专题10 电磁感应-2019年高考物理经典问题的妙解策略

专题10 电磁感应-2019年高考物理经典问题的妙解策略

考点分类：考点分类见下表 考点内容 考点分析与常见题型 利用程序法和逆向推理法分析二次感应问题 选择题、计算题 加速度公式a=在电磁感应中的应用 选择题、计算题 电磁感应在生活中的应用的有关问题 选择题、计算题 闭合线框从不同高度穿越磁场的问题 选择题、计算题 考点一　利用程序法和逆向推理法分析二次感应问题 在电磁感应现象中，二次电磁感应问题在高考题中时常出现，解决该类问题的方法有程序法、逆向推理法等．‎ ‎(一)程序法(正向推理法)‎ ‎(二)逆向推理法 ‎⇩‎ ‎⇩‎ ‎⇩‎ 考点二 加速度公式a=在电磁感应中的应用 ‎(1)在含容电路中某导体在恒力作用下做切割磁感线运动,由a=和牛顿第二定律F-Bl=ma结合,求导体棒运动的加速度a=. ‎ ‎(2)加速度公式a=和牛顿第二定律-BIl=ma结合,求流过导体棒的电荷量q= ‎(3)加速度公式a=和牛顿第二定律-BIl=ma即-x=m(0-v0),求导体棒的位移.‎ 考点三　电磁感应在生活中的应用的有关问题 电磁感应现象与生活密切相关，高考对这部分的考查更趋向于有关现代信息和STS问题中信息题的考查．命题背景有电磁炉、电子秤、电磁卡、电磁焊接术、卫星悬绳发电、磁悬浮列车等．‎ 考点四 闭合线框从不同高度穿越磁场的问题 闭合线框从不同高度穿越磁场时,可能做匀速直线运动、加速运动、减速运动,或先后多种运动形式交替出现,解决此类问题的三种思路:‎ ‎(1)运动分析:分析线圈进磁场时安培力与重力的大小关系,判断其运动性质.‎ ‎(2)过程分析:分阶段(进磁场前、进入过程、在磁场内、出磁场过程)分析.‎ ‎(3)功能关系分析:必要时利用功能关系列方程求解.‎ ‎★考点一：利用程序法和逆向推理法分析二次感应问题 ‎◆典例一：(多选)如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，MN的左边有一闭合电路，当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是(　　)‎ A．向右加速运动　　 B．向左加速运动 C．向右减速运动 D．向左减速运动 ‎【答案】BC ‎◆典例二:(多选)如图所示装置中，cd杆原来静止．当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动(　　)‎ A．向右匀速运动 B．向右加速运动 C．向左加速运动 D．向左减速运动 ‎【答案】BD ‎【技巧总结】‎ 在二次感应现象中，“程序法”和“逆向推理法”的选择 ‎1.如果要判断二次感应后的现象或结果，选择程序法. ‎ ‎(3)由牛顿第二定律和闭合电路欧姆定律,则有-BIl=ma,‎ 而I=;若Δt→0,则有a=;‎ 联立解得-Δt=mΔv 则有-∑vΔt=m∑Δv,即-x=m(0-v0)解得x=. ‎ ‎◆典例二：(2016·河南郑州高三质量预测)(多选)用一段横截面半径为r、电阻率为ρ、密度为d的均匀导体材料做成一个半径为R(r≪R)的圆环。圆环竖直向下落入如图所示的径向磁场中，圆环的圆心始终在N极的轴线上，圆环所在位置的磁感应强度大小均为B。圆环在加速下滑过程中某一时刻的速度为v，忽略电感的影响，则(　　)‎ A．此时在圆环中产生了(俯视)顺时针的感应电流 B．圆环因受到了向下的安培力而加速下落 C．此时圆环的加速度a＝ D．如果径向磁场足够长，则圆环的最大速度vm＝ ‎【答案】AD　‎ ‎★考点三：电磁感应在生活中的应用的有关问题 ‎◆典例一：(2017·新课标全国卷Ⅰ ‎)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌．为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示．无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是(　　)‎ ‎【答案】A ‎【解析】由题图，对于紫铜薄板上下、左右振动时均能产生感应电流的为A，其产生的感应电流阻碍其振动，达到衰减振动的作用，即将机械能转化为焦耳热，A正确． ‎ ‎◆典例二 ．(2018·北京丰台区模拟)随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的视线．小到手表、手机，大到电脑、电动汽车，都已经实现了无线充电从理论研发到实际应用的转化．如图所示为某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图．关于无线充电，下列说法正确的是(　　)‎ A．