届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规律应用专项训练.doc

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第2讲 电磁感觉的规律及应用
[真题再现]
1.(多项选择)(2018·全国卷Ⅰ)如图4-2-1所示,两个线圈绕在同一根铁芯上,此中一线圈经过开关与电源连结,另一线圈与远处沿南北方向水平搁置在纸面内的直导线连结成回路。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。以下说法正确的选项是
图4-2-1
,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动
,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向
,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向
,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
分析 由电路可知,开封闭合刹时,右边线圈围绕部分的电流向下,由安培定章可知,直导线在铁芯中产生向右的磁场,由楞次定律可知,左边线圈围绕部分产生向上的电流,则直导线中的电流方向由南向北,由安培定章可知,直导线在小磁针所在地点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;开封闭归并保持一段时间后,穿过左边线圈的磁通量不变,则左边线圈中的感觉电流为零,直导线不产生磁场,则小磁针静止不动,BC错误;开封闭归并保持一段时间再断开后的刹时,穿过左边线圈向右的磁通量减少,则由楞次定律可知,左边线圈围绕部分产生向下的感觉电流,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
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2.(2018·全国卷Ⅰ)如图4-2-2所示,导体轨道OPQS固定,此中PQS是半圆弧,Q为半圆弧的中点,O为圆心。轨道的电阻忽视不计。OM是有必定电阻、可绕O转动的金属杆,M端位于PQS上,OM与轨道接触优秀。空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场,磁感觉强度的大小为B。现使OM从OQ地点以恒定的角速度逆时针转到OS地点并固定(过程Ⅰ);再使磁感觉强度的大小以必定的变化率从B增添到B′(过程Ⅱ)。在过程Ⅰ、Ⅱ中,流过OM的电荷量相等,则等于
图4-2-2
A. B. C.
分析 设OM的电阻为R,过程Ⅰ,OM转动的过程中产生的均匀感觉电动势大小为E1====,流过OM的电流为I1==,则流过OM的电荷量为q1=I1·Δt1=;过程Ⅱ,磁场的磁感觉强度大小均匀增添,则该过程中产生的均匀感觉电动势大小为E2===,电路中的电流为I2==,则流过OM的电荷量为q2=I2·Δt2=;由题意知q1=q2,则解得=,B正确,ACD错误。
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,导轨间存在挨次相邻的矩形匀强磁场所区,地区宽度均为l,磁感觉强度大小相等、方向交替向上向下。一边长为l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动。线框中感觉电流i随时间t变化的正确图线可能是
图4-2-3
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分析 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,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,因此D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时辰,金属杆进入磁感觉强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场所区,且在磁场中恰巧能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽视不计,二者向来保持垂直且接触优秀,二者之间的动摩擦因数为μ。重力加快度大小为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。
分析 (1)设金属杆进入磁场前的加快度大小为a,由牛顿第二定律得F-μmg=ma①
设金属杆抵达磁场左界限时的速度为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,由法拉第电磁感觉定律知产生的电动势为E=Blv③
联立①②③式可得E=Blt0④
(2)设金属杆在磁场所区中匀速运动时,金属杆中的电流为I,依据欧姆定律I=⑤
式中R为电阻的阻值。金属杆所受的安培力为
F安=BlI⑥
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因金属杆做匀速运动,有F-μmg-F安=0⑦
联立④⑤⑥⑦式得R=。
答案 (1)Blt0 (2)
[考情分析]
分值
6~20分
题型
选择题或计算题
命题热门
(1)电磁感觉中的图像问题
(2)电磁感觉中的电路
(3)电磁感觉中的动力学识题
(4)电磁感觉中的能量问题
考点一 楞次定律和法拉第电磁感觉定律的应用

(1)楞次定律:一般用于线圈面积不变,磁感觉强度发生变化的情况。
(2)右手定章:一般用于导体棒切割磁感线的情况。

(1)感生电动势:E=n
(2)动生电动势:
【题组打破】
1.(2017·全国卷Ⅰ)扫描地道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的相貌。为了有效间隔外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边缘其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来迅速衰减其微小振动,如图4-2-5所示。无扰动时,按以下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
图4-2-5
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分析 施加磁场来迅速衰减STM的微小振动,其原理是电磁阻尼,在振动时经过紫铜薄板的磁通量变化,紫铜薄板中产生感觉电动势和感觉电流,则其遇到安培力作用,该作用阻截紫铜薄板振动,即促进其振动衰减。方案A中,不论紫铜薄板上下振动仍是左右振动,经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,经过它的磁通量可能不变,当紫铜薄板向右振动时,经过它的磁通量不变;方案C中,紫铜薄板上下振动、左右振动时,经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.(多项选择)(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的右边。导线PQ中通有正弦沟通电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中的感觉电动势
图4-2-6
=时为零
=时改变方向
=时最大,且沿顺时针方向
=T时最大,且沿顺时针方向
分析 因通电导线的磁感觉强度大小正比于电流的大小,故导线框R中磁感觉强度与时间的变化关系近似于题图(b),感觉电动势正比于磁感觉强度的变化率,即题图(b)中的切线斜率,斜率的正负反应电动势的方向,斜率的绝对值反应电动势的大小。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在一个周期内,~内电动势的方向沿顺时针,时辰最大,C正确,其余时间段电动势沿逆时针方向,D错误。
答案 AC
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3.(多项选择)(2018·湖南一模)用导线绕一圆环,环内有一用相同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。把它们放在磁感觉强度为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
图4-2-7


