高中物理專題-電磁感應(yīng)中的圖像和能量問題

1、高中物理專題-電磁感應(yīng)中的圖像和能量問題【母題來源一】普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試物理（全國 I卷）【母題原題】（多選）（全國I卷）如圖,U形光滑金屬框abcd置于水平絕緣平臺上，ab和dc邊平行, 和bc邊垂直.ab dc足包長，整個金屬框電阻可忽略，一根具有一定電阻的導(dǎo)體棒 MN置于金屬 框上,用水平恒力F向右拉動金屬框，運動過程中 裝置始終處于豎直向下的勻強磁場中,MN與金 屬框保持良好接觸，且與bc邊保持平行.經(jīng)過一段時間后（）A.金屬框的速度大小趨于恒定值B.金屬框的加速度大小趨于恒定值C.導(dǎo)體棒所受安培力的大小趨于恒定值D.導(dǎo)體棒到金屬框bc邊的距離趨于恒定值【母題來源二】2019

2、年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試物理（山東卷）【母題原題】（多選）（山東等級考）如圖所示，平面直角坐標(biāo)系的第一和第二象限分別存在磁感應(yīng) 強度大小相等、方向相反且垂直于坐標(biāo)平面的勻強磁場，圖中虛線方格為等大正方形.一位于Oxy平面內(nèi)的剛性導(dǎo)體框abcde在外力作用下以恒定速度沿y軸正方向運動（不發(fā)生轉(zhuǎn)動）.從圖 示位置開始計時，4 s末bc邊剛好進入磁場.在此過程中，導(dǎo)體框內(nèi)感應(yīng)電流的大小為I, ab邊所受 安培力的大小為Fab,二者與時間t的關(guān)系圖像，可能正確的是 （）B * 力第1【母題來源三】2019年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試物理（浙江卷）【母題原題】（浙江7月選考）如圖所示同定在水平面

3、上的半徑為r的金屬圓環(huán)內(nèi)存在方向豎直 向上、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場.長為l的金屬棒,一端與圓環(huán)接觸良好，另一端固定在豎 直導(dǎo)電轉(zhuǎn)軸OO上,隨軸以角速度 勻速轉(zhuǎn)動.在圓環(huán)的A點和電刷間接有阻值為R的電阻和電容為C、板間距為d的平行板電容器，有一帶電微粒在電容器極板間處于靜止?fàn)顟B(tài).已知重力加速度為g,不計其他電阻和摩擦，下列說法正確的是A.棒產(chǎn)生的電動勢為2Bl2B.微粒的電荷量與質(zhì)量之比為2gdBr22 4B rC.電阻消耗的電功率為2RD.電容器所帶的電荷量為CBr2【母題來源四】2020年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試物理（天津卷）【母題原題】（多選）（天津等級考）手機無線充電是比較新穎

4、的充電方式.如圖所示,電磁感應(yīng)式無 線充電的原理與變壓器類似，通過分別安裝在充電基座和接收能量裝置上的線圈，利用產(chǎn)生的磁 場傳遞能量.當(dāng)充電基座上的送電線圈通入正弦式交變電流后，就會在鄰近的受電線圈中感應(yīng)出電流，最終實現(xiàn)為手機電池充電.在充電過程中A.送電線圈中電流產(chǎn)生的磁場呈周期性變化B.受電線圈中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場恒定不變C.送電線圈和受電線圈通過互感現(xiàn)象實現(xiàn)能量傳遞D.手機和基座無需導(dǎo)線連接，這樣傳遞能量沒有損失【母題來源五】2020年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試物理（江蘇卷）【母題原題】（江蘇高考）如圖所示，兩勻強磁場的磁感應(yīng)強度Bi和B2大小相等、方向相反.金屬 圓環(huán)的直徑與兩磁場的

