1、电磁感应的综合问题核心知识整合高考题型突破教师备用习题核心知识整合电磁感应1.楞次定律中“阻碍”的表现(1)阻碍磁通量的变化(增反减同).(2)阻碍物体间的相对运动(来拒去留).(3)阻碍原电流的变化(自感现象).核心知识整合核心知识整合核心知识整合4.电磁感应电路中产生的焦耳热当电路中电流恒定时,可用焦耳定律计算;当电路中电流变化时,则用功能关系或能量守恒定律计算.高考题型突破高考题型1电磁感应现象和楞次定律BC高考题型突破高考题型突破高考题型突破1.2017全国卷 扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌.为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装
2、若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图所示.无扰动时,按下列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()ABCDA 考向预测高考题型突破解析 紫铜薄板上下及左右振动,都存在磁通量变化的为选项A所示方案.高考题型突破B高考题型突破高考题型突破3.如图甲所示,线圈A(图中实线,共100匝)的面积为0.3 m2,总电阻r=2,A右侧所接电路中,电阻R1=2,R2=6,电容C=3 F,开关S1闭合,A中有面积为0.2 m2的区域D(图中虚线),D内有如图乙所示的变化磁场,t=0时刻,磁场方向垂直于线圈平面向里.下列判断正确的是()A.闭合S
3、2、电路稳定后,通过R2的电流由b流向aB.闭合S2、电路稳定后,通过R2的电流大小为0.4 AC.闭合S2、电路稳定后再断开S1,通过R2的电流由b流向aD.闭合S2、电路稳定后再断开S1,通过R2的电荷量为2.410-6 CB高考题型突破高考题型突破高考题型2电磁感应中的图像问题 例2(多选)2019全国卷 如图所示,两条光滑平行金属导轨固定,所在平面与水平面夹角为,导轨电阻忽略不计,虚线ab、cd均与导轨垂直,在ab与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场.将两根相同的导体棒PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放,两者始终与导轨垂直且接触良好.已知PQ进入磁场时加速度恰好为零.
4、从PQ进入磁场开始计时,到MN离开磁场区域为止,流过PQ的电流随时间变化的图像可能正确的是 ()AD高考题型突破高考题型突破高考题型突破技法点拨 1.电磁感应图像问题在电磁感应现象中,磁感应强度、磁通量、感应电动势、感应电流及磁场对导线的作用力等物理量随时间(或位移)的变化规律可用图像直观地表示.图像问题常见命题形式有两种:(1)由给定的电磁感应过程判断相应物理量的函数图像;(2)由给定的有关图像分析电磁感应过程,确定相关的物理量.2.解题思路(1)明确图像的种类;(2)分析电磁感应的具体过程;(3)结合相关规律写出函数表达式;(4)根据函数关系进行图像分析.高考题型突破3.图像问题应关注以下
5、三点(1)初始时刻电动势、电流等是否为零,方向是沿正方向还是沿负方向;(2)电磁感应现象分为几个阶段,各阶段是否与图像变化对应;(3)判定图像的斜率大小、图像曲直与物理过程是否对应,分析斜率对应的物理量的大小和方向的变化趋势.高考题型突破D 考向预测高考题型突破高考题型突破高考题型突破2.如图甲所示,梯形硬导线框abcd固定在磁场中,磁场方向与线框平面垂直,图乙表示该磁场的磁感应强度B随时间t变化的图像,t=0时刻磁场方向垂直纸面向里.在05t0时间内,设垂直ab边向上为安培力的正方向,线框ab边受到的该磁场对它的安培力F随时间t变化的图像为()D高考题型突破高考题型突破在t02t0时间内,线
6、框ab边受到该磁场对它的安培力F方向为向下(负值),且随时间逐渐增大,同理可判断出:在3t04t0时间内,线框ab边受到该磁场对它的安培力F方向为向上(正值),且随时间逐渐减小;在4t05t0时间内,线框ab边受到该磁场对它的安培力F方向为向下(负值),且随时间逐渐增大.所以线框ab边受到该磁场对它的安培力F随时间t变化的图像为D.高考题型突破3.(多选)如图所示,空间内有两个边界互相平行的条形匀强磁场区域,磁感应强度为B=1 T,两区域磁场方向相反,磁场宽度与间隔均为d.矩形导线框宽为d,长为2d,电阻R=1,线框平面与磁场方向垂直,线框右边与磁场边界重合.已知d=1 m,规定磁感应强度与磁
