2013高考物理一轮复习专题13电磁感应正式版

2013高考物理一轮复习专题13电磁感应本考点一般以选项题和计算题两种形式岀现，若是选项题一般考查对磁感应强度、磁感线、安培力和洛仑兹力这些概念的理解， 以及安培定则和左手定则的运用； 若是计算题主要考查安培力大小的计算， 以及带电粒子在磁场中受到洛伦兹力和带电粒子在磁场中的圆周运动的分析判断和计算， 尤其是带电粒子在电场、 磁场中的运动问题对学生的空间想象能力、 分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求， 仍是本考点的重点内容， 有可能成为试卷的压轴题。由于本考点知识与现代科技密切相关， 在近代物理实验中有重大意义， 因此考题还可能以科学技术的具体问题为背景，考查学生运用知识解决实际问题的能力和建模能力。预测2013年的高考基础试题仍是重点考查法拉第电磁感应定律及楞次定律和电路等效问题•综合试题还是涉及到力和运动、动量守恒、能量守恒、电路分析、安培力等力学和电学知识•主要的类型有滑轨类问题、线圈穿越有界磁场的问题、电磁感应图象的问题等•此除日光灯原理、磁悬浮原理、电磁阻尼、超导技术这些在实际中有广泛的应用问题也要引起重视。【考点定位】历年高考对本考点知识的考查覆盖面大，几乎每个知识点都考查 至叽特别是左手定则的运用和带电粒子在磁场中的运动更是两个命题频率最高的知识点. 带电粒子在磁场中的运动考题一般运动情景复杂、综合性强，多以把场的性质、运动学规律、牛顿运动定律、功能关系及交变电流等有机结合的计算题出现， 难度中等偏上，对考生的空间想象能力、 物理过程和运动规律的综合分析能力及用数学方法解决物理问题的能力要求较高。 从近两年高考看，涉及本考点的命题常以构思新颖、高难度的压轴题形式出现， 在复习中要高度重视。特别是带电粒子在复合场中的运动问题在历年高考中出现频率高，难度大，经常通过变换过程情景、翻新陈题面貌、 突出动态变化的手法，结合社会、生产、科技实际来着重考查综合分析能力、知识迁移和创新应用能力。情景新颖、数理结合、联系实际将是本考点今年高考命题的特点。近年来高考对本考点内容考查命题频率极高的是感应电流的产生条件、 方向判定和导体切割磁感线产生的感应电动势的计算，且要求较高. 几乎是年年有考；其他像电磁感应现象与磁场、 电路和力学、电学、能量及动量等知识相联系的综合题及图像问题在近几年高考中也时有岀现； 另外，该部分知识与其他学科的综合应用也在高考试题中出现。试题题型全面， 选择题、填空题、计算题都可涉及，尤其是难度大、涉及知识点多、综合能力强，多以中档以上题目岀现来增加试题的区分度，而选择和填空题多以中档左右的试题出现.带电粒子在电场、磁场中的运动是中学物理中的重点内容， 这类问题对学生的空间想象能力、 分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求， 是考查考生多项能力的极好载体， 因此历来是高考的热点，在实行了三年的理科综合能力测试中也是每年都考，且分值分别达 18分、14分和20分，预计以后每年都不会低于 10%勺分值。带电粒子在电场、磁场、重力场中的运动，简称带电粒子在复合场中的运动，一般具有较复杂的运动图景。这类问题本质上是一个力学问题，应顺应力学问题的研究思路和运用力学的基本规律。分析带电粒子在电场、磁场中运动，主要是两条线索：力和运动的关系。根据带电粒子所受的力，运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解。功能关系。根据场力及其它外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系，从而可确定带电粒子的运动情况， 这条线索不但适用于均匀场， 也适用于非均匀场。因此要熟悉各种力做功的特点。处理带电粒子在场中的运动问题应注意是否考虑带电粒子的重力。这要依据具体情况而定，质子、a粒子、离子等微观粒子，一般不考虑重力；液滴、尘埃、小球等宏观带电粒子由题设条件决定，一般把装置在空间的方位介绍的很明确的，都应考虑重力，有时还应根据题目的隐含条件来判断。处理带电粒子在电场、磁场中的运动，还应画好示意图，在画图的基础上特别注意运用几何知识寻处理带电粒子在电场、找关系［来源:12］【2012高考试题解析】（2012•福建）18、【原题】：如图甲，一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落，穿过一根竖直悬挂的条形磁铁，铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴始终保持重合。 若取磁铁中心0为坐标原点，建立竖直向下正方向的x轴，则图乙中最能正确反映环中感应电流 i随环心位置坐标x变化的关系图像是1」0X【答案】【解析】B由楞次定律可知，感应线圈中电流方向变化，综合分析两个峰值不可能相等，由排除法可知正确答案选D.电磁感应图像问题。【考点定位】：楞次定律,电磁感应图像问题。（2012'四川）如图所示，在铁芯F上疑着两个统圈庁和打则凡绕圈口输入正弦交变电證.线圈0可输出恒走电流绕圈金输入恒定电流，穿过线圈尸的磁通量一定为零绕圈?