5、邊界重合.下列變化會在環(huán)中產(chǎn)生順時針方向感應(yīng)電流的是A.同時增大Bi減小B2B.同時減小Bi增大B2C.同時以相同的變化率增大Bi和B2D.同時以相同的變化率減小 Bi和B2【母題來源六】2020年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試物理（全國 田卷）【母題原題】（全國田卷）如圖，一邊長為10的正方形金屬框abcd固定在水平面內(nèi)，空間存在方向 垂直于水平面、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場.一長度大于於10的均勻?qū)w棒以速率v自左向 右在金屬框上勻速滑過，滑動過程中導(dǎo)體棒始終與ac垂直且中點位于ac上導(dǎo)體棒與金屬框接 觸良好.已知導(dǎo)體棒單位長度的電阻為r,金屬框電阻可忽略.將導(dǎo)體棒與a點之間的距離記為x,

6、 求導(dǎo)體棒所受安培力的大小隨x（0 xa1。）變化的關(guān)系式.t均勻Q邊長【母題來源七】2020年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試物理（天津卷）【母題原題】（天津等級考）如圖所示,垂直于紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B隨時間變化.正方形硬質(zhì)金屬框 abcd放置在磁場中，金屬框平面與磁場方向垂直，電阻R=0.1 l=0.2 m.求:在t=0到t=0.1 s時間內(nèi)，金屬框中感應(yīng)電動勢 E;t=0.05 s時,金屬框ab邊受到的安培力F的大小和方向；在t=0到t=0.1 s時間內(nèi)，金屬框中電流的電功率 P.【母題來源八】2020年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試物理（江蘇卷）abcd的邊長為0.2 m,bc0

7、.5 T.在水平拉力作用* 乂 x x；【母題原題】（江蘇高考）（15分）如圖所示，電阻為0.1a勺正方形單匝線圈 邊與勻強磁場邊緣重合.磁場的寬度等于線圈的邊長，磁感應(yīng)強度大小為 下,線圈以8 m/s的速度向右穿過磁場區(qū)域.求線圈在上述過程中感應(yīng)電動勢的大小E;所受拉力的大小F;（3）感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量Q.【母題來源九】2020年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試物理(浙江卷)【母題原題】(浙江7月選考)如圖1所示，在絕緣光滑水平桌面上，以O(shè)為原點、水平向右為正 方向建立x軸，在0&X&1.0屜域內(nèi)存在方向豎直向上的勻強磁場.桌面上有一邊長L=0.5 m、電 阻R=0.25 Q的正方形線框abcd

8、,當(dāng)平行于磁場邊界的cd邊進入磁場時，在沿x方向的外力F作 用下以v=1.0 m/s的速度做勻速運動，直到ab邊進入磁場時撤去外力.若以cd邊進入磁場時作為 計時起點，在0&t & 1.內(nèi)磁感應(yīng)強度B的大小與時間t的關(guān)系如圖2所示,在0&t & 1.3s線框始 終做勻速運動.(1)求外力F的大小;在1.0 s t 例體在連續(xù)變化的磁場，求磁感應(yīng)強度B的大小與時間t的關(guān)系;(3)求在0&t & 1.3航過導(dǎo)線橫截面的電荷量q.【命題意圖】 考查法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用，涉及圖象問題，意在考查考生分析問題，通 過圖象獲取有用信息的能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決問題的能力.電磁感應(yīng)中的電路、法拉第電磁感應(yīng)定

9、律、能量轉(zhuǎn)換及電量的計算等知識點 ，意在考查考生對電磁感應(yīng)電路的分析以及對電磁 感應(yīng)中功能關(guān)系的正確理解和應(yīng)用.【考試方向】 電磁感應(yīng)中常涉及b t圖象、r圖象、Et圖象、I t圖象、F t圖象 和vt圖象,還涉及E-X圖象、Ix圖象等，這類問題既要用到電磁感應(yīng)的知識，又要結(jié)合數(shù)學(xué) 知識求解，對考生運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力要求較高.主要以選擇題的形式單獨命題， 有時也會以信息給予的方式命制計算題.電磁感應(yīng)與能量的綜合，涉及到的考點有：法拉第電磁 感應(yīng)定律、楞次定 豬、閉合電路歐姆定律、功和功率、焦耳定律、能量守恒定律、功能關(guān)系、 動能定理等，主要以選擇題和計算題的形式考查.【得分要點】應(yīng)

