B 【解析】无论开关 S 拨至哪一端，当把电路接通一瞬间，左边线圈中的电流从无到有，电流在线

4、圈轴线上的磁场从无到有，从而引起穿过圆环的磁通量突然增大，根据楞次定律（增反减同），右边圆环中产生了与左边线圈中方向相反的电流，异向电流相互排斥，所以无论哪种情况，圆环均向右运动。 故选 B。 3.（2020 全国 2）管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示，圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为（ ） A. 库仑 B. 霍尔 C. 洛伦兹 D. 法拉第 【答案】D 【解析】由题意可知，圆管为金属导体，导体内部自成闭合回路，且有电阻，当周围的线圈

5、中产生出交变磁场时，就会在导体内部感应出涡电流，电流通过电阻要发热。该过程利用原理的是电磁感应现象，其发现者为法拉第。故选 D。 4.（2020 江苏）如图所示，两匀强磁场的磁感应强度1B和2B大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是（ ） A. 同时增大1B减小2B B. 同时减小1B增大2B C. 同时以相同的变化率增大1B和2B D. 同时以相同的变化率减小1B和2B 【答案】B 【解析】AB产生顺时针方向的感应电流则感应磁场的方向垂直纸面向里。由楞次定律可知，圆环中的净磁通量变化为向里磁通量减少或者向外的磁通量增多，A 错误，B

6、正确。 CD同时以相同的变化率增大 B1和 B2，或同时以相同的变化率较小 B1和 B2，两个磁场的磁通量总保持大小相同，所以总磁通量为 0，不会产生感应电流，CD 错误。 故选 B。 5. （2020 北京） .如图甲所示，200N 匝的线圈 （图中只画了 2匝） ，电阻2r ，其两端与一个48R 的电阻相连，线圈内有指向纸内方向的磁场。线圈中的磁通量按图乙所示规律变化。 (1)判断通过电阻R的电流方向； (2)求线圈产生的感应电动势E； (3)求电阻R两端的电压U。 【答案】(1)ab；(2)10V；(3)9.6V 【解析】(1)根据图像可知，线圈中垂直于纸面向里的磁场增大，为了阻碍线圈中

7、磁通量的增大，根据楞次定律可知线圈中感应电流产生的磁场垂直于纸面向外，根据安培定则可知线圈中的感应电流为逆时针方向，所通过电阻R的电流方向为ab。 (2)根据法拉第电磁感应定律 0.0150.010200V10V0.10ENt (3)电阻R两端的电压为路端电压，根据分压规律可知 4810V9.6V482RUERr 6.（2019 全国 1）空间存在一方向与直面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图（a）中虚线 MN所示，一硬质细导线的电阻率为 、横截面积为 S，将该导线做成半径为 r 的圆环固定在纸面内，圆心 O在MN上。t=0时磁感应强度的方向如图（a）所示：磁感应强度 B随时间 t的变

8、化关系如图（b）所示，则在t=0到 t=t1的时间间隔内（ ） A. 圆环所受安培力的方向始终不变 B. 圆环中的感应电流始终沿顺时针方向 C. 圆环中的感应电流大小为004B rSt D. 圆环中的感应电动势大小为2004Brt 【答案】BC 【解析】AB、根据B-t图象，由楞次定律可知，线圈中感应电流方向一直为顺时针，但在t0时刻，磁场的方向发生变化，故安培力方向AF的方向在t0时刻发生变化，则 A 错误，B 正确； CD、由闭合电路欧姆定律得：EIR，又根据法拉第电磁感应定律得：22BrEtt，又根据电阻定律得：2 rRS，联立得：004B rSIt，则 C 正确，D 错误。故本题选 B

