2018年高考物理总复习专题十电磁感应-高考物理PPT课件.docx

专题十　电磁感应
考点一　电磁感应现象　楞次定律
1.(2013课标Ⅱ,19,6分)(多选)在物理学发展过程中,观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用。下列叙述符合史实的是(　　)
A.奥斯特在实验中观察到电流的磁效应,该效应揭示了电和磁之间存在联系
B.安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性,提出了分子电流假说
C.法拉第在实验中观察到,在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中,会出现感应电流
D.楞次在分析了许多实验事实后提出,感应电流应具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
答案　ABD　
2.(2013天津理综,12,20分)超导现象是20世纪人类重大发现之一,日前我国已研制出世界传输电流最大的高温超导电缆并成功示范运行。
(1)超导体在温度特别低时电阻可以降到几乎为零,这种性质可以通过实验研究。将一个闭合超导金属圆环水平放置在匀强磁场中,磁感线垂直于圆环平面向上,逐渐降低温度使环发生由正常态到超导态的转变后突然撤去磁场,若此后环中的电流不随时间变化,则表明其电阻为零。请指出自上往下看环中电流方向,并说明理由。
(2)为探究该圆环在超导状态的电阻率上限ρ,研究人员测得撤去磁场后环中电流为I,并经一年以上的时间t未检测出电流变化。实际上仪器只能检测出大于ΔI的电流变化,其中ΔI≪I,当电流的变化小于ΔI时,仪器检测不出电流的变化,研究人员便认为电流没有变化。设环的横截面积为S,环中定向移动电子的平均速率为v,电子质量为m、电荷量为e。试用上述给出的各物理量,推导出ρ的表达式。
(3)若仍使用上述测量仪器,实验持续时间依旧为t,为使实验获得的该圆环在超导状态的电阻率上限ρ的准确程度更高,请提出你的建议,并简要说明实现方法。
答案　(1)逆时针方向,理由见解析
(2)ρ=mvSΔIetI2
(3)见解析
解析　(1)撤去磁场瞬间,环所围面积的磁通量突变为零,由楞次定律可知,环中电流的磁场方向应与原磁场方向相同,即向上。由右手螺旋定则可知,环中电流的方向是沿逆时针方向。
(2)设圆环周长为l、电阻为R,由电阻定律得
R=ρlS①
设t时间内环中电流释放焦耳热而损失的能量为ΔE,由焦耳定律得
ΔE=I2Rt②
设环中单位体积内定向移动电子数为n,则
I=nevS③
式中n、e、S不变,只有定向移动电子的平均速率的变化才会引起环中电流的变化。电流变化大小取ΔI时,相应定向移动电子的平均速率变化的大小为Δv,则
ΔI=neSΔv④
设环中定向移动电子减少的动能总和为ΔEk,则
ΔEk=nlS12mv2-12m(v-Δv)2⑤
由于ΔI≪I,可得
ΔEk=lmveΔI⑥
根据能量守恒定律,得
ΔE=ΔEk⑦
联立上述各式,得
ρ=mvSΔIetI2⑧
(3)由ρ=mvSΔIetI2看出,在题设条件限制下,适当增大超导电流,可以使实验获得ρ的准确程度更高,通过增大穿过该环的磁通量变化率可实现增大超导电流。
考点二　法拉第电磁感应定律　自感　互感
3.(2013北京理综,17,6分)如图,在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动,MN中产生的感应电动势为E1;若磁感应强度增为2B,其他条件不变,MN中产生的感应电动势变为E2。则通过电阻R的电流方向及E1与E2之比E1∶E2分别为(　　)

A.c→a,2∶1 B.a→c,2∶1 C.a→c,1∶2 D.c→a,1∶2
答案　C　
4.(2013四川理综,7,6分)(多选)如图所示,边长为L、不可形变的正方形导线框内有半径为r的圆形磁场区域,其磁感应强度B随时间t的变化关系为B=kt(常量k>0)。回路中滑动变阻器R的最大阻值为R0,滑动片P位于滑动变阻器中央,定值电阻R1=R0、R2=R02。闭合开关S,电压表的示数为U,不考虑虚线MN右侧导体的感应电动势,则(　　)

A.R2两端的电压为U7
B.电容器的a极板带正电
C.滑动变阻器R的热功率为电阻R2的5倍
D.正方形导线框中的感应电动势为kL2
答案　AC　

考点三　电磁感应中的图象问题
5.(2013课标Ⅰ,17,6分)如图,在水平面(纸面)内有三根相同的均匀金属棒ab、ac和MN,其中ab、ac在a点接触,构成“V”字型导轨。空间存在垂直于纸面的均匀磁场。用力使MN向右匀速运动,从图示位置开始计时,运动中MN始终与∠bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触。下列关于回路中电流i与时间t的关系图线,可能正确的是(　　)

答案　A　
6.(2013课标Ⅱ,16,6分)如图,在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框;在导线框右侧有一宽度为d(d>L)的条形匀强磁场区域,磁场的边界与导线框的一边平行,磁场方向竖直向下。导线框以某一初速度向右运动。t=0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合,随后导线框进入并通过磁场区域。下列v-t图像中,可能正确描述上述过程的是(　　)

