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讲电磁感应的规律及应用专项训练 doc

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第2讲 电磁感应的规律及应用

[真题再现]

1.(多选)(2018·全国卷Ⅰ)如图4－2－1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4－2－1

A．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。

答案 AD

2.(2018·全国卷Ⅰ)如图4－2－2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Ⅰ)；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Ⅱ)。在过程Ⅰ、Ⅱ中，流过OM谢谢你的聆听

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B′

的电荷量相等，则等于

B

图4－2－2

537

A. B. C. D．2 424

解析 设OM的电阻为R，过程Ⅰ，OM转动的过程中产生的平均感应电动势大小为E1＝1

B·πl24ΔΦB·ΔSπBl2E1πBl2

＝＝＝，流过OM的电流为I1＝＝，则流过OM的电荷量Δt1Δt1Δt14Δt1R4RΔt1πBl2为q1＝I1·Δt1＝；过程Ⅱ，磁场的磁感应强度大小均匀增加，则该过程中产生的平均

4R感应电动势大小为E2＝

ΔΦ(B′－B)S(B′－B)πl2E2

＝＝，电路中的电流为I2＝＝Δt2Δt22Δt2R

π(B′－B)l2π(B′－B)l2

，则流过OM的电荷量为q2＝I2·Δt2＝；由题意知q1＝q2，则解

2RΔt22RB′3

得＝，B正确，ACD错误。 B2

答案 B

3．(2018·全国卷Ⅱ)如图4－2－3，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。3

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

2正确图线可能是

图4－2－3

l

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2v

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E

线运动产生的电动势为E＝2Bdv(d为导轨间距)，电流i＝，回路中电流方向为顺时针；第Rll

二个的时间内，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，2v2vE

线框切割磁感线运动产生的电动势为E＝2Bdv，电流i＝，回路中电流方向为逆时针，所以

RD正确。

答案 D

4.(2016·全国卷Ⅱ)如图4－2－4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，t＝0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μ。重力加速度大小为g。求

图4－2－4

(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小； (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F－μmg＝ma① 设金属杆到达磁场左边界时的速度为v，由运动学公式有

v＝at0②

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E＝Blv③

?F联立①②③式可得E＝Blt0?－μ

?m

g??④

?

E

(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＝⑤

R式中R为电阻的阻值。金属杆所受的安培力为

F安＝BlI⑥

因金属杆做匀速运动，有F－μmg－F安＝0⑦ B2l2t0

联立④⑤⑥⑦式得R＝。

mB2l2t0?F?答案 (1)Blt0?－μg? (2) m?m?[考情分析]

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分值 题型 选择题或计算题 (1)电磁感应中的图像问题 命题热点 (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

ΔB

S不变时E＝nS?ΔtΔΦ?(1)感生电动势：E＝nΔt?ΔS

B不变时E＝nB??Δt平动切割：E＝Blv??

(2)动生电动势：?1

转动切割：E＝Bl2ω?2?【题组突破】

1．(2017·全国卷Ⅰ)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4－2－5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

6～20分

图4－2－5

解析 施加磁场来快速衰减STM的微小振动，其原理是电磁阻尼，在振动时通过紫铜薄

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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 A

2.(多选)(2018·全国卷Ⅲ)如图4－2－6(a)，在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框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4－2－6

T

A．在t＝时为零

4T

B．在t＝时改变方向

2

T

C．在t＝时最大，且沿顺时针方向

2D．在t＝T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T3TT

在一个周期内，～内电动势的方向沿顺时针，时刻最大，C正确，其余时间段电动势沿

442逆时针方向，D错误。

答案 AC

3.(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4－2－7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

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