60高考物理二轮复习专题检测试题：第9讲电磁感应问题的综合分析60

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2020年高考物理二轮复习讲练测专题09 电磁感应(讲)(解析版)

专题 09 电磁感应
1．（2019·新课标全国Ⅰ卷）空间存在一方向与直面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图（a）中虚线MN所示，一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S，将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上。t=0时磁感应强度的方向如图（a）所示。磁感应强度B随时间t的变化关系如图（b）所示，则在t=0到t=t1的时间间隔内（）
R
RT
T
故 C 正确；从 0 时刻到时刻的平均感应电动势为
4
，故 D 错误。
一、考向分析：
2020 年高考必备
2015 年 2016 年 2017 年 2018 年 2019 年
Ⅱ ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢ Ⅰ卷
卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷
电磁感应现象楞次定律
考点一
19 15 20 18 15 19 20
14
法拉第电磁感应定律
考点二电磁感应中的电路和图象问题
24
20
18 20 21 19
电磁感应中的动力学和能量问考点三
题
24 24
二、考向讲解考向一电磁感应现象楞次定律一、磁通量 1．概念：在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积 S 与 B 的乘积． 2．公式：Φ＝BS. 3．适用条件： (1)匀强磁场． (2)S 为垂直磁场的有效面积. 4．磁通量是标量(填“标量”或“矢量”)． 5．物理意义：相当于穿过某一面积的磁感线的条数．如图所示，矩形 abcd、abb′a′、a′b′cd 的面积分别为 S1、S2、S3，匀强磁场的磁感应强度 B 与平面 a′b′cd 垂直，则：
二、电磁感应中常见的图象问题
(1)随时间变化的图象，如 Bt 图象、Φt 图象、Et 图象、It 图象

高考物理二轮复习训练9 电磁感应现象及电磁感应规律的应用

训练9电磁感应现象及电磁感应规律的应用一、单项选择题1．如图9－15甲所示，固定在水平桌面上的光滑金属框架cdeg处于方向竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab与金属框架接触良好．在两根导轨的端点d、e之间连接一电阻，其他部分电阻忽略不计．现用一水平向右的外力F作用在金属杆ab上，使金属杆由静止开始向右在框架上滑动，运动中杆始终垂直于框架．图乙为一段时间内金属杆中的电流随时间t的变化关系图象，则下列选项中可以表示外力F随时间t变化关系的图象是( )．图9－15图9－162．(2012·海南单科，5)如图9－16所示，一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上，细线从一水平金属圆环中穿过．现将环从位置I释放，环经过磁铁到达位置Ⅱ.设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分别为T1和T2，重力加速度大小为g，则( )．A．T1>mg，T2>mgB．T1<mg，T2<mgC ．T 1>mg ，T 2<mgD ．T 1<mg ，T 2>mg3．如图9－17所示，匀强磁场区域为一个等腰直角三角形，其直角边长为L ，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B ，一边长为L 、总电阻为R 的正方形导线框abcd ，从图示位置开始沿x 轴正方向以速度v 匀速穿过磁场区域．取沿a ―→b ―→c ―→d ―→a 的感应电流方向为正，则下图表示线框中电流i 随bc 边的位置坐标x 变化的图象正确的是( )．图9－174．(2012·全国卷，19)如图9－18所示，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与磁场边缘重合；磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里，磁感应强度大小为B 0.使该线框从静止开始绕过圆心O 、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周，在线框中产生感应电流．现使线框保持图中所示位置，磁感应强度大小随时间线性变化．为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的变化率ΔBΔt的大小应为( )．图9－18A.4ωB 0πB.2ωB 0πC.ωB 0π D.ωB 02π二、多项选择题5.如图9－19所示，电阻不计的光滑平行金属导轨MN 和OP 足够长，水平放置．MO 间接有阻值为R 的电阻，两导轨相距为L ，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B .有一质量为m ，长度为L ，电阻为R 0的导体棒CD 垂直于导轨放置，并接触良好．用平行于MN 向右的水平力拉动CD ，使之由静止开始运动．拉力的功率恒为P ，当导体棒CD 达到最大速度v 0时，下列判断中正确的是( )．图9－19A ．最大速度数值为v 0＝1LBP R ＋R 0B ．导体棒上C 点电势低于D 点电势 C ．克服安培力的功率等于拉力的功率P D ．导体棒CD 上产生的电热功率为P6．(改编题)处于竖直向上匀强磁场中的两根电阻不计的平行金属导轨，下端连一电阻R ，导轨与水平面之间的夹角为θ，一电阻可忽略的金属棒ab ，开始时固定在两导轨上某位置，棒与导轨垂直．如图9－20所示，现释放金属棒让其由静止开始沿轨道平面下滑．就导轨光滑和粗糙两种情况比较，当两次下滑的位移相同时，则有( )．图9－20A ．重力势能的减少量相同B ．机械能的变化量相同C ．磁通量的变化率相同D ．产生的焦耳热不相同图9－217. (2012·常州模拟)有一根横截面积为S 、电阻率为ρ的硬质导线做成一个半径为r 的圆环，ab 为圆环的一条直径．如图9－21所示，在ab 的左侧存在一个均匀变化的匀强磁场，磁场垂直圆环所在平面，方向如图所示．磁感应强度大小随时间的变化率为ΔB Δt＝k (k <0)．则( )．A ．圆环中感应电流大小为krS2ρB ．图中a 、b 两点的电势差U ab ＝⎪⎪⎪⎪14k πr 2C ．圆环中产生逆时针方向的感应电流D ．圆环具有扩张趋势三、计算题图9－228．如图9－22所示，在与水平方向成θ＝30°角的平面内放置两条平行、光滑且足够长的金属轨道，其电阻可忽略不计．空间存在着匀强磁场，磁感应强度B ＝0.20 T ，方向垂直轨道平面向上．导体棒ab 、cd 垂直于轨道放置，且与金属轨道接触良好构成闭合回路，每根导体棒的质量m ＝2.0×10－2kg 、电阻r ＝5.0×10－2Ω，金属轨道宽度l ＝0.50 m ．现对导体棒ab 施加平行于轨道向上的拉力，使之沿轨道匀速向上运动．在导体棒ab 运动过程中，导体棒cd 始终能静止在轨道上．g 取10 m/s 2，求： (1)导体棒cd 受到的安培力大小； (2)导体棒ab 运动的速度大小； (3)拉力对导体棒ab 做功的功率．9．(2012·湖南衡阳联考25)如图9－23所示，两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行固定在倾角θ＝37°的绝缘斜面上，两导轨间距L＝1 m，导轨的电阻可忽略．M、P 两点间接有阻值为R的电阻．一根质量m＝1 kg、电阻r＝0.2 Ω的均匀直金属杆ab放在两导轨上，与导轨垂直且接触良好．整套装置处于磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下．自图示位置起，杆ab受到大小为F＝0.5v＋2(式中v为杆ab运动的速度，力F的单位为N)、方向平行于导轨沿斜面向下的拉力作用，由静止开始运动，测得通过电阻R的电流随时间均匀增大．g取10 m/s2，sin 37°＝0.6.图9－23(1)试判断金属杆ab在匀强磁场中做何种运动，并请写出推理过程；(2)求电阻R的阻值；(3)求金属杆ab自静止开始下滑通过位移x＝1 m所需的时间t.10．如图9－24所示，光滑绝缘水平面上放置一均匀导体制成的正方形线框abcd，线框质量为m，电阻为R，边长为L.有一方向垂直水平面向下的有界磁场，磁场的磁感应强度为B，磁场区宽度大于L，左、右边界与ab边平行．线框在水平向右的拉力作用下垂直于边界线穿过磁场区．图9－24(1)若线框以速度v匀速穿过磁场区，求线框在离开磁场时a、b两点间的电势差．(2)若线框从静止开始以恒定的加速度a运动，经过t1时间ab边开始进入磁场，求cd边将要进入磁场时刻回路的电功率．(3)若线框以初速度v0进入磁场，且拉力的功率恒为P0.经过时间T，cd边进入磁场，此过程中回路产生的电热为Q.后来ab边刚穿出磁场时，线框速度也为v0，求线框穿过磁场所用的时间t.参考答案1．B [金属杆由静止开始向右在框架上滑动，金属杆切割磁感线产生感应电动势E ＝BLv ，在回路内产生感应电流，I ＝E R ＝BLvR.由题图乙金属杆中的电流随时间t 均匀增大可知金属杆做初速度为零的匀加速运动，I ＝BLatR.由安培力公式可知金属杆所受安培力F 安＝BIL ，根据牛顿第二定律F －F 安＝ma ，可得外力F ＝ma ＋F 安＝ma ＋BIL ＝ma ＋B 2L 2atR，所以正确选项是B.]2．A [金属圆环从位置Ⅰ到位置Ⅱ过程中，由楞次定律知，金属圆环在磁铁上端时受安培力向上，在磁铁下端时受安培力也向上，则金属圆环对磁铁的作用力始终向下，对磁铁受力分析可知T 1>mg ，T 2>mg ，A 项正确．]3．C [在0～L 过程中无电磁感应现象．在L ～2L 的过程中，线圈bc 边切割磁感线的有效长度L 在线性增加，感应电动势e ＝BLv 及感应电流i ＝BLvR也在线性增加，在2L 点达最大值．且由右手定则得电流方向沿a ―→b ―→c ―→d ―→a ，为正，故选项D 错误．同理，在2L ～3L 的过程中，感应电流为负向的线性增加，故选项A 、B 均错误，选项C 正确．] 4．C [当线框绕过圆心O 的转动轴以角速度ω匀速转动时，由于面积的变化产生感应电动势，从而产生感应电流．设半圆的半径为r ，导线框的电阻为R ，即I 1＝E R ＝ΔΦR Δt＝B 0ΔS R Δt ＝12πr 2B 0R πω＝B 0r 2ω2R .当线圈不动，磁感应强度变化时，I 2＝E R ＝ΔΦR Δt ＝ΔBS R Δt ＝ΔB πr 2Δt 2R，因I 1＝I 2，可得ΔB Δt ＝ωB 0π，C 选项正确．]5．AC [根据右手定则可以判断D 点电势低于C 点电势，B 错误；导体棒CD达到最大速度时拉力F 与安培力合力为零，P ＝Fv 0，F ＝BIL ，所以P ＝BILv 0，C 正确；I ＝BLv 0R ＋R 0，解得v 0＝1LBP R ＋R 0，A 正确；整个回路中导体棒和电阻R 上都要产生电热，D 错误．]6．AD [本题考查金属棒在磁场中的运动及能量转化问题．当两次下滑的位移相同时，知重力势能的减少量相同，则选项A 正确；两次运动的加速度不同，所用时间不同，速度不同，产生的感应电动势不同，磁通量的变化率也不同，动能不同，机械能的变化量不同，则产生的焦耳热也不同，故选项B 、C 均错误，选项D 正确．]7．BD [本题考查电磁感应的基本规律．根据电磁感应规律的推论：产生的力学现象阻碍磁通量减小，则题中线圈有扩张的趋势，D 正确．ab 部分是整个电路的外电路，ab 两端电压为外电压，占整个电动势的一半，U ab ＝12·kS ＝12·k πr 22＝k πr 24，则选项B 正确．]8．解析 (1)导体棒cd 静止时受力平衡，设所受安培力为F 安，则F 安＝mg sin θ，解得F 安＝0.10 N.(2)设导体棒ab 的速度为v 时，产生的感应电动势为E ，通过导体棒cd 的感应电流为I ，则E ＝Blv ；I ＝E2r；F 安＝BIl联立上述三式解得v ＝2F 安rB 2l 2，代入数据得v ＝1.0 m/s.(3)导体棒ab 受力平衡，则F ＝F 安＋mg sin θ，解得F ＝0.20 N ，拉力做功的功率P ＝Fv ，解得P ＝0.20 W.答案 (1)0.1 N (2)1.0 m/s (3)0.20 W9．解析 (1)金属杆做匀加速运动(或金属杆做初速度为零的匀加速运动)．通过R 的电流I ＝ER ＋r ＝BLvR ＋r，因通过R 的电流I 随时间均匀增大，即杆的速度v 随时间均匀增大，杆的加速度为恒量，故金属杆做匀加速运动． (2)对回路，根据闭合电路欧姆定律I ＝BLvR ＋r对杆，根据牛顿第二定律有：F ＋mg sin θ－BIL ＝ma将F ＝0.5v ＋2代入得：2＋mg sin θ＋⎝⎛⎭⎫0.5－B 2L 2R ＋r v ＝ma ，因a 为恒量与v 无关，所以a ＝2＋mg sin θm＝8 m/s 20．5－B 2L 2R ＋r＝0，得R ＝0.3 Ω.(3)由x ＝12at 2得，所需时间t ＝2xa＝0.5 s.答案 (1)匀加速运动 (2)0.3 Ω (3)0.5 s10．解析 (1)线框在离开磁场时，cd 边产生的感应电动势E ＝BLv ，回路中的电流I ＝ER则a 、b 两点间的电势差U ＝IR ab ＝14BLv .(2)t 1时刻线框速度v 1＝at 1设cd 边将要进入磁场时刻速度为v 2，则v 22－v 21＝2aL 此时回路中电动势E 2＝BLv 2回路的电功率P ＝E 22R ，解得P ＝B 2L 2a 2t 21＋2aL R(3)设cd 边进入磁场时的速度为v ，线框从cd 边进入到ab 边离开磁场的时间为Δt ，则P 0T＝⎝⎛⎭⎫12mv 2－12mv 20＋Q ，P 0Δt ＝12mv 20－12mv 2，解得Δt ＝Q P 0－T .线框离开磁场时间还是T ，所以线框穿过磁场总时间t ＝2T ＋Δt ＝QP 0＋T .答案 (1)14BLv (2)B 2L 2a 2t 21＋2aL R(3)Q P 0T。