答案　D　
7.(2013浙江理综,15,6分)磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区,刷卡器中有检测线圈。当以速度v0刷卡时,在线圈中产生感应电动势,其E-t关系如图所示。如果只将刷卡速度改为v02,线圈中的E-t关系图可能是(　　)

答案　D　
8.(2013福建理综,18,6分)如图,矩形闭合导体线框在匀强磁场上方,由不同高度静止释放,用t1、t2分别表示线框ab边和cd边刚进入磁场的时刻。线框下落过程形状不变,ab边始终保持与磁场水平边界线OO'平行,线框平面与磁场方向垂直。设OO'下方磁场区域足够大,不计空气影响,则下列哪一个图像不可能反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律(　　)

答案　A　
9.(2013广东理综,36,18分)如图(a)所示,在垂直于匀强磁场B的平面内,半径为r的金属圆盘绕过圆心O的轴转动,圆心O和边缘K通过电刷与一个电路连接。电路中的P是加上一定正向电压才能导通的电子元件。流过电流表的电流I与圆盘角速度ω的关系如图(b)所示,其中ab段和bc段均为直线,且ab段过坐标原点。ω>0代表圆盘逆时针转动。已知:R=3.0 Ω,B=1.0 T,r=0.2 m。忽略圆盘、电流表和导线的电阻。
(1)根据图19(b)写出ab、bc段对应的I与ω的关系式;
(2)求出图19(b)中b、c两点对应的P两端的电压Ub、Uc;
(3)分别求出ab、bc段流过P的电流IP与其两端电压UP的关系式。

图(a)

图(b)
答案　见解析
解析　(1)由图象可知,在ab段
I=ω150(-45 rad/s≤ω≤15 rad/s)
在bc段
I=ω100-0.05(15 rad/s<ω≤45 rad/s)
(2)由题意可知,P两端的电压UP等于圆盘产生的电动势,UP=12Br2ω
b点时ωb=15 rad/s
Ub=12Br2ωb=0.3 V
c点时ωc=45 rad/s
Uc=12Br2ωc=0.9 V
(3)由图象中电流变化规律可知电子元件P在b点时开始导通,则:
在ab段
IP=0(-0.9 V≤UP≤0.3 V)
在bc段
IP=I-UPR
而I=ω100-0.05
UP=12Br2ω
联立可得
IP=UP6-0.05(0.3 V<UP≤0.9 V)
考点四　电磁感应的综合问题

10.(2013天津理综,3,6分)如图所示,纸面内有一矩形导体闭合线框abcd,ab边长大于bc边长,置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外,线框两次匀速地完全进入磁场,两次速度大小相同,方向均垂直于MN。第一次ab边平行MN进入磁场,线框上产生的热量为Q1,通过线框导体横截面的电荷量为q1;第二次bc边平行MN进入磁场,线框上产生的热量为Q2,通过线框导体横截面的电荷量为q2,则(　　)
A.Q1>Q2,q1=q2 B.Q1>Q2,q1>q2
C.Q1=Q2,q1=q2 D.Q1=Q2,q1>q2
答案　A　
11.(2013安徽理综,16,6分)如图所示,足够长平行金属导轨倾斜放置,倾角为37°,宽度为0.5 m,电阻忽略不计,其上端接一小灯泡,电阻为1 Ω。一导体棒MN垂直于导轨放置,质量为0.2 kg,接入电路的电阻为1 Ω,两端与导轨接触良好,与导轨间的动摩擦因数为0.5。在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为0.8 T。将导体棒MN由静止释放,运动一段时间后,小灯泡稳定发光,此后导体棒MN的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为(重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6)(　　)

A.2.5 m/s　1 W B.5 m/s　1 W
C.7.5 m/s　9 W D.15 m/s　9 W
答案　B　
12.(2013课标Ⅰ,25,19分)如图,两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为θ,间距为L。导轨上端接有一平行板电容器,电容为C。导轨处于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向垂直于导轨平面。在导轨上放置一质量为m的金属棒,棒可沿导轨下滑,且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触。已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为μ,重力加速度大小为g。忽略所有电阻。让金属棒从导轨上端由静止开始下滑,求:

(1)电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系;
(2)金属棒的速度大小随时间变化的关系。
答案　(1)Q=CBLv
(2)v=m(sinθ-μcosθ)m+B2L2Cgt
13.(2013重庆理综,7,15分)小明在研究性学习中设计了一种可测量磁感应强度的实验,其装置如图所示。在该实验中,磁铁固定在水平放置的电子测力计上,此时电子测力计的读数为G1,磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场,其余区域磁场不计。直铜条AB的两端通过导线与一电阻连接成闭合回路,总阻值为R。若让铜条水平且垂直于磁场,以恒定的速率v在磁场中竖直向下运动,这时电子测力计的读数为G2,铜条在磁场中的长度为L。
(1)判断铜条所受安培力的方向,G1和G2哪个大?
(2)求铜条匀速运动时所受安培力的大小和磁感应强度的大小。

答案　(1)安培力方向竖直向上,G2>G1
(2)F安=G2-G1,B=1L(G2-G1)Rv