∶1
∶1
分析 依据楞次定律可知,当磁场均匀减弱时,线圈内产生的感觉磁场方向与原磁场方向相同,即感觉电流方向都为顺时针,A正确,B错误;设圆形半径为a,则圆环面积为S=πa2,圆环周长为L=2πa,正方形框面积为S′=2a2,正方形线框边长之和为L′=4a,因为磁场是均匀减小的,故E=,因此圆环和正方形线框中的电动势之比为==,二者的电阻之比为=,故电流之比为==×=×=,故C正确,D错误。
答案 AC
4.(多项选择)(2018·南京联考)航母上飞机弹射跳跃是利用电磁驱动来实现的。电磁驱动原理如图4-2-8所示,当固定线圈上忽然经过直流电流时,线圈端点的金属环被弹射出去。此刻固定线左边同一地点,先后放有分别用横截面积相等的铜和铅导线制成形状、大小相同的两个闭合环,且电阻率ρ铜<ρ铝。合上开关S的刹时
图4-2-8


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,环将向左运动
,金属环不可以向左弹射
分析 线圈中电流为右边流入,磁场方向为向左,在闭合开关的过程中,磁场变强,则由楞次定律可知,环中感觉电流由左边看为顺时针,选项A正确;因为铜环的电阻较小,故铜环中感觉电流较大,铜环遇到的安培力要大于铝环,故B正确;若环放在线圈右方,依据“来拒去留”可得,环将向右运动,选项C错误;电池正负极调动后,金属环受力方向不变,故仍将向左弹出,选项D错误。
答案 AB
考点二 电磁感觉中的图像问题
“五步曲”

(1)关注初始时辰感觉电流能否为零,电流方向是正方向仍是负方向。
(2)关注电磁感觉发生的过程分为几个阶段,这几个阶段能否和图像变化相对应。
(3)关注图像斜率的大小、图像的曲直能否和物理过程对应,分析大小和方向的变化趋向。
(多项选择)(2018·银川一模)如图4-2-9所示,边长为L、总电阻为R的均匀正方形线框abcd搁置在圆滑水平桌面上,其cd边右边紧邻两个磁感觉强度为B、宽度为L、方向相反的有界匀强磁场。现使线框以速度v0匀速经过磁场所区,从开始进入到完满走开磁场的过程中,以以下图线能定性反应线框中的感觉电流(以逆时针方向为正)和a、b两点间的电势差随时间变化关系的是
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图4-2-9
[审题研究]
如何求解线框在进入磁场L~2L的过程中,产生的电动势?a和b哪一点的电势高?
由右手定章知,ab和cd产生的电动势同向,故线框的总电动势为E=2BLv0,ab边电流方向由b到a,故a点电势高。
[分析] 线框在进入磁场0~L的过程中,E=BLv0,电流I==i0,方向为逆时针方向,为正,a点的电势比b点的电势高,a,b间的电势差Uab==Blv0=U0;在L~2L的过程中,E′=2BLv0,电流I==2i0,方向为顺时针方向,为负,a的电势比b的电势高,ab间的电势差Uab==BLv0=2U0;在2L~3L的过程中,E=BLv0,电流I==i0,方向为逆时针方向,为正,a点的电势比b点的电势低,ab间的电势差Uab=-=-BLv0=-3U0,应选项A,C正确,B,D错误。
[答案] AC
【题组打破】
-t图像确立感觉电流
如图4-2-10甲所示,一根电阻为R=4Ω的导线绕成的半径为d=2m的圆,在圆内部分地区存在变化的匀强磁场,中间S形虚线是两个直径为d的半圆,磁场随时间变化如图乙所示(磁场垂直于纸面向外为正,电流逆时针方向为正),对于圆环中的电流—时间图像,以下四图中正确的选项是
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图4-2-10
答案 B
-t图像确立其余物理量变化的图像问题
(2018·南阳模拟)如图4-2-11甲所示,圆滑平行金属导轨MN,PQ所在平面与水平面成θ角,M,P两头接一电阻R,整个装置处于方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。t=0时对金属棒施加一平行于导轨的外力F,使金属棒ab由静止开始沿导轨向上运动,导轨和金属棒的电阻忽视不计。已知经过电阻R的感觉电流I随时间t变化的关系如图(乙)所示。以下对于棒运动速度v、外力F、流过R的电荷量q以及闭合回路中磁通量的变化率随时间t变化的图像正确的选项是
图4-2-11
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分析 依据题图乙所示的I-t图像设I=kt,此中k为比率系数,因E=IR,E=Blv,因此v=·t,v­t图像是一条过原点且斜率大于零的直线,说了然导体棒做的是初速度为零的匀加快直线运动,即v=at,应选项A错误;由闭合电路欧姆定律可得I==kt,可推出E=ktR,而E=,因此有=ktR,-t图像是一条过原点且斜率大于零的直线,应选项B正确;对导体棒有F-BIl=ma,而I=,v=at,则获得F=t+ma,可见F-t图像是一条斜率大于零且与F轴正半轴有交点的直线,应选项C错误;q=Δt===t2,q-t图像是一条张口向上的抛物线,应选项D错误。
答案 B
-t图像确立其余物理量
如图4-2-12所示,在竖直平面内有四条间距相等的水平虚线L1、L2、L3、L4,在L1、L2之间和L3、L4之间存在匀强磁场,磁感觉强度B大小均为1T,方向垂直于虚线所在平面。现有一矩形线圈abcd,宽度cd=L=,,电阻为2Ω,将其从图示地点(cd边与L1重合)由静止开释,速度随时间的变化关系如图乙所示,t1时辰cd边与L2重合,t2时辰ab边与L3重合,t3时辰ab边与L4重合。已知t1~,整个运动过程中线圈平面向来处于竖直方向,重力加快度g取10m/s2,则
图4-2-12
~t1时间内,