10、注意抓住兩個定律，運用兩種觀點，分析三種電路”.兩個定律是指楞次定律 和法拉第電磁感應(yīng)定律；兩種觀點是指動力學(xué)觀點和能量觀點； 三種電路是指直流電路、交流 電路和感應(yīng)電路.1、電磁感應(yīng)中涉及的圖線大體上可分為兩大類：由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確 的圖像，或由給定的有關(guān)圖像分析電磁感應(yīng)過程、求解相.應(yīng)的物理量.對圖象問題，首先要看兩坐標(biāo)軸代表的物理量，然后再從圖線的形狀、點、斜率、截距、圖 線與橫軸所圍的面積的意義等方面挖掘解題所需的信息.除了從圖象上尋找解題信息外，還要 結(jié)合楞次定律、右手定則判斷感應(yīng)電流的方向，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律判斷感應(yīng)電動勢大小， 結(jié)合閉合電流歐姆定律計算感應(yīng)電流

11、的大小，進而計算安培力大小，或根據(jù)電路知識求解其他量 如果線圈或?qū)w做勻速運動或勻變速運動，還有用到平衡條件和牛頓第二定律等知識.2、安培力做的功是電能和其他形式的能之間相互轉(zhuǎn)化的“橋梁”，安培力做的功是電能與其 他形式的能轉(zhuǎn)化的量度.安培力做多少正功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能；安培力做多少 負功,就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.3、當(dāng)一個閉合回路中的磁通量的改變量為時,通過回路中導(dǎo)體橫截面的電量為：q r t - t q魚t 小或者q n幽（n匝線圈時），它與磁場是否均勻變化、線框的R tR RR運動狀況以及線框的形狀無關(guān)1.（江西景德鎮(zhèn)高三下學(xué)期十校聯(lián)合模擬）（多選）如圖甲所示，左側(cè)

12、接有定值電阻R= 2。的 水平粗糙導(dǎo)軌處于垂直紙面向外的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B=1 T,導(dǎo)軌間距L = 1 m.一質(zhì)量m =2 kg、阻值r = 2 Q的金屬棒在水平拉力F作用下由靜止開始從CD處沿導(dǎo)軌向右加速運動, 金屬棒的v-x圖象如圖乙所示，若金屬棒與導(dǎo)軌間動摩擦因數(shù) 尸0.2,則從起點發(fā)生x= 1 m位移 的過程中（g= 10 m/s2）（）A.金屬棒克服安培力做的功 Wi = 0.25 JB.金屬棒克服摩擦力做的功 W2= 5 JC.整個系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量 Q = 4.25 JD.拉力做的功W= 9.25 J2.（山東省濰坊高密市高三模擬） 電磁軌道炮利用電流和磁場的作用使炮彈獲得超

13、高速度，其原理示意圖如圖所示.兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為L,導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌平面向里、磁感應(yīng)強度大小為 B的勻強磁場，導(dǎo)軌電阻不計.炮彈可視為一質(zhì)量為 m、電阻為R的金屬棒MN,垂直放在兩導(dǎo)軌間處于靜止?fàn)顟B(tài)，并與導(dǎo)軌良好接觸.電容器電容C,首先開關(guān)接1,使電容器完全充電.然后將S接至2, MN達到最大速度vm后離開導(dǎo)軌.這個過程中A. MN做勻加速直線運動B.通過MN的電量q魯C.達到最大速度時電容器 C兩極板間的電壓為0D.求出通過MN的電量q后，不可以利用的公式q 工?求出MN加速過程的位移 R R3.（山東省臨沂市高三上學(xué)期期末）如圖所示，位于同一絕緣水平面內(nèi)的兩根固

14、定金屬導(dǎo)軌 MN、M N電阻不計，兩導(dǎo)軌之間存在豎直向下的勻強磁場.現(xiàn)將兩根粗細均勻、電阻分布均勻的相同銅棒ab、cd放在兩導(dǎo)軌上，若兩棒從圖示位置以相同的速度沿 MN方向做勻速直線運動，運動 過程中始終與兩導(dǎo)軌接觸良好，且始終與導(dǎo)軌MN垂直，不計一切摩擦，則下列說法正確的是A.回路中有順時針方向的感應(yīng)電流B.回路中的感應(yīng)電流不斷減小C.回路中的熱功率不斷增大D.兩棒所受安培力的合力不斷減小.（湖南長沙四縣市模擬）如圖所示，正方形導(dǎo)線框abcd放在勻強磁場中靜止不動，磁場方向 與線框平面垂直，磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示，t = 0時刻,磁感應(yīng)強度的方向垂 直紙面向里.下列選項中能

