高考物理高考知识点巡查专题21电磁感应与电路

1、专题二十一 电磁感应与电路雷区扫描本部分常见的失分点有：1. 不能正确画出等效电路；2.运用电路中的基本规律列方程时将内外电路相混淆.3.动态过程分析不清.造成失误的根源在于：电路结构分析不清，哪部分是内电路（电源），哪部分是外电路，外电路是如何连接的不能正确区分；忽视电路结构的变化（电动势的变化、电阻的变化）对电流、电压、电功率分配的影响.排雷示例例1.（ 全国理综）图中EF、GH为平行金属导轨，其电阻不计，R为电阻器，C为电容器，AB为可在EF、GH上滑动的导体横杆，有匀强磁场垂直导轨平面.若用I1、I2分别表示图中该处导线中的电流，则当横杆AB 图211A.匀速滑动时，I1=0，I2=0

2、 B.匀速滑动时，I10，I20C.加速滑动时，I1=0，I2=0D.加速滑动时，I10，I20雷区探测本题是AB导体切割磁感线做电源，给外电路供电问题，题中有电阻R和电容器，因此是综合性题目.雷区诊断当AB匀速滑动时，它是电动势恒定的电源，整个电路处于稳定状态，电容器上电压等于R两端电压且一定，故电容器上电量恒定，电容器不充电也不放电，因此I2=0，但I10.当AB加速运动时，AB是电动势逐渐增大的电源，R和电容器C两端电压应逐渐增大，因此I10，因电容器不断充电，故I2 0.正确解答 D例2.（1999年上海）为了测量列车运行的速度和加速度大小，可采用如图212（1）所示的装置，它是由一块

3、安装在列车车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量记录仪组成（记录测量仪未画出）.当列车经过线圈上方时，线圈中产生的电流被记录下来，就能求出列车在各位置的速度和加速度. 图212如图212（2）所示，假设磁体端部磁感应强度B=0.004 T，且全部集中在端面范围内，与端面垂直.磁体宽度与线圈宽度相同.且都很小，线圈匝数n=5,长l=0.2 m，电阻R=0.4 （包括引出线的电阻），测试记录下来的i-s图如图213所示. 图213(1)试计算在离O（原点）30 m、130 m处列车的速度v1和v2的大小.（2）假设列车做的是匀加速直线运动，求列车加速度的大小.雷区探测这是一道与实际相

4、结合的问题，需要学习读懂测量仪的工作原理，读懂图象的物理意义，再联系所学知识.雷区诊断当磁铁进入线圈上方时，线圈左边切割磁感线，由于线圈和磁场宽度都很小，因此，此过程对应火车位移很小，速度变化也很小，可认为速度不变，线圈内感应电动势、感应电流不变.因磁铁宽度与线圈宽度相同，当磁铁到线圈正上方时，立即出磁场，线圈右边切割磁感线，产生反方向感应电流，此过程同样可认为火车速度及线圈中感应电流不变，因此从图象上读出的在一小段位移上线圈中感应电流的正、负值对应火车通过线圈所在处时的感应电流.正确解答 （1）从i-s图象上读得：s1=30 m时，i1=0.12 A,s2=130 m时，i2=0.15 A

5、根据感应电流公式I=得离O点30 m处列车速度为v1 v1=m/s=12 m/s离O点130 m处列车速度为v2 v2=m/s=15 m/s（2）加速度a= a=m/s2=0.405 m/s2例3.（1999年上海高考）如图214所示，长为L、电阻r=0.3 、质量m=0.1 kg的金属棒CD垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，两导轨间距也是L，棒与导轨间接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有R=0.5 的电阻，量程为03.0 A的电流表串接在一条导轨上，量程为01.0 V的电压表接在电阻R的两端，垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面.现以向右恒定外力F使金属棒右移.当金属棒以v=2

