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1、专题十一 电磁感应,高考物理 (新课标专用),A组 统一命题课标卷题组 1.(2017课标,18,6分)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 ( ),五年高考,答案 A 本题考查电磁阻尼。由于要求有效衰减紫铜薄板的上下及左右的微小振动,则在紫 铜薄板发生微小的上下或左右振动时,通过紫铜薄板横截面的磁通量应均能发生变化,由图可以 看出,只有A
2、图方案中才能使两方向上的微小振动得到有效衰减。,方法技巧 电磁感应中金属块的等效 金属块在有界匀强磁场中平动时,可以等效为一系列垂直于磁场的闭合框;金属块在匀强磁场中 转动时,可等效为一系列沿半径方向排列的导体棒。,2.(2017课标,15,6分)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 ( ) A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向 B.PQRS中沿顺时针方向
3、,T中沿顺时针方向 C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向 D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向,答案 D 金属杆PQ向右运动,穿过PQRS的磁通量增加,由楞次定律可知,PQRS中产生逆时针 方向的电流。这时因为PQRS中感应电流的作用,依据楞次定律可知,T中产生顺时针方向的感应 电流。故只有D项正确。,易错点拨 对楞次定律的深度理解 线框与导轨共面且与磁场垂直。当金属杆PQ向右运动时,PQRS中向里的磁通量增加,从而产生 逆时针方向的感应电流。T中原有向里的磁通量不变,而增加了因PQRS中感应电流产生的向外 的磁通量,导致T中合磁通量减小,从而产生顺时针方向的感应电流。,3.(
4、2017课标,20,6分)(多选)两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直。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 导线框
5、匀速进入磁场时速度v= = m/s=0.5 m/s,选项B正确;由E=BLv,得B= = T=0.2 T,选项A错误;由右手定则可确定磁感应强度方向垂直于纸面向外,选项C正确;导 线框所受安培力F=BLI=BL =0.20.1 N=0.04 N,选项D错误。,储备知识 根据图象和导线框匀速运动,获取信息,结合安培力、导体切割磁感线产生感应电动 势可以确定选项。,4.(2016课标,20,6分)(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴 上,两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘 旋转时,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是 (
6、) A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定 B.若从上向下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向流动 C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化 D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍,答案 AB 设圆盘的半径为L,可认为圆盘由无数根辐条构成,则每根辐条切割磁感线产生的感 应电动势E= BL2,整个回路中的电源为无数个电动势为E的电源并联而成,电源总内阻为零,故 回路中电流I= = ,由此可见A正确。R上的热功率P=I2R= ,由此可见,变为原来的2 倍时,P变为原来的4倍,故D错。由右手定则可判知B正确。电流方向与导体切割磁感
7、线的方向 有关,而与切割的速度大小无关,故C错。,疑难突破 金属圆盘在恒定的匀强磁场中转动时,其等效电源的模型如图所示,每个电源的电动 势E= BL2(L为圆盘的半径),内阻为r0,则n个电源并联后的总电动势仍为E,总内阻r= ,n 时,r=0。,评析 本题以转动的圆盘为背景,考查了考生构建模型的能力。从知识角度,本题考查了感应电 动势、右手定则、闭合电路欧姆定律、电功率等基础知识,综合性较强,属于中等难度题。,5.(2015课标,19,6分,0.290)(多选)1824年,法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实 验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针
8、,如图所 示。实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起 来,但略有滞后。下列说法正确的是 ( ) A.圆盘上产生了感应电动势 B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动 C.在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化 D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动,答案,AB 如图所示,将铜圆盘等效为无数个长方形线圈的组合,则每个线圈绕OO轴转动时,均有感 应电流产生,这些感应电流产生的磁场对小磁针有作用力,从而使小磁针转动起来,可见A、B均 正确。由于圆盘面积不变,与磁针间的距离不变,故整个圆盘中的磁通量没有变