高考物理二轮复习专题解析—电磁感应

高考物理复习专题解析—电磁感应命题规律 1.命题角度：(1)楞次定律与法拉第电磁感应定律的应用；(2)电磁感应中的图像问题；(3)电磁感应中的动力学与能量问题.2.常用方法：排除法、函数法.3.常考题型：选择题、计算题．考点一楞次定律与法拉第电磁感应定律的应用1．感应电流方向的判断(1)楞次定律：线圈面积不变，磁感应强度发生变化的情形，往往用楞次定律．(2)右手定则：导体棒切割磁感线的情形往往用右手定则．2．楞次定律中“阻碍”的主要表现形式(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”；(2)阻碍物体间的相对运动——“来拒去留”；(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势——一般情况下为“增缩减扩”；(4)阻碍原电流的变化(自感现象)——一般情况下为“增反减同”．3．求感应电动势的方法(1)法拉第电磁感应定律：E ＝n ΔΦΔt ⎩⎨⎧ S 不变时，E ＝nS ΔB Δt B 不变时，E ＝nB ΔS Δt(2)导体棒垂直切割磁感线：E ＝Blv .(3)导体棒以一端为圆心在垂直匀强磁场的平面内匀速转动：E ＝12Bl 2ω. (4)线圈绕与磁场垂直的轴匀速转动(从线圈位于中性面开始计时)：e ＝nBSωsin ωt .4．通过回路截面的电荷量q ＝I Δt ＝n ΔΦR 总Δt Δt ＝n ΔΦR 总.q 仅与n 、ΔΦ和回路总电阻R 总有关，与时间长短无关，与Φ是否均匀变化无关．例1 (多选)(2022·广东卷·10)如图所示，水平地面(Oxy 平面)下有一根平行于y 轴且通有恒定电流I的长直导线．P、M和N为地面上的三点，P点位于导线正上方，MN平行于y轴，PN 平行于x轴．一闭合的圆形金属线圈，圆心在P点，可沿不同方向以相同的速率做匀速直线运动，运动过程中线圈平面始终与地面平行．下列说法正确的有()A．N点与M点的磁感应强度大小相等，方向相同B．线圈沿PN方向运动时，穿过线圈的磁通量不变C．线圈从P点开始竖直向上运动时，线圈中无感应电流D．线圈从P到M过程的感应电动势与从P到N过程的感应电动势相等答案AC解析依题意，M、N两点连线与长直导线平行，两点与长直导线的距离相等，根据右手螺旋定则可知，通电长直导线在M、N两点产生的磁感应强度大小相等、方向相同，故A正确；根据右手螺旋定则，线圈在P点时，穿进线圈中的磁感线与穿出线圈中的磁感线相等，磁通量为零，在向N点平移过程中，穿进线圈中的磁感线与穿出线圈中的磁感线不再相等，穿过线圈的磁通量发生变化，故B错误；根据右手螺旋定则，线圈从P点竖直向上运动过程中，穿进线圈中的磁感线与穿出线圈中的磁感线始终相等，穿过线圈的磁通量始终为零，没有发生变化，线圈中无感应电流，故C正确；线圈从P点到M点与从P点到N点，穿过线圈的磁通量变化量相同，依题意从P点到M点所用时间较从P点到N点的时间长，根据法拉第电磁感应定律，可知两次的感应电动势不相等，故D错误．例2(多选)(2021·辽宁卷·9)如图(a)所示，两根间距为L、足够长的光滑平行金属导轨竖直放置并固定，顶端接有阻值为R的电阻，垂直导轨平面存在变化规律如图(b)所示的匀强磁场，t＝0时磁场方向垂直纸面向里．在t＝0到t＝2t0的时间内，金属棒水平固定在距导轨顶端L 处；t＝2t0时，释放金属棒．整个过程中金属棒与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻不计，则()A ．在t ＝t 02时，金属棒受到安培力的大小为B 02L 3t 0RB ．在t ＝t 0时，金属棒中电流的大小为B 0L 2t 0RC ．在t ＝3t 02时，金属棒受到安培力的方向竖直向上 D ．在t ＝3t 0时，金属棒中电流的方向向右答案 BC解析由题图(b)可知在0～t 0时间段内闭合回路产生的感应电动势为E ＝ΔΦΔt ＝B 0L 2t 0，根据闭合电路欧姆定律有，此时间段内的电流为I ＝E R ＝B 0L 2Rt 0，在t 02时磁感应强度大小为B 02，此时安培力大小为F ＝B 02IL ＝B 02L 32Rt 0，故A 错误，B 正确；由题图(b)可知，在t ＝3t 02时，磁场方向垂直纸面向外并逐渐增大，根据楞次定律可知产生顺时针方向的电流，再由左手定则可知金属棒受到的安培力方向竖直向上，故C 正确；由题图(b)可知，在t ＝3t 0时，磁场方向垂直纸面向外，金属棒向下掉的过程中穿过回路的磁通量增加，根据楞次定律可知金属棒中的感应电流方向向左，故D 错误．考点二电磁感应中的图像问题1．电磁感应中常见的图像常见的有磁感应强度、磁通量、感应电动势、感应电流、速度、安培力等随时间或位移的变化图像．2．解答此类问题的两个常用方法(1)排除法：定性分析电磁感应过程中某个物理量的变化情况，把握三个关注，快速排除错误的选项．这种方法能快速解决问题，但不一定对所有问题都适用．(2)函数关系法：根据题目所给的条件写出物理量之间的函数关系，再对图像作出判断，这种方法得到的结果准确、详细，但不够简捷．例3(多选)(2022·河北卷·8)如图，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，一根导轨位于x轴上，另一根由ab、bc、cd三段直导轨组成，其中bc段与x轴平行，导轨左端接入一电阻R.导轨上一金属棒MN沿x轴正向以速度v0保持匀速运动，t＝0时刻通过坐标原点O，金属棒始终与x轴垂直．设运动过程中通过电阻的电流强度为i，金属棒受到安培力的大小为F，金属棒克服安培力做功的功率为P，电阻两端的电压为U，导轨与金属棒接触良好，忽略导轨与金属棒的电阻．下列图像可能正确的是()答案AC解析在0～Lv0时间内，在某时刻金属棒切割磁感线的长度L＝l0＋v0t tan θ(θ为ab与ad的夹角)，则根据E ＝BLv 0，可得I ＝BLv 0R ＝Bv 0R (l 0＋v 0t tan θ)，可知回路电流均匀增加；安培力F ＝B 2L 2v 0R ＝B 2v 0R (l 0＋v 0t tan θ)2，则F －t 关系为二次函数关系，但是不过原点；安培力做功的功率P ＝Fv 0＝B 2L 2v 02R ＝B 2v 02R (l 0＋v 0t tan θ)2，则P －t 关系为二次函数关系，但是不过原点；电阻两端的电压等于金属棒产生的感应电动势，即U ＝E ＝BLv 0＝Bv 0(l 0＋v 0t tan θ)，即U －t 图像是不过原点的直线；根据以上分析，可排除B 、D 选项；在L v 0～2L v 0时间内，金属棒切割磁感线的长度不变，感应电动势E 不变，感应电流I 不变，安培力F 大小不变，安培力的功率P 不变，电阻两端电压U 保持不变；同理可判断，在2L v 0～3L v 0时间内，金属棒切割磁感线长度逐渐减小，金属棒切割磁感线的感应电动势E 均匀减小，感应电流I 均匀减小，安培力F 大小按照二次函数关系减小，但是不能减小到零，与0～L v 0内是对称的关系，安培力的功率P 按照二次函数关系减小，但是不能减小到零，与0～L v 0内是对称的关系，电阻两端电压U 按线性均匀减小，综上所述选项A 、C 可能正确，B 、D 错误．例4 (多选)(2022·安徽省六校第二次联考)如图所示，水平面内有一足够长平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计．匀强磁场与导轨平面垂直．阻值为R 的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好．开关S 由1掷到2时开始计时，q 、i 、v 和a 分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度．下列图像可能正确的是( )答案 ACD解析开关S 由1掷到2，电容器放电后会在电路中产生电流且此刻电流最大，导体棒通有电流后会受到安培力的作用产生加速度而加速运动，导体棒切割磁感线产生感应电动势，导体棒速度增大，则感应电动势E＝Blv增大，则实际电流减小，安培力F＝BIL减小，加速度a＝Fm即减小，因导轨光滑，所以在有电流通过棒的过程中，棒是一直做加速度减小的加速运动(变加速)，故a－t图像即选项D是正确的；导体棒运动产生感应电动势会给电容器充电，当充电和放电达到一种平衡时，导体棒做匀速运动，因此最终电容器两端的电压能稳定在某个不为0的数值，即电容器的电荷量应稳定在某个不为0的数值(不会减少到0)，电路中无电流，故B错误，A、C正确．考点三电磁感应中的动力学与能量问题1．电磁感应综合问题的解题思路2．求解焦耳热Q的三种方法(1)焦耳定律：Q＝I2Rt，适用于电流恒定的情况；(2)功能关系：Q＝W克安(W克安为克服安培力做的功)；(3)能量转化：Q＝ΔE(其他能的减少量)．例5(多选)(2022·全国甲卷·20)如图，两根相互平行的光滑长直金属导轨固定在水平绝缘桌面上，在导轨的左端接入电容为C的电容器和阻值为R的电阻．质量为m、阻值也为R的导体棒MN静止于导轨上，与导轨垂直，且接触良好，导轨电阻忽略不计，整个系统处于方向竖直向下的匀强磁场中．开始时，电容器所带的电荷量为Q，合上开关S后()A ．通过导体棒MN 电流的最大值为Q RCB ．导体棒MN 向右先加速、后匀速运动C ．导体棒MN 速度最大时所受的安培力也最大D ．电阻R 上产生的焦耳热大于导体棒MN 上产生的焦耳热答案 AD解析开始时电容器两极板间的电压U ＝Q C ，合上开关瞬间，通过导体棒的电流I ＝U R ＝Q CR ，随着电容器放电，通过电阻、导体棒的电流不断减小，所以在开关闭合瞬间，导体棒所受安培力最大，此时速度为零，A 项正确，C 项错误；由于回路中有电阻与导体棒，最终电能完全转化为焦耳热，故导体棒最终必定静止，B 项错误；由于导体棒切割磁感线，产生感应电动势，所以通过导体棒的电流始终小于通过电阻的电流，由焦耳定律可知，电阻R 上产生的焦耳热大于导体棒MN 上产生的焦耳热，D 项正确．例6 (2022·山东济南市一模)如图所示，在水平虚线下方存在方向垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B .磁场上方某高度处有一个正方形金属线框，线框质量为m ，电阻为R ，边长为L .某时刻将线框以初速度v 0水平抛出，线框进入磁场过程中速度不变，运动过程中线框始终竖直且底边保持水平．磁场区域足够大，忽略空气阻力，重力加速度为g ，求：(1)线框进入磁场时的速度v ；(2)线框进入磁场过程中产生的热量Q .答案 (1)v 02＋m 2g 2R 2B 4L 4，速度方向与水平方向夹角的正切值为mgR B 2L 2v 0(2)mgL 解析 (1)当线框下边界刚进入磁场时，由于线框速度不变，对线框进行受力分析有 BIL ＝mg由欧姆定律可得I ＝E R线框切割磁感线，由法拉第电磁感应定律可得E＝BLv y由速度的合成与分解可得v＝v02＋v y2联立求解可得v＝v02＋m2g2R2 B4L4设此时速度方向与水平面的夹角为θ，则tan θ＝v yv0＝mgR B2L2v0即此时速度方向与水平方向夹角的正切值为mgRB2L2v0.(2)线框进入磁场过程中速度不变，则从进入磁场开始到完全进入磁场，由能量守恒定律得Q＝mgL.例7(2022·河南洛阳市模拟)如图甲所示，金属导轨MN和PQ平行，间距L＝1 m，与水平面之间的夹角α＝37°，匀强磁场磁感应强度大小B＝2.0 T，方向垂直于导轨平面向上，MP 间接有阻值R＝1.5 Ω的电阻，质量m＝0.5 kg，接入电路中电阻r＝0.5 Ω的金属杆ab垂直导轨放置，金属杆与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.2.现用恒力F沿导轨平面向上拉金属杆ab，使其由静止开始运动，当金属杆上滑的位移x＝3.8 m时达到稳定状态，金属杆始终与导轨接触良好，对应过程的v－t图像如图乙所示．取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，导轨足够长且电阻不计．求：(1)恒力F的大小及金属杆的速度为0.4 m/s时的加速度大小；(2)从金属杆开始运动到刚达到稳定状态，通过电阻R的电荷量；(3)从金属杆开始运动到刚达到稳定状态，金属杆上产生的焦耳热．答案(1)5.8 N 2.4 m/s2(2)3.8 C(3)1.837 5 J解析(1)当金属杆匀速运动时，由平衡条件得F＝μmg cos 37°＋mg sin 37°＋F安由题图乙知v ＝1 m/s ，则F 安＝BIL ＝B 2L 2v R ＋r ＝2 N 解得F ＝5.8 N当金属杆的速度为0.4 m/s 时F 安1＝BI 1L ＝B 2L 2v 1R ＋r＝0.8 N 由牛顿第二定律有F －μmg cos 37°－mg sin 37°－F 安1＝ma解得a ＝2.4 m/s 2.(2)由q ＝I ·ΔtI ＝E R ＋rE ＝ΔΦΔt 得q ＝ΔΦR ＋r ＝BLx R ＋r＝3.8 C. (3)从金属杆开始运动到刚到达稳定状态，由动能定理得(F －μmg cos 37°－mg sin 37°)x ＋W 安＝12mv 2－0 又Q ＝|W 安|＝7.35 J ，所以解得Q r ＝r R ＋rQ ＝1.837 5 J.1．(多选)(2022·河南郑州市二模)在甲、乙、丙图中，MN 、PQ 是固定在同一水平面内足够长的平行金属导轨．导体棒ab 垂直放在导轨上，导轨都处于垂直水平面向下的匀强磁场中，导体棒和导轨间的摩擦不计，导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，甲图中的电容器C 原来不带电．现给导体棒ab 一个向右的初速度v 0，对甲、乙、丙图中导体棒ab 在磁场中的运动状态描述正确的是( )A ．甲图中，棒ab 最终做匀速运动B ．乙图中，棒ab 做匀减速运动直到最终静止C ．丙图中，棒ab 最终做匀速运动D ．