高考物理二轮提升复习电磁感应中的三大常考模型.docx

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1、电磁感应中的三大常考模型一、选择题（第14题为单选题，第58题为多选题）1一质量为m，半径为R的金属圆环，圆心为O，在O点正下方h(hR)处MN的下方有一磁感应强度为B的匀强磁场，在圆环下落至图示位置（圆环刚好完全进入磁场）的过程中，金属圆环产生的焦耳热为Q，重力加速度为g。对圆环下列说法正确的是（）A圆环进入磁场过程中感应电流方向（正对纸面）是顺时针的B圆环所受安培力一直增大，方向竖直向上C圆环所受安培力大小变化和方向均无法确定D圆环刚完全进入磁场时的速度为【答案】D【解析】根据楞次定律，圆环进入磁场过程中，通过圆环的磁通量增加，感应电流产生的磁场阻碍原磁通量的变化，根据“增反减同”的规律，

2、感应电流产生的磁场方向竖直纸面向外，则感应电流方向（正对纸面）是逆时针的，所以A错误；圆环所受安培力始为0，完全进入磁场时也为0，中间不为0，则安培力先增大后减小0，根据楞次定律的推论可判断安培力的方向总是竖直向上，所以BC错误；圆环刚好完全进入磁场时的速度为v，根据能量守恒定律有，解得，所以D正确；2如图甲所示，电阻不计、间距为l、足够长的光滑平行导轨固定在一绝缘水平面内，导轨左端连接阻值为R的定值电阻，金属杆ab垂直导轨放置，接入电路的电阻也为R，且始终与导轨接触良好，整个装置置于竖直向下的匀强磁场中。金属杆ab受到水平向右的拉力F作用沿导轨向右匀速运动，拉力F与杆的速度v的关系如图乙所示

3、，图中F0、v0均为已知量。则该匀强磁场的磁感应强度大小为（）A B C D【答案】B【解析】金属杆做匀速运动，有，解得，当，时，解得，故ACD错误，B正确。3MN、GH为光滑的水平平行金属导轨，ab、cd为跨在导轨上的两根金属杆，匀强磁场垂直穿过MN、GH所在的平面，如图所示，则（）A若固定ab，使cd向右滑动，则abdc回路有电流，电流方向由a到b到d到cB若ad、cd以相同的速度一起向右滑动，则abdc回路有电流，电流方向由c到d到b到aC若ab向左、cd向右同时运动，则abdc回路电流为0D若ab、cd都向右运动，且两棒速度vcdvab，则abdc回路有电流，电流方向由c到d到b到a【

4、答案】D【解析】若固定ab，使cd向右滑动，由右手定则知应产生顺时针方向的电流，故A错误；若ab、cd同向运动且速度大小相同，ab、cd所围的面积不变，磁通量不变，不产生感应电流，故B错误；若ab向左、cd向右同时运动，则abdc回路中有顺时针方向的电流，故C错误；若ab、cd都向右运动，且vcdvab，则ab、cd所围的面积发生变化，磁通量也发生变化，故由楞次定律可判断出产生由c到d到b到a的电流，故D正确。4如图所示，在光滑绝缘水平面上有一正方形线框abcd，线框由均匀电阻丝制成，边长为L，总电阻值为r。两条平行虚线之间存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，磁场方向竖直向下。线框abcd沿垂直

5、于cd方向的速度进入磁场，当对角线ac刚进入磁场时线框的速度大小为v，方向与磁场边界成45角，则对角线ac刚进入磁场时（）A线框产生的感应电动势为2BLvB线框中的感应电流为C线框所受安培力大小为Dac两端的电压为BLv【答案】B【解析】对角线刚进入磁场时线框切割磁感线的有效长度为L，产生的感应电动势为，故A错误；根据闭合电路欧姆定律可知线框中的感应电流为，故B正确；边所受的安培力为，边所受的安培力为，根据几何关系可知F1、F2方向垂直，故线框所受安培力的大小为，故C错误；a、c两端的电压为，故D错误。5如图甲所示，平行导轨PQ、MN的倾角为，两导轨间的距离为L，NQ之间接入一个阻值为R的电阻

