高中物理专题-电磁感应中的图像和能量问题

1、高中物理专题-电磁感应中的图像和能量问题【母题来源一】普通高等学校招生全国统一考试物理（全国 I卷）【母题原题】（多选）（全国I卷）如图,U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上，ab和dc边平行, 和bc边垂直.ab dc足包长，整个金属框电阻可忽略，一根具有一定电阻的导体棒 MN置于金属 框上,用水平恒力F向右拉动金属框，运动过程中 装置始终处于竖直向下的匀强磁场中,MN与金 属框保持良好接触，且与bc边保持平行.经过一段时间后（）A.金属框的速度大小趋于恒定值B.金属框的加速度大小趋于恒定值C.导体棒所受安培力的大小趋于恒定值D.导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值【母题来源二】2019

2、年普通高等学校招生全国统一考试物理（山东卷）【母题原题】（多选）（山东等级考）如图所示，平面直角坐标系的第一和第二象限分别存在磁感应 强度大小相等、方向相反且垂直于坐标平面的匀强磁场，图中虚线方格为等大正方形.一位于Oxy平面内的刚性导体框abcde在外力作用下以恒定速度沿y轴正方向运动（不发生转动）.从图 示位置开始计时，4 s末bc边刚好进入磁场.在此过程中，导体框内感应电流的大小为I, ab边所受 安培力的大小为Fab,二者与时间t的关系图像，可能正确的是 （）B * 力第1【母题来源三】2019年普通高等学校招生全国统一考试物理（浙江卷）【母题原题】（浙江7月选考）如图所示同定在水平面

3、上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直 向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场.长为l的金属棒,一端与圆环接触良好，另一端固定在竖 直导电转轴OO上,随轴以角速度 匀速转动.在圆环的A点和电刷间接有阻值为R的电阻和电容为C、板间距为d的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态.已知重力加速度为g,不计其他电阻和摩擦，下列说法正确的是A.棒产生的电动势为2Bl2B.微粒的电荷量与质量之比为2gdBr22 4B rC.电阻消耗的电功率为2RD.电容器所带的电荷量为CBr2【母题来源四】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（天津卷）【母题原题】（多选）（天津等级考）手机无线充电是比较新颖

4、的充电方式.如图所示,电磁感应式无 线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁 场传递能量.当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电.在充电过程中A.送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化B.受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变C.送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递D.手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失【母题来源五】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷）【母题原题】（江苏高考）如图所示，两匀强磁场的磁感应强度Bi和B2大小相等、方向相反.金属 圆环的直径与两磁场的

5、边界重合.下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是A.同时增大Bi减小B2B.同时减小Bi增大B2C.同时以相同的变化率增大Bi和B2D.同时以相同的变化率减小 Bi和B2【母题来源六】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国 田卷）【母题原题】（全国田卷）如图，一边长为10的正方形金属框abcd固定在水平面内，空间存在方向 垂直于水平面、磁感应强度大小为B的匀强磁场.一长度大于於10的均匀导体棒以速率v自左向 右在金属框上匀速滑过，滑动过程中导体棒始终与ac垂直且中点位于ac上导体棒与金属框接 触良好.已知导体棒单位长度的电阻为r,金属框电阻可忽略.将导体棒与a点之间的距离记为x,

6、 求导体棒所受安培力的大小随x（0 xa1。）变化的关系式.t均匀Q边长【母题来源七】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（天津卷）【母题原题】（天津等级考）如图所示,垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间变化.正方形硬质金属框 abcd放置在磁场中，金属框平面与磁场方向垂直，电阻R=0.1 l=0.2 m.求:在t=0到t=0.1 s时间内，金属框中感应电动势 E;t=0.05 s时,金属框ab边受到的安培力F的大小和方向；在t=0到t=0.1 s时间内，金属框中电流的电功率 P.【母题来源八】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷）abcd的边长为0.2 m,bc0

7、.5 T.在水平拉力作用* 乂 x x；【母题原题】（江苏高考）（15分）如图所示，电阻为0.1a勺正方形单匝线圈 边与匀强磁场边缘重合.磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为 下,线圈以8 m/s的速度向右穿过磁场区域.求线圈在上述过程中感应电动势的大小E;所受拉力的大小F;（3）感应电流产生的热量Q.【母题来源九】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理(浙江卷)【母题原题】(浙江7月选考)如图1所示，在绝缘光滑水平桌面上，以O为原点、水平向右为正 方向建立x轴，在0&X&1.0屉域内存在方向竖直向上的匀强磁场.桌面上有一边长L=0.5 m、电 阻R=0.25 Q的正方形线框abcd

