2019年高考物理考纲解读专题09电磁感应现象及电磁感应规律的应用热点难点突破.docx

专题09 电磁感应现象及电磁感应规律的应用1.如图1所示，两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置，间距为l1 m，c、d间，d、e间，c、f间分别接着阻值R10 的电阻。一阻值R10 的导体棒ab以速度v4 m/s匀速向左运动，导体棒与导轨接触良好；导轨所在平面存在磁感应强度大小B0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场。下列说法中正确的是()图1A导体棒ab中电流的流向为由b到aBc、d两端的电压为2 VCd、e两端的电压为1 VDf、e两端的电压为1 V【答案】D2如图，虚线P、Q、R间存在着磁感应强度大小相等，方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面，磁场宽度均为L.一等腰直角三角形导线框abc，ab边与bc边长度均为L，bc边与虚线边界垂直现让线框沿bc方向以速度v匀速穿过磁场区域，从c点经过虚线P开始计时，以逆时针方向为导线框中感应电流i的正方向，则下列四个图象中能正确表示it图象的是()【答案】A【解析】由右手定则可知导线框从左侧进入磁场时，感应电流方向为逆时针方向，即沿正方向，且逐渐增大，导线框刚好完全进入P、Q之间的瞬间，电流由正向最大值变为零，然后电流方向变为顺时针(即沿负方向)且逐渐增加，当导线框刚好完全进入Q、R之间的瞬间，电流由负向最大值变为零，然后电流方向变为逆时针且逐渐增加，当导线框离开磁场时，电流变为零，故A正确3.如图4所示是法拉第制作的世界上第一台发电机的模型原理图。把一个半径为r的铜盘放在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，使磁感线水平向右垂直穿过铜盘，铜盘安装在水平的铜轴上，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触，G为灵敏电流表。现使铜盘按照图示方向以角速度匀速转动，则下列说法中正确的是()图4AC点电势一定高于D点电势B圆盘中产生的感应电动势大小为Br2C电流表中的电流方向为由a到bD若铜盘不转动，使所加磁场磁感应强度均匀增大，在铜盘中可以产生涡旋电流【答案】BD4.如图5所示，一边长为l2a的正方形区域内分布着方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场。一边长为a、电阻为R的正方形线框置于磁场左侧，且线框右边与磁场左边界平行，距离为a，现给该正方形线框施加一水平向右的拉力，使其沿直线匀速向右运动，则以下关于线框受到的安培力、产生的感应电流随时间变化的图象正确的是(以水平向左的方向为安培力的正方向，以逆时针方向为电流的正方向)()图5【答案】BD5如图6甲所示，一单匝圆形闭合导线框半径为r，线框电阻为R，连接一交流电流表(内阻不计)。线框内充满匀强磁场，已知该磁场磁感应强度B随时间按正弦规律变化，如图乙所示(规定向下为B的正方向)，则下列说法正确的是()图6A0.005 s时线框中的感应电流最大B0.01 s时线框中感应电流方向从上往下看为顺时针方向C0.015 s时电流表的示数为零 D00.02 s内闭合导线框上产生的热量为【答案】BD【解析】线圈中的感应电动势为Er2，感应电流为i，在0.005 s时，0，则i0，A项错；由楞次定律知在0.01 s时感应电流方向为顺时针方向(从上往下看)，B项正确；交流电流表测量的是交变电流的有效值，C项错；感应电动势的峰值为EmBmr2，一个周期导线框上产生的热量为QT，D项正确。6.如图11，两根相距L1 m、电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置，导轨足够长，其一端接有一阻值为R2 的电阻，导轨处在磁感应强度为B0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向里。