9、C。 7.（2018 全国 3）如图（a），在同一平面内固定有一长直导线 PQ和一导线框 R，R 在 PQ的右侧。导线 PQ中通有正弦交流电流 i，i的变化如图（b）所示，规定从 Q 到 P 为电流的正方向。导线框 R 中的感应电动势（ ） A. 在时为零 B. 在时改变方向 C. 在时最大，且沿顺时针方向 D. 在时最大，且沿顺时针方向 【答案】：AC 【解析】：由图（b）可知，导线PQ中电流在t=T/4 时达到最大值，变化率为零，导线框R中磁通量变化率为零，根据法拉第电磁感应定律，在t=T/4 时导线框中产生的感应电动势为零，选项 A 正确；在t=T/2时，导线PQ中电流图象斜率方向不变，

10、导致导线框R中磁通量变化率的正负不变，根据楞次定律，所以在t=T/2 时，导线框中产生的感应电动势方向不变，选项 B 错误；由于在t=T/2 时，导线PQ中电流图象斜率最大，电流变化率最大，导致导线框R中磁通量变化率最大，根据法拉第电磁感应定律，在t=T/2 时导线框中产生的感应电动势最大，由楞次定律可判断出感应电动势的方向为顺时针方向，选项 C 正确；由楞次定律可判断出在t=T时感应电动势的方向为逆时针方向，选项 D 错误。 8.（2017 全国 1）扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对 STM 的扰动， 在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜

11、薄板， 并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是（ ） 【答案】A 【解析】：底盘上的紫铜薄板出现扰动时，其扰动方向不确定，在选项 C 这种情况下，紫铜薄板出现上下或左右扰动时，穿过薄板的磁通量难以改变，不能发生电磁感应现象，没有阻尼效应；在选项 B、D 这两种情况下，紫铜薄板出现上下扰动时，也没有发生电磁阻尼现象；选项 A 这种情况下，不管紫铜薄板出现上下或左右扰动时，都发生电磁感应现象，产生电磁阻尼效应，选项 A 正确。 9.（2017 全国 2）两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强

12、度方向与纸面垂直。边长为 0.1 m、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 0.5 T B导线框运动速度的大小为 0.5 m/s C磁感应强度的方向垂直于纸面向外 D在 t=0.4 s 至 t=0.6 s 这段时间内，导线框所受的安培力大小为 0.1 N 【答案】BC 【解析】由Et图象可知，线框经过 0.2 s 全部进入磁场，则速

13、度0.1m/s=0.5m/s0.2lvt，选项 B 正确；E=0.01 V，根据E=BLv可知，B=0.2 T，选项 A 错误；根据楞次定律可知，磁感应强度的方向垂直于纸面向外，选项 C 正确；在t=0.4 s 至t=0.6 s 这段时间内，导线框中的感应电流0.01A2 A0.005EIR，所受的安培力大小为F=BIL=0.04 N，选项 D 错误；故选 BC。 10.（2017 全国 3）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

14、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（ ） APQRS 中沿顺时针方向，T 中沿逆时针方向 BPQRS 中沿顺时针方向，T 中沿顺时针方向 CPQRS 中沿逆时针方向，T 中沿逆时针方向 DPQRS 中沿逆时针方向，T 中沿顺时针方向 【答案】D 【解析】：因为PQ突然向右运动，由右手定则可知，PQRS中有沿逆时针方向的感应电流，穿过T中的磁通量减小，由楞次定律可知，T中有沿顺时针方向的感应电流，D 正确，ABC 错误。 11.（2012 全国 2）如图，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与磁场边缘重合；磁场方向垂直于半圆面（纸面）

15、向里，磁感应强度大小为 B0.使该线框从静止开始绕过圆心 O、垂直于半圆面的轴以角速度 匀速转动半周，在线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位置，磁感应强度大小随时间线性变化。为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的变化率tB的大小应为（ ） A.04 B B.02 B C.0B D.20B 【答案】：C 【解析】：产生同样大小的电流，就要产生同样大小的感应电动势，线框转动时，可以理解为是半径在转动切割，感应电动势的大小可以表达为2121BRE ，而磁场变化时产生的感应电动势大小为2.22RtBE,E1=E2，联立即可求得 C 选项正确 12.（2014 全国 1）在