6、，质量为m、电阻为r的导体棒置于与导轨底端距离为2L处，与导轨间的动摩擦因数为，两导轨之间存在方向与导轨平面垂直的匀强磁场（图中未画出，且方向也未知），磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示，其中B0、t0均为已知量，如果在t0时刻开始由静止释放导体棒，导体棒恰好不上滑，tt0时刻导体棒恰好不下滑，导轨电阻不计，则下列说法中正确的是（）A不管磁场方向是垂直导轨平面向上还是向下，导体棒所受安培力的方向都是沿导轨向上B在0t0时间内，导体棒上电流的方向一定是由P指向MC在0t0时间内，整个电路产生的热量为D在0t0时间内，通过电阻R的电荷量为【答案】ACD【解析】如果磁场方向垂直导轨平面向上，磁

7、感应强度减小，根据楞次定律可知感应电流的方向由P指向M，则根据左手定则可知导体棒受到的安培力方向沿导轨平面向上，当磁场方向变为垂直导轨平面向下时，感应电流方向反向，导体棒受到的安培力的方向不变，故A正确，B错误；根据法拉第电磁感应定律可得回路中的感应电动势（负号表示只影响感应电流的方向），根据闭合电路欧姆定律可得感应电流的大小，整个电路产生的热量，故C正确；通过电阻R的电荷量，故D正确。6如图所示，竖直边界MN的左侧和右侧分别存在沿水平方向，方向相反、磁感应强度大小均为B的匀强磁场。半径为r的匀质金属圆环质量为m、电阻为R，可以绕过a点的水平光滑轴在竖直面内摆动。把圆环向右拉至左侧与MN相切的

8、位置（图中实线位置）后由静止释放，圆环向左摆到最高点（图中虚线位置）时，直径ab转过的角度为120。不计空气阻力，重力加速度为g，下列说法正确的是（）A圆环从释放到第一次摆至左侧最高点的过程中感应电流方向先顺时针后逆时针B摆动过程中圆环所受安培力的方向始终与直径ab垂直且与b点的速度方向相反C圆环从释放直到最后静止的过程中，圆环上产生的焦耳热等于mgrD从释放到第一次摆至左侧最高点的过程中，通过圆环的电荷量【答案】CD【解析】圆环由静止释放，在直径ab到达磁场分界线之前，穿过圆环向里的磁感线条数在减少，根据楞次定律，感应电流的方向为顺时针。圆环直径ab经过磁场分界线后，穿过圆环向外的磁感线条数

9、在增加根据楞次定律感应电流方向仍为顺时针，故A错误；圆环运动时分别处于磁场分界线两侧的部分有效度相同，均为圆环与边界间相交部分的长度，电流方向相反，由左手定则可知，所受安培力方向同向，均水平向右，并非与直径ab垂直，故B错误；圆环最终静止时，直径ab沿竖直方向，圆环重心下降高度为r，重力势能减少，根据能量守恒定律可知圆环上产生的焦耳热等于，故C正确；释放瞬间通过圆环的磁通量，磁场方向向里，达到左侧最高点时通过圆环的磁通量，磁场方向向外，则，故D正确。7如图甲所示，虚线MN是斜面上平行于斜面底端的一条直线，MN上方存在垂直于斜面向上的匀强磁场，磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示。t0时刻将

10、一单匝正方形导体框自与MN距离s1 m处由静止释放，直至导体框完全穿出磁场的过程中其速度一时间图像如图丙所示。已知斜面倾角37，导体框与斜面间的动摩擦因数0.5，运动中导体框底边与MN始终平行，导体框质量m2 kg，电阻R2 ，边长l2 m，重力加速度g10 m/s2。设从释放至导体框穿出磁场的过程中，整个导体框所受安培力大小为F，回路中产生的焦耳热的功率为P，通过导体框的电流为I，导体框的机械能为E（释放处E0），沿斜面下滑的位移为x，则下列图像正确的是()【答案】AD【解析】01 s内，根据感生电动势，得，由于上下两个边均切割磁感线因此动生电动势为0；回路中感应电流沿顺时针方向，导体框所受