一根质量m0.2 kg、电阻r0.5 的金属棒置于导轨左端，并与导轨垂直放置。有两种情况可以让棒在导轨上做匀变速直线运动：(1)给棒施加一个水平向右的随时间变化的力F，可以让棒从静止开始向右以加速度a11 m/s2做匀加速运动；(2)将轨道左端的定值电阻换成一个随时间变化的电阻R0，再给棒一个水平向右的初速度v06 m/s，可以使棒向右以加速度a21 m/s2匀减速运动一段时间。则上述两种情况所描述的变力F和变化的电阻R0满足的方程是()图11AF0.1t0.2(N)，R071.25t()BF0.1t0.2(N)，R071.25t()CF0.125t0.2(N)，R07.51.25t()DF0.125t0.2(N)，R07.51.25t()【答案】A7(多选)如图9甲，固定在光滑水平面上的正三角形金属线框，匝数n20，总电阻R2.5 ，边长L0.3 m，处在两个半径均为rL/3的圆形匀强磁场区域中。线框顶点与右侧磁场区域圆心重合，线框底边中点与左侧磁场区域圆心重合。磁感应强度B1垂直水平面向上，大小不变；B2垂直水平面向下，大小随时间变化，B1、B2的值和变化规律如图乙所示。则下列说法中正确的是(取3)()图9A通过线框中的感应电流方向为逆时针方向Bt0时刻穿过线框的磁通量为0.1 WbC在00.6 s内通过线框中的电荷量为0.006 CD00.6 s时间内线框中产生的热量为0.06 J【答案】AD8如图10甲所示，绝缘的水平桌面上放置一金属圆环，在圆环的正上方放置一个螺线管，在螺线管中通入如图乙所示的电流，电流从螺线管a端流入为正，以下说法正确的是()图10A从上往下看，01 s内圆环中的感应电流沿顺时针方向B01 s内圆环面积有扩张的趋势C3 s末圆环对桌面的压力小于圆环的重力D12 s内和23 s内圆环中的感应电流方向相反【答案】A9.如图12所示，竖直面内的正方形导线框ABCD和abcd的边长均为l、电阻均为R，质量分别为2m和m，它们分别系在一跨过两个定滑轮的绝缘轻绳两端，在两导线框之间有一宽度为2l、磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。开始时ABCD的下边界与匀强磁场的上边界重合，abcd的上边界到匀强磁场的下边界的距离为l。现将两导线框由静止释放，当ABCD全部进入磁场时，两导线框开始做匀速运动。不计摩擦和空气阻力，重力加速度为g，求：图12(1)两导线框匀速运动的速度大小；(2)两导线框在从开始运动至等高的过程中所产生的总焦耳热；(3)导线框abcd通过磁场的时间。【答案】(1)(2)2mgl(3)【解析】(1)如图所示，设两导线框刚匀速运动的速度大小为v、此时轻绳上的张力为T，则对ABCD有T2mg对abcd有TmgBIlIEBlv则v(3)导线框abcd通过磁场的过程中以速度v匀速运动，设导线框abcd通过磁场的时间为t，则t联立解得t。10.如图13所示，粗糙斜面的倾角37，半径r0.5 m的圆形区域内存在着垂直于斜面向下的匀强磁场。一个匝数n10匝的刚性正方形线框abcd，通过松弛的柔软导线与一个额定功率P1.25 W的小灯泡A相连，圆形磁场的一条直径恰好过线框bc边。已知线框质量m2 kg，总电阻R01.25 ，边长L2r，与斜面间的动摩擦因数0.5。从t0时起，磁场的磁感应强度按B2t(T)的规律变化。开始时线框静止在斜面上，在线框运动前，灯泡始终正常发光。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8。求：图13(1)小灯泡正常发光时的电阻R；(2)线框保持不动的时间内，小灯泡产生的热量Q。【答案】(1)1.25 (2)3.14 J【解析】(1)由法拉第电磁感应定律有En得En|r2100.52 V2.5 V小灯泡正常发光，有PI2R由闭合电路欧姆定律有EI(R0R)则有P()2R，代入数据解得R1.25 。