7、通量都是垂直于纸面向里为正,如果使线框以v=1 m/s的速度匀速穿过磁场区域,则下列关于线框穿过磁场过程中所受安培力大小F及穿过线框的磁通量的图像正确的是()AD高考题型突破解析 线框运动第1个d=1 m时,感应电动势E=Bdv=1 V,安培力F=BId=1 N不变,磁通量=Bdvt随时间均匀向里增加.线框运动第2个d=1 m时,感应电动势为零,安培力为零,磁通量向里不变.线框运动第3个d=1 m时,感应电动势E=2Bdv=2 V,安培力F=2BId=4 N不变,磁通量=Bd2-2Bdvt随时间先均匀向里减少后均匀向外增加.线框运动第4个d=1 m时,感应电动势为零,安培力为零,磁通量向外不变
8、.线框运动第5个d=1 m时,感应电动势E=Bdv=1 V,安培力F=BId=1 N不变,磁通量=-Bd2+Bdvt随时间均匀向外减少.故A、D正确,B、C错误.高考题型突破高考题型3电磁感应中的动力学问题 例3 2019天津卷 如图所示,固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨,垂直于导轨放置的两根金属棒MN和PQ长度也为l、电阻均为R,两棒与导轨始终接触良好.MN两端通过开关S与电阻为R的单匝金属线圈相连,线圈内存在竖直向下均匀增加的磁场,磁通量变化率为常量k.图中虚线右侧有垂直于导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B.PQ的质量为m,金属导轨足够长、电阻忽略不计.(1)闭合S,若
9、使PQ保持静止,需在其上加多大的水平恒力F,并指出其方向;(2)断开S,PQ在上述恒力作用下,由静止开始到速度大小为v的加速过程中流过PQ的电荷量为q,求该过程安培力做的功W.高考题型突破高考题型突破高考题型突破技法点拨 1.电磁感应中产生的感应电流在磁场中受安培力的作用,从而影响导体棒的受力和运动情况.此类问题中运动现象与电磁感应现象相互联系、相互制约.2.解题常见思维过程高考题型突破1.(多选)如图所示,两条足够长的光滑平行金属导轨竖直放置,两导轨上端接有电阻R(其余电阻不计),虚线MM和NN之间有垂直于导轨平面向外的匀强磁场,磁场的磁感应强度为B1,虚线NN和PP之间也有垂直于导轨平面向
10、外的匀强磁场,磁场的磁感应强度为B2(B1B2).现将质量为m的金属杆ab从MM上方某处由静止释放,ab在下落的过程中与导轨保持良好接触,且始终保持水平,已知ab到达NN和PP之前已经做匀速运动.则ab从MM运动到PP这段时间内的v-t图像可能是()BC 考向预测高考题型突破解析 ab到达MM切割磁感线时,若安培力大于重力,ab做加速度减小的减速运动,若安培力等于重力,ab做匀速运动,若安培力小于重力,ab做加速度减小的加速运动;ab到达NN前已经做匀速运动,即安培力等于重力,则当ab到达NN时,由于磁感应强度减小,安培力变小,会小于重力,ab做加速度减小的加速运动.可知B、C正确,A、D错误
11、.高考题型突破2.(多选)如图所示,固定在同一水平面内的两平行长直金属导轨,间距为1 m,其左端用导线接有两个阻值为4 的电阻,整个装置处在竖直向上、大小为2 T的匀强磁场中.一质量为2 kg的导体杆MN垂直于导轨放置,已知杆接入电路的电阻为2,杆与导轨之间的动摩擦因数为0.5.对杆施加水平向右、大小为20 N的拉力,杆从静止开始沿导轨运动,杆与导轨始终保持良好接触,导轨电阻不计,重力加速度g取10 m/s2.则()A.M点的电势高于N点B.杆运动的最大速度是10 m/sC.杆上产生的焦耳热与两电阻产生焦耳热的和相等D.当杆达到最大速度时,导体杆两端的电势差大小为20 VBC高考题型突破高考题
12、型突破高考题型突破3.如图所示,斜面光滑,倾角=30,在斜面上放置一矩形线框abcd,ab边的长l1=1 m,bc边的长l2=0.6 m,线框的质量m=1 kg,电阻R=0.1,线框用细线通过定滑轮与重物相连(不计摩擦),重物质量M=2 kg,斜面上ef线与gh线(efgh)间有垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度为B=0.5 T.如果线框从静止开始运动,当ab边进入磁场时恰好做匀速直线运动,ef线和gh线间的距离为9.1 m,g取10 m/s2,求:(1)ab边由ef线运动到gh线这段时间内产生的焦耳热;(2)ab边由ef线运动到gh线所用的时间.高考题型突破答案(1)9 J(2)1.1 s高
13、考题型突破高考题型4电磁感应中的能量和动量问题 例4(多选)如图所示,导体框位于竖直平面内,匀强磁场垂直于纸面向里,磁感应强度大小B=2.0 T,水平导体棒MN可沿两侧足够长的光滑导轨下滑而不分离,且始终与导轨垂直,导体棒MN质量m=0.1 kg,接入电路的电阻r=1.0;导轨宽度L=1.0 m,定值电阻R=3.0,装置的其余部分电阻可忽略不计.将导体棒MN无初速度释放,导体棒下滑h=2.0 m高度时速度达到最大,重力加速度g取10 m/s2.则导体棒()A.下滑的最大速度为4 m/sB.从释放到下滑h高度所经历时间为2.1 sC.从释放到下滑h高度过程中,电阻R产生的热量为1.95 JD.从