16、法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是( ) A将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化 B在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化 C将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化 D绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化 【答案】D 【解析】：产生感应电流的条件是：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中就会产生感应电流本题中的 A、B 选项都不会使电路中的磁通量发生变化，不满足产生感应电流的条件，故不正确C 选项虽

17、然在插入条形磁铁瞬间电路中的磁通量发生变化，但是当人到相邻房间时，电路已达到稳定状态，电路中的磁通量不再发生变化，故观察不到感应电流在给线圈通电、断电瞬间，会引起闭合电路磁通量的变化，产生感应电流，因此 D 选项正确 13.（2014 江苏卷）如图所示，一正方形线圈的匝数为 n，边长为 a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中在 t 时间内，磁感应强度的方向不变，大小由 B 均匀地增大到 2B.在此过程中，线圈中产生的感应电动势为( ) A.Ba22t B.nBa22t C.nBa2t D.2nBa2t 【答案】B 【解析】： 根据法拉第电磁感应定律知EntnBSt，这里的S指的是线圈在磁

18、场中的有效面积，即Sa22，故En（2BB）StnBa22t，因此 B 项正确 14.（2014山东） 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M、N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( ) AFM向右 BFN向左 CFM逐渐增大 DFN逐渐减小 【答案】BCD 【解析】：根据安培定则可判断出，通电导线在M区产生竖直向上的磁场，在N区产生竖直向下的磁场当导体棒匀速通过M区时，由楞次定律可知导体棒受到的安培力向左当导体棒匀速通过N区时，由楞次定律可知

19、导体棒受到的安培力也向左选项 B 正确设导体棒的电阻为r，轨道的宽度为L，导体棒产生的感应电流为I，则导体棒受到的安培力F安BILBBLvRrLB2L2vRr，在导体棒从左到右匀速通过M区时，磁场由弱到强，所以FM逐渐增大；在导体棒从左到右匀速通过N区时，磁场由强到弱，所以FN逐渐减小选项 C、D 正确 15（2014四川） 如图所示，不计电阻的光滑 U 形金属框水平放置，光滑、竖直玻璃挡板H、P固定在框上，H、P的间距很小质量为 0.2 kg 的细金属杆CD恰好无挤压地放在两挡板之间，与金属框接触良好并围成边长为 1 m 的正方形，其有效电阻为 0.1 .此时在整个空间加方向与水平面成 30

20、角且与金属杆垂直的匀强磁场，磁感应强度随时间变化规律是B(0.40.2t) T，图示磁场方向为正方向框、挡板和杆不计形变则( ) At1 s 时，金属杆中感应电流方向从C到D Bt3 s 时，金属杆中感应电流方向从D到C Ct1 s 时，金属杆对挡板P的压力大小为 0.1 N Dt3 s 时，金属杆对挡板H的压力大小为 0.2 N 【答案】AC 【解析】 由于B(0.40.2 t) T，在t1 s 时穿过平面的磁通量向下并减少，则根据楞次定律可以判断，金属杆中感应电流方向从C到D，A 正确在t3 s 时穿过平面的磁通量向上并增加，则根据楞次定律可以判断，金属杆中感应电流方向仍然是从C到D，B

21、错误由法拉第电磁感应定律得EtBtSsin 300.1 V，由闭合电路的欧姆定律得电路电流IER1 A，在t1 s 时，B0.2 T，方向斜向下，电流方向从C到D，金属杆对挡板P的压力水平向右，大小为FPBILsin 300.1 N，C 正确同理，在t3 s时，金属杆对挡板H的压力水平向左，大小为FHBILsin 300.1 N，D 错误 16.（2014安徽卷）英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场如图所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场B，环上套一带电荷量为q的小球已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场

22、对小球的作用力所做功的大小是( ) A0 B.12r2qk C2r2qk Dr2qk 【答案】：D 【解析】： 本题考查电磁感应、动能定理等知识点，考查对“变化的磁场产生电场”的理解能力与推理能力由法拉第电磁感应定律可知，沿圆环一周的感生电动势E感tBtSkr2，电荷环绕一周，受环形电场的加速作用，应用动能定理可得 WqE感r2qk.选项 D 正确。 17.(2014全国卷)很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的竖直圆筒一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐让条形磁铁从静止开始下落条形磁铁在圆筒中的运动速率( ) A均匀增大 B先增大，后减小 C逐渐增大，趋于不变