(2)对线框受力分析如图11如图9所示，两根足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距L1 m，一理想电流表和R10 的电阻通过导线与两导轨相连，导轨之间存在着方向相反、高度均为h5 m的磁感应强度分别为B1、B2的匀强磁场区域、，匀强磁场方向与导轨平面垂直。一质量为m1 kg、有效电阻为R10 的导体棒，从距磁场下方边界一定距离处，在F20 N的恒定外力作用下从静止开始竖直向上运动，导体棒在进入磁场的过程中电流表的示数恒为1 A，导体棒离开磁场前的一段时间内电流表的示数恒为2 A，导体棒始终保持水平，不计导轨的电阻。g取10 m/s2。求：图9(1)导体棒进入磁场时速度的大小v1和导体棒离开磁场时速度的大小v2；(2)全过程中电路中产生的热量。【答案】(1)2 m/s8 m/s(2)70 J【解析】(1)导体棒进入磁场时，导体棒做匀速运动，根据平衡条件得FmgB1I1L又I1，解得v12 m/s导体棒离开磁场前的一段时间内，导体棒做匀速运动，根据平衡条件得FmgB2I2L又I2，解得v28 m/s12(1)如图10甲所示，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面，在纸面内有一条以O点为圆心、半径为L的圆弧形金属导轨，长也为L的导体棒OA可绕O点自由转动，导体棒的另一端与金属导轨良好接触，并通过导线与电阻R构成闭合电路。当导体棒以角速度匀速转动时，试根据法拉第电磁感应定律E，证明导体棒产生的感应电动势为EBL2。图10(2)某同学看到有些玩具车在前进时车轮能发光，受此启发，他设计了一种带有闪烁灯的自行车后轮，以增强夜间骑车的安全性。图乙所示为自行车后车轮，其金属轮轴半径可以忽略，金属车轮半径r0.4 m，其间由绝缘辐条连接(绝缘辐条未画出)。车轮与轮轴之间均匀地连接有4根金属条，每根金属条中间都串接一个LED灯，灯可视为纯电阻，每个灯的阻值为R0.3 并保持不变。车轮边的车架上固定有磁铁，在车轮与轮轴之间形成了磁感应强度B0.5 T，方向垂直于纸面向外的扇形匀强磁场区域，扇形对应的圆心角30。自行车匀速前进的速度为v8 m/s(等于车轮边缘相对轴的线速度)。不计其他电阻和车轮厚度，并忽略磁场边缘效应。在图乙所示装置中，当其中一根金属条ab进入磁场时，指出ab上感应电流的方向，并求ab中感应电流的大小；若自行车以速度v8 m/s匀速前进时，车轮受到的总摩擦阻力为2.0 N，则后车轮转动一周，动力所做的功为多少？(忽略空气阻力，3.0)【答案】(1)见解析(2)ab中的电流方向为ba2 A4.96 J(2)根据右手定则知：ab中的电流方向为ba。ab相当于电源，其等效电路如图所示。 rad/s20 rad/s应用(1)推导出的结果：EBr20.50.4220 V0.8 V电路总电阻：R总R0.4 通过ab中的电流：I A2 A车轮转动一周的时间：T s0.3 s则T时间内克服阻力做功：Wffsfvt280.3 J4.8 JT时间内产生电流的时间t4T0.1 s13.如图12所示，竖直面内的正方形导线框ABCD和abcd的边长均为l、电阻均为R，质量分别为2m和m，它们分别系在一跨过两个定滑轮的绝缘轻绳两端，在两导线框之间有一宽度为2l、磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。开始时ABCD的下边界与匀强磁场的上边界重合，abcd的上边界到匀强磁场的下边界的距离为l。现将两导线框由静止释放，当ABCD全部进入磁场时，两导线框开始做匀速运动。不计摩擦和空气阻力，重力加速度为g，求：图12(1)两导线框匀速运动的速度大小；(2)两导线框在从开始运动至等高的过程中所产生的总焦耳热；(3)导线框abcd通过磁场的时间。【答案】(1)(2)2mgl(3)【解析】(1)如图所示，设两导线框刚匀速运动的速度大小为v、此时轻绳上的张力为T，则对ABCD有T2mg对abcd有TmgBIlIEBlv则v(3)导线框abcd通过磁场的过程中以速度v匀速运动，设导线框abcd通过磁场的时间为t，则t联立解得t。14.