（北京專用）2020版高考物理大一輪復習 專題十二 電磁感應練習.docx
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專題十二 電磁感應 挖命題 【考情探究】 考點 考向 5年考情 預測熱度 考題示例 學業(yè)水平 關聯(lián)考點 素養(yǎng)要素 電磁感 應現(xiàn)象 磁通量 ★★☆ 電磁感應現(xiàn)象 2015北京理綜,20,6分 3 電磁感應現(xiàn)象的產(chǎn)生條件 科學探究 感應電 流方向 的判斷 楞次定律 2016北京理綜,16,6分 3 法拉第電磁感應定律 科學推理 ★★☆ 右手定則 2013北京理綜,17,6分 3 感應電動勢 科學推理 法拉第 電磁感 應定律 法拉第電磁感應定律 2016北京理綜,16,6分 3 楞次定律 科學推理 ★★★ 導體棒切割磁感線 2015北京理綜,22,16分 3 電流、安培力的沖量、路端電壓 模型建構 電磁感應中求解回路中電荷量的大小 電磁感應中的能量轉化 2017北京理綜,24,20分 4 洛倫茲力 科學推理 自感 自感和互感 2017北京理綜,19,6分 3 自感現(xiàn)象的判斷 科學探究 ★★☆ 渦流 反電動勢 分析解讀 近幾年內(nèi)對本專題的內(nèi)容都有考查,考查涉及電磁感應現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件、楞次定律、右手定則、法拉第電磁感應定律以及相關的電路問題、動力學問題、能量轉化問題、自感問題等多個方面,體現(xiàn)出這個專題的考查綜合性,難度和區(qū)分度較高,題目呈現(xiàn)為選擇題、實驗題、計算題等多樣性,主要考查考生的情景分析和理解能力、提取信息能力、應用基本規(guī)律分析和推理計算的能力,有些題目源于課本,但問題往往深入到知識的深層次,考查對物理知識本質的深刻認識層面,預計今后的高考中這種考查形式和方向還會繼續(xù)。 【真題典例】 破考點 【考點集訓】 考點一 電磁感應現(xiàn)象 1.如圖所示,將銅片懸掛在電磁鐵的兩極間,形成一個擺。在電磁鐵線圈未通電時,銅片可以自由擺動,忽略空氣阻力及轉軸摩擦的作用。當電磁鐵通電后,電磁鐵兩極間可視為勻強磁場,忽略磁場邊緣效應。關于通電后銅片的擺動過程,以下說法正確的是( ) A.由于銅片不會受到電磁鐵的吸引,所以銅片向右穿過磁場后,還能擺至原來的高度 B.銅片進入磁場的瞬間,銅片一定立即減速 C.銅片在進入和離開磁場時,由于電磁感應,均有感應電流產(chǎn)生 D.銅片進入磁場的過程是機械能轉化為電能的過程,離開磁場的過程是電能轉化為機械能的過程 答案 C 2.與一般吉他(以箱體的振動發(fā)聲)不同,電吉他靠拾音器發(fā)聲。如圖所示,拾音器由磁體及繞在其上的線圈組成。磁體產(chǎn)生的磁場使鋼質琴弦磁化而產(chǎn)生磁性,即琴弦也產(chǎn)生自己的磁場。當某根琴弦被撥動而相對線圈振動時,線圈中就會產(chǎn)生相應的電流,并最終還原為聲音信號。下列說法中正確的是( ) A.若磁體失去磁性,電吉他仍能正常工作 B.換用尼龍材質的琴弦,電吉他仍能正常工作 C.琴弦振動的過程中,線圈中電流的方向不會發(fā)生變化 D.拾音器的作用是利用電磁感應把琴弦的振動轉化成電信號 答案 D 3.某同學想用如圖所示裝置探究感應電流產(chǎn)生的條件,ab是一根導體棒,通過導線、開關連接在靈敏電流計的兩個接線柱上。實驗前,該同學對可能產(chǎn)生感應電流的情況做出了以下總結,關于該同學的說法正確的是( ) A.