9、化,C错误。圆盘 中的自由电子随圆盘一起运动形成的电流的磁场,由安培定则可判断在中心方向竖直向下,其他 位置关于中心对称,此磁场不会导致磁针转动,D错误。,6.(2015课标,15,6分,0.337)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 ( ),A.UaUc,金属框中无电流 B.UbUc,金属框中电流方向沿a-b-c-a C.Ubc=- Bl2,金属框中无电流 D.Uac= Bl2,金属框中电流方向沿a-c-b-a,答案
10、 C 闭合金属框在匀强磁场中以角速度逆时针转动时,穿过金属框的磁通量始终为零, 金属框中无电流。由右手定则可知Ub=UaUc,A、B、D选项错误;b、c两点的电势差Ubc=-Blv中=- Bl2,选项C正确。,思路点拨 穿过金属框的磁通量始终为零,没有感应电流产生。可以由右手定则判断电势 高低。感应电动势E=BLv。,7.(2014课标,14,6分,0.676)在法拉第时代,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
11、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 将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,因线圈中的磁通量没有变化,故不能 观察到感应电流,选项A不符合题意;在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈时,如果通电 线圈通以恒定电流,产生不变的磁场,则在另一线圈中不会产生感应电流,选项B不符合题意;在 线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表时,磁通量已不再变化,因此也不能观察到 感应电流,选项C不符合题意;绕在同一铁环上的两个线圈,在给一个线圈通
12、电或断电的瞬间,线 圈产生的磁场变化,使穿过另一线圈的磁通量变化,因此,能观察到感应电流,选项D符合题意。,解题关键 只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,闭合导体回路中就有感应电流。,8.(2014课标,18,6分,0.491)如图(a),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 A选项中只有电流方向改变的瞬间,线圈cd间才会产生电压,其他时间cd间电压为零, 不符合题意,故A选项错误。通电线圈中产生的磁场B=
13、ki(k为比例系数);在另一线圈中的磁通量 =BS=kiS,由法拉第电磁感应定律可知,在另一线圈中产生的感应电动势E=n ,由图(b)可知,| Ucd|不变,则 不变,故 不变,故选项B、D错误,C正确。,审题点拨 线圈ab和cd绕在同一软铁芯上,两线圈中磁通量的变化情况一致。ab线圈因电 生磁,cd线圈因磁生电。结合法拉第电磁感应定律分析判断。,评析 本题以变压器为载体,用图象语言描述原、副线圈中电压、电流、磁场随时间的变化关 系。要求学生明确图象六要素即点、线、面、轴、斜率、截距的实际物理意义。图象语言作 为描述物理情景的三种语言之一,是永恒的考查热点。,9.(2013课标,19,6分,0
14、.433)(多选)在物理学发展过程中,观测、实验、假说和逻辑推理等方法 都起到了重要作用。下列叙述符合史实的是 ( ) A.奥斯特在实验中观察到电流的磁效应,该效应揭示了电和磁之间存在联系 B.安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性,提出了分子电流假说 C.法拉第在实验中观察到,在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中,会出现感应电流 D.楞次在分析了许多实验事实后提出,感应电流应具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍 引起感应电流的磁通量的变化,答案 ABD 通有恒定电流的静止导线附近产生的磁场是不变的,在其附近的固定导线圈中没 有磁通量的变化,因此,不会出现感应电流,选项C错
15、误。,评析 对于中学物理中的经典实验及有历史性贡献的科学家均应有正确的认知。,10.(2013课标,17,6分,0.291)如图,在水平面(纸面)内有三根相同的均匀金属棒ab、ac和MN,其 中ab、ac在a点接触,构成“V”字形导轨。空间存在垂直于纸面的均匀磁场。用力使MN向右 匀速运动,从图示位置开始计时,运动中MN始终与bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触。 下列关于回路中电流i与时间t的关系图线,可能正确的是 ( ),答案 A 设金属棒MN匀速运动的速度为v,初始时刻金属棒MN距a点的距离为l,则t时刻金属 棒MN切割磁感线的有效长度L=2(l+vt) tan 设导轨单位长度的电阻为
16、R0,则组成闭合回路的总电阻 R=2 R0=2(l+vt)R0( +tan ) 电动势E=BLv=2Bv(l+vt) tan i= = 为恒量 故A正确,B、C、D错误。,解题关键 三根相同的均匀金属棒,电阻率相同。MN在匀速运动时切割磁感线的有效长 度均匀增加。感应电动势E=BLv。关注回路中的总电阻的变化规律。,11.(2013课标,16,6分,0.586)如图,在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框; 在导线框右侧有一宽度为d(dL)的条形匀强磁场区域,磁场的边界与导线框的一边平行,磁场方 向竖直向下。导线框以某一初速度向右运动。t=0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合,随 后导线框进入并通过磁场区域。下列v-t图象中,可能正确描述上述过程的是 ( ),答案 D 导线框刚进入磁场时速度设为v0,此时产生的感应电动势E=BLv0,感应电流I= = ,线框受到的安培力F=BLI= 。由牛顿第二定律F=ma知, =ma,由楞次定律知线 框开始减速,