11、安培力对边相抵，根据功能关系得：从开始到处过程中导体框所受安培力合力为0，做匀加速直线运动，加速度，解得，1s末速率，位移，之后磁感应强度B不变，导体框开始匀速穿出磁场，故A正确；01s内，解得，恒定不变，故B错误；01s内，通过导体框的电流，故C错误；01s内导体框机械能满足，即，处，从到处过程中满足，解得，处时，故D正确。8如图所示：两条光滑平行金属导轨水平固定，导轨电阻忽略不计，虚线ab、cd均与导轨垂直，在ab与cd之间存在有垂直于轨道所在平面向里的匀强磁场。将两根相同的导体棒PQ，MN平行于ab放置在导轨上，两者始终与导轨垂直且接触良好。现在对PQ、MN施加相同的恒力F作用，先后自导

12、轨上同一位置由静止开始运动。已知PQ进人磁场时加速度恰好为零。从PQ进入磁场开始计时，到MN离开磁场区域为止，PQ的运动速度v、流过PQ的电流I随时间t变化的图象可能正确的是（）【答案】ACD【解析】当PQ离开磁场时，MN还未进入磁场，PQ进入磁场时加速度恰好为零，则，PQ在磁场内做匀速运动，由于PQ离开磁场时，MN还未进入磁场，PQ上的安培力消失，PQ将在外力F的作用下做匀加速；当PQ未离开磁场时，MN已进入磁场，根据题意可知MN进入磁场时与PQ速度相等，则两棒产生的电动势等大反向，故电流为零，则两棒在外力F的作用下做匀加速运动，PQ棒离开磁场，继续做匀加速，故B错误，A正确；PQ进人磁场时

13、加速度恰好为零，则，可知，PQ在磁场内做匀速运动，则电流不变，当PQ离开磁场时，MN还未进入磁场，则电流为零，当MN进入磁场，根据题意可知MN进入磁场时与PQ速度相等，且做匀速运动，则流过PQ的电流大小不变，根据右手定则可知，流过PQ的电流变成反向，故C正确；PQ进入磁场时加速度恰好为零，则，可知，PQ在磁场内做匀速运动，则电流不变，当PQ未离开磁场时，MN已进入磁场，根据题意可知MN进入磁场时与PQ速度相等，则两棒产生的电动势等大反向，故电流为零，则两棒在外力F的作用下做匀加速运动，PQ棒离开磁场时，对于MN有安培力大于外力F，则，MN减速，且a减小，则电流非匀减小，据右手定则可知，流过PQ

14、的电流变成反向，故D正确。二、非选择题（解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）9如图甲所示，水平面上固定着两根间距L0.5 m的光滑平行金属导轨MN、PQ，M、P两点间连接一个阻值R3 的电阻，一根质量m0.2 kg、电阻r2 的金属棒ab垂直于导轨放置。在金属棒右侧两条虚线与导轨之间的矩形区域内有磁感应强度大小B2 T、方向竖直向上的匀强磁场，现对金属棒施加一个大小F2 N、方向平行导轨向右的恒力，从金属棒进入磁场开始计时，其运动的vt图像如图乙所示，金属棒刚要离开磁场时加速度为0，金属棒通过磁场过程中回路产生的总热量Q1.6 J。运

15、动过程中金属棒与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计。求：(1)金属棒在磁场中运动的最大速度vm；(2)磁场宽度d和金属棒穿过磁场所需的时间t。【解析】(1)设金属棒在磁场中最大速度为vm，此时安培力与恒力F大小相等，则有感应电动势EBLvm感应电流安培力的大小F安BIL，代入数据解得。(2)金属棒穿过磁场过程中，由能量关系其中v04m/s，Q1.6J，解得d5m由动量定理解得t1.1s。10两梯形光滑金属框架竖直固定在绝缘水平桌面上，两框架相距L，框架底部用两根导体棒c、d相连，每根导体棒的电阻值均为R，水平上导轨处有竖直向上的匀强磁场Bx（未知），倾斜导轨处有垂直斜面向上的匀强磁场B，水平上

