專題08電磁感應(yīng)(解析版)

1、2021年物理二輪專題過關(guān)寶典專題八：電磁感應(yīng)【知識回扣】1楞次定律中阻礙的四種表現(xiàn)形式(1) 阻礙磁通量的變化 一一增反減同阻礙相對運(yùn)動一一來拒去留(3)使線圈面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢一一增縮減擴(kuò)阻礙電流的變化(自感現(xiàn)象)一一增反減同2. 三定那么、一規(guī)律的應(yīng)用(1) 右手定那么，即判斷導(dǎo)體在磁場中切割磁感線運(yùn)動產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向。(2) 楞次定律，即判斷閉合電路磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向。(3) 安培定那么，即判斷運(yùn)動電荷、電流產(chǎn)生的磁場方向。右手定那么，即判斷磁場對運(yùn)動電荷、電流的作用力的方向。3. 感應(yīng)電動勢大小的計(jì)算(1) 法拉第電磁感應(yīng)定律：E= n At，適用于普遍情況。

2、(2) E= Blv，適用于導(dǎo)體棒切割磁感線的情況。1(3) E= 2Bl23,適用于導(dǎo)體棒旋轉(zhuǎn)切割磁感線的情況。4. 電荷量的求解電荷量q= I At,其中I必須是電流的平均值。由E = n AJ、I = 、q = I At聯(lián)立可得q = nA,與時(shí)間無關(guān)AtR&R 總5 求解焦耳熱Q的三種方法焦耳定律：Q= llRt，適用于電流、電阻不變的情形；功能關(guān)系：Q= W 克服安培力, 電流變或不變都適用；能量轉(zhuǎn)化：Q= AE 其他能的減少量, 電流變或不變都適用?！緹衢T考點(diǎn)透析】考點(diǎn)一 楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律1.如下圖，外表粗糙的 U形金屬線框水平固定，其上橫放一根阻值為R的金屬棒ab,金

3、屬棒與線框接觸良好,通電螺線管豎直放置在線框與金屬棒組成的回路中，此時(shí)金屬棒靜止以下說法正確的選項(xiàng)是A當(dāng)變阻器滑片P向上滑動時(shí),螺線管內(nèi)部的磁通量增大B當(dāng)變阻器滑片P向下滑動時(shí),金屬棒所受摩擦力方向向右C當(dāng)變阻器滑片P向上滑動時(shí),流過金屬棒的電流方向由D 當(dāng)變阻器滑片P向下滑動時(shí),流過金屬棒的電流方向由【答案】C【解析】根據(jù)右手螺旋定那么可知，螺線管下端為N極，螺線管內(nèi)部磁場方向豎直向下，螺線管外部磁場方向豎直P向上滑動時(shí)，滑動變阻器連入電路的電阻增向上，而穿過回路總的磁通量方向?yàn)樨Q直向下，當(dāng)變阻器滑片 尢螺線管中電流減小，產(chǎn)生的磁場變?nèi)?，即穿過回路的磁通量向下減小，根據(jù)楞次定律可得，流過金屬

4、棒的 電流方向由a到b, A錯(cuò)誤，C正確；當(dāng)變阻器滑片 P向下滑動時(shí)，滑動變阻器連入電路的電阻減小，螺線管中電流變大，產(chǎn)生的磁場變強(qiáng)，即穿過回路的磁通量向下增大，根據(jù)楞次定律可得，流過金屬棒的電流方向由B、D錯(cuò)誤。a,而金屬棒所在處磁場方向豎直向上，故金屬棒所受安培力方向向右，摩擦力方向向左,2.2021全國卷I 20空間存在一方向與紙面垂直、大小隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場，其邊界如圖a中虛線示一硬質(zhì)細(xì)導(dǎo)線的電阻率為p橫截面積為S,將該導(dǎo)線做成半徑為r的圓環(huán)固定在紙面內(nèi)，圓心 OMN所P、在MN上.t= 0時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向如圖a所示；磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖bt= 0到t = ti的時(shí)間