23、 D先增大，再减小，最后不变 【答案】C 【解析】： 本题考查楞次定律、法拉第电磁感应定律竖直圆筒相当于闭合电路，磁铁穿过闭合电路，产生感应电流，根据楞次定律，磁铁受到向上的阻碍磁铁运动的安培力，开始时磁铁的速度小，产生的感应电流也小，安培力也小，磁铁加速运动，随着速度的增大，产生的感应电流增大，安培力也增大，直到安培力等于重力的时候，磁铁匀速运动所以 C 正确 18.（2014江苏）如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有( ) A增加线圈的匝数 B提高交流电源的频率 C将金属杯换为瓷杯 D取走线圈中的铁芯

24、 【答案】AB 【解析】根据法拉第电磁感应定律Ent知，增加线圈的匝数n，提高交流电源的频率即缩短交流电源的周期(相当于减小t)，这两种方法都能使感应电动势增大故选项 A、B 正确将金属杯换为瓷杯，则没有闭合电路，也就没有感应电流；取走线圈中的铁芯，则使线圈中的磁场大大减弱，则磁通量的变化率减小感应电动势减小故选项 C、D 错误 题型二、电磁感题型二、电磁感应中的图像类问题应中的图像类问题 19.（2019 全国 2）如图，两条光滑平行金属导轨固定，所在平面与水平面夹角为 ，导轨电阻忽略不计。虚线 ab、cd 均与导轨垂直，在 ab与 cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场。将两根相同

25、的导体棒 PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放，两者始终与导轨垂直且接触良好。已知 PQ进入磁场开始计时，到 MN离开磁场区域为止，流过 PQ的电流随时间变化的图像可能正确的是（ ） A. B. C. D. 【答案】AD 【解析】：由于PQ进入磁场时加速度为零，AB若PQ出磁场时MN仍然没有进入磁场，则PQ出磁场后至MN进入磁场的这段时间，由于磁通量不变，无感应电流。由于PQ、MN同一位置释放，故MN进入磁场时与PQ进入磁场时的速度相同，所以电流大小也应该相同，A 正确 B 错误；CD若PQ出磁场前MN已经进入磁场，由于磁通量不变，PQ、MN均加速运动，PQ出磁场后，MN由于加速故电流比P

26、Q进入磁场时电流大，故 C 正确 D 错误； 20.（2019 全国 2）如图，方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨，两相同的光滑导体棒 ab、cd 静止在导轨上。t=0 时，棒 ab 以初速度 v0向右滑动。运动过程中，ab、cd始终与导轨垂直并接触良好， 两者速度分别用v1、 v2表示， 回路中的电流用I表示。 下列图像中可能正确的是 （ ） A. B. C. D. 【答案】AC 【解析】：ab 棒向右运动，切割磁感线产生感应电流，则受到向左的安培力，从而向左做减速运动，；金属棒 cd 受向右的安培力作用而做加速运动，随着两棒的速度差的减小安培力减小，加速度

27、减小，当两棒速度相等时，感应电流为零，最终两棒共速，一起做匀速运动，故最终电路中电流为 0，故 AC 正确，BD错误。 21.（2012 全国 2）如图，一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内，线框在长直导线右侧，且其长边与长直导线平行。已知在 t=0 到 t=t1的时间间隔内，直导线中电流 i 发生某种变化，而线框中感应电流总是沿顺时针方向；线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。设电流 i 正方向与图中箭头方向相同，则 i 随时间 t 变化的图线可能是（ ） 【答案】：C 【解析】：由题可得，线框中感应电流沿顺时针方向，由安培定则可知，感应电流的磁场垂直于纸面向里；由楞次定律可