甲、乙、丙中，棒ab 最终都静止答案 AC 解析题图甲中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流而使电容器充电，当电容器C 极板间电压与导体棒产生的感应电动势相等时，电路中没有电流，此时ab 棒不受安培力作用，向右做匀速运动，故A 正确；题图乙中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流，通过电阻R 转化为内能，ab 棒速度减小，当ab 棒的动能全部转化为内能时，ab 棒静止，又由I ＝BLv R，F ＝BIL ，由于速度减小，则产生的感应电流减小，导体棒所受安培力减小，根据牛顿第二定律可知导体棒的加速度减小，所以题图乙中，棒ab 做加速度减小的减速运动直到最终静止，故B 错误；题图丙中，导体棒先受到向左的安培力作用向右做减速运动，速度减为零后在安培力作用下向左做加速运动，当导体棒产生的感应电动势与电源的电动势相等时，电路中没有电流，此时ab 棒向左做匀速运动，故C 正确；由以上分析可知，甲、乙、丙中，只有题图乙中棒ab 最终静止，故D 错误．2.(2022·山东泰安市高三期末)如图所示，间距为L 的平行光滑足够长的金属导轨固定倾斜放置，倾角θ＝30°，虚线ab 、cd 垂直于导轨，在ab 、cd 间有垂直于导轨平面向上、磁感应强度大小为B 的匀强磁场．质量均为m 、阻值均为R 的金属棒PQ 、MN 并靠在一起垂直导轨放在导轨上．释放金属棒PQ ，当PQ 到达ab 瞬间，再释放金属棒MN ；PQ 进入磁场后做匀速运动，当PQ 到达cd 时，MN 刚好到达ab .不计导轨电阻，两金属棒与导轨始终接触良好，重力加速度为g .则MN 通过磁场过程中，PQ 上产生的焦耳热为( )A.2m 3g 2R 2B 4L 4B.m 3g 2R 2B 4L 4C.m 3g 2R 24B 4L 4D.m 3g 2R 22B 4L4 答案 D解析由题意知PQ 进入磁场后做匀速运动，则由平衡条件得安培力为F ＝mg sin θ，又因为F ＝BIL ＝B 2L 2v 2R ，解得金属棒速度为v ＝mgR B 2L 2，电流为I ＝mg2BL ，因为金属棒从释放到刚进入磁场时做匀加速直线运动，由牛顿第二定律知mg sin θ＝ma ，所以加速时间为t ＝va ，由题意知当PQ 到达cd 时，MN 刚好到达ab ，即金属棒穿过磁场的时间等于进入磁场前的加速时间，且MN 在磁场中的运动情况和PQ 一致，故MN 通过磁场过程中，PQ 上产生的焦耳热为Q 焦耳＝I 2Rt ，解得Q 焦耳＝m 3g 2R 22B 4L4，故选D.专题强化练[保分基础练]1.(2022·上海市二模)如图，某教室墙上有一朝南的钢窗，将钢窗右侧向外打开，以推窗人的视角来看，窗框中产生( )A ．顺时针电流，且有收缩趋势B ．顺时针电流，且有扩张趋势C ．逆时针电流，且有收缩趋势D．逆时针电流，且有扩张趋势答案 D解析磁场方向由南指向北，将钢窗右侧向外打开，则向北穿过窗户的磁通量减少，根据楞次定律，以推窗人的视角来看，感应电流为逆时针电流，同时根据“增缩减扩”可知，窗框有扩张趋势，故选D.2.(2022·广东肇庆市二模)如图所示，开口极小的金属环P、Q用不计电阻的导线相连组成闭合回路，金属环P内存在垂直圆环平面向里的匀强磁场，匀强磁场的磁感应强度随时间的变化率为k，若使金属环Q中产生逆时针方向逐渐增大的感应电流，则()A．k>0且k值保持恒定B．k>0且k值逐渐增大C．k＜0且k值逐渐增大D．k＜0且k值逐渐减小答案 B解析若使金属环Q中产生逆时针方向逐渐增大的感应电流，则金属环P中也有逆时针方向逐渐增大的感应电流，根据楞次定律和安培定则可知，金属环P中向里的磁感应强度增加，且增加得越来越快，即k>0且k值逐渐增大，故选B.3.(2022·陕西宝鸡市模拟)如图所示，两根电阻不计的平行光滑长直金属导轨水平放置，导体棒a和b垂直跨在导轨上且与导轨接触良好，导体棒a的电阻大于b的电阻，匀强磁场方向竖直向下．当导体棒b在大小为F2的水平拉力作用下匀速向右运动时，导体棒a在大小为F1的水平拉力作用下保持静止状态．若U1、U2分别表示导体棒a和b与导轨两个接触点间的电压，那么它们的大小关系为()A．F1＝F2，U1> U2B ．F 1< F 2，U 1< U 2C ．F 1 > F 2，U 1< U 2D ．F 1 ＝ F 2，U 1＝ U 2 答案 D解析导体棒a 、b 与导轨构成了闭合回路，流过a 、b 的电流是相等的；a 静止不动，b 匀速运动，都处于平衡状态，即拉力等于安培力，所以F 1＝F 2＝BIL ，导体棒b 相当于电源，导体棒a 相当于用电器，由于电路是闭合的，所以导体棒a 两端的电压U 1＝IR a ，导体棒b 切割磁感线产生的电动势E ＝BLv b ＝I (R a ＋R b )，所以其输出的路端电压U 2＝E －IR b ＝IR a ＝U 1，故选D.4．(2022·全国甲卷·16)三个用同样的细导线做成的刚性闭合线框，正方形线框的边长与圆线框的直径相等，圆线框的半径与正六边形线框的边长相等，如图所示．把它们放入磁感应强度随时间线性变化的同一匀强磁场中，线框所在平面均与磁场方向垂直，正方形、圆形和正六边形线框中感应电流的大小分别为I 1、I 2和I 3.则( )A ．I 1<I 3<I 2B ．I 1>I 3>I 2C ．I 1＝I 2>I 3D ．I 1＝I 2＝I 3答案 C解析设圆线框的半径为r ，则由题意可知正方形线框的边长为2r ，正六边形线框的边长为r ；所以圆线框的周长为C 2＝2πr ，面积为S 2＝πr 2，同理可知正方形线框的周长和面积分别为C 1＝8r ，S 1＝4r 2，正六边形线框的周长和面积分别为C 3＝6r ，S 3＝33r 22，三个线框材料粗细相同，根据电阻定律R ＝ρL S 横截面，可知三个线框电阻之比为R 1∶R 2∶R 3＝C 1∶C 2∶C 3＝8∶2π∶6，根据法拉第电磁感应定律有I ＝E R ＝ΔB Δt ·SR ，可得电流之比为I 1∶I 2∶I 3＝2∶2∶3，即I 1＝I 2>I 3，故选C.5.(2022·黑龙江哈师大附中高三期末)如图，一线圈匝数为n ，横截面积为S ，总电阻为r ，处于一个均匀增强的磁场中，磁感应强度随时间的变化率为k (k >0且为常量)，磁场方向水平向右且与线圈平面垂直，电容器的电容为C ，两个电阻的阻值分别为r 和2r .下列说法正确的是( )A ．电容器下极板带正电B ．此线圈的热功率为nkS 2rC ．电容器所带电荷量为3nSkC5D ．电容器所带电荷量为nSkC2答案 D解析根据楞次定律可以判断通过电阻r 的电流方向为从左往右，所以电容器上极板带正电，故A 错误；根据法拉第电磁感应定律可得线圈产生的感应电动势为E ＝n ΔΦΔt ＝nS ΔBΔt ＝nkS ，根据焦耳定律可得此线圈的热功率为P ＝(E 2r )2r ＝nkS24r，故B 错误；电容器两端电压等于r 两端电压，电容器所带电荷量为Q ＝CU ＝C ·rE 2r ＝nSkC2，故C 错误，D 正确．6.(2021·北京卷·7)如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，水平U 型导体框左端连接一阻值为R 的电阻，质量为m 、电阻为r 的导体棒ab 置于导体框上．不计导体框的电阻、导体棒与框间的摩擦．ab 以水平向右的初速度v 0开始运动，最终停在导体框上．在此过程中( )A ．导体棒做匀减速直线运动B ．导体棒中感应电流的方向为a →bC ．电阻R 消耗的总电能为mv 02R2R ＋rD ．导体棒克服安培力做的总功小于12mv 02答案 C解析导体棒向右运动，根据右手定则，可知电流方向为b 到a ，再根据左手定则可知，导体棒受到向左的安培力，根据法拉第电磁感应定律，可得产生的感应电动势为E ＝BLv ，感应电流为I ＝E R ＋r ＝BLv R ＋r ，故安培力为F ＝BIL ＝B 2L 2vR ＋r ，根据牛顿第二定律有F ＝ma ，可得a ＝B 2L 2m R ＋rv ，随着速度减小，加速度不断减小，故导体棒不是做匀减速直线运动，故A 、B错误；根据能量守恒定律，可知整个过程回路中产生的总热量为Q ＝12mv 02，因电阻与导体棒串联，则产生的热量与电阻成正比，则电阻R 产生的热量为Q R ＝R R ＋r Q ＝mv 02R2R ＋r ，故C正确；整个过程只有安培力做负功，根据动能定理可知，导体棒克服安培力做的总功等于12mv 02，故D 错误．7．(2022·江苏盐城市二模)如图所示，三条平行虚线L 1、L 2、L 3之间有宽度为L 的两个匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ，两区域内的磁感应强度大小相等、方向相反，正方形金属线框MNPQ 的质量为m 、边长为L ，开始时MN 边与边界L 1重合，对线框施加拉力F 使其以加速度a 匀加速通过磁场区，以顺时针方向电流为正方向，下列关于感应电流i 和拉力F 随时间变化的图像可能正确的是( )答案 B解析当MN 边向右运动0～L 的过程中，用时t 1＝2L a ，则E 1＝BLat ，电流I 1＝E 1R ＝BLa Rt ，方向为正方向；拉力F 1＝ma ＋F 安1＝ma ＋B 2L 2aR t ；当MN 边向右运动L ～2L 的过程中，用时t 2＝4L a－2La＝(2－1)2L a ＝(2－1)t 1，E 2＝2BLat ，电流I 2＝E 2R ＝2BLa Rt ，方向为负方向，拉力F 2＝ma ＋F 安2＝ma ＋4B 2L 2aR t ；当MN 边向右运动2L ～3L 的过程中，用时t 3＝6La－4La＝(3－2)2L a ＝(3－2)t 1，E 3＝BLat ，电流I 3＝E 3R ＝BLa Rt ，方向为正方向，拉力F 3＝ma ＋F 安3＝ma ＋B 2L 2aRt ，对比四个选项可知，只有B 正确．[争分提能练]8．(多选)(2021·广东卷·10)如图所示，水平放置足够长光滑金属导轨abc 和de ，ab 与de 平行，bc 是以O 为圆心的圆弧导轨，圆弧be 左侧和扇形Obc 内有方向如图的匀强磁场，金属杆OP 的O 端与e 点用导线相接，P 端与圆弧bc 接触良好，初始时，可滑动的金属杆MN 静止在平行导轨上，若杆OP 绕O 点在匀强磁场区内从b 到c 匀速转动时，回路中始终有电流，则此过程中，下列说法正确的有( )A ．杆OP 产生的感应电动势恒定B ．杆OP 受到的安培力不变C ．杆MN 做匀加速直线运动D ．杆MN 中的电流逐渐减小答案 AD解析杆OP 匀速转动切割磁感线产生的感应电动势为E ＝12Br 2ω，因为OP 匀速转动，所以杆OP 产生的感应电动势恒定，故A 正确；杆OP 转动过程中产生的感应电流由M 到N 通过杆MN ，由左手定则可知，杆MN 会向左运动，杆MN 运动会切割磁感线，产生电动势，感应电流方向与原来电流方向相反，使回路电流减小，杆MN 所受合力为安培力，电流减小，安培力会减小，加速度减小，故D 正确，B 、C 错误．9.(多选)(2021·全国甲卷·21)由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的2倍．现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图所示．不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、下边保持水平．在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前，可能出现的是( )A ．甲和乙都加速运动B ．甲和乙都减速运动C ．甲加速运动，乙减速运动D ．甲减速运动，乙加速运动答案 AB解析设线圈下边到磁场上边界的高度为h ，线圈的边长为l ，则线圈下边刚进入磁场时，有v ＝2gh ，感应电动势为E ＝nBlv ，两线圈材料相同(设密度为ρ0)，质量相等(设为m )，则m ＝ρ0·4nl ·S ，设材料的电阻率为ρ，则线圈电阻 R ＝ρ4nl S ＝16n 2l 2ρρ0m感应电流为I ＝E R ＝mBv 16nlρρ0所受安培力为F ＝nBIl ＝mB 2v16ρρ0由牛顿第二定律有mg －F ＝ma 联立解得a ＝g －F m ＝g －B 2v16ρρ0加速度与线圈的匝数、横截面积无关，则甲和乙进入磁场时，具有相同的加速度．当g >B 2v16ρρ0时，甲和乙都加速运动，当g <B 2v 16ρρ0时，甲和乙都减速运动，当g ＝B 2v16ρρ0时，甲和乙都匀速运动，故选A 、B.10.(2022·山东省第二次模拟)如图所示，“凹”字形硬质金属线框质量为m ，相邻各边互相垂直，且处于同一平面内，ab 、bc 边长均为2l ，gf 边长为l .匀强磁场区域的上下边界均水平，磁场方向垂直于线框所在平面．开始时，bc 边离磁场上边界的距离为l ，线框由静止释放，从bc 边进入磁场直到gf 边进入磁场前，线框做匀速运动．在gf 边离开磁场后，ah 、ed 边离开磁场之前，线框又做匀速运动．线框在下落过程中始终处于竖直平面内，且bc 、gf 边保持水平，重力加速度为g .(1)线框ah 、ed 边将要离开磁场时做匀速运动的速度大小是bc 边刚进入磁场时的几倍？ (2)若磁场上下边界间的距离为H ，则线框完全穿过磁场过程中产生的热量为多少？答案 (1)4 (2)mg (H －13l )解析 (1)设bc 边刚入磁场时速度为v 1，bc 边刚进入时，有E 1＝2Blv 1，I 1＝E 1R ，F 1＝2BI 1l线框匀速运动，有F 1＝mg 联立可得v 1＝mgR4B 2l2设ah 、ed 边将离开磁场时速度为v 2，ah 、ed 边将离开磁场时，有E 2＝Blv 2，I 2＝E 2R ，F 2＝BI 2l ，线框匀速运动，有F 2＝mg 联立可得v 2＝mgR B 2l 2，综上所述v 2v 1＝4即线框ah 、ed 边将要离开磁场时做匀速运动的速度大小是bc 边刚进入磁场时的4倍． (2)bc 边进入磁场前，根据动能定理，有mgl ＝12mv 12穿过磁场过程中能量守恒，有mg (H ＋2l )＋12mv 12＝12mv 22＋Q联立可得Q ＝mg (H －13l )．11.(2022·福建泉州市质量监测)如图，间距为L 的光滑平行导轨倾斜固定，倾角θ＝30°，电阻不计的导轨上放置两根有一定阻值的金属杆ab 和cd ，两杆质量均为m ，cd 杆中点通过平行于导轨的轻绳系在固定的拉力传感器上．整个装置处于磁感应强度大小为B 、方向垂直导轨。