5、間隔內(nèi)A 圓環(huán)所受安培力的方向始終不變B 圓環(huán)中的感應(yīng)電流始終沿順時(shí)針方向C 圓環(huán)中的感應(yīng)電流大小為BorS4to pD 圓環(huán)中的感應(yīng)電動勢大小為Bo n24to【答案】BC【解析】在0to時(shí)間內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度減小，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針，圓環(huán)所受安培力水平向左，在toti時(shí)間內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度反向增大，感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針，圓環(huán)所受安培力水平向右，所以選項(xiàng)2A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得E二普=討罟=Bn，根據(jù)電阻定律可得 R= Pn，根據(jù)歐姆定律可得1= - =，所以選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。R 4to p3.如圖甲所示，長直導(dǎo)線與閉合金屬線框位于同一平面內(nèi)，長直導(dǎo)線中的電

6、流i隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示在ot時(shí)間內(nèi)，直導(dǎo)線中電流向上，那么在Tt時(shí)間內(nèi)，線框中感應(yīng)電流的方向與所受安培力的合力方向分別是A .順財(cái)針，向左B .逆時(shí)針，向右C.順時(shí)針，向右D .逆時(shí)針，向左【答案】 B【解析】在ot時(shí)間內(nèi)，直導(dǎo)線中電流向上，由題圖乙知，在Tt時(shí)間內(nèi)，直導(dǎo)線電流方向也向上，根據(jù)安培定那么知，導(dǎo)線右側(cè)磁場的方向垂直紙面向里，電流逐漸增大，那么磁場逐漸增強(qiáng)，根據(jù)楞次定律，金屬線框中 產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流根據(jù)左手定那么，金屬線框左邊受到的安培力方向向右，右邊受到的安培力方向向 左，離導(dǎo)線越近，磁場越強(qiáng)，那么左邊受到的安培力大于右邊受到的安培力，所以金屬線框所受安培力的合

7、力方 向向右，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。4.半徑為a、右端開小口的導(dǎo)體圓環(huán)和長為2a的導(dǎo)體直桿，單位長度電阻均為Ro.圓環(huán)水平固定放置，整個(gè)內(nèi)部區(qū)域分布著垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.直桿在圓環(huán)上以速度 v平行于直徑 CD向右做勻速直線運(yùn)動，直桿始終有兩點(diǎn)與圓環(huán)良好接觸，從圓環(huán)中心o開始，直桿的位置由 e確定，如下圖，那么A . 0= 0時(shí)，直桿產(chǎn)生的電動勢為2Bave=，直桿產(chǎn)生的電動勢為3Bave= o時(shí)，直桿受的安培力大小為2B2avn+ 2 Roe=費(fèi)寸，直桿受的安培力大小為3B2av5 n+ 3 Ro【答案】AD【解析】當(dāng)e= 0時(shí)，直桿切割磁感線的有效長度11 = 2a，

8、所以直桿產(chǎn)生的電動勢Ei= B1iv= 2Bav，選項(xiàng)A正22BV a，直桿受到的安培力大小Fi = BI111 = 4Bf，選項(xiàng)C n+ 2 Ron+ 2 RoE1確.此時(shí)直桿上的電流心応+2a Ro錯(cuò)誤當(dāng)e=，直桿切割磁感線的有效長度n12= 2acos 3= a，直桿產(chǎn)生的電動勢E2 = B2v= Bav，選項(xiàng)B錯(cuò)誤此時(shí)直桿上的電流I2=E22na , m2歸一 + a Ro65n3B3 ro,直桿受到的安培力大小F2 = BI212= 5誓J。，選項(xiàng)D正確?！驹龇止ヂ浴?.利用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的三步走。2研究感應(yīng)電流受到的安培力，一般先用右手定那么確定電流方向，再用左手定那么確

9、定安培力的方向，為了便 于區(qū)分，可把兩個(gè)定那么簡單地總結(jié)為通電受力用左手，運(yùn)動生電用右手。3. 應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)注意的兩個(gè)問題(1) 公式E = n普求解的是一個(gè)回路中某段時(shí)間內(nèi)的平均電動勢，在磁通量均勻變化時(shí)，瞬時(shí)值才等于平均值。(2) 利用公式E = nS?B求感應(yīng)電動勢時(shí)，S為線圈在磁場范圍內(nèi)的有效面積。4. 公式E= Blv的理解(1) 切割的 有效長度：公式中的I為有效切割長度，即導(dǎo)體在與v垂直的方向上的投影長度。 相對性的理解：E = Blv中的速度v是導(dǎo)體棒相對于磁場的速度，假設(shè)磁場也運(yùn)動，應(yīng)注意速度間的 對關(guān)系?？键c(diǎn)二電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路、圖像問題1. 2021新課標(biāo)全