无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”‎ B．只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电 C．接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同 D．只要有无线充电底座，所有手机都可以进行无线充电 ‎【答案】C ‎★考点四：闭合线框从不同高度穿越磁场的问题 ‎◆典例一：(2018·江西南昌模拟)如图所示,水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场,两个闭合线圈Ⅰ,Ⅱ分别用同种导线绕制而成,其中Ⅰ为边长为L的正方形,Ⅱ是长2L、宽为L的矩形,将两个线圈同时从图示位置由静止释放.线圈下边进入磁场时,Ⅰ立即做了一段时间的匀速运动,已知两线圈在整个下落过程中,下边始终平行于磁场上边界,不计空气阻力,则(　 　)‎ A.下边进入磁场时,Ⅱ也立即做匀速运动 B.从下边进入磁场开始的一段时间内,线圈Ⅱ做加速度不断减小的加速运动 C.从下边进入磁场开始的一段时间内,线圈Ⅱ做加速度不断减小的减速运动 D.线圈Ⅱ先到达地面 ‎ ‎【答案】C ‎◆典例二（2018开封质检）如图所示，水平线MN上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外。MN上方有一单匝矩形导线框abcd，其质量为m，电阻为R，ab边长为L1，bc边长为L2‎ ‎，cd边离MN的高度为h。现将线框由静止释放，线框下落过程中ab边始终保持水平，且ab边离开磁场前已做匀速直线运动，不考虑空气阻力的影响，则从线框静止释放到完全离开磁场的过程中 A．离开磁场过程线圈中电流方向始终是adcba B．匀速运动时回路中电流的热功率为 C．整个过程中通过导线截面的电荷量为 BL1L2/R D．回路中电流最大值一定为 ‎【参考答案】AC ‎1. ‎ ‎(2018·辽宁省实验中学模拟)(多选)如图所示，通过水平绝缘传送带输送完全相同的铜线圈，线圈等距离排列，且与传送带以相同的速度匀速运动．为了检测出个别未闭合的不合格线圈，让传送带通过一固定匀强磁场区域，磁场方向垂直于传送带运动方向，根据穿过磁场后线圈间的距离，就能够检测出不合格线圈．通过观察图形，判断下列说法正确的是(　　)‎ A．若线圈闭合，进入磁场时，线圈中感应电流方向从上向下看为逆时针 B．若线圈闭合，传送带以较大速度匀速运动时，磁场对线圈的作用力增大 C．从图中可以看出，第2个线圈是不合格线圈 D．从图中可以看出，第3个线圈是不合格线圈 ‎【答案】BD ‎【解析】若线圈闭合，进入磁场时，穿过线圈的磁通量增大，由楞次定律可知，线圈中的感应电流的磁场方向向下，所以感应电流的方向从上向下看是顺时针，故A错误；根据法拉第电磁感应定律，传送带以较大速度匀速运动时，线圈中产生的感应电动势较大，则感应电流较大，磁场对线圈的作用力增大，故B正确；由题图知1、2、4、5、6线圈都发生了相对于传送带的滑动，而第3个线圈没有滑动，则第3个线圈不闭合，没有产生感应电流，故C错误，D正确． ‎ ‎2.如图所示，PQQ2P2是由两个正方形导线方格PQQ1P1、P1Q1Q2P2构成的网络电路，方格每边长度l＝10 cm。在x>0 的空间分布有磁感应强度随时间t均匀增加的匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面并指向纸内。今令网络电路PQQ2P2以恒定的速度v＝5 cm/s沿x轴正方向运动并进入磁场区域，在运动过程中方格的边PQ始终与y轴平行。若取PQ与y轴重合的时刻为t＝0，在以后任一时刻t磁场的磁感应强度为B＝B0＋bt，式中t的单位为s，B0、b为已知恒量。t＝2.5 s时刻，方格PQQ1P1中的感应电动势是E1，方格P1Q1Q2P2中的感应电动势是E2。E1、E2的表达式正确的是(　　)‎ A．E1＝B0lv B．E1＝bl2‎ C．E2＝ D．E2＝(B0＋2.5b)lv ‎【参考答案】B ‎3．在倾角为θ足够长的光滑斜面上，存在着两个磁感应强度大小相等的匀强磁场，磁场方向一个垂直斜面向上，另一个垂直斜面向下，宽度均为L，如图所示．一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形线框在t＝0时刻以速度v0进入磁场，恰好做匀速直线运动，若经过时间t0，线框ab边到达gg′与ff′中间位置时，线框又恰好做匀速运动，则下列说法正确的是(　　)‎ A．当ab边刚越过ff′时，线框加速度的大小为gsin θ B．t0时刻线框匀速运动的速度为 C．