28、得：如果原磁场增强时，原磁场方向应垂直于纸面向外，由安培定则可知，导线电流方向应该向下，为负的，且电流越来越大； 由楞次定律可知：如果原磁场方向垂直于纸面向里，则原磁场减弱，直线电流变小，由安培定则可知，直线电流应竖直向上，是正的； A、图示电流使线框中的感应电流沿顺时针方向，但线框在水平方向受到的合力始终水平向左，故 A 错误； B、图示电流使线框中产生的感应电流沿逆时针方向，故 B 错误； C、由图示可知，直线电流按 A 所示变化，感应电流始终沿顺时针方向，由楞次定律可知，在 i 大于零时，为阻碍磁通量的减小，线框受到的合力水平向左，在 i 小于零时，为阻碍磁通量的增加，线框受到的合力水平

29、向右，故 C 正确； D、图示电流不能使线框中的感应电流始终沿顺时针方向，故 D 错误；故选：C 22.(2013.山东)将一段导线绕成图甲所示的闭合电路，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 变化的图像如图乙所示。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 变化的图像是（ ） 【答案】：B 【解析】：分析一个周期内的情况：在前半个周期内，磁感应强度均匀变化，磁感应强度 B 的变化度一定，由法拉第电磁感应定律得知，圆形线圈中产生

30、恒定的感应电动势恒定不变，则感应电流恒定不变，ab 边在磁场中所受的安培力也恒定不变，由楞次定律可知，圆形线圈中产生的感应电流方向为顺时针方向，通过ab 的电流方向从 ba，由左手定则判断得知，ab 所受的安培力方向水平向左，为负值；同理可知，在后半个周期内，安培力大小恒定不变，方向水平向右故 B 正确 23.（2011 年山东）如图甲所示，两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计。两质量、长度均相同的导体棒 c、d，置于边界水平的匀强磁场上方同一高度 h 处。磁场宽为 3h，方向与导轨平面垂直。先由静止释放 c，c 刚进入磁场即匀速运动，此时再由静止释放 d，两导体棒与导轨始终保持良好接触。

31、用 ac表示 c 的加速度，Ekd表示 d 的动能，xc、xd分别表示 c、d 相对释放点的位移。图乙中正确的是（ ） 【答案】：BD 【解析】：c 导体棒落入磁场之前做自由落体运动，加速度恒为 g,有221gth ，gtv ，c 棒进入磁场以 速度v做匀速直线运动时，d 棒开始做自由落体运动，与 c 棒做自由落体运动的过程相同，此时 c 棒在磁场 中做匀速直线运动的路程为hgtvth22/，d 棒进入磁场而 c 还没有传出磁场的过程，无电磁感应， 两导体棒仅受到重力作用，加速度均为 g，知道 c 棒穿出磁场，B 正确。c 棒穿出磁场，d 棒切割磁感线产 生电动势，在回路中产生感应电流，因此时

32、 d 棒速度大于 c 进入磁场是切割磁感线的速度，故电动势、电 ac xc Oh 2h 3h 4h 5h ac xc Oh 2h 3h 4h 5h Ekd xd Oh 2h 3h 4h 5h Ekd xd Oh 2h 3h 4h 5h A B C D 图乙 流、安培力都大于 c 刚进入磁场时的大小，d 棒减速，直到穿出磁场仅受重力，做匀加速运动，结合匀变速 直线运动ghvv2202，可知加速过程动能与路程成正比，D 正确。 题型三、互感与自感现象的考查题型三、互感与自感现象的考查 24.（2017 年北京）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

33、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 【答案】C 【解析】断开开关 S1瞬间，灯 A1突然闪亮，由于线圈L1的自感，通过L1的电流逐渐减小，且通过 A1，即自感电流会大于原来通过 A1的电流，说明闭合 S1，电路稳定时，通过 A1的电流小于通过L1

