北京专用2020版高考物理大一轮复习专题十二电磁感应练习.docx

专题十二　电磁感应 挖命题 ‎【考情探究】‎ 考点 考向 ‎5年考情 预测热度 考题示例 学业水平 关联考点 素养要素 电磁感 应现象 磁通量 ‎★★☆‎ 电磁感应现象 ‎2015北京理综,20,6分 ‎3‎ 电磁感应现象的产生条件 科学探究 感应电 流方向 的判断 楞次定律 ‎2016北京理综,16,6分 ‎3‎ 法拉第电磁感应定律 科学推理 ‎★★☆‎ 右手定则 ‎2013北京理综,17,6分 ‎3‎ 感应电动势 科学推理 法拉第 电磁感 应定律 法拉第电磁感应定律 ‎2016北京理综,16,6分 ‎3‎ 楞次定律 科学推理 ‎★★★‎ 导体棒切割磁感线 ‎2015北京理综,22,16分 ‎3‎ 电流、安培力的冲量、路端电压 模型建构 电磁感应中求解回路中电荷量的大小 电磁感应中的能量转化 ‎2017北京理综,24,20分 ‎4‎ 洛伦兹力 科学推理 自感 自感和互感 ‎2017北京理综,19,6分 ‎3‎ 自感现象的判断 科学探究 ‎★★☆‎ 涡流 反电动势 分析解读　　近几年内对本专题的内容都有考查,考查涉及电磁感应现象及其产生条件、楞次定律、右手定则、法拉第电磁感应定律以及相关的电路问题、动力学问题、能量转化问题、自感问题等多个方面,体现出这个专题的考查综合性,难度和区分度较高,题目呈现为选择题、‎ 36‎ 实验题、计算题等多样性,主要考查考生的情景分析和理解能力、提取信息能力、应用基本规律分析和推理计算的能力,有些题目源于课本,但问题往往深入到知识的深层次,考查对物理知识本质的深刻认识层面,预计今后的高考中这种考查形式和方向还会继续。‎ ‎【真题典例】‎ 36‎ 破考点 ‎【考点集训】‎ 考点一　电磁感应现象 ‎1.如图所示,将铜片悬挂在电磁铁的两极间,形成一个摆。在电磁铁线圈未通电时,铜片可以自由摆动,忽略空气阻力及转轴摩擦的作用。当电磁铁通电后,电磁铁两极间可视为匀强磁场,忽略磁场边缘效应。关于通电后铜片的摆动过程,以下说法正确的是(　　)‎ A.由于铜片不会受到电磁铁的吸引,所以铜片向右穿过磁场后,还能摆至原来的高度 B.铜片进入磁场的瞬间,铜片一定立即减速 C.铜片在进入和离开磁场时,由于电磁感应,均有感应电流产生 D.铜片进入磁场的过程是机械能转化为电能的过程,离开磁场的过程是电能转化为机械能的过程 答案　C ‎2.与一般吉他(以箱体的振动发声)不同,电吉他靠拾音器发声。如图所示,拾音器由磁体及绕在其上的线圈组成。磁体产生的磁场使钢质琴弦磁化而产生磁性,即琴弦也产生自己的磁场。当某根琴弦被拨动而相对线圈振动时,线圈中就会产生相应的电流,并最终还原为声音信号。下列说法中正确的是(　　)‎ 36‎ A.若磁体失去磁性,电吉他仍能正常工作 B.换用尼龙材质的琴弦,电吉他仍能正常工作 C.琴弦振动的过程中,线圈中电流的方向不会发生变化 D.拾音器的作用是利用电磁感应把琴弦的振动转化成电信号 答案　D ‎3.某同学想用如图所示装置探究感应电流产生的条件,ab是一根导体棒,通过导线、开关连接在灵敏电流计的两个接线柱上。实验前,该同学对可能产生感应电流的情况做出了以下总结,关于该同学的说法正确的是(　　)‎ A.开关闭合的瞬间,灵敏电流计的指针会发生偏转 B.开关断开的瞬间,灵敏电流计的指针会发生偏转 C.开关闭合后,ab棒左右运动的过程中灵敏电流计的指针会发生偏转 D.开关闭合后,ab棒上下运动的过程中灵敏电流计的指针会发生偏转 答案　C 考点二　感应电流方向的判断 ‎4.如图甲所示,20匝的线圈两端M、N与一个电压表相连,线圈内有指向纸内的磁场,线圈中的磁通量在按图乙所示规律变化。下列说法正确的是(　　)‎ A.线圈中产生的感生电流沿顺时针方向 B.电压表的正接线柱接线圈的N端 36‎ C.线圈中磁通量的变化率为1.5Wb/s D.电压表的读数为10V 答案　D ‎5.(2016课标Ⅱ,20,6分)(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是　(　　)‎ A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定 B.