t0时间内线框中产生的焦耳热为mgLsin θ＋mv D．离开磁场的过程中线框将做匀速直线运动 ‎【参考答案】BC ‎4.(2016·河南洛阳高三统考)如图所示，水平放置的光滑平行金属导轨，左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连，右端与半径为L＝20 cm的光滑圆弧导轨相接。导轨宽度为20 cm，电阻不计。导轨所在空间有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度B＝0.5 T。一根垂直导轨放置的质量m＝60 g、电阻R＝1 Ω、长为L的导体棒ab，用长也为20 cm的绝缘细线悬挂，导体棒恰好与导轨接触。当闭合开关S后，导体棒沿圆弧摆动，摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态。当导体棒ab速度最大时，细线与竖直方向的夹角θ＝53°(sin 53°＝0.8，g＝10 m/s2)，则(　　)‎ A．磁场方向一定竖直向上　　　　　　　　　　B．电源的电动势E＝8.0 V C．导体棒在摆动过程中所受安培力F＝8 N　　　D．导体棒摆动过程中的最大动能为0.08 J ‎【参考答案】BD　‎ ‎5．如图甲所示，在列车首节车厢下面安装一电磁铁，电磁铁产生垂直于地面的匀强磁场，首节车厢经过安 放在两铁轨间的线圈时，线圈中产生的电脉冲信号传到控制中心．图乙为某时控制中心显示屏上的电脉冲信号，则此时列车的运动情况是(　　)‎ A．匀速运动 B．匀加速运动 C．匀减速运动 D．变加速运动 ‎【参考答案】C　‎ ‎6.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，线圈中的E－t关系图可能是(　　)‎ ‎【参考答案】D ‎7．(2018·长兴中学高三模拟)1831年，法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机(图甲)．它是利用电磁感应原理制成的，是人类历史上第一台发电机．图乙是这个圆盘发电机的示意图：铜盘安装在水平的铜轴上，它的边缘正好在两磁极之间，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘良好接触．使铜盘转动，电阻R中就有电流通过．若所加磁场为匀强磁场，回路的总电阻恒定，从左往右看，铜盘沿顺时针方向匀速转动，CRD平面与铜盘平面垂直，下列说法正确的是(　　)‎ A．电阻R中没有电流流过 B．铜片C的电势高于铜片D的电势 ‎ C．保持铜盘不动，磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场，‎ 则铜盘中有电流产生 ‎ D．保持铜盘不动，磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场，‎ 则CRD回路中有电流产生 ‎ ‎【参考答案】C ‎8.（2018江苏扬州期末）实验小组想要探究电磁刹车的效果，在遥控小车底面安装宽为L、长为2.5L的N匝矩形线框abcd，总电阻为R，面积可认为与小车底面相同，其平面与水平地面平行，小车总质量为m.如图所示是简化的俯视图，小车在磁场外以恒定的功率做直线运动，受到地面阻力恒为f，进入磁场前已达到最大速度v，车头(ab边)刚要进入磁场时立即撤去牵引力，车尾(cd边)刚出磁场时速度恰好为零．已知有界磁场宽度为2.5L，磁感应强度为B，方向竖直向下．求：‎ ‎(1) 进入磁场前小车所受牵引力的功率P；‎ ‎(2) 车头刚进入磁场时，感应电流的大小I；‎ ‎(3) 电磁刹车过程中产生的焦耳热Q.‎ ‎　　　‎ ‎【参考答案】‎ (1) P＝fv.‎ (2) ‎(3) Q＝mv2－5fL.‎ ‎【名师解析】. ‎ ‎(1) 小车达最大速度v后，小车做匀速直线运动，牵引力大小等于摩擦力 F＝f(2分) ‎ 小车功率与牵引力的关系P＝Fv(2分)‎ 解得P＝fv.(1分)‎ ‎(3) 根据能量守恒mv2＝Q＋f·5L(3分)‎ 解得Q＝mv2－5fL.(2分)‎ ‎9．(2016·陕西西工大附中模拟)如图所示，用水平绝缘传送带输送一正方形单匝闭合铜线框，在输送中让线框随传送带通过一固定的匀强磁场区域，铜线框在进入磁场前与传送带的速度相同，穿过磁场的过程中将相对于传送带滑动。已知传送带以恒定速度v0运动，当线框的右边框刚刚到达边界PQ时速度又恰好等于v0。若磁场边界MN、PQ与传送带运动方向垂直，MN与PQ的距离为d，磁场的磁感应强度为B，铜线框质量为m，电阻均为R，边长为L(L

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