34、的电流，L1的电阻小于 A1的电阻，AB 错误；闭合 S2，电路稳定时，A2与 A3的亮度相同，说明两支路的电流相同，因此变阻器R与L2的电阻值相同，C 正确；闭合开关 S2，A2逐渐变亮，而 A3立即变亮，说明L2中电流与变阻器R中电流不相等，D 错误。 25.（2018 全国 1）如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是（ ） A. 开关闭合后的瞬间，小磁针的 N 极朝垂直纸面向里的方向转动 B. 开关闭合并保持一段时间后，小磁针的

35、 N 极指向垂直纸面向里的方向 C. 开关闭合并保持一段时间后，小磁针的 N 极指向垂直纸面向外的方向 D. 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的 N 极朝垂直纸面向外的方向转动 【答案】AD 【解析】：开关闭合的瞬间，左侧的线圈中磁通量变化，产生感应电动势和感应电流，由楞次定律可判断出直导线中电流方向为由南向北，由安培定则可判断出小磁针处的磁场方向垂直纸面向里，小磁针的 N 极朝垂直纸面向里的方向转动，选项 A 正确；开关闭合并保持一段时间后，左侧线圈中磁通量不变，线圈中感应电动势和感应电流为零，直导线中电流为零，小磁针恢复到原来状态，选项 BC 错误；开关闭合并保持一段时间后再断

36、开后的瞬间，左侧的线圈中磁通量变化，产生感应电动势和感应电流，由楞次定律可判断出直导线中电流方向为由北向南，由安培定则可判断出小磁针处的磁场方向垂直纸面向外，小磁针的 N 极朝垂直纸面向外的方向转动，选项 D 正确。 26.（2014新课标全国卷 1）如图(a)所示，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是( ) 【答案】C 【解析】： 本题考查了电磁感应的图像根据法拉第电磁感应定律，ab线圈电流的变化率与线圈cd上的波形图一致，线圈cd

37、上的波形图是方波，ab线圈电流只能是线性变化的，所以 C 正确 题型四、压轴大题题型四、压轴大题法拉第电磁感应定律与动力学、能量的综合考查法拉第电磁感应定律与动力学、能量的综合考查 27.（2020 天津）如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度 B随时间 t均匀变化。正方形硬质金属框 abcd放置在磁场中，金属框平面与磁场方向垂直，电阻0.1R ，边长0.2ml 。求 （1）在0t 到0.1st 时间内，金属框中的感应电动势 E； （2）0.05st 时，金属框 ab 边受到的安培力 F 的大小和方向； （3）在0t 到0.1st 时间内，金属框中电流的电功率 P。 【答案】（1）0.

38、08V；（2）0.016N，方向垂直于 ab向左；（3）0.064W 【解析】（1）在0t 到0.1st 的时间t内，磁感应强度的变化量0.2TB，设穿过金属框的磁通量变化量为，有 2Bl 由于磁场均匀变化，金属框中产生的电动势是恒定的，有 Et 联立式，代入数据，解得 0.08VE （2）设金属框中的电流为 I，由闭合电路欧姆定律，有 EIR 由图可知，0.05st 时，磁感应强度为10.1TB ，金属框 ab 边受到的安培力 1FIlB 联立式，代入数据，解得 0.016NF 方向垂直于 ab 向左。 （3）在0t 到0.1st 时间内，金属框中电流的电功率 2PI R 联立式，代入数据，

39、解得 0.064WP 28.（2019 北京）如图所示，垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为 B。纸面内有一正方形均匀金属线框 abcd，其边长为 L，总电阻为 R，ad 边与磁场边界平行。从 ad 边刚进入磁场直至 bc 边刚要进入的过程中，线框在向左的拉力作用下以速度 v 匀速运动，求： （1）感应电动势的大小 E； （2）拉力做功的功率 P； （3）ab边产生的焦耳热 Q。 【答案】(1) EBLv；(2) 222B L vPR；(3) 234B L vQ 【解析】：由导体棒切割磁感线产生电动势综合闭合电路欧姆定律和2QI Rt解题。 (1)从 ad边刚进入磁场到 bc 边刚要进入的过程中，