15、表示線框的ab邊受到的磁場力F隨時間t的變化關(guān)系的是（規(guī)定水平 向左為力的正方向）（）.（安徽省模擬）（多選）如圖甲所示，粗細均勻的矩形金屬線框abcd固定于勻強磁場中，磁場方向垂直線框所在平面，磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示.以垂直于線框所在平 面向里為磁感應(yīng)強度B的正方向，則選項圖中關(guān)于ab邊的熱功率P、ab邊受到的安培力F（以 向右為正方向）隨時間t變化的規(guī)律正確的是（）4.（河南高二期末）兩個不可變形的正方形導(dǎo)體框a、b連成如圖甲所示的回路，并固定在豎 直平面（紙面）內(nèi).導(dǎo)體框a內(nèi)固定一小圓環(huán)c,a與c在同一豎直面內(nèi)，圓環(huán)c中通入如圖乙所示的 電流（規(guī)定逆時針方向為電流的正方

16、向）,導(dǎo)體框b的MN邊處在垂直紙面向外的勻強磁場中，則MN邊在勻強磁場中受到的安培力（）A.01 s內(nèi)，方向向下B.13 s內(nèi)，方向向下C.D.甲35 s內(nèi)，先逐漸減小后逐漸增大第4 s末，大小為零7.（山東省泰安市高三下學(xué)期第二次模擬考） 如圖，平行光滑金屬導(dǎo)軌M、N固定在水平面上， 處于豎直向下的勻強磁場中.完全相同的兩金屬棒P、Q搭放在導(dǎo)軌上，開始均處于靜止?fàn)顟B(tài).給 P施加一與導(dǎo)軌平行的恒定拉力作用，運動中兩金屬棒始終與導(dǎo)軌垂直并與導(dǎo)軌接觸良好. 設(shè)導(dǎo) 軌足夠長，除兩棒的電阻外其余電阻均不計.則兩棒的速度及棒中的感應(yīng)電流隨時間變化的圖10象正確的是Q F 裝8.（陜西咸陽三模）（多選）一

17、正方形金屬線框位于有界勻強磁場區(qū)域內(nèi)，線框平面與磁場垂直， 線框的右邊緊貼著磁場邊界，如圖甲所示.t=0時刻對線框施加一水平向右的外力，讓線框從靜 止開始做勻加速直線運動穿過磁場，外力F隨時間t變化的圖象如圖乙所示.已知線框質(zhì)量m=1 kg、電阻R=1。以下說法正確的是（）05 Ml 15 小甲乙A,線框做勻加速直線運動的加速度為 1 m/s2B,勻強磁場的磁感應(yīng)強度為 2極T一，2C.線框交過磁場的過程中，通過線框的電何量為2 CD.線框邊長為1 m9.（湘贛皖高三聯(lián)考）如圖所示，固定軌道由傾角為 的斜導(dǎo)軌與水平導(dǎo)軌用極短的圓弧導(dǎo) 軌平滑連接而成，軌道所在空間存在方向豎直向上、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場，兩導(dǎo)軌問距為L,上端用阻值為R的電阻連接.在沿斜導(dǎo)軌向下的拉力（圖中未畫出）作用下，一質(zhì)量為m、11接入電路的有效電阻為R的金屬桿MN從斜導(dǎo)軌上某一高度處由靜止開始(t=0)沿斜導(dǎo)軌勻 加速下滑，經(jīng)過時間to桿MN滑至斜軌道的最底端P2Q2處,此時速度大小為v并撤去拉力，桿MN 在水平導(dǎo)軌上減速運動直至停止 桿MN始終垂直于導(dǎo)軌并與導(dǎo)軌保持良好接觸，導(dǎo)軌的電阻以