6、m/s的速度在导轨平面上匀速滑动时，观察到电路中的一个电表正好满偏，而另一个电表未满偏.问： 图214（1）此满偏的电表是什么表？说明理由.(2)拉动金属棒的外力F多大？雷区探测此题是导体切割磁感线时，将其他形式的能转化为电能问题，导体棒做电源，其余为外电路，考查学生分析、推理能力及基础知识应用能力.雷区诊断题中只有一个表满偏，可以通过假设其中一只满偏来看另一只的情况做判断，求拉力大小可由功能关系，因导体棒匀速滑动时拉力做多少功，它克服安培力就做多少功，就转化成多少电能，也可以由F=BIL，先求I及L.正确解答 （1）电压表满偏.若电流表满偏，则I=3 A，U=IR=1.5 V，大于电压表量程

7、.(2)由功能关系 Fv=I2(R+r)而 I=U/R所以F=代入数据得F=1.6 (N)例4.（ 上海）如图215，半径为a的圆形区域内有均匀磁场，磁感强度为B= 0.2 T，磁场方向垂直纸面向里.半径为b的金属圆环与磁场同心地放置，磁场与环面垂直，其中a=0.4 m,b=0.6 m.金属环上分别接有灯L1、L2，两灯的电阻均为R0=2 .一金属棒MN与金属环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计.图215(1)若棒以v0=5 m/s的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径OO的瞬时（如图215所示）MN中的电动势和流过灯L1的电流.(2)撤去中间的金属棒MN，将右面的半圆环OL2O以OO为轴向

8、上翻转90，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为B/t=(4/)T/s,求L1的功率.雷区探测此题中关键是理清电路结构，分清内外电路.雷区诊断当棒向右匀速滑过磁场时，棒内在磁场部分为电源，外电路为两灯并联，当撤去金属棒且将OL2O 以OO为轴向上翻转90，磁场随时间均匀变化时，两灯串联成回路，由于回路中磁通量变化而产生感应电动势，但要注意穿过回路磁通量是原来一半.正确解答 （1）E1=B2av=0.20.85=0.8(V)I1=E1/R=0.8/2=0.4(A)(2)E2=/t=0.5a2B/t=0.32 VP1=(E2/2)2/R=1.2810-2 W例5.如图216所示，固定于水平桌面上的

9、金属框架cdef，处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，可无摩擦滑动.此时abed构成一个边长为l的正方形.棒的电阻为r，其余部分电阻不计.开始时磁感强度为B0.图216(1)若从t=0时刻起，磁感强度均匀增加，每秒增量为k，同时保持棒静止.求棒中的感应电流.在图上标出感应电流的方向.(2)在上述（1）情况中，始终保持棒静止，当t=t1s末时需加的垂直于棒的水平拉力为多大？（3）若从t=0时刻起，磁感强度逐渐减小，当棒以恒定速度v向右做匀速运动时，可使棒中不产生感应电流，则磁感强度应怎样随时间变化（写出B与t的关系式）？雷区探测此题考查法拉第电磁感应定律、安培力、感应电流产生的条件等

10、.雷区诊断当回路中磁感应强度均匀增加时，回路面积一定，故回路中感应电动势、感应电流一定，但安培力随时间变化，因为磁场随时间变化.当导体向右做匀速直线运动时，回路面积增大，只有让磁场减弱才能保证回路中的磁通量不变，回路中无感应电流. 正确解答 （1）感应电动势E=kl2感应电流I=方向：逆时针（2）t=t1s时，B=B0+kt1F=BIl所以F=(B0+kt1) (3)总磁量不变Bl(l+vt)=B0l2所以 B=排雷演习1.如图217所示，两个互连的金属圆环，粗金属环的电阻为细金属环电阻的二分之一.磁场垂直穿过粗金属环所在区域，当磁感应强度随时间均匀变化时，在粗环内产生的感应电动势为E,则a、

