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1、2019高考物理题分类汇编07电磁感应和交流电解析版1.【2019年全国】空间存在一方向与纸面垂直、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B0rS4t0D. 圆环中的感应电动势大小为B0r24t0【答案】BC【解析】解：AB、由楞次定律可知，在t=0到t=t1的时
2、间间隔内感应电流始终沿顺时针方向，由左手定则可知：0-t0时间内圆环受到的安培力向左，t0-t1时间内安培力向右，故A错误，B正确；CD、由电阻定律可知，圆环电阻：R=LS=2rS，由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势：E=t=BSt=B012r2t0=B0r22t0，感应电流：I=ER=B0Sr4t0，故C正确，D错误；故选：BC。应用楞次定律可以判断出感应电流方向，应用左手定则可以判断出安培力方向；应用法拉第电磁感应定律可以求出感应电动势；应用电阻定律可以求出导线的电阻，然后应用欧姆定律可以求出感应电流。本题是电磁感应与电路相结合的综合题，根据题意应用楞次定律、左手定则、电磁感应定律、电阻
3、定律与欧姆定律即可解题，掌握基础知识是解题的前提与关键，掌握基础知识即可解题，平时要注意基础知识的学习与积累。2.【2019年全国】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，流过PQ的电流随时间变化的图象可能正确的是()A. B. C. D. 【答案】AD【解析】根据导体棒切割磁感应线产生的感应电动势计算公式求
4、解感应电流大小与速度的关系，根据PQ和MN进入磁场的先后顺序判断电流的变化，根据右手定则判断电流方向。对于电磁感应现象中的图象问题，经常是根据楞次定律或右手定则判断电流方向，根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律求解感应电流随时间变化关系。【解答】设PQ进入磁场匀速运动的速度为v，匀强磁场的磁感应强度为B，导轨宽度为L，两根导体棒的总电阻为R；根据法拉第电磁感应定律结合闭合电路的欧姆定律可得PQ进入磁场时电流I0=BLvR保持不变，根据右手定则可知电流方向QP；如果PQ离开磁场时MN还没有进入磁场，此时电流为零；当MN进入磁场时也是匀速运动，通过PQ的感应电流大小不变，方向相反；如果PQ没
5、有离开磁场时MN已经进入磁场，此时电流为零，当PQ离开磁场时MN的速度大于v，安培力大于重力沿斜面向下的分力，电流逐渐减小，通过PQ的感应电流方向相反；故AD正确、BC错误。故选AD。3.【2019年全国】楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现？A. 电阻定律B. 库仑定律C. 欧姆定律D. 能量守恒定律【答案】D【解析】解：当线圈与磁体间有相对运动时，根据“来拒去留”可知，磁场力都是阻碍线圈与磁体间的相对运动，有外力对系统做了功，导致其他形式的能转化为线圈的电能；当导体做切割磁感线运动时，安培力总是阻碍导体的运动，导体克服安培力做，把其他形式的能转化为电能，所以楞次定律是能量守恒定
6、律在电磁感应现象中的体现，故D正确，ABC错误。故选：D。当线圈与磁体间有相对运动时，根据“来拒去留”可知，磁场力都是阻碍线圈与磁体间的相对运动，有外力对系统做了功，导致其他形式的能转化为线圈的电能；当导体做切割磁感线运动时，安培力总是阻碍导体的运动，导体克服安培力做，把其他形式的能转化为电能，据此即可分析。考查电磁感应原理，掌握楞次定律的内涵，注意从做功与能量转化角度来认识楞次定律的内容。4.【2019年全国】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
7、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。下列图象中可能正确的是()A. B. C. D. 【答案】AC【解析】解：AB、金属棒滑动过程中，系统水平方向动量守恒，根据动量守恒定律可得：mv0=2mv，则v=v02，所以ab的速度逐渐减小，cd的速度逐渐增大，相对速度越来越小，最后为零，则安培力逐渐减小、加速度逐渐减小到零，故A正确、B错误；CD、设两根导体棒的总电阻为R，由于I=BL(v1-v2)R，二者的速度之差越来越小，最后速度之差为0，则感应电流越来越小，最后为零，故C正确、D错误。故选：AC。根据动量守恒定律分析最终的速度大小，根据受力情况确定速度变化情况
8、；根据导体棒切割磁感应线产生的感应电动势大小和闭合电路的欧姆定律分析电流强度的变化。对于电磁感应现象中的图象问题，经常是根据楞次定律或右手定则判断电流方向，根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律求解感应电流随时间变化关系，然后推导出纵坐标与横坐标的关系式，由此进行解答，这是电磁感应问题中常用的方法和思路。5.(2019年北京)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
