高考物理二轮复习 第一部分 专题整合 专题四 电磁感应和电路 第2讲 电磁感应的规律及应用专项训练-人教版高三全册物理试题.doc
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1、第2讲电磁感应的规律及应用真题再现1.(多选)(2018全国卷)如图421所示,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。下列说法正确的是图421A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解析由电路可知,开关闭合瞬间,右侧线圈环绕部分的电流向下,由安
2、培定则可知,直导线在铁芯中产生向右的磁场,由楞次定律可知,左侧线圈环绕部分产生向上的电流,则直导线中的电流方向由南向北,由安培定则可知,直导线在小磁针所在位置产生垂直纸面向里的磁场,则小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动,A正确;开关闭合并保持一段时间后,穿过左侧线圈的磁通量不变,则左侧线圈中的感应电流为零,直导线不产生磁场,则小磁针静止不动,BC错误;开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,穿过左侧线圈向右的磁通量减少,则由楞次定律可知,左侧线圈环绕部分产生向下的感应电流,则流过直导线的电流方向由北向南,直导线在小磁针所在处产生垂直纸面向外的磁场,则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,D正确
3、。答案AD2.(2018全国卷)如图422所示,导体轨道OPQS固定,其中PQS是半圆弧,Q为半圆弧的中点,O为圆心。轨道的电阻忽略不计。OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆,M端位于PQS上,OM与轨道接触良好。空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B。现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程);再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B(过程)。在过程、中,流过OM的电荷量相等,则等于图422A. B. C. D2解析设OM的电阻为R,过程,OM转动的过程中产生的平均感应电动势大小为E1,流过OM的电流为I1,则流过OM的电荷量为q1I1t1;过
4、程,磁场的磁感应强度大小均匀增加,则该过程中产生的平均感应电动势大小为E2,电路中的电流为I2,则流过OM的电荷量为q2I2t2;由题意知q1q2,则解得,B正确,ACD错误。答案B3(2018全国卷)如图423,在同一水平面内有两根平行长导轨,导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域,区域宽度均为l,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下。一边长为l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动。线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是图423解析设线框运动的速度为v,则线框向左匀速运动第一个的时间内,线框切割磁感线运动产生的电动势为E2Bdv(d为导轨间距),电流i,回路中电流方向为顺时针;第二个的时
5、间内,线框切割磁感线运动产生的电动势为零,电流为零;第三个的时间内,线框切割磁感线运动产生的电动势为E2Bdv,电流i,回路中电流方向为逆时针,所以D正确。答案D4.(2016全国卷)如图424所示,水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻,质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上,t0时,金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动,t0时刻,金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为。重力加速度大小为g。求图424(1)金属杆在磁场中运动时产生的电
6、动势的大小;(2)电阻的阻值。解析(1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为 a,由牛顿第二定律得Fmgma设金属杆到达磁场左边界时的速度为v,由运动学公式有vat0当金属杆以速度v在磁场中运动时,由法拉第电磁感应定律知产生的电动势为EBlv联立式可得EBlt0(2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时,金属杆中的电流为I,根据欧姆定律I式中R为电阻的阻值。金属杆所受的安培力为F安BlI因金属杆做匀速运动,有FmgF安0联立式得R。答案(1)Blt0(2)考情分析分值620分题型选择题或计算题命题热点(1)电磁感应中的图像问题(2)电磁感应中的电路(3)电磁感应中的动力学问题(4)电磁感应中的能量问题考
7、点一楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用1判定感应电流的两种方法(1)楞次定律:一般用于线圈面积不变,磁感应强度发生变化的情形。(2)右手定则:一般用于导体棒切割磁感线的情形。2求感应电动势的方法(1)感生电动势:En(2)动生电动势:【题组突破】1(2017全国卷)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425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图425解析施加磁场来快速衰减STM的微