11、b两点间的电势差为图217A.E B.E C. E D.E2.铁路上使用一种电磁装置向控制中心传输信号以确定火车的位置，磁铁能产生匀强磁场，被安装在火车首节车厢下面，如图218甲所示（俯视图）.当它经过安放在两铁轨间的线圈时，便会产生一电信号，被控制中心接收.当火车以恒定速度通过线圈时，表示线圈两端的电压随时间变化关系的是图乙中的图2183.如图219所示，abcd是粗细均匀的电阻丝制定的长方形线框，导体棒MN有电阻，可在ad边与bc边上无摩擦滑动，且接触良好，线框处在垂直纸面向里的匀强磁场中，在MN由靠近ab边处向dc边匀速滑动的过程中，下列说法正确的是图219A.矩形线框消耗的功率先减小后

12、增大 B.MN棒中的电流强度先减小后增大C.MN棒两端的电压先减小后增大 D.MN棒上拉力的功率先减小后增大4.让闭合线圈abcd从高处自由下落一段距离后进入匀强磁场，如图2110（a）所示，从bc边开始进入磁场到ad边刚进入磁场这段时间内，图2110（b）所示的四个v-t 图象中，肯定不能表示线圈运动情况的是 图2110（a） 图2110（b）5. 如图2111所示，A是一个边长为L的正方形线框，电阻为R，今维持线框以恒定速度v沿x轴运动，并穿过图中所示的两个匀强磁场，方向分别垂直纸面向里和向外，强度均为B.若以逆时针方向为电流的正方向，设线框在图示位置的时刻为零时刻，则线框中感应电流i随时

13、间t的变化图象为图2112中的 图2111 图21126.（ 上海，22）如图2113所示，OACO为置于水平面内的光滑闭合金属导轨，O、C处分别接有短电阻丝（图中用粗线表示），R1=4 ,R2=8 （导轨其他部分电阻不计）.导轨OAC的形状满足方程y=2sin(x)(单位：m).磁感应强度B=0.2 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面.一足够长的金属棒在水平外力F作用下，以恒定的速率v=5.0 m/s水平向右在导轨上从O点滑动到C点，棒与导轨接触良好且始终保持与OC导轨垂直，不计棒的电阻.求：（1）外力F的最大值；（2）金属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗的最大功率；（3）在滑动过程中通过金属棒

14、的电流I与时间t的关系.7.1994年，科学家曾在“阿特兰蒂斯”号航天飞机上进行过一项利用金属缆绳发电的试验.在航天飞机正常飞行时，从机上对准地心发射出一根长20 km的金属缆绳，缆绳的总电阻为800 .设航天飞机的飞行高度为300 km，速度为7.7103 m/s.地球半径为6400 km，地磁场水平分量为3.510-5 T.根据设计要求该金属缆绳中能产生3 A电流，然而该试验由于缆绳断裂只取得部分成功，试估算：（1）缆绳提供的电压.(2)若按设计要求，航天飞机绕地球飞行一周可获得的电能为多大？8.有一种磁性加热装置，其关键部分由焊接在两个等大金属环上的n根间距相等的平行金属条组成，成“鼠笼

15、”状，如图2114所示.每根金属条的长度为l，电阻为R，金属环的直径为D，电阻不计.图中虚线所示的空间范围内存在着磁感应强度为B的匀强磁场，磁场宽度恰等于金属条间距，当金属环以角速度绕过两圆环的圆心的轴OO旋转时，始终有一根金属条在垂直切割磁感线，“鼠笼”的转动由一台电动机带动，这套设备的效率为，求电动机输出的机械功率. 图2114图21159.两根相距d=0.20 m的平行金属导轨固定在同一水平面内，并处于竖直方向的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B=0.20 T，导轨上面横放着两条金属杆，构成矩形回路.每条金属细杆的电阻r=0.25 ，回路中其余部分的电阻可不计，已知两金属细杆在平行于导轨的拉力作用下沿导轨朝相反方向匀速平移，速度大小都是v=5.0 m/s，如图2115所示，不计导轨上摩擦.(1)求作用于每条金属细杆的拉力大小.(2)两金属细杆在间距增加为0.40 m 的滑动过程中共产生的热