2014年高考物理二轮复习专题9：电磁感应现象和电磁感应规律的应用配套检测

2014年高考物理二轮复习专题9：电磁感应现象和电磁感应规律的应用配套检测（满分：100分时间：60分钟）一、选择题（本题共8小题，每小题5分，共40分。

在每道小题的四个选项中，只有一个选项正确）1．如图所示，在匀强磁场B中放一电阻不计的平行金属导轨，导轨跟固定的大导体矩形环M相连接，导轨上放一根金属导体棒ab，并与导轨紧密接触，磁感线垂直于导轨所在平面。

若导体棒匀速地向右做切割磁感线的运动，则在此过程中M所包围的固定闭合小矩形导体环N中电流表内（）。

A．有自下而上的恒定电流B．有自上而下的恒定电流C．电流方向周期性变化D．没有感应电流2．北半球地磁场的竖直分量向下。

如图所示，在北京某中学实验室的水平桌面上，放置边长为L的正方形闭合导体线圈abcd，线圈的ab边沿南北方向，ad边沿东西方向。

下列说法中正确的是（）。

A．若使线圈向东平动，则b点的电势比a点的电势低B．若使线圈向北平动，则a点的电势比b点的电势低C．若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→b→c→d→aD．若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a3．如图所示，甲是闭合铜线框，乙是有缺口的铜线框，丙是闭合的塑料线框，它们的正下方都放置一薄强磁铁，现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放（各线框下落过程中不翻转），则以下说法正确的是（）。

A ．三者同时落地B ．甲、乙同时落地，丙后落地C ．甲、丙同时落地，乙后落地D ．乙、丙同时落地，甲后落地4．如图所示，水平面内两光滑的平行金属导轨，左端与电阻R 相连接，匀强磁场B 竖直向下分布在导轨所在的空间内，质量一定的金属棒垂直于导轨并与导轨接触良好。

今对金属棒施加一个水平向右的外力F ，使金属棒从a 位置开始向右做初速度为零的匀加速运动，依次通过位置b 和c 。

若导轨与金属棒的电阻不计，ab 与bc 的距离相等，关于金属棒在运动过程中的有关说法正确的是（）。

高考物理二轮复习专题过关检测专题：电磁感应(全部含详细答案解析)

高考物理二轮总复习专题过关检测电磁感应(附参考答案)(时间:90分钟满分:100分)一、选择题(本题共10小题,共40分.在每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确.全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)1.如图12-1所示，金属杆ab、cd可以在光滑导轨PQ和R S上滑动，匀强磁场方向垂直纸面向里，当ab、cd分别以速度v1、v2滑动时，发现回路感生电流方向为逆时针方向，则v1和v2的大小、方向可能是()图12-1A.v1＞v2,v1向右，v2向左B.v1＞v2,v1和v2都向左C.v1=v2,v1和v2都向右D.v1=v2,v1和v2都向左解析:因回路abdc中产生逆时针方向的感生电流，由题意可知回路abdc的面积应增大，选项A、C、D错误，B正确.答案:B2.(2010河北唐山高三摸底，12)如图12-2所示，把一个闭合线圈放在蹄形磁铁两磁极之间(两磁极间磁场可视为匀强磁场)，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕OO′轴转动.当蹄形磁铁匀速转动时，线圈也开始转动，当线圈的转动稳定后，有()图12-2A.线圈与蹄形磁铁的转动方向相同B.线圈与蹄形磁铁的转动方向相反C.线圈中产生交流电D.线圈中产生为大小改变、方向不变的电流解析:本题考查法拉第电磁感应定律、楞次定律等考点.根据楞次定律的推广含义可知A正确、B错误；最终达到稳定状态时磁铁比线圈的转速大，则磁铁相对线圈中心轴做匀速圆周运动，所以产生的电流为交流电.答案:AC3.如图12-3 所示,线圈M和线圈P绕在同一铁芯上.设两个线圈中的电流方向与图中所标的电流方向相同时为正.当M中通入下列哪种电流时,在线圈P中能产生正方向的恒定感应电流()图12-3图12-4解析:据楞次定律，P 中产生正方向的恒定感应电流说明M 中通入的电流是均匀变化的，且方向为正方向时应均匀减弱，故D 正确.答案:D4.如图12-5所示，边长为L 的正方形导线框质量为m ，由距磁场H 高处自由下落，其下边ab 进入匀强磁场后，线圈开始做减速运动，直到其上边cd 刚刚穿出磁场时，速度减为ab 边进入磁场时的一半，磁场的宽度也为L ，则线框穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热为( )图12-5A.2mgLB.2mgL +mgHC.mgH mgL 432+D.mgH mgL 412+ 解析:设刚进入磁场时的速度为v 1,刚穿出磁场时的速度212v v =① 线框自开始进入磁场到完全穿出磁场共下落高度为2L .由题意得mgH mv =2121② Q mv L mg mv +=⋅+222121221③ 由①②③得mgH mgL Q 432+=.C 选项正确. 答案:C5.如图12-6(a)所示,圆形线圈P 静止在水平桌面上,其正上方悬挂一相同线圈Q ,P 和Q 共轴,Q 中通有变化电流,电流随时间变化的规律如图12-6(b)所示,P 所受的重力为G ,桌面对P 的支持力为F N ,则( )图12-6A.t 1时刻F N ＞GB.t 2时刻F N ＞GC.t 3时刻F N ＜GD.t 4时刻F N =G 解析:t 1时刻,Q 中电流正在增大,穿过P 的磁通量增大,P 中产生与Q 方向相反的感应电流,反向电流相互排斥,所以F N ＞G ;t 2时刻Q 中电流稳定,P 中磁通量不变,没有感应电流,F N =G ;t 3时刻Q 中电流为零,P 中产生与Q 在t 3时刻前方向相同的感应电流,而Q 中没有电流,所以无相互作用,F N =G ;t 4时刻,P 中没有感应电流,F N =G .答案:AD6.用相同导线绕制的边长为L 或2L 的四个闭合导体线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图12-7所示.在每个线框进入磁场的过程中，M 、N 两点间的电压分别为U a 、U b 、U c 和U d .下列判断正确的是()图12-7A.U a ＜U b ＜U c ＜U dB.U a ＜U b ＜U d ＜U cC.U a =U b ＜U d =U cD.U b ＜U a ＜U d ＜U c 解析:线框进入磁场后切割磁感线,a 、b 产生的感应电动势是c 、d 电动势的一半.而不同的线框的电阻不同.设a 线框电阻为4r ,b 、c 、d 线框的电阻分别为6r 、8r 、6r ,则4343BLv r r BLv U a =⋅=,,6565BLv r r BLv U b =⋅=,23862BLv r r Lv B U c =⋅= .34642Blv r r Lv B U d =⋅=所以B 正确. 答案:B7.(2010安徽皖南八校高三二联，16)如图12-8所示，用一块金属板折成横截面为“”形的金属槽放置在磁感应强度为B 的匀强磁场中，并以速度v 1向右匀速运动，从槽口右侧射入的带电微粒的速度是v 2，如果微粒进入槽后恰能做匀速圆周运动，则微粒做匀速圆周运动的轨道半径r 和周期T 分别为()图12-8 A.g v g v v 2212,π B.g v g v v 1212,π C.g v g v 112,π D.gv g v 212,π 解析:金属板折成“”形的金属槽放在磁感应强度为B 的匀强磁场中，并以速度v 1向右匀速运动时，左板将切割磁感线，上、下两板间产生电势差，由右手定则可知上板为正，下板为负，11Bv lBlv d U E ===，微粒做匀速圆周运动，则重力等于电场力，方向相反，故有,1g qBv g qE m ==向心力由洛伦兹力提供，所以,222r v m B qv =得gv m qB mv r 212==，周期gv v r T 1222ππ==，故B 项正确.答案:B8.超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起，同时通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力的新型交通工具.其推进原理可以简化为如图12-9所示的模型:在水平面上相距L的两根平行直导轨间，有竖直方向等距离分布的匀强磁场B1和B2，且B1=B2=B，每个磁场的宽度都是l，相间排列，所有这些磁场都以相同的速度向右匀速运动，这时跨在两导轨间的长为L、宽为l的金属框abcd(悬浮在导轨上方)在磁场力作用下也将会向右运动.设金属框的总电阻为R，运动中所受到的阻力恒为F f，金属框的最大速度为v m，则磁场向右匀速运动的速度v可表示为()图12-9A.v=(B2L2v m－F f R)/B2L2B.v=(4B2L2v m+F f R)/4B2L2C.v=(4B2L2v m－F f R)/4B2L2D.v=(2B2L2v m+F f R)/2B2L2解析:导体棒ad和bc各以相对磁场的速度(v－v m)切割磁感线运动，由右手定则可知回路中产生的电流方向为abcda,回路中产生的电动势为E=2BL(v－v m),回路中电流为I=2BL(v－v m)/R,由于左右两边ad和bc均受到安培力，则合安培力为F合=2×BL I=4B2L2(v－v m)/R，依题意金属框达到最大速度时受到的阻力与安培力平衡，则F f=F合，解得磁场向右匀速运动的速度v=(4B2L2v m+F f R)/4B2L2,B对.答案:B9.矩形导线框abcd放在匀强磁场中,磁感线方向与线圈平面垂直,磁感应强度B随时间变化的图象如图12-10甲所示,t=0时刻,磁感应强度的方向垂直纸面向里.在0～4 s时间内,线框中的感应电流(规定顺时针方向为正方向)、ab边所受安培力(规定向上为正方向)随时间变化的图象分别为图乙中的()甲乙图12-0解析:在0～1 s内,穿过线框中的磁通量为向里的减少,由楞次定律,感应电流的磁场垂直纸面向里,由安培定则,线框中感应电流的方向为顺时针方向.由法拉第电磁感应定律,t S B nE ∆⋅∆=,E 一定,由,RE I =故I 一定.由左手定则,ab 边受的安培力向上.由于磁场变弱,故安培力变小.同理可判出在1～2 s 内,线框中感应电流的方向为顺时针方向,ab 边受的安培力为向下的变强.2～3 s 内,线框中感应电流的方向为逆时针方向,ab 边受的安培力为向上的变弱,因此选项AD 对. 答案:AD10.如图12-11甲所示,用裸导体做成U 形框架abcd ,ad 与bc 相距L =0.2 m,其平面与水平面成θ=30°角.质量为m =1 kg 的导体棒PQ 与ad 、bc 接触良好,回路的总电阻为R =1 Ω.整个装置放在垂直于框架平面的变化磁场中,磁场的磁感应强度B 随时间t 的变化情况如图乙所示(设图甲中B 的方向为正方向).t =0时,B 0=10 T 、导体棒PQ 与cd 的距离x 0=0.5 m.若PQ 始终静止,关于PQ 与框架间的摩擦力大小在0～t 1=0.2 s 时间内的变化情况,下面判断正确的是( )图12-11 A.一直增大B.一直减小C.先减小后增大D.先增大后减小解析:由图乙,T/s 5010==∆∆t B t B ,t =0时,回路所围面积S =Lx 0=0.1 m 2,产生的感应电动势V 5=∆⋅∆=t S B E ,A 5==RE I ,安培力F =B 0IL =10 N,方向沿斜面向上.而下滑力mg sin30°=5 N,小于安培力,故刚开始摩擦力沿斜面向下.随着安培力减小,沿斜面向下的摩擦力也减小,当安培力等于下滑力时,摩擦力为零.安培力再减小,摩擦力变为沿斜面向上且增大,故选项C 对. 答案:C二、填空题(共2小题，共12分)11.(6分)如图12-12所示,有一弯成θ角的光滑金属导轨POQ ,水平放置在磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直.有一金属棒M N 与导轨的OQ 边垂直放置,金属棒从O 点开始以加速度a 向右运动,求t 秒末时,棒与导轨所构成的回路中的感应电动势是____________________.图12-12解析:该题求的是t 秒末感应电动势的瞬时值,可利用公式E =Blv 求解,而上面错误解法求的是平均值.开始运动t 秒末时,金属棒切割磁感线的有效长度为.tan 21tan 2θθat OD L == 根据运动学公式,这时金属棒切割磁感线的速度为v =at .由题知B 、L 、v 三者互相垂直,有θtan 2132t Ba Blv E ==,即金属棒运动t 秒末时,棒与导轨所构成的回路中的感应电动势是.tan 2132θt Ba E =答案:θtan 2132t Ba 12.(6分)如图12-13所示,有一闭合的矩形导体框,框上M 、N 两点间连有一电压表,整个装置处于磁感应强度为B 的匀强磁场中,且框面与磁场方向垂直.当整个装置以速度v 向右匀速平动时,M 、N 之间有无电势差?__________(填“有”或“无”)，电压表的示数为__________.图12-13解析:当矩形导线框向右平动切割磁感线时,AB 、CD 、MN 均产生感应电动势,其大小均为BLv ,根据右手定则可知,方向均向上.由于三个边切割产生的感应电动势大小相等,方向相同,相当于三个相同的电源并联,回路中没有电流.而电压表是由电流表改装而成的,当电压表中有电流通过时,其指针才会偏转.既然电压表中没有电流通过,其示数应为零.也就是说,M 、N 之间虽有电势差BLv ,但电压表示数为零.答案:有 0三、计算、论述题(共4个题,共48分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题答案中必须明确写出数值和单位)13.(10分)如图12-14所示是一种测量通电线圈中磁场的磁感应强度B 的装置,把一个很小的测量线圈A 放在待测处,线圈与测量电荷量的冲击电流计G 串联,当用双刀双掷开关S 使螺线管的电流反向时,测量线圈中就产生感应电动势,从而引起电荷的迁移,由表G 测出电荷量Q ,就可以算出线圈所在处的磁感应强度B.已知测量线圈的匝数为N,直径为d ,它和表G 串联电路的总电阻为R ,则被测出的磁感应强度B 为多大?图12-14解析:当双刀双掷开关S 使螺线管的电流反向时,测量线圈中就产生感应电动势,根据法拉第电磁感应定律可得:td B N t N E ∆=∆∆Φ=2)2(2π 由欧姆定律和电流的定义得:,t Q R E I ∆==即t RE Q ∆= 联立可解得:.22NdQR B π= 答案:22Nd QR π 14.(12分)如图12-15所示,线圈内有理想边界的磁场,开始时磁场的磁感应强度为B 0.当磁场均匀增加时,有一带电微粒静止于平行板(两板水平放置)电容器中间,若线圈的匝数为n ,平行板电容器的板间距离为d ,粒子的质量为m ,带电荷量为q .(设线圈的面积为S )求:图12-15(1)开始时穿过线圈平面的磁通量的大小.(2)处于平行板电容器间的粒子的带电性质.(3)磁感应强度的变化率.解析:(1)Φ=B 0S.(2)由楞次定律,可判出上板带正电,故推出粒子应带负电. (3),tn E ∆∆Φ=,ΔΦ=ΔB ·S, mg dE q =⋅,联立解得:.nqS mgd t B =∆∆ 答案:(1)B 0S (2)负电 (3)nqS mgd t B =∆∆ 15.(12分)两根光滑的长直金属导轨MN 、M ′N ′平行置于同一水平面内，导轨间距为l ，电阻不计，M 、M ′处接有如图12-16所示的电路，电路中各电阻的阻值均为R ，电容器的电容为C.长度也为l 、阻值同为R 的金属棒ab 垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B 、方向竖直向下的匀强磁场中.ab 在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在ab 运动距离为s 的过程中，整个回路中产生的焦耳热为Q .求:图12-16(1)ab 运动速度v 的大小；(2)电容器所带的电荷量q .解析:本题是电磁感应中的电路问题,ab 切割磁感线产生感应电动势为电源.电动势可由E =Blv 计算.其中v 为所求,再结合闭合(或部分)电路欧姆定律、焦耳定律、电容器及运动学知识列方程可解得.(1)设ab 上产生的感应电动势为E ，回路中的电流为I ,ab 运动距离s 所用时间为t ,三个电阻R 与电源串联,总电阻为4R ,则E=Blv 由闭合电路欧姆定律有RE I 4= vs t = 由焦耳定律有Q =I 2(4R )t 由上述方程得.422s l B QR v =(2)设电容器两极板间的电势差为U ,则有U=IR电容器所带电荷量q =CU 解得.BlsCQR q =答案:(1)s l B QR 224 (2)Bls CQR 16.(14分)如图12-17所示,水平地面上方的H 高区域内有匀强磁场,水平界面PP ′是磁场的上边界,磁感应强度为B ,方向是水平的,垂直于纸面向里.在磁场的正上方,有一个位于竖直平面内的闭合的矩形平面导线框abcd ,ab 长为l 1,bc 长为l 2,H ＞l 2,线框的质量为m ,电阻为R .使线框abcd 从高处自由落下,ab 边下落的过程中始终保持水平,已知线框进入磁场的过程中的运动情况是:cd 边进入磁场以后,线框先做加速运动,然后做匀速运动,直到ab 边到达边界PP ′为止.从线框开始下落到cd 边刚好到达水平地面的过程中,线框中产生的焦耳热为Q .求:图12-17(1)线框abcd 在进入磁场的过程中,通过导线的某一横截面的电荷量是多少?(2)线框是从cd 边距边界PP ′多高处开始下落的?(3)线框的cd 边到达地面时线框的速度大小是多少?解析:(1)设线框abcd 进入磁场的过程所用时间为t ,通过线框的平均电流为I ,平均感应电动势为ε,则RI t εε=∆∆Φ=,,ΔΦ=Bl 1l 2 通过导线的某一横截面的电荷量t I q ∆=解得.21Rl Bl q = (2)设线框从cd 边距边界PP ′上方h 高处开始下落,cd 边进入磁场后,切割磁感线,产生感应电流,在安培力作用下做加速度逐渐减小的加速运动,直到安培力等于重力后匀速下落,速度设为v ,匀速过程一直持续到ab 边进入磁场时结束,有ε=Bl 1v ,,R I ε=F A =BIl 1,F A =mg 解得212l B mgR v = 线框的ab 边进入磁场后,线框中没有感应电流.只有在线框进入磁场的过程中有焦耳热Q .线框从开始下落到ab 边刚进入磁场的过程中,线框的重力势能转化为线框的动能和电路中的焦耳热.则有Q mv l h mg +=+2221)(解得.222414414223l l mgB l QB R g m h -+= (3)线框的ab 边进入磁场后,只有重力作用下,加速下落,有)(21212222l H mg mv mv -=- cd 边到达地面时线框的速度.)(224142222l H g l B R g m v -+= 答案:(1)Rl Bl 21 (2)241441422322l l mgB l QB R g m -+ (3))(22414222l H g l B R g m -+。