8、,当平行于磁场边界的cd边进入磁场时，在沿x方向的外力F作 用下以v=1.0 m/s的速度做匀速运动，直到ab边进入磁场时撤去外力.若以cd边进入磁场时作为 计时起点，在0&t & 1.内磁感应强度B的大小与时间t的关系如图2所示,在0&t & 1.3s线框始 终做匀速运动.(1)求外力F的大小;在1.0 s t 例体在连续变化的磁场，求磁感应强度B的大小与时间t的关系;(3)求在0&t & 1.3航过导线横截面的电荷量q.【命题意图】 考查法拉第电磁感应定律的应用，涉及图象问题，意在考查考生分析问题，通 过图象获取有用信息的能力和应用数学知识解决问题的能力.电磁感应中的电路、法拉第电磁感应定

9、律、能量转换及电量的计算等知识点 ，意在考查考生对电磁感应电路的分析以及对电磁 感应中功能关系的正确理解和应用.【考试方向】 电磁感应中常涉及b t图象、r图象、Et图象、I t图象、F t图象 和vt图象,还涉及E-X图象、Ix图象等，这类问题既要用到电磁感应的知识，又要结合数学 知识求解，对考生运用数学知识解决物理问题的能力要求较高.主要以选择题的形式单独命题， 有时也会以信息给予的方式命制计算题.电磁感应与能量的综合，涉及到的考点有：法拉第电磁 感应定律、楞次定 猪、闭合电路欧姆定律、功和功率、焦耳定律、能量守恒定律、功能关系、 动能定理等，主要以选择题和计算题的形式考查.【得分要点】应

10、注意抓住两个定律，运用两种观点，分析三种电路”.两个定律是指楞次定律 和法拉第电磁感应定律；两种观点是指动力学观点和能量观点； 三种电路是指直流电路、交流 电路和感应电路.1、电磁感应中涉及的图线大体上可分为两大类：由给定的电磁感应过程选出或画出正确 的图像，或由给定的有关图像分析电磁感应过程、求解相.应的物理量.对图象问题，首先要看两坐标轴代表的物理量，然后再从图线的形状、点、斜率、截距、图 线与横轴所围的面积的意义等方面挖掘解题所需的信息.除了从图象上寻找解题信息外，还要 结合楞次定律、右手定则判断感应电流的方向，根据法拉第电磁感应定律判断感应电动势大小， 结合闭合电流欧姆定律计算感应电流

11、的大小，进而计算安培力大小，或根据电路知识求解其他量 如果线圈或导体做匀速运动或匀变速运动，还有用到平衡条件和牛顿第二定律等知识.2、安培力做的功是电能和其他形式的能之间相互转化的“桥梁”，安培力做的功是电能与其 他形式的能转化的量度.安培力做多少正功，就有多少电能转化为其他形式的能；安培力做多少 负功,就有多少其他形式的能转化为电能.3、当一个闭合回路中的磁通量的改变量为时,通过回路中导体横截面的电量为：q r t - t q鱼t 小或者q n幽（n匝线圈时），它与磁场是否均匀变化、线框的R tR RR运动状况以及线框的形状无关1.（江西景德镇高三下学期十校联合模拟）（多选）如图甲所示，左侧

12、接有定值电阻R= 2。的 水平粗糙导轨处于垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度B=1 T,导轨间距L = 1 m.一质量m =2 kg、阻值r = 2 Q的金属棒在水平拉力F作用下由静止开始从CD处沿导轨向右加速运动, 金属棒的v-x图象如图乙所示，若金属棒与导轨间动摩擦因数 尸0.2,则从起点发生x= 1 m位移 的过程中（g= 10 m/s2）（）A.金属棒克服安培力做的功 Wi = 0.25 JB.金属棒克服摩擦力做的功 W2= 5 JC.整个系统产生的总热量 Q = 4.25 JD.拉力做的功W= 9.25 J2.（山东省潍坊高密市高三模拟） 电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超