10、國n卷如圖，兩條光滑平行金屬導(dǎo)軌固定，所在平面與水平面夾角為9,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。虛線ab、cd均與導(dǎo)軌垂直，在 ab與cd之間的區(qū)域存在垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場。將兩根相 同的導(dǎo)體棒PQ、MN先后自導(dǎo)軌上同一位置由靜止釋放，兩者始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。PQ進(jìn)入磁場時(shí)加速度變小恰好為零，從PQ進(jìn)入磁場開始計(jì)時(shí)，到 MN離開磁場區(qū)域?yàn)橹?，流過 PQ的電流隨時(shí)間變化的圖像可能正確的選項(xiàng)是【答案】AD【解析】于PQ進(jìn)入磁場時(shí)加速度為零， AB 假設(shè)PQ出磁場時(shí)MN仍然沒有進(jìn)入磁場，那么 PQ出磁場后至MN進(jìn)入磁場的這段時(shí)間，由于磁通量0不變，無感應(yīng)電流。由于 PQ、MN同一位置釋放，故 MN進(jìn)

11、入磁場時(shí)與PQ進(jìn)入磁場時(shí)的速度相同，所以電流大小也應(yīng)該相同，A正確B錯(cuò)誤；CD.假設(shè)PQ出磁場前MN已經(jīng)進(jìn)入磁場，由于磁通量$不變，PQ、MN均加速運(yùn)動，PQ出磁場后，MN由于加速故電流比 PQ進(jìn)入磁場時(shí)電流大，故 C正確D錯(cuò)誤。2 .2021新課標(biāo)全國川卷如圖，方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中有兩根位于同一水平面內(nèi)的足夠長的平行金屬導(dǎo)軌，兩相同的光滑導(dǎo)體棒 ab、cd靜止在導(dǎo)軌上。t=0時(shí)，棒ab以初速度v。向右滑動。運(yùn)動過程中，ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直并接觸良好，兩者速度分別用VI、V2表示，回路中的電流用I表示。以下圖像中可能正確的是 A【答案】AC【解析】ab棒向右運(yùn)動，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流

12、，那么受到向左的安培力，從而向左做減速運(yùn)動，；金屬 棒cd受向右的安培力作用而做加速運(yùn)動，隨著兩棒的速度差的減小安培力減小，加速度減小，當(dāng)兩棒速度 相等時(shí)，感應(yīng)電流為零，最終兩棒共速，一起做勻速運(yùn)動，故最終電路中電流為0,故AC正確，BD錯(cuò)誤。3.(2021福建卷，18)如圖，由某種粗細(xì)均勻的總電阻為3R的金屬條制成的矩形線框abed，固定在水平面內(nèi)且處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場B中一接入電路電阻為R的導(dǎo)體棒PQ，在水平拉力作用下沿 ab、de以速度v勻速滑動，滑動過程 PQ始終與ab垂直，且與線框接觸良好，不計(jì)摩擦在PQ從靠近ad處向be滑動的過程中( )A PQ中電流先增大后減小B PQ兩端

13、電壓先減小后增大C PQ上拉力的功率先減小后增大D 線框消耗的電功率先減小后增大【答案】C【解析】設(shè)PQ左側(cè)電路的電阻為Rx，那么右側(cè)電路的電阻為3R- Rx，所以外電路的總電阻為Rx 3R- Rx3R，外電路電阻先增大后減小，所以路端電壓先增大后減小，所以B錯(cuò)誤；電路的總電阻先增大后減小，再根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得PQ中的電流二R：外先減小后增大，故A錯(cuò)誤；由于導(dǎo)體棒做勻速運(yùn)動，拉力等于安培力，即F = BIL，拉力的功率 P= BILv，故先減小后增大，所以C正確；外電路的總電阻R外 =Rx 3R- Rx3R3，最大值為4r,小于導(dǎo)體棒的電阻R,又外電阻先增大后減小，由電源的輸岀功率與外