9、；(3)ab边产生的焦耳热Q。【答案】解：(1)根据导体切割磁感应线处的感应电动势计算公式可得：E=BLv；(2)拉力做功功率等于回路中产生的电功率，则P=E2R=B2L2v2R；(3)进入磁场的运动时间t=Lv产生的总热量Q总=Pt=B2L3vRab边产生的热量Q1=14Q总=B2L3v4R。答：(1)感应电动势的大小为BLv；(2)拉力做功的功率为B2L2v2R；(3)ab边产生的焦耳热为B2L3v4R。【解析】(1)根据导体切割磁感应线处的感应电动势计算公式求解感应电动势大小；(2)拉力做功功率等于回路中产生的电功率，则P=E2R求解功率；(3)求出线框产生的总热量，ab边产生的热量为总
10、热量的四分之一。对于电磁感应问题研究思路常有两条：一条从力的角度，根据牛顿第二定律或平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。6.【2019年天津卷】单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量与时间t的关系图象如图所示。下列说法正确的是()A. T2时刻线框平面与中性面垂直B. 线框的感应电动势有效值为2mTC. 线框转一周外力所做的功为22m2RTD. 从t=0到t=T4过程中线框的平均感应电动势为mT【答案】BC【解析】【分析】当线圈处于中性面时，磁通量最大，线圈与中性面垂直时，磁通量最
11、小；由图象可读出磁通量的最大值与周期，先求出角速度，即可求出最大的电动势，根据最大值与有效值的关系求有效值；根据能量守恒定律求线框转一周外力所做的功；根据求平均电动势。本题关键是记住两个特殊位置：在中性面时磁通量最大，感应电动势最小，电动势方向改变；垂直中性面位置磁通量为零，但电动势最大，对于交变电流的各个值的关系及求解方法要掌握。【解答】A.由图可知在T2时刻，线框的磁通量最大，所以线框平面处在中性面，故A错误；B.由图可得磁通量的最大值为m，周期为T，所以角速度为=2T，可知线框感应电动势的最大值为Em=NBS=2mT，由于此线框在磁场绕轴转动时产生的电流为正弦交流电，故其电动势的有效值为
12、E=Em2=2mT，故B正确；C.由于线框匀速转动一周，根据能量守恒定律可知外力做的功等于线框产生的焦耳热，则有W=E2RT=(2mT)2RT=22m2TR，故C正确；D.从t=0到t=T4的过程中，磁通量减小了=m-0=m，根据可得平均电动势为E-=4mT，故D错误。故选BC。7.【2019年天津卷】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
13、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v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】解：(1)设线圈中产生的感应电动势为E，根据法拉第电磁感应定律可得E=t，则E=k设PQ与MN并联的电阻为R并，有：R并=R2闭合S后，设线圈中的电流为I，根据闭合电路的欧姆定律可得：I=ER并+R设PQ中的电流为IPQ，则IPQ=12I设PQ受到的安培力为F安，有：F安=BIPQl保持PQ静止，根据平衡条件可得F=F安，联立解得F=BkI
14、3R，方向水平向右；(2)设PQ由静止开始到速度大小为v的过程中，PQ运动的位移为x，所用的时间为t，回路中磁通量的变化为，平均感应电动势为E-=t其中=Blx，PQ中的平均电流为I-=E-2R根据电流强度的定义式可得：I-=qt根据动能定理可得：Fx+W=12mv2联立解得：W=12mv2-23kq。答：(1)闭合S，若使PQ保持静止，需在其上加的水平恒力为BkI3R，方向水平向右；(2)该过程安培力做的功为12mv2-23kq。【解析】(1)根据法拉第电磁感应定律求解感应电动势，根据闭合电路的欧姆定律求解感应电流，根据平衡条件求解安培力；(2)根据电荷量的计算公式结合动能定理联立求解。对于
15、电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，根据牛顿第二定律或平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。8.【2019年江苏卷】某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1：10，当输入电压增加20V时，输出电压()A. 降低2VB. 增加2VC. 降低200VD. 增加200V【答案】D【解析】解：根据U1U2=n1n2得，U1U2=n1n2，即20U2=110，解得：U2=200V，即输出电压增加200V.故D正确，ABC错误。故选：D。变压器原副线圈的电压之比等于匝数之比，结合原线圈电压的变化得出副线圈电压的变化。解决本题的关键知道原副线圈的电压之比和匝数之比的关系，基础题。9.【2019年江苏卷】如图所示，匀强磁场中有一个用软导线制成的单匝闭合线圈，线圈平面与磁场垂直。已知线圈的面积S=0.3m2、电阻R=0.6，磁场的磁感应强度B=0.2T.现同时向两侧拉动线圈，线圈的两边在t=0.5s时间内合到一起。求线圈在上述过程中(1)感应电动势的平均值E；(2)感应电流的平均值I，并在图中标出