输出册交变电流不对线圈:的磁场造成影响绕圈鸟的磁场变优时，竝圈$中一定有电场【答案】；D【解析】：绕匿m输入正弦交变电流，线圈匕可输出同频率的交变电流，A错谓.疑圈梆输入恒定电流，产生的磁场穿过线圈4穿过线懸I的磁通壘不为零，弓错误■根据互感现聖，绕圈］输出的交变电渝，对线圈二朗磁场会造成影响，匚错误.根据麦克斯韦由破场理论，吏化的磁场产生电场，境圈卫的磁场变化时，线圈匸中会产生电场，D正确.【考点定位】本题考查电磁感应现象，互感现象，麦克斯韦电讎坊理论.【答案】A【解析】对于A选项，电流先正向减小，这一过程， 电流在矩形线框内产生的磁场方向垂直纸面向里，且逐渐减小，根据楞次定律可知感应电流的磁场方向与原磁场方向相同也是向里， 再根据安培定则可知，感应电流方向为顺时针方向， 合力方向与线框左边所受力方向都向左； 然后电流反向增大，在此过程，电流在矩形线框内产生的磁场方向垂直纸面向外， 且逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的磁场方向与原磁场方向相反， 再根据安培定则可知，感应电流方向为顺时针方向，合力方向与线框左边所受力方向都向右，综上所述，选项 A正确，选项BC、D错误。【考点定位】本考点主要考查对楞次定律的理解和应用(2012•浙江)25、(22分)为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了一种“闪烁”装置，如图所示，自行车后轮由半径 r1=5.0X10-2m的金属内圈、半径r2=0.40m的金属内圈和绝缘辐条构成。后轮的内、外圈之间等间隔地接有 4根金属条，每根金属条的中间均串联有一电阻值为 R的小灯泡。在支架上装有磁铁，形成了磁感应强度 B=0.10T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场，其内半径为ri、外半径为心、张角0=n/6。后轮以角速度 3=2nrad/s相对于转轴转动。若不计其它电阻，忽略磁场的边缘效应。(1)当金属条ab进入“扇形”当金属条ab进入“扇形”(1)当金属条ab进入“扇形”当金属条ab进入“扇形”从金属条ab进入“扇形”磁场时，画岀“闪烁”装置的电路图；磁场开始，经计算画出轮子转一圈过程中，内圈与外圈之间电势差Uab-t图象；(4)若选择的是“1.5V、0.3A”的小灯泡，该“闪烁”装置能否正常工作？有同学提岀，通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径「2、角速度3和张角0等物理量的大小，优化前同学的设计方案,请给出你的评价。25.【解析】金属条ab在磁场中切割磁感线运动，所构成的回路磁通量变化，设经过时间 J.i，磁通量变化率为-'：，由法拉第电磁感应定律得：乂① _ _ ②

E二空二4%沪卩由①②两式并代入数据得： 「一 ③根据右手定则（或愣次定律），可知感应电流方向为'—'O④（2）通过分析，可得电路为⑶设电路中的总电阻，根据电路可知（2）通过分析，可得电路为⑶设电路中的总电阻，根据电路可知-R:⑤Ab两段电势差为’‘冷_土…"_「… •’⑥设ab离开磁场区域的时刻为 T,下一条金属条进入磁场区域的时刻为设轮子转一圈的周期为 T,则T=1s⑨在T=1s内，金属条四次进出磁场，后三次与第一次一样“冲刃烁-•装買不能正常工作•（金属条的电动势远小于小灯泡的额走电压，因比吒法正常工作）*増犬，E聲匕但有限度t増丈，E增大，但有限度記増大，E暦大，（旦苟限度B増大，E不变.【考点定位】电磁感应、电路、此題最后一间为开胶性试题.（2012•江苏）13.（15分）某兴趣小组设计了一种发电装置 ，如图所示.在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角琢均为 49仔,磁场均沿半径方向.匝数为N的矩形线圈abed的边长ab=ed=.、be=ad=2..线圈以角速度棕绕中心轴匀速转动 ,be和ad边同时进入磁场.在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大小均为 B、方向始终与两边的运动方向垂直 .线圈的总电阻为r,外接电阻为R.求：（1） 线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em;（2） 线圈切割磁感线时,bc边所受安培力的大小F;TOC\o"1-5"\h\z⑶外接电阻上电流的有效值 I.【解析】13.（1）bc、ad边的运动速度 1 感应电动势f："一1解得亠—心'」;F_4N临可切⑵电流“ 「 5.安培力厂--解得 .「丄⑶一个周期内，通电时间R上消耗的电能匸’」且“ _解得 :【考点定位】法拉第电磁感应定律 电功 磁场对电流的作用（2012•安徽）23.（16分）图1是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为 —的匀强磁场中，有一矩形线图是"可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴 一一转动，由线圈引起的导线 一』和-「分别与两个跟线圈一起绕一一转动的金属圈环相连接，金属圈环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电话电阻 二形成闭合电路。图2是线圈的住视图，导线，」和一'丿分别用它们的横截面来表示。 已知丄-长度为「丨，Ui长度为…:,线圈以恒定角速度J