開關閉合的瞬間,靈敏電流計的指針會發(fā)生偏轉 B.開關斷開的瞬間,靈敏電流計的指針會發(fā)生偏轉 C.開關閉合后,ab棒左右運動的過程中靈敏電流計的指針會發(fā)生偏轉 D.開關閉合后,ab棒上下運動的過程中靈敏電流計的指針會發(fā)生偏轉 答案 C 考點二 感應電流方向的判斷 4.如圖甲所示,20匝的線圈兩端M、N與一個電壓表相連,線圈內(nèi)有指向紙內(nèi)的磁場,線圈中的磁通量在按圖乙所示規(guī)律變化。下列說法正確的是( ) A.線圈中產(chǎn)生的感生電流沿順時針方向 B.電壓表的正接線柱接線圈的N端 C.線圈中磁通量的變化率為1.5Wb/s D.電壓表的讀數(shù)為10V 答案 D 5.(2016課標Ⅱ,20,6分)(多選)法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖所示。銅圓盤安裝在豎直的銅軸上,兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸。圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中。圓盤旋轉時,關于流過電阻R的電流,下列說法正確的是 ( ) A.若圓盤轉動的角速度恒定,則電流大小恒定 B.若從上向下看,圓盤順時針轉動,則電流沿a到b的方向流動 C.若圓盤轉動方向不變,角速度大小發(fā)生變化,則電流方向可能發(fā)生變化 D.若圓盤轉動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍,則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍 答案 AB 6.(2016浙江理綜,16,6分)如圖所示,a、b兩個閉合正方形線圈用同樣的導線制成,匝數(shù)均為10匝,邊長la=3lb,圖示區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場,且磁感應強度隨時間均勻增大,不考慮線圈之間的相互影響,則( ) A.兩線圈內(nèi)產(chǎn)生順時針方向的感應電流 B.a、b線圈中感應電動勢之比為9∶1 C.a、b線圈中感應電流之比為3∶4 D.a、b線圈中電功率之比為3∶1 答案 B考點三 法拉第電磁感應定律 7.(2017課標Ⅱ,20,6分)(多選)兩條平行虛線間存在一勻強磁場,磁感應強度方向與紙面垂直。邊長為0.1m、總電阻為0.005Ω的正方形導線框abcd位于紙面內(nèi),cd邊與磁場邊界平行,如圖(a)所示。已知導線框一直向右做勻速直線運動,cd邊于t=0時刻進入磁場。線框中感應電動勢隨時間變化的圖線如圖(b)所示(感應電流的方向為順時針時,感應電動勢取正)。下列說法正確的是( ) A.磁感應強度的大小為0.5T B.導線框運動速度的大小為0.5m/s C.磁感應強度的方向垂直于紙面向外 D.在t=0.4s至t=0.6s這段時間內(nèi),導線框所受的安培力大小為0.1N 答案 BC 8.如圖所示,平行金屬導軌水平放置,寬度L=0.30m,一端連接R=0.50Ω的電阻。導軌所在空間存在豎直向下的勻強磁場,磁感應強度B=0.20T。導體棒MN放在導軌上,其長度恰好等于導軌間距,與導軌接觸良好。導軌和導體棒的電阻均可忽略不計?，F(xiàn)使導體棒MN沿導軌向右勻速運動,速度v=5.0m/s。求: (1)導體棒MN切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢E; (2)導體棒MN所受安培力F的大小; (3)感應電流的功率P。 