14、释放到下滑h高度过程中,通过电阻R的电荷量为1 CBD高考题型突破高考题型突破高考题型突破1.(多选)如图所示,电阻不计的足够长平行金属导轨MN和PQ水平放置,M、P间有阻值为R=1 的电阻,导轨间距为2 m,其间虚线左侧区域有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B=0.5 T.质量m为0.5 kg、电阻为1 的导体棒CD垂直于导轨放置并与导轨接触良好,CD棒与导轨间的动摩擦因数=0.2.现导体棒获得初速度v0为10 m/s,经过距离x=9 m进入磁场区,又经2 s后停了下来,g取10 m/s2.则关于该过程中流过导体棒CD的电荷量q及电阻R产生的热量Q,下列说法正确的是()A.q=2 CB.q=
15、4 CC.Q=12 JD.Q=6 JAD 考向预测高考题型突破高考题型突破高考题型突破2.如图所示,两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ放在水平面上,左端向上弯曲,导轨间距为L,电阻不计,水平段导轨所处空间存在方向竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为B.导体棒a、b的质量分别为ma=m,mb=2m,电阻值分别为Ra=R,Rb=2R.b棒静止放置在水平导轨上足够远处,与导轨接触良好且与导轨垂直;a棒在弧形导轨上距水平面h高度处由静止释放,运动过程中导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直,重力加速度为g,则下列说法错误的是()A高考题型突破高考题型突破高考题型突破教师备用习题BC 备用真题 教师备
16、用习题教师备用习题教师备用习题2.如图甲所示,一个匝数n=100的圆形导体线圈,面积S1=0.4 m2,电阻r=1.在线圈中存在面积S2=0.3 m2的垂直线圈平面向外的匀强磁场区域,磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示.有一个R=2 的电阻,将其两端a、b分别与图甲中的圆形线圈相连接,b端接地,则下列说法正确的是()A.圆形线圈中产生的感应电动势E=6 VB.在04 s时间内通过电阻R的电荷量q=8 CC.设b端电势为零,则a端的电势a=3 VD.在04 s时间内电阻R上产生的焦耳热Q=18 J 模拟精选D教师备用习题3.如图所示,两根电阻不计的光滑金属导轨竖直放置,导轨上端接电阻R,宽
17、度相同的水平条形区域和内有方向垂直导轨平面向里的匀强磁场B,和之间无磁场.一导体棒两端套在导轨上,并与两导轨始终保持良好接触,导体棒MN从距区域上边界H处由静止释放,在穿过两段磁场区域的过程中,流过电阻R的电流及其变化情况相同.图的四个图像中能定性描述导体棒速度大小与时间关系的是()C教师备用习题解析 MN棒先做自由落体运动,当进入区磁场时棒开始减速,F安mg,由牛顿第二定律得F安-mg=ma,减速时F安减小,合力减小,a也减小,速度图像中图线上各点切线斜率减小;离开区后棒做加速度为g的匀加速直线运动,随后进入区磁场,因棒在穿过两段磁场区域的过程中,流过电阻R的电流变化情况相同,则在区磁场中运
18、动情况与区磁场中完全相同,所以只有C项正确.教师备用习题4.如图甲所示,两光滑金属导轨都由水平、倾斜两部分平滑对接而成,相互平行放置,两导轨相距L=1 m,倾斜导轨与水平面成=30角,倾斜导轨的下部分处在一垂直导轨平面的匀强磁场区中,区中磁场的磁感应强度B1随时间变化的规律如图乙所示,图中t1、t2未知.水平导轨足够长,其左端接有理想的灵敏电流计G和定值电阻,其阻值R=3,水平导轨处在一竖直向上的匀强磁场区中,区中的磁场恒定不变,磁感应强度大小为B2=1 T,在t=0时刻,从斜轨上磁场区外某处垂直于导轨释放一金属棒ab,棒的质量m=0.1 kg,电阻r=2,棒下滑时与导轨保持良好接触,棒由斜轨
19、滑向水平轨时无机械能损失,导轨的电阻不计.若棒在斜轨上向下滑动的整个过程中,灵敏电流计G的示数保持不变,t2时刻进入水平导轨,立刻对棒施一平行于导轨平面且与棒垂直的外力.(g取10 m/s2)教师备用习题(1)求磁场区在沿斜轨方向上的宽度d;(2)求棒从开始运动到刚好进入水平导轨这段时间内ab棒上产生的热量;(3)若棒在t2时刻进入水平导轨后,通过电流计G的电流大小I随时间t变化的图像如图丙所示(I0未知),已知t2到t3的时间为0.5 s,t3到t4的时间为1 s,请在图丁中作出t2到t4时间内外力大小F随时间t变化的图像.教师备用习题答案(1)0.625 m(2)0.375 J(3)如图所示教师备用习题教师备用习题教师备用习题