逆时针转动。（只考虑单匝线圈）（1）线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导 t时刻整个线圈中的感应电动势 「的表达式;（2）线圈平面处于与中性面成”夹角位置时开始计时， 如图3所示，试写岀t时刻整个线圈中的感应电动势一］的表达式；（3）若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热。（其它电阻均不计）【解析】⑴从D时刻起经过E时「亦线框转过甬度3=斜，线框的切割边■线速度v=Or,得恥边H》丫同边v;=C）rz切割速度为Iq= sinQj=色sin6,两条边切割时产生感应电动势：E、=时桦sin 魏，两边产主的感应电动势在闭合电路中环形同向，£=£1+£;:?1+^;=/;所以 E訪/回血仙⑵道理同上间.只是有个初相位；戸巩3曲1（皈+甕）⑶线圈转动一周，此为正（余）弦交流电:2开转动周电流在R⑶线圈转动一周，此为正（余）弦交流电:2开转动周电流在R上做功:(R+r)2【考点定位】功、电磁感应（2012•上海）33.（14分）如图，质量为M的足够长金属导轨abed放在光滑的绝缘水平面上。一电阻不计，质量为m的导体棒PQ放置在导轨上，始终与导轨接触良好， PQbc构成矩形。棒与导轨间动摩擦因数为 卩，棒左侧有两个固定于水平面的立柱。导轨 be段长为L，开始时PQ左侧导轨的总电阻为R右侧导轨单位长度的电阻为R。以ef为界，其左侧匀强磁场方向竖直向上，右侧匀强磁场水平向左，磁感应强度大小均为 B在t=0时，一水平向左的拉力 F垂直作用在导轨的be边上，使导轨由静止开始做匀加速直线运动，加速度为 a。求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式；经过多长时间拉力F达到最大值，拉力F的最大值为多少？某过程中回路产生的焦耳热为 Q,导轨克服摩擦力做功为W求导轨动能的增加量【解析】⑴感应电动势为导執做初速为零的匀加速运动，尸m1,匚=—箱回路中感应电流随时间变化的表达式处：j_BLv_BLar_BLat陀R+2R.'-ar只+W、?>■(2)导轨受外力F,安培力Fa摩擦力f。其中B^at B^atFa=BIL=R+尺加Ff=mF=m(m叶BIL)=m(m叶应+丄备加)由牛顿定律F-Fa—Ff=Ma锐atF=Ma+Fa+Ff=Ma+mm扌(1+m)」'旳R上式中当 =R0at即t=时外力F取最大值，Fmax=Ma^mm^(1+m)BV,(3)设此过程中导轨运动距离奘二由动能定理F严左n由于摩擦力皆口(哗所以摩第力做功匕：'•=严弊+3山=；..-.呀+述9__W—uOJ !■【芳点定位】电薙感应、功和能、电路(2012•上海)26.(4分)为判断线圈绕向，可将灵敏电流计 G与线圈L连接，如图所示。己知线圈由a端开始绕至b端：当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转。（1）将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入 L时，发现指针向左偏转。俯视线圈，其绕向为TOC\o"1-5"\h\z （填：“顺时针”或“逆时针”） 。（2）当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离 L时，指针向右偏转。俯视线圈，其绕向为 （填：“顺时针”或“逆时针”） 。【答案】（1）顺时针，（2）逆时针，【解析】（1）由题可知在螺线管内电流从 b流向a，而根据楞次定律（增反减同）螺线管中产生的磁场与原磁场方向相反（向上）再根据右手螺旋定则可知电流方向为逆时针方向（俯视线圈） ，因此从a向b看导线绕向为顺时针方向（2）由题可知在螺线管内电流从 a流向b，而根据楞次定律（增反减同）螺线管中产生的磁场与原磁场方向相同（向上）再根据右手螺旋定则可知感应电流方向与 （1）相同，而电流的流向与（1）相反，因此绕向一定与此（1）相反为逆时针方向（俯视线圈） 。【考点定位】电磁感应【2011高考试题解析】（福建）如图，足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成 ［角（OvJv90°）,其中MN与PQ平行且间距为L,导轨平面与磁感应强度为 B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计。金属棒，丿由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触， 棒接入电路的电阻为R当流过棒某一横截面的电量为q时，金属棒的速度大小为r，则金属棒」」在这一过程中XXXX X X X X XX X X X X XA.辿运动的平均遠度大小为JrB・平行寻轨的位移大小为巡BLC・产生的焦耳热^BL\D.受到的最犬安堵力大小为巳上丄dxi&R答案’B解析匕此题鴉查电麓感应、安培力、焦耳定律、平均速度等知识点.