高考物理压轴题专题复习——电磁感应现象的两类情况的推断题综合附答案解析

高考物理压轴题专题复习——电磁感应现象的两类情况的推断题综合附答案解析一、电磁感应现象的两类情况1．如图所示，光滑的长平行金属导轨宽度d=50cm ，导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，导轨上端电阻R=0.8Ω，其他电阻不计．导轨放在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.4T ．金属棒ab 从上端由静止开始下滑，金属棒ab 的质量m=0.1kg ．（sin37°=0.6，g=10m/s 2）（1）求导体棒下滑的最大速度；（2）求当速度达到5m/s 时导体棒的加速度；（3）若经过时间t ，导体棒下滑的垂直距离为s ，速度为v ．若在同一时间内，电阻产生的热与一恒定电流I 0在该电阻上产生的热相同，求恒定电流I 0的表达式（各物理量全部用字母表示）．【答案】（1）18.75m/s （2）a=4.4m/s 2（3222mgs mv Rt-【解析】【分析】根据感应电动势大小与安培力大小表达式，结合闭合电路欧姆定律与受力平衡方程，即可求解；根据牛顿第二定律，由受力分析，列出方程，即可求解；根据能量守恒求解；解：（1）当物体达到平衡时，导体棒有最大速度，有：sin cos mg F θθ= ，根据安培力公式有： F BIL =，根据欧姆定律有： cos E BLv I R Rθ==，解得： 222sin 18.75cos mgR v B L θθ==；（2）由牛顿第二定律有：sin cos mg F ma θθ-= ， cos 1BLv I A Rθ==， 0.2F BIL N ==， 24.4/a m s =；（3）根据能量守恒有：22012mgs mv I Rt =+ ，解得： 202mgs mv I Rt -=2．如图所示，线圈工件加工车间的传送带不停地水平传送长为L ，质量为m ，电阻为R 的正方形线圈，在传送带的左端线圈无初速地放在以恒定速度v 匀速运动的传送带上，经过一段时间，达到与传送带相同的速度v 后，线圈与传送带始终相对静止，并通过一磁感应强度为B 、方向竖直向上的匀强磁场，已知当一个线圈刚好开始匀速度运动时，下一个线圈恰好放在传送带上，线圈匀速运动时，每两个线圈间保持距离L 不变，匀强磁场的宽度为3L ，求：(1)每个线圈通过磁场区域产生的热量Q ．(2)在某个线圈加速的过程中，该线圈通过的距离S 1和在这段时间里传送带通过的距离S 2之比．(3)传送带每传送一个线圈，电动机多消耗的电能E （不考虑电动机自身的能耗）【答案】(1)232B L vQ R= (2) S 1:S 2=1:2 (3)E=mv 2+2B 2L 3v/R【解析】【分析】【详解】(1)线圈匀速通过磁场，产生的感应电动势为E=BLv ，则每个线圈通过磁场区域产生的热量为223()22BLv L B L vQ Pt R v R===(2)对于线圈：做匀加速运动，则有S 1=vt /2 对于传送带做匀速直线运动，则有S 2=vt 故S 1：S 2=1：2(3)线圈与传送带的相对位移大小为2112vts s s s ∆=-== 线圈获得动能E K =mv 2/2=fS 1传送带上的热量损失Q /=f (S 2-S 1）=mv 2/2送带每传送一个线圈，电动机多消耗的电能为E =E K +Q +Q /=mv 2+2B 2L 3v/R 【点睛】本题的解题关键是从能量的角度研究电磁感应现象，掌握焦耳定律、E=BLv 、欧姆定律和能量如何转化是关键．3．如图，在地面上方空间存在着两个水平方向的匀强磁场，磁场的理想边界ef 、gh 、pq 水平，磁感应强度大小均为B ，区域I 的磁场方向垂直纸面向里，区域Ⅱ的磁场方向向外，两个磁场的高度均为L ；将一个质量为m ，电阻为R ，对角线长为2L 的正方形金属线圈从图示位置由静止释放(线圈的d 点与磁场上边界f 等高，线圈平面与磁场垂直)，下落过程中对角线ac 始终保持水平，当对角线ac 刚到达cf 时，线圈恰好受力平衡；当对角线ac 到达h 时，线圈又恰好受力平衡(重力加速度为g ).求：(1)当线圈的对角线ac 刚到达gf 时的速度大小；(2)从线圈释放开始到对角线ac 到达gh 边界时，感应电流在线圈中产生的热量为多少?【答案】(1)1224mgR v B L = (2)322442512m g R Q mgL B L =-【解析】【详解】(1)设当线圈的对角线ac 刚到达ef 时线圈的速度为1v ，则此时感应电动势为：112E B Lv =⨯感应电流：11E I R=由力的平衡得：12BI L mg ⨯= 解以上各式得：1224mgRv B L =(2)设当线圈的对角线ac 刚到达ef 时线圈的速度为2v ，则此时感应电动势2222E B Lv =⨯感应电流：22E I R=由力的平衡得：222BI L mg ⨯= 解以上各式得：22216mgRv B L =设感应电流在线圈中产生的热量为Q ,由能量守恒定律得：22122mg L Q mv ⨯-=解以上各式得：322442512m g R Q mgL B L=-4．如图，光滑金属轨道POQ 、´´´P O Q 互相平行，间距为L ，其中´´O Q 和OQ 位于同一水平面内，PO 和´´P O 构成的平面与水平面成30°。

高考物理二轮复习专项训练卷带答案解析：电磁感应

高考物理二轮复习专项训练卷带答案解析：电磁感应第13讲电磁感应一、选择题(每小题6分,共36分)1.(2018湖北宜昌元月调研)一种早期发电机原理示意图如图所示,该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成,两磁极相对于线圈平面对称,线圈圆心为O点。

在磁极绕转轴匀速转动的过程中,当磁极与O点在同一条直线上时,穿过线圈的( )A.磁通量最大,磁通量变化率最大B.磁通量最大,磁通量变化率最小C.磁通量最小,磁通量变化率最大D.磁通量最小,磁通量变化率最小2.(2018辽宁大连双基,8)如图所示,线圈L的自感系数很大,且其电阻可以忽略不计,L1、L2是两个完全相同的灯泡,随着开关S闭合和断开(灯丝不会断),灯L1、L2亮度的变化情况是( )A.S闭合,L1不亮,L2亮度逐渐变亮,最后两灯一样亮B.S闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2则逐渐变得更亮C.S断开,L1、L2立即不亮D.S断开,L1、L2都会亮一下再熄灭3.(2018安徽六校二联)(多选)如图所示,光滑水平面上存在有界匀强磁场,磁感应强度为B,质量为m、边长为a的正方形线框ABCD斜向右上方穿进磁场,当AC刚进入磁场时,线框的速度为v,方向与磁场边界成45°角,若线框的总电阻为R,则( )A.线框穿进磁场过程中,线框中电流的方向为DCBADB.AC刚进入磁场时线框中感应电流为√2BavRC.AC刚进入磁场时线框所受安培力为√2R2R2vRBavD.此时CD两端电压为344.(2018河南豫南九校联盟第一次联考)(多选)如图所示,足够长的U形光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0<θ<90°),其中MN与PQ平行且间距为L,导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,导轨电阻不计。

金属棒ab由静止开始沿导轨下滑,并与两导轨始终保持垂直且良好接触,金属棒ab接入电路的电阻为R,当流过金属棒ab某一横截面的电量为q时,金属棒ab的速度大小为v,则金属棒ab在这一过程中( )A.运动的平均速度大于1v2sin θB.受到的最大安培力大小为R2R2vRC.下滑的位移大小为RRRRD.产生的焦耳热为qBLv5.(2018宁夏银川唐徕回民中学等三校三模,7)(多选)如图甲所示,光滑的平行金属导轨AB、CD竖直放置,AB、CD相距L,在B、C间接一个阻值为R的电阻;在两导轨间的abcd矩形区域内有垂直导轨平面向外、高度为5h的有界匀强磁场,磁感应强度为B。

二轮物理复习解题技巧专题九：等效转化思想解决电磁感应电路问题

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R的电阻，一根垂直于导轨放置的金属棒ab的质量为m，导轨和金属棒的电阻不计，金属棒与导轨间动摩擦因数为μ，若用恒力F沿水平向右拉棒运动，求金属棒的最大速度．
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解析： ab棒受恒力F作用向右加速运动产生感应电流，电流在磁场中受安培力F 安作用，如右图所示，随v↑→E→I↑→F安↑→F合↓→a↓，金属棒所受合力为零时，加速度为零，速度最大，根据平衡条件有：F－F安－Ff＝0① 又有F安＝BIL ② Ff＝μmg ⑤ 由①②③④⑤解得
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点评：解决电磁感应电路问题的关键就是借鉴或利用相似原型来变换物理模
型，即把电磁感应的问题等效或转换成恒定直流电路，把产生感应电动势的那
部分导体等效为内电路，感应电动势的大小相当于电源电动势，其余部分相当于外电路，并画出等效电路图．此时，处理问题的方法与闭合电路求解基本一致，唯一要注意的是电磁感应现象中，有时导体两端有电压，但没有电流流过，这类似电源两端有电势差但没有接入电路时，电流为零．
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高考物理二轮专题复习精品课件（九）
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一匀强磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度B＝0.40 T，OCA导
轨与OA直导轨分别在O点和A点接一阻值R1＝3.0 Ω和R2＝6.0 Ω几何尺
寸可忽略的定值电阻，导轨OCA的曲线方程为y＝1.0sin ，金属棒ab长1.5 m，以速度v＝5.0 m/s水平向右匀速运动(b点始终在x轴上)，设金属棒与导轨接触良好，摩擦不计，电路中除了电阻R1和R2外，其余电阻均不计，曲线OCA与x轴之间所围面积为1.9 m2，求：