13、高速度，其原理示意图如图所示.两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为L,导轨间存在垂直于导轨平面向里、磁感应强度大小为 B的匀强磁场，导轨电阻不计.炮弹可视为一质量为 m、电阻为R的金属棒MN,垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触.电容器电容C,首先开关接1,使电容器完全充电.然后将S接至2, MN达到最大速度vm后离开导轨.这个过程中A. MN做匀加速直线运动B.通过MN的电量q鲁C.达到最大速度时电容器 C两极板间的电压为0D.求出通过MN的电量q后，不可以利用的公式q 工?求出MN加速过程的位移 R R3.（山东省临沂市高三上学期期末）如图所示，位于同一绝缘水平面内的两根固

14、定金属导轨 MN、M N电阻不计，两导轨之间存在竖直向下的匀强磁场.现将两根粗细均匀、电阻分布均匀的相同铜棒ab、cd放在两导轨上，若两棒从图示位置以相同的速度沿 MN方向做匀速直线运动，运动 过程中始终与两导轨接触良好，且始终与导轨MN垂直，不计一切摩擦，则下列说法正确的是A.回路中有顺时针方向的感应电流B.回路中的感应电流不断减小C.回路中的热功率不断增大D.两棒所受安培力的合力不断减小.（湖南长沙四县市模拟）如图所示，正方形导线框abcd放在匀强磁场中静止不动，磁场方向 与线框平面垂直，磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示，t = 0时刻,磁感应强度的方向垂 直纸面向里.下列选项中能

15、表示线框的ab边受到的磁场力F随时间t的变化关系的是（规定水平 向左为力的正方向）（）.（安徽省模拟）（多选）如图甲所示，粗细均匀的矩形金属线框abcd固定于匀强磁场中，磁场方向垂直线框所在平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示.以垂直于线框所在平 面向里为磁感应强度B的正方向，则选项图中关于ab边的热功率P、ab边受到的安培力F（以 向右为正方向）随时间t变化的规律正确的是（）4.（河南高二期末）两个不可变形的正方形导体框a、b连成如图甲所示的回路，并固定在竖 直平面（纸面）内.导体框a内固定一小圆环c,a与c在同一竖直面内，圆环c中通入如图乙所示的 电流（规定逆时针方向为电流的正方

16、向）,导体框b的MN边处在垂直纸面向外的匀强磁场中，则MN边在匀强磁场中受到的安培力（）A.01 s内，方向向下B.13 s内，方向向下C.D.甲35 s内，先逐渐减小后逐渐增大第4 s末，大小为零7.（山东省泰安市高三下学期第二次模拟考） 如图，平行光滑金属导轨M、N固定在水平面上， 处于竖直向下的匀强磁场中.完全相同的两金属棒P、Q搭放在导轨上，开始均处于静止状态.给 P施加一与导轨平行的恒定拉力作用，运动中两金属棒始终与导轨垂直并与导轨接触良好. 设导 轨足够长，除两棒的电阻外其余电阻均不计.则两棒的速度及棒中的感应电流随时间变化的图10象正确的是Q F 装8.（陕西咸阳三模）（多选）一

17、正方形金属线框位于有界匀强磁场区域内，线框平面与磁场垂直， 线框的右边紧贴着磁场边界，如图甲所示.t=0时刻对线框施加一水平向右的外力，让线框从静 止开始做匀加速直线运动穿过磁场，外力F随时间t变化的图象如图乙所示.已知线框质量m=1 kg、电阻R=1。以下说法正确的是（）05 Ml 15 小甲乙A,线框做匀加速直线运动的加速度为 1 m/s2B,匀强磁场的磁感应强度为 2极T一，2C.线框交过磁场的过程中，通过线框的电何量为2 CD.线框边长为1 m9.（湘赣皖高三联考）如图所示，固定轨道由倾角为 的斜导轨与水平导轨用极短的圆弧导 轨平滑连接而成，轨道所在空间存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场，两导轨问距为L,上端用阻值为R的电阻连接.在沿斜导轨向下的拉力（图中未画出）作用下，一质量为m、11接入电路的有效电阻为R的金属杆MN从斜导轨上某一高度处由静止开始(t=0)沿斜导轨匀 加速下滑，经过时间to杆MN滑至斜轨道的最底端P2Q2处,此时速度大小为v并撤去拉力，杆MN 在水平导轨上减速运动直至停止 杆MN始终垂直于导轨并与导轨保持良好接触，导轨的电阻以