16、导轨的长度x，另有两根阻值也为R的导体棒a、b分别放在水平上导轨和倾斜导轨上，如图所示。现将导体棒a放置在水平上导轨的正中央，当导体棒a在外力作用下向左以v0匀速运动时，导体棒b恰好能静止在倾斜导轨的上端。导体棒a向左飞离导轨后，导体棒b开始下滑，经时间t恰好匀速滑离倾斜导轨。已知导体棒a、b的质量均为m，倾斜导轨的倾斜角为。求：(1)水平上导轨所处磁场的磁感应强度Bx；(2)倾斜导轨的长度s；(3)从导体棒a开始运动到导体棒b滑离倾斜导轨的过程中，导体棒c中产生的焦耳热。【解析】(1)导体棒a做匀速直线运动，导体棒b静止，两导体棒均处于平衡状态，设流过b的电流为，则流过a的电流为由平衡条件，

17、对b有解得电路总电阻为感应电动势为解得。(2)导体棒b匀速下滑时受到的安培力为由平衡条件得解得导体棒b在倾斜导轨上运动过程，由动量定理得通过导体棒的电荷量为解得。(3)导体棒a在水平轨道运动过程，c产生的焦耳热为导体棒b下滑过程，由能量守恒定律得该过程c产生的热量为整个过程c产生的热量为解得。11随着超导材料性能不断提高和完善，科学家们正在积极开展高温超导应用技术的研究，其中诞生了一个重要领域的研究应用一高温超导磁悬浮列车技术。作为革命性的技术创造，高温超导磁悬浮列车技术在我国已有相关研究最新进展。图（甲）是磁悬浮实验车与轨道示意图，图（乙）是固定在车底部金属框abcd（车厢与金属框绝缘）与轨

18、道上运动磁场的示意图。水平地面上有两根很长的平行直导轨PQ和MN，导轨间有竖直（垂直纸面）方向等间距的匀强磁场B1和B2，二者方向相反。车底部金属框的ad边宽度与磁场间隔相等，当匀强磁场B1和B2同时以恒定速度v0沿导轨方向向右运动时，金属框会受到磁场力，带动实验车沿导轨运动。设金属框垂直导轨的ab边长L0.20 m、总电阻R1.6 ，实验车与线框的总质量m2.0 kg，磁场B1B21.0 T，磁场运动速度v010 m/s，已知悬浮状态下，实验车运动时受到恒定的阻力f0.20 N，求：(1)设t0时刻，实验车的速度为零，求金属框的加速度的大小和方向；(2)求实验车的最大速率vm；(3)实验车以

19、最大速度做匀速运动时，为维持实验车运动，外界在单位时间内需提供的总能量；(4)假设两磁场由静止开始向右做匀加速运动来启动实验车，当两磁场运动的时间为t40 s时，实验车正在向右做匀加速直线运动，此时实验车的速度为v4 m/s，求由两磁场开始运动到实验车开始运动所需要的时间t0。【解析】(1)当实验车的速度为零时，线框相对于磁场的速度大小为，线框中左右两边都切割磁感线，产生感应电动势，则有所以此时金属框受到的磁场力的大小代入数值解得根据牛顿第二定律代入数据解得，方向水平向右。(2)实验车最大速率为时相对磁场的切割速率为，则此时线框所受的磁场力大小为此时线框所受的磁场力与阻力平衡，得所以。(3)实验车以最大速度做匀速运动时，克服阻力的功率当实验车以速度匀速运动时金属框中感应电流金属框中的热功率所以外界在单位时间内需提供的总能量。(4)根据题意分析可得，为实现实验车最终沿水平方向做匀加速直线运动，其加速度必须与两磁场由静止开始做匀加速直线运动的加速度相同。设加速度为a，则t时刻金属线圈中的电动势金属框中感应电流又因为安培力所以对试验车，由牛顿第二定律得解得设从磁场运动到实验车起动需要时间为，则时刻金属线圈中的电动势金属框中感应电流又因为安培力对实验车，由牛顿第二定律得即解得由两磁场开始运动到实验车开始运动所需要的时间。