若从上向下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向流动 C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化 D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍 答案　AB ‎6.(2016浙江理综,16,6分)如图所示,a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成,匝数均为10匝,边长la=3lb,图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀增大,不考虑线圈之间的相互影响,则(　　)‎ A.两线圈内产生顺时针方向的感应电流 B.a、b线圈中感应电动势之比为9∶1‎ C.a、b线圈中感应电流之比为3∶4‎ D.a、b线圈中电功率之比为3∶1‎ 答案　B考点三　法拉第电磁感应定律 ‎7.(2017课标Ⅱ,20,6分)(多选)两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直。边长为0.1m、总电阻为0.005Ω的正方形导线框abcd位于纸面内,cd边与磁场边界平行,如图(a)所示。已知导线框一直向右做匀速直线运动,cd边于t=0时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图(b)所示(感应电流的方向为顺时针时,感应电动势取正)。下列说法正确的是(　　)‎ 36‎ A.磁感应强度的大小为0.5T B.导线框运动速度的大小为0.5m/s C.磁感应强度的方向垂直于纸面向外 D.在t=0.4s至t=0.6s这段时间内,导线框所受的安培力大小为0.1N 答案　BC ‎8.如图所示,平行金属导轨水平放置,宽度L=0.30m,一端连接R=0.50Ω的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=0.20T。导体棒MN放在导轨上,其长度恰好等于导轨间距,与导轨接触良好。导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。现使导体棒MN沿导轨向右匀速运动,速度v=5.0m/s。求:‎ ‎(1)导体棒MN切割磁感线产生的感应电动势E;‎ ‎(2)导体棒MN所受安培力F的大小;‎ ‎(3)感应电流的功率P。‎ 答案　(1)0.30V　(2)0.036N　(3)0.18W 考点四　自感 ‎9.如图所示,将两端刮掉绝缘漆的导线绕在一把锉刀上,一端接上电池(电池另一极与锉刀接触),手执导线的另一端,在锉刀上来回划动,由于锉刀表面凹凸不平,就会产生电火花。下列说法正确的是(　　)‎ A.产生电火花的回路只由导线与电池组成 B.如导线端只向一个方向划动也能产生电火花 C.锉刀采用什么材料制成对实验没有影响 D.导线端划动的方向决定了自感电动势的方向 答案　B 36‎ ‎10.如图所示,李辉用多用电表的欧姆挡测量一个变压器线圈的电阻,以判断它是否断路。刘伟为了使李辉操作方便,用两手分别握住线圈裸露的两端让李辉测量。测量时表针摆过了一定角度,李辉由此确认线圈没有断路。正当李辉把多用电表的表笔与被测线圈脱离时,刘伟突然惊叫起来,觉得有电击感。下列说法正确的是(　　)‎ A.刘伟被电击时变压器线圈中的电流瞬间变大 B.刘伟有电击感是因为两手之间瞬间有高电压 C.刘伟受到电击的同时多用电表也可能被烧坏 D.实验过程中若李辉两手分别握住红黑表笔的金属杆,他也会受到电击 答案　B ‎11.如图所示的电路为演示自感现象的电路图,其中R0为定值电阻,电源电动势为E,内阻为r,小灯泡的灯丝电阻为R(可视为不变),电感线圈的自感系数为L、电阻为RL。电路接通并达到稳定状态后,断开开关S,可以看到灯泡先是“闪亮”(比开关断开前更亮)一下,然后才逐渐熄灭,但实验发现“闪亮”现象并不明显。为了观察到断开开关S时灯泡比开关断开前有更明显的“闪亮”现象,下列措施中一定可行的是(　　)‎ A.撤去电感线圈中的铁芯,使L减小 B.更换电感线圈中的铁芯,使L增大 C.更换电感线圈,保持L不变,使RL增大 D.更换电感线圈,保持L不变,使RL减小 答案　D 炼技法 ‎【方法集训】‎ 方法1　感应电动势E=BLv的四种推导方法 36‎ ‎1.在电磁感应现象中,感应电动势分为动生电动势和感生电动势两种。