高考物理二模试题分类汇编——电磁感应现象的两类情况推断题综合及答案解析

高考物理二模试题分类汇编——电磁感应现象的两类情况推断题综合及答案解析一、电磁感应现象的两类情况1．如图所示，光滑的长平行金属导轨宽度d=50cm ，导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，导轨上端电阻R=0.8Ω，其他电阻不计．导轨放在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.4T ．金属棒ab 从上端由静止开始下滑，金属棒ab 的质量m=0.1kg ．（sin37°=0.6，g=10m/s 2）（1）求导体棒下滑的最大速度；（2）求当速度达到5m/s 时导体棒的加速度；（3）若经过时间t ，导体棒下滑的垂直距离为s ，速度为v ．若在同一时间内，电阻产生的热与一恒定电流I 0在该电阻上产生的热相同，求恒定电流I 0的表达式（各物理量全部用字母表示）．【答案】（1）18.75m/s （2）a=4.4m/s 2（3222mgs mv Rt【解析】【分析】根据感应电动势大小与安培力大小表达式，结合闭合电路欧姆定律与受力平衡方程，即可求解；根据牛顿第二定律，由受力分析，列出方程，即可求解；根据能量守恒求解；解：（1）当物体达到平衡时，导体棒有最大速度，有：sin cos mg F θθ= ，根据安培力公式有： F BIL =，根据欧姆定律有： cos E BLv I R Rθ==，解得： 222sin 18.75cos mgR v B L θθ==；（2）由牛顿第二定律有：sin cos mg F ma θθ-= ， cos 1BLv I A Rθ==， 0.2F BIL N ==， 24.4/a m s =；（3）根据能量守恒有：22012mgs mv I Rt =+ ，解得： 202mgs mv I Rt -=2．如图，垂直于纸面的磁感应强度为B ，边长为 L 、电阻为 R 的单匝方形线圈 ABCD 在外力 F 的作用下向右匀速进入匀强磁场，在线圈进入磁场过程中，求： (1)线圈进入磁场时的速度 v 。

2025届高三物理二轮专项复习课件：电磁感应问题

A.导体框一定是减速进入磁场
B.导体框可能匀速穿过整个磁场区域
L
C.导体框穿过匀强磁场的过程中，电阻产
生的热量为mg(L+h) 产生的热量=重力势能的较少量
D.导体框进入磁场的过程中，通过某个横
a

截面的电荷量为

∆∅
=
=
=

c
d
h
b
B
7.如图所示的电路中，电感L的自感系数很大，电阻可以忽略，D为理想二极
管，则下列说法正确的是（ BD）
A.当S闭合时，立即变亮，逐渐变亮
B.当S闭合时，一直不亮，逐渐变亮
C.当S断开时，立即熄灭
D.当S断开时，突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭

D

E
S
8.(2019.河北月考）如图所示，两根光滑平行金属导轨固定在倾角为° 的
斜面上，导轨间距为L，导轨下端连接一个阻值为R的定值电阻，空间中有一
磁感应强度大小为B，方向垂直导轨所在平面向上的匀强磁场，在斜面上平行
斜面固定一个轻弹簧，弹簧的劲度系数为K,弹簧上端与质量为m电阻为r，长
为L的导体杆相连，杆与导轨垂直且接触良好，导体杆中点系一轻细线，细线
平行于斜面，绕过一个光滑定滑轮后悬挂一个质量也为m的物块，初始时用

F
B
4.在导体棒ab产生的感应电流方向
是（ A ）
A. → . →
F
O
O
F

T
A
t O
F

T
B
t
O
F

C
T t

高考物理压轴题专题复习——电磁感应现象的两类情况的推断题综合含答案解析

高考物理压轴题专题复习——电磁感应现象的两类情况的推断题综合含答案解析一、电磁感应现象的两类情况1．如图所示，光滑的长平行金属导轨宽度d=50cm ，导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，导轨上端电阻R=0.8Ω，其他电阻不计．导轨放在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.4T ．金属棒ab 从上端由静止开始下滑，金属棒ab 的质量m=0.1kg ．（sin37°=0.6，g=10m/s 2）（1）求导体棒下滑的最大速度；（2）求当速度达到5m/s 时导体棒的加速度；（3）若经过时间t ，导体棒下滑的垂直距离为s ，速度为v ．若在同一时间内，电阻产生的热与一恒定电流I 0在该电阻上产生的热相同，求恒定电流I 0的表达式（各物理量全部用字母表示）．【答案】（1）18.75m/s （2）a=4.4m/s 2（3222mgs mv Rt-【解析】【分析】根据感应电动势大小与安培力大小表达式，结合闭合电路欧姆定律与受力平衡方程，即可求解；根据牛顿第二定律，由受力分析，列出方程，即可求解；根据能量守恒求解；解：（1）当物体达到平衡时，导体棒有最大速度，有：sin cos mg F θθ= ，根据安培力公式有： F BIL =，根据欧姆定律有： cos E BLv I R Rθ==，解得： 222sin 18.75cos mgR v B L θθ==；（2）由牛顿第二定律有：sin cos mg F ma θθ-= ， cos 1BLv I A Rθ==， 0.2F BIL N ==， 24.4/a m s =；（3）根据能量守恒有：22012mgs mv I Rt =+ ，解得： 202mgs mv I Rt -=2．如图所示，足够长的光滑平行金属导轨MN 、PQ 倾斜放置，两导轨间距离为L ，导轨平面与水平面间的夹角θ，所处的匀强磁场垂直于导轨平面向上，质量为m 的金属棒ab 垂直于导轨放置，导轨和金属棒接触良好，不计导轨和金属棒ab 的电阻，重力加速度为g ．若在导轨的M 、P 两端连接阻值R 的电阻，将金属棒ab 由静止释放，则在下滑的过程中，金属棒ab 沿导轨下滑的稳定速度为v ，若在导轨M 、P 两端将电阻R 改接成电容为C 的电容器，仍将金属棒ab 由静止释放，金属棒ab 下滑时间t ，此过程中电容器没有被击穿，求：（1）匀强磁场的磁感应强度B 的大小为多少？（2）金属棒ab 下滑t 秒末的速度是多大？【答案】（1）2sin mgR B L vθ=2）sin sin t gvt v v CgR θθ=+ 【解析】试题分析：（1）若在M 、P 间接电阻R 时，金属棒先做变加速运动，当加速度为零时做匀速运动，达到稳定状态．则感应电动势E BLv =，感应电流EI R=，棒所受的安培力F BIL =联立可得22B L vF R=，由平衡条件可得F mgsin θ=，解得2mgRsin B L v θ （2）若在导轨 M 、P 两端将电阻R 改接成电容为C 的电容器，将金属棒ab 由静止释放，产生感应电动势，电容器充电，电路中有充电电流，ab 棒受到安培力．设棒下滑的速度大小为v '，经历的时间为t 则电容器板间电压为 U E BLv ='=此时电容器的带电量为Q CU = 设时间间隔△t 时间内流经棒的电荷量为Q V则电路中电流Q C U CBL v i t t t ∆∆∆===∆∆∆，又va t∆=∆，解得i CBLa = 根据牛顿第二定律得mgsin BiL ma θ-=，解得22mgsin gvsin a m B L C v CgRsin θθθ==++所以金属棒做初速度为0的匀加速直线运动，ts 末的速度gvtsin v at v CgRsin θθ'==+．考点：导体切割磁感线时的感应电动势；功能关系；电磁感应中的能量转化【名师点睛】本题是电磁感应与电路、力学知识的综合，关键要会推导加速度的表达式，通过分析棒的受力情况，确定其运动情况．3．如图所示，足够长且电阻忽略不计的两平行金属导轨固定在倾角为α=30°绝缘斜面上，导轨间距为l =0.5m 。

高考物理二轮复习专题电磁感应讲含解析.doc

电磁感应4.错误！未指定书签。

纵观近几年高考试题，预测2019年物理高考试题还会考：1.高考命题频率较高的是感应电流的产生条件、方向的判定和法拉第电磁感应定律的应用，与电路、力学、能量及动量等知识相联系的综合及图象问题(如Φ－t图象、B－t图象和i－t图象)等时有出现，要高度重视，法拉第电磁感应定律、楞次定律一直是高考命题的热点。

2.本专题因难度大、涉及知识点多、综合能力强，主要的题型还是杆+导轨模型问题，线圈穿过有界磁场问题，综合试题还会涉及力和运动、能量守恒等知识，还可能以科学技术的具体问题为背景，考查运用知识解决实际问题的能力。

错误！未指定书签。

考向01 法拉第电磁感应定律和楞次定律1.讲高考（1）考纲要求知道电磁感应现象产生的条件;理解磁通量及磁通量变化的含义，并能计算;掌握楞次定律和右手定则的应用，并能判断感应电流的方向及相关导体的运动方向；能应用法拉第电磁感应定律、公式E ＝Blv 计算感应电动势.2.理解自感、涡流的产生，并能分析实际应用。

考点定位】法拉第电磁感应定律、楞次定律的应用考点定位】考查了楞次定律的应用、导体切割磁感线运动【方法技巧】在分析导体切割磁感线运动、计算电动势时，一定要注意导体切割磁感线的有效长度，在计算交变电流的有效值时，一定要注意三个相同：相同电阻，相同时间，相同热量。

2．讲基础（1）电磁感应现象① 产生感应电流的条件：穿过闭合回路的磁通量发生变化．② 能量转化：发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为电能．（2）楞次定律①内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化． ②适用情况：所有的电磁感应现象．③右手定则：适用情况：导体棒切割磁感线产生感应电流．（3）法拉第电磁感应定律 ①法拉第电磁感应定律的公式tnE ∆∆Φ=. ②导体切割磁感线的情形：则E ＝Blv sin_θ.（运动速度v 和磁感线方向夹角为）；E ＝Blv .（运动速度v 和磁感线方向垂直）；导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势E ＝Bl v ＝12Bl 2ω(平均速度等于中点位置线速度12l ω)． 3．讲典例案例1．如图所示，粗糙水平桌面上有一质量为m 的铜质矩形线圈。

高考物理专题复习分类练习电磁感应现象的两类情况推断题综合解答题及详细答案

高考物理专题复习分类练习电磁感应现象的两类情况推断题综合解答题及详细答案一、电磁感应现象的两类情况1．如图所示，无限长平行金属导轨EF、PQ固定在倾角θ=37°的光滑绝缘斜面上，轨道间距L=1m，底部接入一阻值R=0.06Ω的定值电阻，上端开口，垂直斜面向上的匀强磁场的磁感应强度B=2T。

一质量m=2kg的金属棒ab与导轨接触良好，ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.5，ab连入导轨间的电阻r=0.04Ω，电路中其余电阻不计。

现用一质量M=6kg的物体通过一不可伸长的轻质细绳绕过光滑的定滑轮与ab相连.由静止释放物体，当物体下落高度h=2.0m时，ab开始匀速运动，运动中ab始终垂直导轨并与导轨接触良好。

不计空气阻力，sin37°=0.6，cos37°=0.8，g取10m/s2。

(1)求ab棒沿斜面向上运动的最大速度；(2)在ab棒从开始运动到开始匀速运动的这段时间内，求通过杆的电量q；(3)在ab棒从开始运动到开始匀速运动的这段时间内，求电阻R上产生的焦耳热。

【答案】(1) (2)q=40C (3)【解析】【分析】(1)由静止释放物体，ab棒先向上做加速运动，随着速度增大，产生的感应电流增大，棒所受的安培力增大，加速度减小，棒做加速度减小的加速运动；当加速度为零时，棒开始匀速，速度达到最大。

据法拉第电磁感应定律、闭合电路的欧姆定律、安培力公式、平衡条件等知识可求出棒的最大速度。

(2)本小问是感应电量的问题，据法拉第电磁感应定律、闭合电路的欧姆定律、电流的定义式、磁通量的概念等知识可进行求解。

(3)从ab棒开始运动到匀速运动，系统的重力势能减小，转化为系统增加的动能、摩擦热和焦耳热，据能量守恒定律可求出系统的焦耳热，再由焦耳定律求出电阻R上产生的焦耳热。

【详解】(1)金属棒ab和物体匀速运动时，速度达到最大值，由平衡条件知对物体，有；对ab棒，有又、联立解得：(2) 感应电荷量据闭合电路的欧姆定律据法拉第电磁感应定律在ab 棒开始运动到匀速运动的这段时间内，回路中的磁通量变化联立解得：(3)对物体和ab 棒组成的系统，根据能量守恒定律有：又解得：电阻R 上产生的焦耳热2．如图，垂直于纸面的磁感应强度为B ，边长为 L 、电阻为 R 的单匝方形线圈 ABCD 在外力 F 的作用下向右匀速进入匀强磁场，在线圈进入磁场过程中，求： (1)线圈进入磁场时的速度 v 。

高考物理二轮练习专项检测试题第9讲电磁感应问题的综合分析

2019年高考物理二轮练习专项检测试题第题的综合剖析9 讲电磁感觉问注意事项：仔细阅读理解，结合历年的真题，总结经验，查找不足！重在审题，多思虑，多理解！不论是单项选择、多项选择仍是阐述题，最重要的就是看清题意。

