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1、专题十一 电磁感应,高考物理 (课标专用),考点一 电磁感应现象、楞次定律 1.(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,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,五年高考,A组 统一命题课标卷题组,D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时
2、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。,2.(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
3、 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 本题考查电磁感应、安培力。导线框匀速进入磁场时速度v= = m/s=0.5 m/s, 选项B正确;由E=BLv
4、,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 根据图像和导线框匀速运动,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。,3.(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 ( ) 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
5、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线的方向 有关,而与切割的速度大小无关,故C错。,4.(2015课标,19
6、,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,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
7、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,故穿过整个圆盘的磁通量没有变化, 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。,考点二 法拉第电磁感应定律 5.(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
8、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 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。,6.(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
9、, 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=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。,7.(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
10、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图像中,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,随v减小,其加速度a减小,故进入磁场时做加速度减小的减速运动。当线框全部进 入磁场开始做匀速运动,在出磁场的过程中,仍做加速度减小的减速运动,故只有D选项正确。,考点三 电磁感应中的综合问题 8.(2017课标,18,6分)扫
11、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 ( ),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
12、等效为一系列垂直于磁场的闭合线框;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。,9.(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
13、设导轨单位长度的电阻为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。,10.(2016课标,24,14分)如图,两固定的绝缘斜面倾角均为,上沿相连。两细金属棒ab(仅标出a 端)和cd(仅标出c端)长度均为L,质量分别为2m和m;用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭 合回路abdca,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平。 右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上。已知两根导线刚好不在磁 场中,回路电阻为R,两金属棒与
14、斜面间的动摩擦因数均为,重力加速度大小为g。已知金属棒ab 匀速下滑。求: (1)作用在金属棒ab上的安培力的大小; (2)金属棒运动速度的大小。,答案 (1)mg(sin -3 cos ) (2)(sin -3 cos ),解析 (1)设两导线的张力大小之和为T,右斜面对ab棒的支持力的大小为N1,作用在ab棒上的安 培力的大小为F,左斜面对cd棒的支持力大小为N2。对于ab棒,由力的平衡条件得 2mg sin =N1+T+F N1=2mg cos 对于cd棒,同理有 mg sin +N2=T N2=mg cos 联立式得 F=mg(sin -3 cos ) (2)由安培力公式得 F=BIL
15、 这里I是回路abdca中的感应电流。ab棒上的感应电动势为 =BLv 式中,v是ab棒下滑速度的大小。由欧姆定律得,I= 联立式得 v=(sin -3 cos ) ,11.(2013课标,25,19分,0.153)如图,两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为,间距为L。导 轨上端接有一平行板电容器,电容为C。导轨处于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向垂直于 导轨平面。在导轨上放置一质量为m的金属棒,棒可沿导轨下滑,且在下滑过程中保持与导轨垂 直并良好接触。已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为,重力加速度大小为g。忽略所有电 阻。让金属棒从导轨上端由静止开始下滑,求: (1)电容器极板上积累的
16、电荷量与金属棒速度大小的关系; (2)金属棒的速度大小随时间变化的关系。,答案 (1)Q=CBLv (2)v= gt,解析 (1)设金属棒下滑的速度大小为v,则感应电动势为 E=BLv 平行板电容器两极板之间的电势差为 U=E 设此时电容器极板上积累的电荷量为Q,按定义有 C= 联立式得 Q=CBLv (2)设金属棒的速度大小为v时经历的时间为t,通过金属棒的电流为i,金属棒受到的磁场的作用 力方向沿导轨向上,大小为 f1=BLi 设在时间间隔(t,t+t)内流经金属棒的电荷量为Q,按定义有 i= Q也是平行板电容器极板在时间间隔(t,t+t)内增加的电荷量。由式得,Q=CBLv 式中,v为金属棒的速度变化量。按定义有 a= 金属棒所受到的摩擦力方向斜向上,大小为 f2=N 式中,N是金属棒对导轨的正压力的大小,有 N=mg cos 金属棒