40、只有 ad 边切割磁感线，所以产生的感应电动势为：EBLv； (2)线框进入过程中线框中的电流为：EIR ad 边安培力为：AFBIL 由于线框匀速运动，所以有拉力与安培力大小相等，方向相反，即AFF 所以拉力的功率为：APFvF v 联立以上各式解得：222B L vPR； (3) 线框进入过程中线框中的电流为：EIR 进入所用的时间为：Ltv ad 边的电阻为：4adRR 焦耳热为：2adQI R t 联立解得：234B L vQ 。 29.（2020 全国 1）如图，U形光滑金属框 abcd 置于水平绝缘平台上，ab 和 dc边平行，和 bc边垂直。ab、dc 足够长，整个金属框电阻可忽

41、略。一根具有一定电阻的导体棒 MN置于金属框上，用水平恒力 F 向右拉动金属框，运动过程中，装置始终处于竖直向下的匀强磁场中，MN与金属框保持良好接触，且与 bc边保持平行。经过一段时间后（ ） A. 金属框的速度大小趋于恒定值 B. 金属框的加速度大小趋于恒定值 C. 导体棒所受安培力的大小趋于恒定值 D. 导体棒到金属框 bc边的距离趋于恒定值 【答案】BC 【解析】由 bc 边切割磁感线产生电动势，形成电流，使得导体棒 MN 受到向右的安培力，做加速运动，bc边受到向左的安培力，向右做加速运动。当 MN运动时，金属框的 bc 边和导体棒 MN 一起切割磁感线，设导体棒 MN 和金属框的速

42、度分别为1v、2v，则电路中的电动势 21()EBL vv 电流中的电流 21()BL vvEIRR 金属框和导体棒 MN 受到的安培力 2221()=B L vvFR安框，与运动方向相反 2221()=MNB L vvFR安，与运动方向相同 设导体棒 MN和金属框的质量分别为1m、2m，则对导体棒 MN 22211 1()B L vvmaR 对金属框 222122()B L vvFm aR 初始速度均为零，则 a1从零开始逐渐增加，a2从2Fm开始逐渐减小。当 a1a2时，相对速度 12122122()FRmvvB L mm 大小恒定。整个运动过程用速度时间图象描述如下。 综上可得，金属框的

43、加速度趋于恒定值，安培力也趋于恒定值，BC 选项正确； 金属框的速度会一直增大，导体棒到金属框 bc 边的距离也会一直增大，AD选项错误。 故选 BC。 30.（2020 江苏）如图所示，电阻为0.1的正方形单匝线圈abcd的边长为0.2m，bc边与匀强磁场边缘重合。磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为0.5T。在水平拉力作用下，线圈以8m /s的速度向右穿过磁场区域。求线圈在上述过程中： (1)感应电动势的大小 E； (2)所受拉力的大小 F； (3)感应电流产生的热量 Q。 【答案】(1)0.8V；(2)0.8N；(3)0.32J 【解析】(1)由题意可知当线框切割磁感线是产生的电动

44、势为 0.5 0.2 8V0.8VEBLv=创= (2)因为线框匀速运动故所受拉力等于安培力，有 =FFBIL安 根据闭合电路欧姆定律有 EIR 结合(1)联立各式代入数据可得 F=0.8N； (3)线框穿过磁场所用的时间为 220.2s0.05s8Ltv= 故线框穿越过程产生的热量为 2220.80.05J=0.32J0.1EQI RttR=? 31.（2020 北京）.某试验列车按照设定的直线运动模式，利用计算机控制制动装置，实现安全准确地进站停车。制动装置包括电气制动和机械制动两部分。图 1 所示为该列车在进站停车过程中设定的加速度大小a车随速度v的变化曲线。 (1)求列车速度从20m/