如图13所示，粗糙斜面的倾角37，半径r0.5 m的圆形区域内存在着垂直于斜面向下的匀强磁场。一个匝数n10匝的刚性正方形线框abcd，通过松弛的柔软导线与一个额定功率P1.25 W的小灯泡A相连，圆形磁场的一条直径恰好过线框bc边。已知线框质量m2 kg，总电阻R01.25 ，边长L2r，与斜面间的动摩擦因数0.5。从t0时起，磁场的磁感应强度按B2t(T)的规律变化。开始时线框静止在斜面上，在线框运动前，灯泡始终正常发光。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8。求：图13(1)小灯泡正常发光时的电阻R；(2)线框保持不动的时间内，小灯泡产生的热量Q。【答案】(1)1.25 (2)3.14 J【解析】(1)由法拉第电磁感应定律有En得En|r2100.52 V2.5 V小灯泡正常发光，有PI2R由闭合电路欧姆定律有EI(R0R)则有P()2R，代入数据解得R1.25 。(2)对线框受力分析如图15如图所示，足够长的粗糙斜面与水平面成37角放置，在斜面上虚线cc和bb与斜面底边平行，且两线间距为d0.1 m，在cc、bb围成的区域内有垂直斜面向上的有界匀强磁场，磁感应强度为B1 T；现有一质量为m10 g，总电阻为R1 ，边长也为d0.1 m的正方形金属线圈MNPQ，其初始位置PQ边与cc重合，现让金属线圈以一定初速度沿斜面向上运动，当金属线圈从最高点返回到磁场区域时，线圈刚好做匀速直线运动已知线圈与斜面间的动摩擦因数为0.5，取g10 m/s2，不计其他阻力，求：(取sin370.6，cos370.8)(1)线圈向下返回到磁场区域时的速度大小；(2)线圈向上离开磁场区域时的动能；(3)线圈向下通过磁场区域过程中，线圈中产生的焦耳热【答案】(1)2 m/s(2)0.1 J(3)0.004 J【解析】(1)金属线圈向下匀速进入磁场时，有mgsinmgcosF安其中F安BId，I，EBdv解得v2 m/s.(3)线圈向下匀速通过磁场区域过程中，有mgsin2dmgcos2dW安0QW安解得Q2mgd(sincos)0.004 J. 16如图甲所示，通过导线将电容器C、定值电阻R与间距为l0.2 m的平行金属导轨相连，长度为l0.2 m的导体棒MN垂直平行导轨放置，已知导体棒的质量为m0.1 kg，导体棒与平行导轨之间的动摩擦因数为0.2，定值电阻R0.4 ，电容器的电容C10 F，整个装置处在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B0.5 T的匀强磁场中从某时刻起，在导体棒MN上加一水平向右的外力，使导体棒向右加速运动，整个过程中导体棒始终与导轨有良好的接触有没有发生转动，导轨、导线以及导体棒的阻值均可忽略，重力加速度g10 m/s2.(1)将单刀双掷开关扳到2位置，且保持外力的功率不变，通过速度传感器描绘出的导体棒的速度时间图象如图乙所示，其中10 s后的图象与时间轴平行，如果010 s的时间内电路产生的热量为Q30 J，则10 s末的外力以及010 s内导体棒的位移分别为多大？(2)如果将单刀双掷开关扳到1位置，将外力改为F0.3 N的恒力，则10 s末外力的瞬时功率应为多大？【答案】(1)0.45 N50 m(2)1.5 W【解析】(1)将单刀双掷开关扳到2位置，当导体棒MN匀速运动时，速度达到最大值vm，此时导体棒MN所受的合外力为零，则F1FAFf0导体棒MN所受的摩擦力为Ffmg0.2 N此时的感应电动势为EBlvm，由欧姆定律可知I由安培力的公式得FABIl，代入数据得FA0.25 N因此10 s末外力的大小为F1FAFf0.45 N10 s末外力的功率为PF1vm0.4510 W4.5 W因此010 s内外力的功率恒为4.5 W，对导体棒由动能关系可知PtmvFfxQ，代入数据可解得x50 