14、電阻的關(guān)系圖象可知，線框消耗的電功率先增大后減小，故D錯(cuò)誤4.如圖甲所示，一個(gè)圓形線圈的匝數(shù)n= 100，線圈的面積 S= 200 cm2，線圈的電阻r = 1 Q,線圈外接一個(gè)阻值R = 4 Q的電阻，把線圈放入一方向垂直線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示以下說法中正確的選項(xiàng)是A 線圈中的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向B 電阻R兩端的電壓隨時(shí)間均勻增大C .線圈電阻r消耗的功率為4X104 WD .前4 s內(nèi)通過R的電荷量為4X104 C【答案】C【解析】由楞次定律，線圈中的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定為 E = nSf

15、B = 0.1 V ,電阻R兩端的電壓不隨時(shí)間變化，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；回路中電流l=E = 0.02 A，蟲R+ r線圈電阻r消耗的功率為 P = l2r = 4X10一4 W，選項(xiàng)C正確；前4 s內(nèi)通過R的電荷量為q= It = 0.08 C ,選項(xiàng)D錯(cuò) 誤。【增分攻略】1.電磁感應(yīng)與電路知識的關(guān)系圖2 分析電磁感應(yīng)電路問題的根本思路3. 解圖象問題的三點(diǎn)關(guān)注、兩個(gè)方法三點(diǎn)關(guān)注:(1) 關(guān)注初始時(shí)刻，如初始時(shí)刻感應(yīng)電流是否為零，是正方向還是負(fù)方向。(2) 關(guān)注變化過程，看電磁感應(yīng)發(fā)生的過程可以分為幾個(gè)階段，這幾個(gè)階段分別與哪段圖象變化相對應(yīng)。(3) 關(guān)注大小、方向的變化趨勢，看圖線斜率的大小、圖線

16、的曲直是否和物理過程對應(yīng)。 兩個(gè)方法：(1) 排除法：定性地分析電磁感應(yīng)過程中物理量的變化趨勢(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化)，特別是物理量的正負(fù)，排除錯(cuò)誤的選項(xiàng)。(2) 函數(shù)法：根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系，然后由函數(shù)關(guān)系對圖象作出分析和 判斷，這未必是最簡捷的方法，但卻是最有效的方法?？键c(diǎn)三電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的動力學(xué)與能量問題1. 一空間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場B，兩條電阻不計(jì)的平行光滑導(dǎo)軌豎直放置在磁場內(nèi)，如下圖，磁感應(yīng)強(qiáng)度B= 0.5 T ,導(dǎo)體棒ab、cd長度均為0.2 m，電阻均為莒重力均為0.1 N，現(xiàn)用力向上拉動導(dǎo)體棒ab,使之勻速上升導(dǎo)體

17、棒ab、cd與導(dǎo)軌接觸良好，此時(shí)cd靜止不動，那么 ab上升時(shí)，以下說法正確的選項(xiàng)是 A . ab受到的拉力大小為 2 NB . ab向上運(yùn)動的速度為 2 m/sC 在2 s內(nèi)，拉力做功，有 0.4 J的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能D 在2 s內(nèi)，拉力做功為 0.6 J【答案】BC.【解析】對導(dǎo)體棒cd分析:mg= BIlB1 2l2vR總，得v = 2 m/s，應(yīng)選項(xiàng)B正確；對導(dǎo)體棒ab 分析：F = mg + BIl = N，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在2 s內(nèi)拉力做功轉(zhuǎn)化為 ab棒的重力勢能和電路中的電能，電能等于克服安培力做的功，即Wvt =2|2 2.BR = 4 J，選項(xiàng)C正確；在2 s內(nèi)拉力做的功為W拉=