由于金属棒抽下滑徴血谨度越来越小的加谨运动，血运动的平均逮度大小一定大于丄1,选项円鞫昱由尸譽穿平行导轨的位移知“务选毎踊产如焦耳热为由于工随时间逐渐增大，选项C错渓:当金属棒的速度大小洵辛时，金属棒中感应电流I=BLV/RS*Z.*v最大，受気的安培力最大，大小洵片虹"仝上丄，选项D措误.R（全国）如图，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流 li和丨2,且li>12,a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点，且a、b、c与两导线共面；b点在两导线之间，b、d的连线与导线所在的平面垂直。磁感应强度可能为零的点是* ® » ® •a 】、 t- 7- wA*3 Bib点C*c点D•才点【答案】C【解析】由安培宦则和平行四边形定则知某点磁感应强度芮零，则两电流在该处的磴感应强度荐犬反向，由安培定则和平行四边形定则知氐d两点合磁感应强度一定不为零，排除肌在捡c两点的磁感应强JS方向相反，又£>兀BE除扎故选c（安徽）如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为 B。电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的 0轴以角速度3匀速转动（0轴位于磁场边界）则线框内产生的感应电流的有效值为込返8加返8加込A.二B. -C. kD.匸答案：D解析：交流电流的有效值是根据电流的热效应得岀的， 线框转动周期为T,而线框转动一周只有T/4的时间内有感应电流，则有（北京）某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁心的线圈 L、小灯泡A、开关S和电池组E,用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关 S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复，仍未见老师演示时岀现的小灯泡闪亮现象， 他冥思苦想找不岀原因。你认为最有可能造成小灯泡末闪亮的原因是电源的内阻较大小灯泡电阻偏大线圈电阻偏大线圈的自感系数较大答案：C解析’新电的自感现象，断换电感线圈与小灯泡绢成回路，电感践胡潴存磴能转化为电能，电感线圈相当于电源，具自感电动势£.=Z—,与瘵电源无关.A错误；小灯泡电阻偏丸.BAr分得的电压大，可能肴到显著的延时熄灭现象*丘错误;线圈电阻偏犬，相当于电源內阻大，使小灯泡分得的电压/卜可看至4不品著的延时熄灭现象，C正甌袋圈的自感系数较丸时，自感电动势较大，可能看到显薯的延时熄灭现彖D错误.（广东）将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直， 关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是 ]A、 感应电动势的大小与线圈的匝数无关B、 穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大C、 穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大D感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同答案：C解析：由法拉第电磁感应定律,-Ap解析：由法拉第电磁感应定律,-ApS^BE-n——-n 乂，选项A错误。穿过线圈的磁通量越大，并不代表穿过线圈的磁通量变化率大，选项 B错误，C正确。由楞次定律感应电流的磁场总是阻碍产生感应电流的磁通量的变化， 感应电流的磁场方向与原磁场方向有时相同， 有时相反。选项D错误。（江苏）如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计。匀强磁场与导轨平面垂直。阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触。 t=0时，将开关S由1掷到2。q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度。下列图象正确的是【答案】D1时，电容器充电，打到 1时，电容器充电，打到 2位置，通过右侧回路放电，随着电容器放电，电容器极板电荷量减少，两极间电压减小，电路电流减小，安培力减小，加速度减小，最终电流减为零，此时导体棒做匀速运动，导体棒两端因切割磁感线产生电动势,电容器两极板间电压不为零，极板上仍有电荷，综上，D项正确。■1VVVXXXXXXXXXXXX*k•・•-*»（山东）如图甲所示，两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计。两质量、长度均相同的导体棒］、d，置于边界水平的匀强磁场上方同一高度 ；.处。磁场宽为3；.，方向与导轨平面垂直。先由静止释放】，】刚进入磁场即匀速运动，此时再由静止释放 d，两导体棒与导轨始终保持良好接触。用1表示1的加速度，：」表示d的动能，〔、〔；分别表示1、_：相对释放点的位移。图乙中正确的是答罷BD解析’由于匚剛进入磁场同卩勻速运动，此时再由静止