8、小振动,其原理是电磁阻尼,在振动时通过紫铜薄板的磁通量变化,紫铜薄板中产生感应电动势和感应电流,则其受到安培力作用,该作用阻碍紫铜薄板振动,即促使其振动衰减。方案A中,无论紫铜薄板上下振动还是左右振动,通过它的磁通量都发生变化;方案B中,当紫铜薄板上下振动时,通过它的磁通量可能不变,当紫铜薄板向右振动时,通过它的磁通量不变;方案C中,紫铜薄板上下振动、左右振动时,通过它的磁通量可能不变;方案D中,当紫铜薄板上下振动时,紫铜薄板中磁通量可能不变。综上可知,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是A。答案A2.(多选)(2018全国卷)如图426(a),在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导
9、线框R,R在PQ的右侧。导线PQ中通有正弦交流电i,i的变化如图(b)所示,规定从Q到P为电流正方向。导线框R中的感应电动势图426A在t时为零B在t时改变方向C在t时最大,且沿顺时针方向D在tT时最大,且沿顺时针方向解析因通电导线的磁感应强度大小正比于电流的大小,故导线框R中磁感应强度与时间的变化关系类似于题图(b),感应电动势正比于磁感应强度的变化率,即题图(b)中的切线斜率,斜率的正负反映电动势的方向,斜率的绝对值反映电动势的大小。由题图(b)可知,电流为零时,电动势最大,电流最大时电动势为零,A正确,B错误。再由楞次定律可判断在一个周期内,内电动势的方向沿顺时针,时刻最大,C正确,其余
10、时间段电动势沿逆时针方向,D错误。答案AC3.(多选)(2018湖南一模)用导线绕一圆环,环内有一用同样导线折成的内接正方形线框,圆环与线框绝缘,如图427所示。把它们放在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于圆环平面(纸面)向里。当磁场均匀减弱时图427A圆环和线框中的电流方向都为顺时针B圆环和线框中的电流方向都为逆时针C圆环和线框中的电流大小之比为1D圆环和线框中的电流大小之比为21解析根据楞次定律可知,当磁场均匀减弱时,线圈内产生的感应磁场方向与原磁场方向相同,即感应电流方向都为顺时针,A正确,B错误;设圆形半径为a,则圆环面积为Sa2,圆环周长为L2a,正方形框面积为S2a2,正方
11、形线框边长之和为L4a,因为磁场是均匀减小的,故E,所以圆环和正方形线框中的电动势之比为,两者的电阻之比为,故电流之比为,故C正确,D错误。答案AC4(多选)(2018南京联考)航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的。电磁驱动原理如图428所示,当固定线圈上突然通过直流电流时,线圈端点的金属环被弹射出去。现在固定线左侧同一位置,先后放有分别用横截面积相等的铜和铅导线制成形状、大小相同的两个闭合环,且电阻率铜铝。合上开关S的瞬间图428A从左侧看环中感应电流沿顺时针方向B铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力C若将铜环放置在线圈右方,环将向左运动D电池正负极调换后,金属环不能向左弹射解析线圈中电
12、流为右侧流入,磁场方向为向左,在闭合开关的过程中,磁场变强,则由楞次定律可知,环中感应电流由左侧看为顺时针,选项A正确;由于铜环的电阻较小,故铜环中感应电流较大,铜环受到的安培力要大于铝环,故B正确;若环放在线圈右方,根据“来拒去留”可得,环将向右运动,选项C错误;电池正负极调换后,金属环受力方向不变,故仍将向左弹出,选项D错误。答案AB考点二电磁感应中的图像问题1解题“五步曲”2解决图像问题的三个关注(1)关注初始时刻感应电流是否为零,电流方向是正方向还是负方向。(2)关注电磁感应发生的过程分为几个阶段,这几个阶段是否和图像变化相对应。(3)关注图像斜率的大小、图像的曲直是否和物理过程对应,
13、分析大小和方向的变化趋势。(多选)(2018银川一模)如图429所示,边长为L、总电阻为R的均匀正方形线框abcd放置在光滑水平桌面上,其cd边右侧紧邻两个磁感应强度为B、宽度为L、方向相反的有界匀强磁场。现使线框以速度v0匀速通过磁场区域,从开始进入到完全离开磁场的过程中,下列图线能定性反映线框中的感应电流(以逆时针方向为正)和a、b两点间的电势差随时间变化关系的是图429审题探究怎样求解线框在进入磁场L2L的过程中,产生的电动势?a和b哪一点的电势高?由右手定则知,ab和cd产生的电动势同向,故线框的总电动势为E2BLv0,ab边电流方向由b到a,故a点电势高。解析线框在进入磁场0L的过程
14、中,EBLv0,电流Ii0,方向为逆时针方向,为正,a点的电势比b点的电势高,a,b间的电势差UabBlv0U0;在L2L的过程中,E2BLv0,电流I2i0,方向为顺时针方向,为负,a的电势比b的电势高,ab间的电势差UabBLv02U0;在2L3L的过程中,EBLv0,电流Ii0,方向为逆时针方向,为正,a点的电势比b点的电势低,ab间的电势差UabBLv03U0,故选项A,C正确,B,D错误。答案AC【题组突破】1由Bt图像确定感应电流如图4210甲所示,一根电阻为R4 的导线绕成的半径为d2 m的圆,在圆内部分区域存在变化的匀强磁场,中间S形虚线是两个直径为d的半圆,磁场随时间变化如图
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