18、Fvt = 0.8 J，選項(xiàng)D錯(cuò)誤2. 2021高考全國卷I 如圖，兩固定的絕緣斜面傾角均為0,上沿相連兩細(xì)金屬棒ab僅標(biāo)岀a端和cd僅標(biāo)岀c端長度均為L，質(zhì)量分別為2m和m；用兩根不可伸長的柔軟輕導(dǎo)線將它們連成閉合回路abdca，并通過固定在斜面上沿的兩光滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上，使兩金屬棒水平右斜面上存在勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于斜面向上兩根導(dǎo)線剛好不在磁場中，回路電阻為卩，重力加速度大小為 g。金屬棒ab勻速下滑。求：R,兩金屬棒與斜面間的動摩擦因數(shù)均為F ni = 2mgcos 對于cd棒，同理有 mgsin 0+卩Fn2= FtF n2= mgcos 0 聯(lián)立式得 F

19、 = mg(sin 0 3 qos 0(2)由安培力公式得 F = BIL這里I是回路abdca中的感應(yīng)電流，ab棒上的感應(yīng)電動勢為 E = BLv 式中，v是ab棒下滑速度的大小由歐姆定律得聯(lián)立式得 v = (sin ( 3 pcos.3.(2021河南開封高三上第一次模擬)如下圖，在豎直平面內(nèi)固定有光滑平行導(dǎo)軌，間距為L,下端接有阻值為R的電阻，空間存在與導(dǎo)軌平面垂直、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場。質(zhì)量為 m、電阻為r的導(dǎo)體棒ab與上端固定的彈簧相連并垂直導(dǎo)軌放置。初始時(shí)，導(dǎo)體棒靜止，現(xiàn)給導(dǎo)體棒豎直向下的初速度Vo，導(dǎo)體棒開始沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動，運(yùn)動過程中始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸。假設(shè)導(dǎo)體棒電

20、阻r與電阻R的阻值相等，不計(jì)導(dǎo)軌電阻，那么以下說法中正確的選項(xiàng)是()A 導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動過程中的每個(gè)時(shí)刻受到的安培力方向總與運(yùn)動方向相反B 初始時(shí)刻導(dǎo)體棒兩端的電壓Uab = BLv 0BLhC 假設(shè)導(dǎo)體棒從開始運(yùn)動到速度第一次為零時(shí)，下降的高度為h，那么通過電阻 R的電量為2RD 假設(shè)導(dǎo)體棒從開始運(yùn)動到速度第一次為零時(shí)，下降的高度為h，此過程導(dǎo)體棒克服彈力做功為W，那么電阻R上1 1產(chǎn)生的焦耳熱Q =4mv2 + 2mgh W【答案】AC【解析】導(dǎo)體棒豎直向下運(yùn)動時(shí)，由右手定那么判斷可知，ab中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向從a，由左手定那么判斷得知ab棒受到的安培力豎直向上，導(dǎo)體棒豎直向上運(yùn)動時(shí)，由右手

21、定那么判斷可知，ab中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向從a - b,由左手定那么判斷得知ab棒受到的安培力豎直向下，所以導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動過程中的每個(gè)時(shí)刻受到的安培力方向總與運(yùn)動方向相反，A正確；導(dǎo)體棒開始運(yùn)動的初始時(shí)刻，ab棒產(chǎn)生的感應(yīng)電勢為 E = BLvo，由于r = R， a1 1端電勢比b端高，所以導(dǎo)體棒兩端的電壓Uab= 2E = 2BLvo，B錯(cuò)誤；假設(shè)導(dǎo)體棒從開始運(yùn)動到速度第一次為零時(shí)， BLh下降的高度為h，那么通過電阻R的電量為q= r+ r = 2r，C正確；導(dǎo)體棒從開始運(yùn)動到速度第一次為零時(shí)，根據(jù)1 1 1 1能量守恒定律得知電路中產(chǎn)生的焦耳熱Q熱=2mv0 + mgh W，所以電阻 R上產(chǎn)生的焦耳熱 Q= 2Q熱=4mvo + 2Wmgh 2， D 錯(cuò)誤。4. 如下圖，在勻強(qiáng)磁場中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為L，長為3d，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為0，在導(dǎo)軌的中部刷有一段長為d的薄絕緣涂層勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向與導(dǎo)軌平面垂直質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運(yùn)動，并一直勻速滑到導(dǎo)