在阐述题中，问题大多拥有委婉性，特别是历年真题部分，在给考生较大发挥空间的同时也大大增加了考试难度。

考生要仔细阅读题目中供应的有限资料，明确察看要点，最大限度的挖掘资料中的有效信息，建议考生答题时用笔将要点勾勒出来，方便屡次细读。

只有经过仔细商酌，推测命题老师的妄图，积极联想知识点，剖析答题角度，才可以将考点锁定，明确题意。

1、 ( 双选， 2017 年珠海模拟 ) 如图 4－ 1－ 10 所示，间距为 L 的平行金属导轨上有一电阻为 r 的金属棒 ab 与导轨接触优秀、导轨一端连结电阻 R ，其他电阻不计，磁感觉强度为 B ，金属棒 ab 以速度 v 向右匀速运动，那么 ()图 4－1－10A 、回路中电流为逆时针方向B 、电阻 R 两头的电压为 BLvC 、 ab 棒碰到的安培力方向向左BLvD 、 ab 棒中的电流大小为 r2、 ( 双选， 2017 年深圳二模 ) 如图 4－ 1－ 11 甲所示，闭合回路由电阻R 与导线组成，其内部磁场大小按－ t 图变化，方向如图乙，那么回路中()B图 4－1－11A 、电流方向为顺时针方向B 、电流强度越来越大C 、磁通量的变化率恒定不变D 、产生的感觉电动势越来越大3、用相同的导线绕制的边长为 L 或 2L 的四个闭合导体框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图 4－ 1－12 所示、在每个线框进入磁场的过程中， M 、N 两点间的电压分别为U a 、U b 、 U c 、 U d . 以下判断正确的选项是 ()图 4－ 1－12A 、 U a <U b <U c <U dB 、 U a <U b <U d <U cC 、 U a ＝ U b <U c ＝ U dD 、 U b <U a <U d <U c4、(2018 年北京卷 ) 物理课上，老师做了一个奇妙的 “跳环实验” 、如图 4－ 1－ 13 所示，她把一个带铁芯的线圈 I 、开关 S 和电源用导线连结起来后，将一金属套环置于线圈 L 上，且使铁芯穿过套环，闭合开关S 的刹时，套环立刻跳起、某司学另找来器材再研究此实验，他连结好电路，经重复试验，线圈上的套环均末动，比较老师演示的实验，以下四个选项中，致使套环未动的原因可能是 ()图 4－1－ 13A、线圈接在直流电源上了B、电源电压过高C、所选线圈的匝数过多D、所用套环的资料与老师的不相同5、(2017 年中山三模 ) 一矩形线圈位于一个方向垂直线圈平面向里的磁场中，如图4－1－14 甲所示；磁感觉强度 B 随 t 的变化规律如图乙所示、以i 表示线圈中的感觉电流，以图甲线圈上箭头所示方向的电流为正，那么以下的i － t 图中正确的选项是()图 4－1－ 146、如图 4－ 1－ 15 所示，边长为L的正方形导线框质量为m，由距磁场H高处自由下落，其下边 ab 进入匀强磁场后，线圈开始做减速运动，直到其上边 cd 刚刚穿出磁场时，速度减L，那么线框穿越匀强磁场过程中产生的焦耳为 ab 边进入磁场时的一半，磁场的宽度也为热为 ()A、 2mgLB、 2mgL＋mgH31C、 2mgL＋4mgHD、 2mgL＋4mgH图 4－1－15图 4－1－167、 (2017年皖南模拟) 如图4－ 1－16所示，用一块金属板折成横截面为“”形的金属槽放置在磁感觉强度为 B 的匀强磁场中，并以速度v1向右匀速运动，从槽口右侧射入的带电微粒的速度是v2，若是微粒进入槽后恰能做匀速圆周运动，那么微粒做匀速圆周运动的轨道半径r 和周期 T 分别为()v 1v 2 2π v 2 v 1v 2 2πv 1A. g ， gB. g ，gv 1 2πv 1 v 1 2π v 2C. g ， gD. g ， g8、(2017 年江门模拟 ) 如图 4－ 1－ 17 所示，在磁感觉强度为 0.6T 的匀强磁场中，长为0.5m 、电阻为 1Ω的导体棒 ab 放置在水平的圆滑金属框上、导体棒 ab 在外力作用下以 10m/s 的速度向右匀速滑动，电容 C ＝2μ F ，电阻 R 1＝ 5Ω，其他电阻忽略不计，求：(1) ab 棒哪端的电势高？ ab 棒中的电动势多大？(2) 为使 ab 棒匀速运动，外力的大小及其机械功率各是多少？(3) 电容器的电量是多少？图 4－1－179、如图 4－ 1－ 18 所示，有小孔 O 和O ′的两金属板正对并水平放置，分别与平行金属导轨连结，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ地区有垂直导轨所在平面的匀强磁场、金属杆 ab 与导轨垂直且接触优秀，并素来向右匀速运动、某时辰 ab 进入Ⅰ地区，同时一带正电小球从 O 孔竖直射入两板间、 ab 在Ⅰ地区运动时，小球匀速下落； ab 从Ⅲ地区右侧走开磁场时，小球恰巧从孔走开、板间距为 3d ，导轨间距为 L ，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ地区的磁感觉强度大小相等，宽度均为电小球质量为 m ，电荷量为 q ，ab 运动的速度为 v 0，重力加速度为 g . 求：O ′d . 带(1) 磁感觉强度的大小；(2) ab 在Ⅱ地区运动时，小球的加速度大小；(3) 小球射入 O 孔时的速度 v .图 4－1－1810、(2017 年汕头模拟 ) 如图 4－ 1－ 19 甲所示，水平面上有两电阻不计的圆滑金属导轨平行固定放置，间距为 d ，右端经过导线与阻值为矩形地区内有竖直向上的匀强磁场，磁感觉强度值为 R 的金属棒在恒力 F 作用下由静止开始从R 的小灯泡 L 连结，在面积为 S 的 CDEFB 随时间的变化如图乙，在 t ＝ 0 时，一阻ab 地址沿导轨向右运动，当 t ＝t 0 时恰巧运动到CD 地址，并开始在磁场中匀速运动、求：(1)0 ～t 0 时间内经过小灯泡的电流；(2) 金属棒在磁场中运动的速度大小；(3) 金属棒的质量 m .图 4－1－ 191、 AC 剖析：由右手定那么知 A 对，由左手定那么知C 对、B2、 AC 剖析：由楞次定律知电流沿顺时针方向，A 对；磁通量变化率 t 不变，C 对、3、B 剖析：由题知E a ＝ E b ＝ BLv ，E c ＝ E d ＝ 2BLv ，由闭合电路欧姆定律和串联电路电压与3534电阻成正比可知U a ＝ 4BLv ， U b ＝6BLv ， U c ＝ 2BLv ， U d ＝ 3BLv ，故B 正确、4、 D 剖析：在开封闭合的刹时，线圈中的电流变大，磁感觉强度变大，穿过金属套环的磁通量变大，在金属套环内产生感觉电流，感觉磁场必定阻截原磁场的增大，所以金属套环会碰到线圈的斥力而跳起、在实验时电源一般采用直流电源，电压越大 ( 以不烧坏导线和电源为前提 ) 现象越明显；所选线圈的匝数越多，现象也越明显、若是该学生所用套环的材料不是金属，那么不会察看到“跳环实验”的现象、5、A 剖析： 0～ 1s 这段时间，由楞次定律知电流沿逆时针方向，且变化率不变，故电流大小不变， A 对、v16、 C剖析：设刚进入磁场时的速度为v1，刚穿出磁场时的速度v2＝21线框自开始进入磁场到完好穿出磁场下落的高度为 2 . 由题意得12＝L2mv mgH 11222mv1＋ mg·2L＝2mv2＋ Q3联立解得 Q＝2mgL＋4mgH.7、B 剖析：“”形的金属槽放在匀强磁场中并以速度v1向右匀速运动时，左板将U Blv 1切割磁感线，上、下两板间产生电势差，由右手定那么可知上板为正、下板为负， E＝d＝lqE qBv1＝Bv1，微粒做匀速圆周运动，那么重力与电场力大小相等、方向相反，有m＝g＝g，洛v221v22πr2πv12mv v伦兹力供应向心力，所以2＝m r，得r＝qB＝g，周期＝＝g，所以 B正确、qBv T v28、解： (1) 由右手定那么可判断ab 棒中的电流方向由 b 指向 a，故 a 端的电势高、E＝ BLv＝0.6×0.5×10V＝3V.E3(2)回路中电流 I ＝R1＋r＝5＋1A＝0.5AF 安＝ BIL ＝0.6×0.5×0.5N＝0.15N由平衡条件得 F 外＝ F 安＝0.15NP＝ F 外 v＝1.5W.(3)Q＝CUU＝ I ·R1解得 Q＝5×10－6C.9、解： (1) ab在磁场所区运动时，产生的感觉电动势大小为ε＝BLv0ε金属板间产生的场富强小为E＝3dab 在Ⅰ地区运动时，带电小球匀速下落，有mg＝ qE3dmg联立解得 B＝qLv0.(2)ab 在Ⅱ地区运动时，设小球的加速度为 a，依题意，有qE＋ mg＝ ma所以 a＝2g.(3)依题意， ab 分别在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ地区运动时，小球在电场中分别做匀速、匀加速和匀速运动，设发生的位移分别为sⅠ、sⅡ、sⅢ；ab 进入Ⅲ地区时，小球的运动速度为vⅢ.那么：dsⅠ＝ v·v0d 1d2sⅡ＝ v·v0＋2·2g·v0dsⅢ＝ vⅢ·v0dvⅢ＝ v＋2g·v0又 sⅠ＋ sⅡ＋ sⅢ＝3dgd联立解得 v＝ v0－v0.10、解： (1)0 ～t0时间内，闭合电路产生的感觉电动势ΦSBSB0E＝t ＝t ＝ t 01E1经过小灯泡的电流 I ＝2RSB联立可得 I ＝2Rt0.v，那么金属棒的产生的感觉电动势 E ＝ BLv(2) 假定金属棒在磁场中匀速运动的速度为2＝B0dv2E金属棒中的电流 I ′＝2R因为金属棒做匀速运动，有F＝ F 安，即 F＝ B0I ′ d2FR联立解得 v＝B02d2.(3) 在 0～t0时间内，金属棒在恒力 F 作用下做匀加速运动，那么由牛顿第二定律有F ＝mav由运动学公式有 a＝t022B0d t 0联立解得金属棒的质量为m＝2R.。

高考物理三个月考点专题讲练9 电磁感(含真题及原创解析)