45、s降至3m/s经过的时间 t及行进的距离 x。 (2)有关列车电气制动，可以借助图 2 模型来理解。图中水平平行金属导轨处于竖直方向的匀强磁场中，回路中的电阻阻值为R，不计金属棒MN及导轨的电阻。MN沿导轨向右运动的过程，对应列车的电气制动过程，可假设MN棒运动的速度与列车的速度、棒的加速度与列车电气制动产生的加速度成正比。列车开始制动时，其速度和电气制动产生的加速度大小对应图 1 中的P点。论证电气制动产生的加速度大小随列车速度变化的关系，并在图 1中画出图线。 (3)制动过程中，除机械制动和电气制动外，列车还会受到随车速减小而减小的空气阻力。分析说明列车从100m/s减到3m/s的过程中，

46、在哪个速度附近所需机械制动最强? (注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明) 【答案】. (1) 24.3st ，279.3mx ；(2) 列车电气制动产生的加速度与列车的速度成正比，为过 P 点的正比例函数，论证过程见解析。画出的图线如下图所示： (3) 3m/s 【解析】（1）由图 1可知，列车速度从20m/s降至3m/s的过程加速度为 0.7m/s2的匀减速直线运动，由加速度的定义式： vat 得 203170ss24.3s0.77vta 由速度位移公式 2202vvax 得 22220320m279.3m22 0.7vvxa （2）由 MN沿导轨向右运

47、动切割磁场线产生感应电动势 EBLv 回路中感应电流 EIR MN受到的安培力 FBIL 加速度为 Fam 结合上面几式得 22B L vamR 所以棒的加速度与棒的速度为正比例函数。又因为列车的电气制动过程，可假设 MN棒运动的速度与列车的速度、棒的加速度与列车电气制动产生的加速度成正比，所以列车电气制动产生的加速度与列车的速度成正比，为过 P点的正比例函数。画出的图线如下图所示。 (3)由（2）可知，列车速度越小，电气制动的加速度越小。由题设可知列车还会受到随车速减小而减小的空气阻力。所以电气制动和空气阻力产生的加速度都随速度的减小而减小。由图 1 中，列车速度从20m/s降至3m/s的过

48、程中加速度大小a车随速度 v 减小而增大， 所以列车速度从20m/s降至3m/s的过程中所需的机械制动逐渐变强，所以列车速度为3m/s附近所需机械制动最强。 32.（2019 天津）如图所示，固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨，垂直于导轨放置的两根金属棒MN和PQ长度也为l、电阻均为R，两棒与导轨始终接触良好。MN两端通过开关S与电阻为R的单匝金属线圈相连，线圈内存在竖直向下均匀增加的磁场，磁通量变化率为常量k。图中虚线右侧有垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。PQ的质量为m，金属导轨足够长，电阻忽略不计。 （1）闭合S，若使PQ保持静止，需在其上加多大的水平恒力F，并

49、指出其方向； （2）断开S，PQ在上述恒力作用下，由静止开始到速度大小为的加速过程中流过PQ的电荷量为q，求该过程安培力做的功W。 【答案】（1）3BklFR，方向水平向右；（2）21223Wmkq 【解析】：（1）设线圈中的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律Et，则 Ek 设PQ与MN并联的电阻为R并，有 2RR并 闭合S时，设线圈中的电流为I，根据闭合电路欧姆定律得 EIRR并 设PQ中的电流为PQI，有 12RQII 设PQ受到的安培力为F安，有 PQFBIl安 保持PQ静止，由受力平衡，有 FF安 联立式得 3BklFR 方向水平向右。 （2）设PQ由静止开始到速度大小为的加速过程中

50、，PQ运动的位移为x，所用时间为t，回路中的磁通量变化为，平均感应电动势为E，有 Et 其中 Blx 设PQ中的平均电流为I，有 2EIR 根据电流的定义得 qIt 由动能定理，有 2102FxWm 联立式得 21223Wmkq 33.（2015 海南）如图，两平行金属导轨位于同一水平面上，相距l，左端与一电阻 R 相连；整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度大小为 B，方向竖直向下。一质量为 m 的导体棒置于导轨上，在水平外力作用下沿导轨以速度v匀速向右滑动， 滑动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好。 已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为，重力加速度大小为 g，导轨和导体棒的电阻均可忽略。求 （1）