产生感应电动势的那部分导体就相当于“电源”,在“电源”内部非静电力做功将其他形式的能转化为电能。‎ ‎(1)利用图甲所示的电路可以产生动生电动势。设匀强磁场的磁感应强度为B,导体棒ab的长度为L,在外力作用下 以速度v水平向右匀速运动。请从法拉第电磁感应定律出发推导动生电动势E的表达式;‎ 甲 乙 丙 ‎(2)磁场变化时会在空间激发感生电场,该电场与静电场不同,其电场线是一系列同心圆,如图乙中的虚线所示。如果此刻空间存在导体,就会在导体中产生感应电流。如图丙所示,一半径为r、单位长度电阻为R0的金属导体环垂直放置在匀强磁场中,当磁场均匀增强时,导体环中产生的感应电流为I。请你判断导体环中感应电流的方向(俯视),并求出磁感应强度随时间的变化率ΔBΔt;‎ ‎(3)请指出在(1)(2)两种情况下,“电源”内部的非静电力分别是哪一种作用力,并分析说明在感生电场中能否像静电场一样建立“电势”的概念。‎ 答案　(1)根据法拉第电磁感应定律可得感应电动势E=ΔΦΔt①‎ 设导体棒向右运动了Δt时间,则这段时间内磁通量的变化量ΔΦ=BLvΔt②‎ 联立①②式可得:E=BLv③‎ ‎(2)根据楞次定律可以判断导体环中感应电流的方向为顺时针方向(俯视)。‎ 根据法拉第电磁感应定律,电路产生的感生电动势E'=πr2ΔBΔt④‎ 导体环的总电阻R'=2πrR0⑤‎ 根据闭合电路欧姆定律,电路中的电流I=E'‎R'‎⑥‎ 36‎ 联立④⑤⑥式可得:ΔBΔt=‎2R‎0‎Ir⑦‎ ‎(3)在(1)中非静电力是洛伦兹力沿导体棒方向的分力;在(2)中非静电力是感生电场力。‎ 在感生电场中不能建立“电势”的概念。因为在感生电场中电荷沿电场线运动一周,感生电场力做功不为零,即感生电场力做功与路径有关,故无法建立“电势能”的概念,也就无法建立“电势”的概念。‎ ‎2.麦克斯韦电磁场理论认为:变化的磁场会在其周围空间激发一种电场,这种电场与静电场不同,称为感生电场或涡旋电场,如图甲所示。‎ 图甲 ‎(1)若图甲中磁场的磁感应强度B随时间t按B=B0+kt(B0、k均为正常数)规律变化,形成涡旋电场的电场线是一系列同心圆,单个圆上形成的电场场强大小处处相等。将一个半径为r的闭合环形导体置于相同半径的电场线位置处,导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向移动,产生感应电流,或者说导体中产生了感应电动势。求:‎ a.环形导体中感应电动势E感的大小;‎ b.环形导体位置处电场强度E的大小。‎ ‎(2)电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图乙所示,图的上部分为侧视图,上、下为电磁铁的两个磁极,磁极之间有一个环形真空室,电子在真空室中做圆周运动。图的下部分为真空室的俯视图,电子从电子枪右端逸出,当电磁铁线圈电流的大小与方向变化满足相应的要求时,电子在真空室中沿虚线圆轨迹运动,不断地被加速。‎ 若某次加速过程中,电子圆周运动轨迹的半径为R,圆形轨迹上的磁场为B1,圆形轨迹区域内磁感应强度的平均值记为B‎2‎(由于圆形轨迹区域内各处磁场分布可能不均匀,B‎2‎即穿过圆形轨迹区域内的磁通量与圆的面积比值)。电磁铁中通有如图丙所示的正弦交变电流,设图乙装置中标出的电流方向为正方向。‎ 36‎ a.在交变电流变化一个周期的时间内,分析说明电子被加速的时间范围;‎ b.若使电子被控制在圆形轨道上不断被加速,B1与B‎2‎之间应满足B1=‎1‎‎2‎B‎2‎的关系,请写出你的证明过程。‎ 答案　(1)a.kπr2　b.‎kr‎2‎ ‎(2)a.B1和B‎2‎是由同一个电流产生的,因此磁场方向总相同;‎ 由图乙可知:B1向上才可能提供电子做圆周运动的向心力(时间0~T‎2‎);‎ 由图乙可知:感生电场的电场线方向为顺时针电子才可能加速,所以B‎2‎可以是向上增强(时间0~‎1‎‎4‎T)或向下减弱(时间‎3‎‎4‎T~T);‎ 综上三点可知:磁场向上增强才能满足电子在圆周上的加速,根据图丙可知电子只能在第一个四分之一周期加速。‎ b.