m.17如图所示，两根金属平行导轨MN和PQ放在水平面上，左端向上弯曲且光滑，导轨间距为L，电阻不计水平段导轨所处空间存在两个有界匀强磁场和，两磁场相距一段距离不重叠，磁场左边界在水平段导轨的最左端，磁感应强度大小为B，方向竖直向上；磁场的磁感应强度大小为2B，方向竖直向下质量均为m、电阻均为R的金属棒a和b放置在导轨上，金属棒b置于磁场的右边界CD处设两金属棒在导轨上运动过程中始终与导轨垂直且接触良好(1)若水平段导轨粗糙，两金属棒与水平导轨间的最大静摩擦力均为mg，将金属棒a从距水平面高度h处由静止释放求金属棒a刚进入磁场时，通过金属棒b的电流大小；若金属棒a在磁场内运动过程中，金属棒b能在导轨上保持静止，通过计算分析金属棒a释放时的高度h应满足的条件；(2)若水平段导轨是光滑的，将金属棒a仍从高度h处由静止释放，使其进入磁场.设两磁场区域足够大，求金属棒a在磁场内运动的过程中，金属棒b中可能产生的最大焦耳热(2)金属棒a在磁场中减速运动，感应电动势逐渐减小，金属棒b在磁场中加速运动，感应电动势逐渐增加，当两者相等时，回路中感应电流为0，此后金属棒a、b都做匀速运动设金属棒a、b最终的速度大小分别为v1、v2，整个过程中安培力对金属棒a、b的冲量大小分别为Ia、Ib.由BLv12BLv2，解得v12v2 设向右为正方向：对金属棒a，由动量定理有Iamv1mv0对金属棒b，由动量定理有Ibmv20由于金属棒a、b在运动过程中电流始终相等，则金属棒b受到的安培力始终为金属棒a受到安培力的2倍，因此有两金属棒受到的冲量的大小关系Ib2Ia解得v1v0，v2v0根据能量守恒，回路中产生的焦耳热QmvmvmghQbQmgh18如图所示，足够长的粗糙斜面与水平面成37角放置，在斜面上虚线cc和bb与斜面底边平行，且两线间距为d0.1 m，在cc、bb围成的区域内有垂直斜面向上的有界匀强磁场，磁感应强度为B1 T；现有一质量为m10 g，总电阻为R1 ，边长也为d0.1 m的正方形金属线圈MNPQ，其初始位置PQ边与cc重合，现让金属线圈以一定初速度沿斜面向上运动，当金属线圈从最高点返回到磁场区域时，线圈刚好做匀速直线运动已知线圈与斜面间的动摩擦因数为0.5，取g10 m/s2，不计其他阻力，求：(取sin370.6，cos370.8)(1)线圈向下返回到磁场区域时的速度大小；(2)线圈向上离开磁场区域时的动能；(3)线圈向下通过磁场区域过程中，线圈中产生的焦耳热【答案】(1)2 m/s(2)0.1 J(3)0.004 J(2)设最高点离bb的距离为x，线圈从最高点到开始进入磁场过程做匀加速直线运动，有v22ax，mgsinmgcosma线圈从向上离开磁场到向下进入磁场的过程，根据动能定理有Ek1Ekmgcos2x，其中Ekmv2得Ek1mv20.1 J. (3)线圈向下匀速通过磁场区域过程中，有mgsin2dmgcos2dW安0QW安解得Q2mgd(sincos)0.004 J.19如图甲所示，通过导线将电容器C、定值电阻R与间距为l0.2 m的平行金属导轨相连，长度为l0.2 m的导体棒MN垂直平行导轨放置，已知导体棒的质量为m0.1 kg，导体棒与平行导轨之间的动摩擦因数为0.2，定值电阻R0.4 ，电容器的电容C10 F，整个装置处在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B0.5 T的匀强磁场中从某时刻起，在导体棒MN上加一水平向右的外力，使导体棒向右加速运动，整个过程中导体棒始终与导轨有良好的接触有没有发生转动，导轨、导线以及导体棒的阻值均可忽略，重力加速度g10 m/s2.(1)将单刀双掷开关扳到2位置，且保持外力的功率不变，通过速度传感器描绘出的导体棒的速度时间图象如图乙所示，其中10 s后的图象与时间轴平行，如果010 s的时间内电路产生的热量为Q30 J，则10 s末的外力以及010 s内导体棒的位移分别为多大？(2)如果将单刀双掷开关扳到1位置，将外力改为F0.3 N的恒力，则10 s末外力的瞬时功率应为多大？【答案】(1)0.45 N50 m(2)1.5 W(2)将单刀双掷开关扳到1位置，当导体棒的速度大小为v时，感应电动势为EBlv由C可知，此时电容器极板上的电荷量为QCUCECBlv在一小段时间t内，可认为导体棒做匀速运动，速度增加量为v，电容器