答案 (1)0.30V (2)0.036N (3)0.18W 考點四 自感 9.如圖所示,將兩端刮掉絕緣漆的導線繞在一把銼刀上,一端接上電池(電池另一極與銼刀接觸),手執(zhí)導線的另一端,在銼刀上來回劃動,由于銼刀表面凹凸不平,就會產(chǎn)生電火花。下列說法正確的是( ) A.產(chǎn)生電火花的回路只由導線與電池組成 B.如導線端只向一個方向劃動也能產(chǎn)生電火花 C.銼刀采用什么材料制成對實驗沒有影響 D.導線端劃動的方向決定了自感電動勢的方向 答案 B 10.如圖所示,李輝用多用電表的歐姆擋測量一個變壓器線圈的電阻,以判斷它是否斷路。劉偉為了使李輝操作方便,用兩手分別握住線圈裸露的兩端讓李輝測量。測量時表針擺過了一定角度,李輝由此確認線圈沒有斷路。正當李輝把多用電表的表筆與被測線圈脫離時,劉偉突然驚叫起來,覺得有電擊感。下列說法正確的是( ) A.劉偉被電擊時變壓器線圈中的電流瞬間變大 B.劉偉有電擊感是因為兩手之間瞬間有高電壓 C.劉偉受到電擊的同時多用電表也可能被燒壞 D.實驗過程中若李輝兩手分別握住紅黑表筆的金屬桿,他也會受到電擊 答案 B 11.如圖所示的電路為演示自感現(xiàn)象的電路圖,其中R0為定值電阻,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r,小燈泡的燈絲電阻為R(可視為不變),電感線圈的自感系數(shù)為L、電阻為RL。電路接通并達到穩(wěn)定狀態(tài)后,斷開開關S,可以看到燈泡先是“閃亮”(比開關斷開前更亮)一下,然后才逐漸熄滅,但實驗發(fā)現(xiàn)“閃亮”現(xiàn)象并不明顯。為了觀察到斷開開關S時燈泡比開關斷開前有更明顯的“閃亮”現(xiàn)象,下列措施中一定可行的是( ) A.撤去電感線圈中的鐵芯,使L減小 B.更換電感線圈中的鐵芯,使L增大 C.更換電感線圈,保持L不變,使RL增大 D.更換電感線圈,保持L不變,使RL減小 答案 D 煉技法 【方法集訓】 方法1 感應電動勢E=BLv的四種推導方法 1.在電磁感應現(xiàn)象中,感應電動勢分為動生電動勢和感生電動勢兩種。產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體就相當于“電源”,在“電源”內(nèi)部非靜電力做功將其他形式的能轉化為電能。 (1)利用圖甲所示的電路可以產(chǎn)生動生電動勢。設勻強磁場的磁感應強度為B,導體棒ab的長度為L,在外力作用下 以速度v水平向右勻速運動。請從法拉第電磁感應定律出發(fā)推導動生電動勢E的表達式; 甲 乙 丙 (2)磁場變化時會在空間激發(fā)感生電場,該電場與靜電場不同,其電場線是一系列同心圓,如圖乙中的虛線所示。如果此刻空間存在導體,就會在導體中產(chǎn)生感應電流。如圖丙所示,一半徑為r、單位長度電阻為R0的金屬導體環(huán)垂直放置在勻強磁場中,當磁場均勻增強時,導體環(huán)中產(chǎn)生的感應電流為I。請你判斷導體環(huán)中感應電流的方向(俯視),并求出磁感應強度隨時間的變化率ΔBΔt; (3)請指出在(1)(2)兩種情況下,“電源”內(nèi)部的非靜電力分別是哪一種作用力,并分析說明在感生電場中能否像靜電場一樣建立“電勢”的概念。 答案 (1)根據(jù)法拉第電磁感應定律可得感應電動勢E=ΔΦΔt① 設導體棒向右運動了Δt時間,則這段時間內(nèi)磁通量的變化量ΔΦ=BLvΔt② 聯(lián)立①②式可得:E=BLv③ (2)根據(jù)楞次定律可以判斷導體環(huán)中感應電流的方向為順時針方向(俯視)。 