电子做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供,设某时刻电子运动的速度为v 则B1ev=mv‎2‎R 则B1eR=mv①‎ 由(1)问中的a结论可得,此时轨道处的感生电场场强大小E'=RΔB‎2‎‎2Δt②‎ 对①式eRΔB‎1‎Δt=mΔvΔt=ma=eE'‎ 所以:eRΔB‎1‎Δt=e·‎1‎‎2‎R·‎ΔB‎2‎Δt ΔB‎1‎Δt‎=‎ΔB‎2‎‎2Δt 因为t=0时:B1=0、B2=0,所以有B1=‎‎1‎‎2‎B‎2‎ ‎(其他解法正确均得分)‎ 36‎ 方法2　电磁感应中电路问题的分析方法 ‎3.如图所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距L=2m,电阻R=8Ω;有一电阻r=2Ω、质量m=1kg的金属棒垂直平放在轨道上,轨道电阻可忽略不计,整个装置处于垂直轨道平面向下的匀强磁场中,磁感应强度B=1T,现用一外力F沿轨道方向拉金属棒,使之做初速度为零的匀加速直线运动,加速度大小为a=1m/s2。‎ ‎(1)2s末金属棒的速度大小;‎ ‎(2)2s末金属棒受到的安培力的大小;‎ ‎(3)2s内通过电阻R的电荷量Q的大小。‎ 答案　(1)2m/s　(2)0.8N　(3)0.4C ‎4.如图所示,水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ,两导轨间距为l=0.40m,电阻均可忽略不计。在M和P之间接有阻值为R=0.40Ω的定值电阻,导体杆ab的质量m=0.10kg,电阻r=0.10Ω,并与导轨接触良好。整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中。导体杆ab在水平向右的拉力F作用下,沿导轨做速度v=2.0m/s的匀速直线运动。求:‎ ‎(1)通过电阻R的电流I的大小及方向;‎ ‎(2)拉力F的大小;‎ ‎(3)撤去拉力F后,电阻R上产生的焦耳热QR。‎ 答案　(1)ab杆切割磁感线产生的感应电动势E=Blv 根据闭合电路欧姆定律有I=‎ER+r 代入数据解得I=0.80A 方向从M到P ‎(2)杆做匀速直线运动,拉力等于安培力 36‎ 根据安培力公式有F=BIl 代入数据解得F=0.16N ‎(3)撤去拉力后,根据能量守恒可知电路中产生的焦耳热Q=‎1‎‎2‎mv2=0.2J 根据焦耳定律有Q=I2R总t,可知QR=RR+rQ 代入数据解得QR=0.16J 方法3　电磁感应中图像问题的分析方法 ‎5.如图1所示,线圈abcd固定于匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度随时间的变化情况如图2所示。下列关于ab边所受安培力随时间变化的F-t图像(规定安培力方向向右为正方向)正确的是(　　)‎ 答案　C ‎6.如图所示,水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ,两导轨间距为l,电阻均可忽略不计。在M和P之间接有阻值为R的定值电阻,导体杆ab电阻为r,并与导轨接触良好。整个装置处于磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。现给ab杆一个瞬时冲量,使它获得水平向右的初速度v0。下列图像中,关于ab杆的速度v、通过电阻R中的电流i、电阻R的电功率P、通过MPabM的磁通量Φ随时间变化的规律,可能正确的是(　　)‎ 36‎ 答案　B 方法4　电磁感应中的动力学问题的分析方法 ‎7.如图所示,空间中存在一匀强磁场区域,磁场方向与竖直面(纸面)垂直,MM'和NN'是匀强磁场区域的水平边界,纸面内磁场上方有一个正方形导线框abcd,ab边与MM'和NN'平行,边长小于MM'和NN'的间距。若线框自由下落,在ab边从MM'运动到NN'的过程中,关于线框的运动,下列说法中正确的是(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A.一定始终做减速运动 B.一定始终做加速运动 C.可能先减速后加速 D.可能先加速后减速 答案　C ‎8.如图所示,通过水平绝缘传送带输送完全相同的正方形单匝铜线框,为了检测出个别未闭合的不合格线框,让线框随传送带通过一固定匀强磁场区域(磁场方向垂直于传送带平面向下),观察线框进入磁场后是否相对传送带滑动就能够检测出未闭合的不合格线框。已知磁场边界MN、PQ与传送带运动方向垂直,MN与PQ间的距离为d,磁场的磁感应强度为B。各线框质量均为m,电阻均为R,边长均为L(L