根據(jù)法拉第電磁感應定律,電路產(chǎn)生的感生電動勢E=πr2ΔBΔt④ 導體環(huán)的總電阻R=2πrR0⑤ 根據(jù)閉合電路歐姆定律,電路中的電流I=ER⑥ 聯(lián)立④⑤⑥式可得:ΔBΔt=2R0Ir⑦ (3)在(1)中非靜電力是洛倫茲力沿導體棒方向的分力;在(2)中非靜電力是感生電場力。 在感生電場中不能建立“電勢”的概念。因為在感生電場中電荷沿電場線運動一周,感生電場力做功不為零,即感生電場力做功與路徑有關,故無法建立“電勢能”的概念,也就無法建立“電勢”的概念。 2.麥克斯韋電磁場理論認為:變化的磁場會在其周圍空間激發(fā)一種電場,這種電場與靜電場不同,稱為感生電場或渦旋電場,如圖甲所示。 圖甲 (1)若圖甲中磁場的磁感應強度B隨時間t按B=B0+kt(B0、k均為正常數(shù))規(guī)律變化,形成渦旋電場的電場線是一系列同心圓,單個圓上形成的電場場強大小處處相等。將一個半徑為r的閉合環(huán)形導體置于相同半徑的電場線位置處,導體中的自由電荷就會在感生電場的作用下做定向移動,產(chǎn)生感應電流,或者說導體中產(chǎn)生了感應電動勢。求: a.環(huán)形導體中感應電動勢E感的大小; b.環(huán)形導體位置處電場強度E的大小。 (2)電子感應加速器是利用感生電場使電子加速的設備。它的基本原理如圖乙所示,圖的上部分為側視圖,上、下為電磁鐵的兩個磁極,磁極之間有一個環(huán)形真空室,電子在真空室中做圓周運動。圖的下部分為真空室的俯視圖,電子從電子槍右端逸出,當電磁鐵線圈電流的大小與方向變化滿足相應的要求時,電子在真空室中沿虛線圓軌跡運動,不斷地被加速。 若某次加速過程中,電子圓周運動軌跡的半徑為R,圓形軌跡上的磁場為B1,圓形軌跡區(qū)域內(nèi)磁感應強度的平均值記為B2(由于圓形軌跡區(qū)域內(nèi)各處磁場分布可能不均勻,B2即穿過圓形軌跡區(qū)域內(nèi)的磁通量與圓的面積比值)。電磁鐵中通有如圖丙所示的正弦交變電流,設圖乙裝置中標出的電流方向為正方向。 a.在交變電流變化一個周期的時間內(nèi),分析說明電子被加速的時間范圍; b.若使電子被控制在圓形軌道上不斷被加速,B1與B2之間應滿足B1=12B2的關系,請寫出你的證明過程。 答案 (1)a.kπr2 b.kr2 (2)a.B1和B2是由同一個電流產(chǎn)生的,因此磁場方向總相同; 由圖乙可知:B1向上才可能提供電子做圓周運動的向心力(時間0~T2); 由圖乙可知:感生電場的電場線方向為順時針電子才可能加速,所以B2可以是向上增強(時間0~14T)或向下減弱(時間34T~T); 綜上三點可知:磁場向上增強才能滿足電子在圓周上的加速,根據(jù)圖丙可知電子只能在第一個四分之一周期加速。 b.電子做圓周運動的向心力由洛倫茲力提供,設某時刻電子運動的速度為v 則B1ev=mv2R 則B1eR=mv① 由(1)問中的a結論可得,此時軌道處的感生電場場強大小E=RΔB22Δt② 對①式eRΔB1Δt=mΔvΔt=ma=eE 所以:eRΔB1Δt=e12RΔB2Δt ΔB1Δt=ΔB22Δt 因為t=0時:B1=0、B2=0,所以有B1=12B2 (其他解法正確均得分) 方法2 電磁感應中電路問題的分析方法 3.如圖所示,一對平行光滑軌道放置在水平面上,兩軌道間距L=2m,電阻R=8Ω;有一電阻r=2Ω、質量m=1kg的金屬棒垂直平放在軌道上,軌道電阻可忽略不計,整個裝置處于垂直軌道平面向下的勻強磁場中,磁感應強度B=1T,現(xiàn)用一外力F沿軌道方向拉金屬棒,使之做初速度為零的勻加速直線運動,加速度大小為a=1m/s2。 (1)2s末金屬棒的速度大小; (2)2s末金屬棒受到的安培力的大小; (3)2s內(nèi)通過電阻R的電荷量Q的大小。 答案 (1)2m/s (2)0.8N (3)0.4C 4.如圖所示,水平面上有兩根足夠長的光滑平行金屬導軌MN和PQ,兩導軌間距為l=0.40m,電阻均可忽略不計。在M和P之間接有阻值為R=0.40Ω的定值電阻,導體桿ab的質量m=0.10kg,電阻r=0.10Ω,并與導軌接觸良好。整個裝置處于方向豎直向下、磁感應強度B=0.50T的勻強磁場中。導體桿ab在水平向右的拉力F作用下,沿導軌做速度v=2.0m/s的勻速直線運動。求: (1)通過電阻R的電流I的大小及方向; (2)拉力F的大小; (3)撤去拉力F后,電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱QR。 答案 (1)ab桿切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢E=Blv 根據(jù)閉合電路歐姆定律有I=ER+r 代入數(shù)據(jù)解得I=0.80A 方向從M到P (2)桿做勻速直線運動,拉力等于安培力 根據(jù)安培力公式有F=BIl 代入數(shù)據(jù)解得F=0.16N (3)撤去拉力后,根據(jù)能量守恒可知電路中產(chǎn)生的焦耳熱Q=12mv2=0.2J 根據(jù)焦耳定律有Q=I2R總t,可知QR=RR+rQ 代入數(shù)據(jù)解得QR=0.16J 方法3 電磁感應中圖像問題的分析方法 5.如圖1所示,線圈abcd固定于勻強磁場中,磁場方向垂直紙面向外,磁感應強度隨時間的變化情況如圖2所示。下列關于ab邊所受安培力隨時間變化的F-t圖像(規(guī)定安培力方向向右為正方向)正確的是( ) 答案 C 6.如圖所示,水平面上有兩根足夠長的光滑平行金屬導軌MN和PQ,兩導軌間距為l,電阻均可忽略不計。在M和P之間接有阻值為R的定值電阻,導體桿ab電阻為r,并與導軌接觸良好。整個裝置處于磁感應強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中?，F(xiàn)給ab桿一個瞬時沖量,使它獲得水平向右的初速度v0。下列圖像中,關于ab桿的速度v、通過電阻R中的電流i、電阻R的電功率P、通過MPabM的磁通量Φ隨時間變化的規(guī)律,可能正確的是( ) 答案 B 方法4 電磁感應中的動力學問題的分析方法 7.如圖所示,空間中存在一勻強磁場區(qū)域,磁場方向與豎直面(紙面)垂直,MM和NN是勻強磁場區(qū)域的水平邊界,紙面內(nèi)磁場上方有一個正方形導線框abcd,ab邊與MM和NN平行,邊長小于MM和NN的間距。若線框自由下落,在ab邊從MM運動到NN的過程中,關于線框的運動,下列說法中正確的是( ) A.一定始終做減速運動 B.一定始終做加速運動 C.可能先減速后加速 D.可能先加速后減速 答案 C 8.如圖所示,通過水平絕緣傳送帶輸送完全相同的正方形單匝銅線框,為了檢測出個別未閉合的不合格線框,讓線框隨傳送帶通過一固定勻強磁場區(qū)域(磁場方向垂直于傳送帶平面向下),觀察線框進入磁場后是否相對傳送帶滑動就能夠檢測出未閉合的不合格線框。已知磁場邊界MN、PQ與傳送帶運動方向垂直,MN與PQ間的距離為d,磁場的磁感應強度為B。各線框質量均為m,電阻均為R,邊長均為L(L
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