目夺市安危阳光实验学校高考物理考前三个月名师考点点拨专题讲练9 电磁感应（含14真题及原创解析）新人教版高考定位电磁感应是电磁学部分的重点之一，是高考的重要考点．考查的重点有以下几个方面：①楞次定律的理解和应用；②电磁感应图象；③电磁感应过程中的动态分析；④综合应用电路知识和能量观点解决电磁感应问题．应考策略：复习应注意“抓住两个定律，运用两种观点”．两个定律是指楞次定律和法拉第电磁感应定律；两种观点是指动力学观点和能量观点．考题1 对楞次定律和电磁感应图象问题的考查例1如图1所示，直角坐标系xOy的二、四象限有垂直坐标系向里的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，在第三象限有垂直坐标系向外的匀强磁场，磁感应强度大小为2B.现将半径为L、圆心角为90°的扇形闭合导线框OPQ在外力作用下以恒定角速度绕O点在纸面内沿逆时针方向匀速转动．t＝0时刻线框在图示位置，设电流逆时针方向为正方向．则下列关于导线框中的电流随时间变化的图线，正确的是( )图1审题突破根据转动闭合线框切割磁感线产生的感应电动势公式E＝12Bl2ω求出每条半径切割磁感线时产生的感应电动势，分段由闭合电路欧姆定律求出感应电流，由楞次定律判断感应电流的方向，即可选择图象．解析根据楞次定律，线框从第一象限进入第二象限时，电流方向是正方向，设导线框的电阻为R，角速度为ω，则电流大小为BωL22R，从第二象限进入第三象限时，电流方向是负方向，电流大小为3BωL22R，从第三象限进入第四象限时，电流方向是正方向，电流大小是3BωL22R，线框从第四象限进入第一象限时，电流方向是负方向，电流大小为BωL22R，B选项正确．答案B1．(2014·江苏·7)如图2所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来．若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有( )图2A．增加线圈的匝数B．提高交流电源的频率C．将金属杯换为瓷杯D．取走线圈中的铁芯答案AB解析当电磁铁接通交流电源时，金属杯处在变化的磁场中产生涡电流发热，使水温升高．要缩短加热时间，需增大涡电流，即增大感应电动势或减小电阻．增加线圈匝数、提高交变电流的频率都是为了增大感应电动势，瓷杯不能产生涡电流，取走铁芯会导致磁性减弱．所以选项A、B正确，选项C、D错误．1．楞次定律的理解和应用(1)“阻碍”的效果表现为：①阻碍原磁通量的变化——增反减同；②阻碍物体间的相对运动——来拒去留；③阻碍自身电流的变化——自感现象．(2)解题步骤：①确定原磁场的方向(分析合磁场)；②确定原磁通量的变化(增加或减少)；③确定感应电流磁场的方向(增反减同)；④确定感应电流方向(安培定则)．2．求解图象问题的思路与方法(1)图象选择问题：求解物理图象的选择题可用“排除法”，即排除与题目要求相违背的图象，留下正确图象．也可用“对照法”，即按照要求画出正确的草图，再与选项对照．解决此类问题的关键是把握图象特点，分析相关物理量的函数关系，分析物理过程的变化或物理状态的变化．(2)图象分析问题：定性分析物理图象，要明确图象中的横轴与纵轴所代表的物理量，弄清图象的物理意义，借助有关的物理概念、公式、不变量和定律作出相应判断．在有关物理图象的定量计算时，要弄清图象所揭示的物理规律及物理量间的函数关系，善于挖掘图象中的隐含条件，明确有关图象所包围的面积、斜率，以及图象的横轴、纵轴的截距所表示的物理意义．考题2 对电磁感应中动力学问题的考查例2如图3所示，间距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ与水平面夹角为30°，导轨的电阻不计，导轨的N、Q端连接一阻值为R的电阻，导轨上有一根质量一定、电阻为r的导体棒ab垂直导轨放置，导体棒上方距离L 以上的范围存在着磁感应强度大小为B、方向与导轨平面垂直向下的匀强磁场．现在施加一个平行斜面向上且与棒ab重力相等的恒力，使导体棒ab从静止开始沿导轨向上运动，当ab进入磁场后，发现ab开始匀速运动，求：图3(1)导体棒的质量；(2)若进入磁场瞬间，拉力减小为原来的一半，求导体棒能继续向上运动的最大位移．审题突破(1)由牛顿第二定律求出导体棒的加速度，由匀变速运动的速度位移公式求出速度，由安培力公式求出安培力，然后由平衡条件求出导体棒的质量．(2)应用牛顿第二定律、安培力公式分析答题．解析 (1)导体棒从静止开始在磁场外匀加速运动，距离为L ，其加速度为F －mg sin 30°＝ma F ＝mg得a ＝12g棒进入磁场时的速度为v ＝2aL ＝gL 由棒在磁场中匀速运动可知F 安＝12mgF 安＝BIL ＝B 2L 2vR ＋r得m ＝2B 2L 2R ＋rLg(2)若进入磁场瞬间使拉力减半，则F ＝12mg则导体棒所受合力为F 安F 安＝BIL ＝B 2L 2vR ＋r＝mav ＝Δx Δt 和a ＝ΔvΔt 代入上式B 2L 2Δx Δt R ＋r ＝m Δv Δt即B 2L 2Δx R ＋r＝m Δv设导体棒继续向上运动的位移为x ，则有B 2L 2xR ＋r＝mv 将v ＝gL 和m ＝2B 2L2R ＋r L g代入得x ＝2L 答案 (1)2B 2L2R ＋rLg(2)2L 2．如图4所示，光滑斜面PMNQ 的倾角为θ，斜面上放置一矩形导体线框abcd ，其中ab 边长为l 1，bc 边长为l 2，线框质量为m 、电阻为R ，有界匀强磁场的磁感应强度为B ，方向垂直于斜面向上，ef 为磁场的边界，且ef ∥MN .线框在恒力F 作用下从静止开始运动，其ab 边始终保持与底边MN 平行，F 沿斜面向上且与斜面平行．已知线框刚进入磁场时做匀速运动，则下列判断正确的是( )图4A ．线框进入磁场前的加速度为F －mg sin θmB ．线框进入磁场时的速度为F －mg sin θRB 2l 21C ．线框进入磁场时有a →b →c →d 方向的感应电流D ．线框进入磁场的过程中产生的热量为(F －mg sin θ)l 1 答案 ABC解析线框进入磁场前，对整体，根据牛顿第二定律得：F －mg sin θ＝ma ，线框的加速度为a ＝F －mg sin θm ，故A 正确．设线框匀速运动的速度大小为v ，则线框受力平衡，F ＝F 安＋mg sin θ，而F 安＝B ·Bl 1v R ·l 1＝B 2l 21vR ，解得v ＝F －mg sin θRB 2l 21，选项B 正确；根据右手定则可知，线框进入磁场时有a →b →c →d 方向的感应电流，选项C 正确；由能量关系，线框进入磁场的过程中产生的热量为力F 做的功与线框重力势能增量的差值，即Fl 2－mgl 2sin θ，选项D 错误，故选A 、B 、C.3．如图5甲所示，MN 、PQ 是相距d ＝1.0 m 足够长的平行光滑金属导轨，导轨平面与水平面间的夹角为θ，导轨电阻不计，整个导轨处在方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，金属棒ab 垂直于导轨MN 、PQ 放置，且始终与导轨接触良好，已知金属棒ab 的质量m ＝0.1 kg ，其接入电路的电阻r ＝1 Ω，小灯泡电阻R L ＝9 Ω，重力加速度g 取10 m/s 2.现断开开关S ，将棒ab 由静止释放并开始计时，t ＝0.5 s 时刻闭合开关S ，图乙为ab 的速度随时间变化的图象．求：图5(1)金属棒ab 开始下滑时的加速度大小、斜面倾角的正弦值；(2)磁感应强度B 的大小．答案 (1)6 m/s 235(2)1 T解析 (1)S 断开时ab 做匀加速直线运动由图乙可知a ＝Δv Δt ＝6 m/s 2根据牛顿第二定律有：mg sin θ＝ma 所以sin θ＝35.(2)t ＝0.5 s 时S 闭合，ab 先做加速度减小的加速运动，当速度达到最大v m ＝6 m/s 后做匀速直线运动根据平衡条件有mg sin θ＝F 安又F 安＝BId E ＝Bdv m I ＝ER L ＋r解得B ＝1 T.在此类问题中力现象和电磁现象相互联系、相互制约，解决问题前首先要建立“动—电—动”的思维顺序，可概括为：(1)找准主动运动者，用法拉第电磁感应定律和楞次定律求解感应电动势的大小和方向．(2)根据等效电路图，求解回路中的感应电流的大小及方向．(3)分析安培力对导体棒运动速度、加速度的影响，从而推出对电路中的感应电流有什么影响，最后定性分析导体棒的最终运动情况．(4)列牛顿第二定律或平衡方程求解．考题3 对电磁感应中能量问题的考查例3如图6所示，平行金属导轨与水平面间夹角均为37°，导轨间距为1 m，电阻不计，导轨足够长．两根金属棒ab和以a′b′的质量都是0.2 kg，电阻都是1 Ω，与导轨垂直放置且接触良好，金属棒和导轨之间的动摩擦因数为0.25，两个导轨平面处均存在着垂直轨道平面向上的匀强磁场(图中未画出)，磁感应强度B的大小相同．让a′b′固定不动，将金属棒ab由静止释放，当ab下滑速度达到稳定时，整个回路消耗的电功率为8 W．求：图6(1)ab下滑的最大加速度；(2)ab下落了30 m高度时，其下滑速度已经达到稳定，则此过程中回路电流的发热量Q为多大？(3)如果将ab与a′b′同时由静止释放，当ab下落了30 m高度时，其下滑速度也已经达到稳定，则此过程中回路电流的发热量Q′为多大？(g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)审题突破(1)当ab棒刚下滑时，v＝0，没有感应电流，此时加速度最大．(2)ab 棒达到最大速度后做匀速运动，其重力功率等于整个回路消耗的电功率，求出v m，根据能量守恒列式求回路电流的发热量Q.(3)a′b′和ab受力平衡时稳定，求出稳定速度，根据能量守恒列式求回路电流的发热量Q′.解析(1)当ab棒刚下滑时，ab棒的加速度有最大值：a＝g sin θ－μg cos θ＝4 m/s2.(2分)(2)ab棒达到最大速度时做匀速运动，有mg sin θ＝BIL＋μmg cos θ，(2分)整个回路消耗的电功率P电＝BILv m＝(mg sin θ－μmg cos θ)v m＝8 W，(2分)则ab棒的最大速度为：v m＝10 m/s(1分)由P电＝E22R＝BLv m22R(2分)得：B＝0.4 T．(1分)根据能量守恒得：mgh＝Q＋12mv2m＋μmg cos θ·hsin θ(2分)解得：Q＝30 J．(1分)(3)由对称性可知，当ab下落30 m稳定时其速度为v′，a′b′也下落30 m，其速度也为v′，ab和a′b′都切割磁感线产生电动势，总电动势等于两者之和．根据共点力平衡条件，对ab棒受力分析，得mg sin θ＝BI ′L ＋μmg cos θ(2分) 又I ′＝2BLv ′2R ＝BLv ′R (2分)代入解得v ′＝5 m/s(1分)由能量守恒2mgh ＝12×2mv ′2＋2μmg cos θh sin θ＋Q ′(3分)代入数据得Q ′＝75 J ．(1分) 答案 (1)4 m/s 2(2)30 J (3)75 J4．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7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v 0进入磁场，恰好做匀速直线运动，若经过时间t 0，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( )图7A ．当ab 边刚越过ff ′时，线框加速度的大小为g sin θB ．t 0时刻线框匀速运动的速度为v 04C ．t 0时间内线框中产生的焦耳热为32mgL sin θ＋1532mv 2D ．离开磁场的过程中线框将做匀速直线运动答案 BC解析当ab 边进入磁场时，F A ＝B 2L 2v 0R＝mg sin θ.当ab 边刚越过f ′f 时，线框的感应电动势和电流均加倍，4B 2L 2v 0R－mg sin θ＝ma ，加速度向上为3g sin θ，A 错误；t 0时刻，4B 2L 2v R ＝mg sin θ，解得v ＝v 04，B 正确；线框从进入磁场到再次做匀速运动过程，沿斜面向下运动距离为32L ，则由功能关系得t 0时间内线框中产生的焦耳热为Q ＝3mgL sin θ2＋12mv 20－12mv 2＝32mgL sin θ＋1532mv 20，C 正确；线框离开磁场时做加速运动，D 错误．5．如图8所示，水平放置的足够长的平行金属导轨MN 、PQ 的一端接有电阻R 0，不计电阻的导体棒ab 静置在导轨的左端MP 处，并与MN 垂直．以导轨PQ 的左端为坐标原点O ，建立直角坐标系xOy ，Ox 轴沿PQ 方向．每根导轨单位长度的电阻为r .垂直于导轨平面的非匀强磁场磁感应强度在y 轴方向不变，在x 轴方向上的变化规律为：B ＝B 0＋kx ，并且x ≥0.现在导体棒中点施加一垂直于棒的水平拉力F ，使导体棒由静止开始向右做匀加速直线运动，加速度大小为a .设导体棒的质量为m ，两导轨间距为L .不计导体棒与导轨间的摩擦，导体棒与导轨接触良好，不计其余部分的电阻．图8(1)请通过分析推导出水平拉力F的大小随横坐标x变化的关系式；(2)如果已知导体棒从x＝0运动到x＝x0的过程中，力F做的功为W，求此过程回路中产生的焦耳热Q；(3)若B0＝0.1 T，k＝0.2 T/m，R0＝0.1 Ω，r＝0.1 Ω/m，L＝0.5 m，a＝4 m/s2，求导体棒从x＝0运动到x＝1 m的过程中，通过电阻R0的电荷量q.答案(1)F＝ma ＋B0＋kx2L 22axR0＋2rx(2)W－max0(3)0.5 C解析(1)设导体棒运动到坐标为x处的速度为v，由法拉第感应定律得产生的感应电动势为：E＝BLv①由闭合电路欧姆定律得回路中的电流为：I＝BLvR0＋2rx②由于棒做匀加速度直线运动，所以有：v＝2ax③此时棒受到的安培力：F A＝BIL④由牛顿第二定律得：F－F A＝ma⑤由①②③④⑤联立解得：F＝ma＋B0＋kx2L22axR0＋2rx(2)设导体棒在x＝x0处的动能为E k，则由动能定理得：E k＝max0⑥由能量守恒与转化定律得：W＝Q＋E k⑦将⑥式代入⑦式解得：Q＝W－max0(3)由①②两式得：I＝B0＋kx LvR0＋2rx⑧因为v＝at，将题中所给的数值代入⑧式得：I＝2t(A)⑨可知回路中的电流与时间成正比，所以在0～t时间内，通过R0的电荷量为：q＝I2t＝t2 (C)由匀加速直线运动规律得：t＝2xa当x＝1 m时，有q＝2xa＝0.5 C1．明确安培力做的功是电能和其他形式的能之间相互转化的“桥梁”，用框图表示如下：电能W安>0W安<0其他形式的能2．明确功能关系，确定有哪些形式的能量发生了转化．如有摩擦力做功，必有内能产生；有重力做功，重力势能必然发生变化；安培力做负功，必然有其他形式的能转化为电能．3．根据不同物理情景选择动能定理、能量守恒定律或功能关系列方程求解问题．例4(20分)如图9甲所示，MN、PQ是相距d＝1 m的足够长平行光滑金属导轨，导轨平面与水平面成某一夹角，导轨电阻不计；长也为1 m的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，ab的质量m＝0.1 kg、电阻R＝1 Ω；MN、PQ的上端连接右侧电路，电路中R2为一电阻箱；已知灯泡电阻R L＝3 Ω，定值电阻R1＝7 Ω，调节电阻箱使R2＝6 Ω，重力加速度g＝10 m/s2.现断开开关S，在t＝0时刻由静止释放ab，在t＝0.5 s时刻闭合S，同时加上分布于整个导轨所在区域的匀强磁场，磁场方向垂直于导轨平面斜向上；图乙所示为ab的速度随时间变化图象．图9(1)求斜面倾角α及磁感应强度B的大小；(2)ab由静止下滑x＝50 m(此前已达到最大速度)的过程中，求整个电路产生的电热；(3)若只改变电阻箱R2的值．当R2为何值时，ab匀速下滑中R2消耗的功率最大？消耗的最大功率为多少？解析(1)S断开时，ab做匀加速直线运动，从图乙得a＝ΔvΔt＝6 m/s2(1分)由牛顿第二定律有mg sin α＝ma，(1分)所以有sin α＝35，即α＝37°，(1分)t＝0.5 s时，S闭合且加了磁场，分析可知，此后ab将先做加速度减小的加速运动，当速度达到最大(v m＝6 m/s)后接着做匀速运动．匀速运动时，由平衡条件知mg sin α＝F安，(1分)又F安＝BId I＝Bdv mR总(1分)R总＝R＋R1＋R L R2R L＋R2＝10 Ω(1分)联立以上四式有mg sin α＝B2d2v mR总(2分)代入数据解得B＝mg sin αR总d2v m＝1 T(1分)(2)由能量转化关系有mg sin αx＝12mv2m＋Q(2分)代入数据解得Q＝mg sin αx－12mv2m＝28.2 J(1分)(3)改变电阻箱R2的值后，ab匀速下滑时有mg sin α＝BdI(1分)所以I＝mg sin αBd＝0.6 A(1分)通过R2的电流为I2＝R LR L＋R2I(1分)考题4综合应用动力学观点和能量观点分析电磁感应问题R2的功率为P＝I22R2(1分)联立以上三式可得P＝I2R2L R2R L＋R22＝I2错误!(1分)当R LR2＝R2时，即R2＝R L＝3 Ω，功率最大，(1分)所以P m＝0.27 W．(2分)答案(1)37° 1 T (2)28.2 J (3)3 Ω0.27 W(2014·安徽·23)(16分)如图10甲所示，匀强磁场的磁感应强度B为0.5 T，其方向垂直于倾角θ为30°的斜面向上．绝缘斜面上固定有“∧”形状的光滑金属导轨MPN(电阻忽略不计)，MP和NP长度均为2.5 m，MN连线水平，长为3 m．以MN中点O为原点、OP为x轴建立一维坐标系Ox.一根粗细均匀的金属杆CD，长度d为3 m、质量m为1 kg、电阻R为0.3 Ω，在拉力F的作用下，从MN处以恒定速度v＝1 m/s在导轨上沿x轴正向运动(金属杆与导轨接触良好)．g取10 m/s2.图10(1)求金属杆CD运动过程中产生的感应电动势E及运动到x＝0.8 m处电势差U CD；(2)推导金属杆CD从MN处运动到P点过程中拉力F与位置坐标x的关系式，并在图乙中画出F－x关系图像；(3)求金属杆CD从MN处运动到P点的全过程产生的焦耳热．答案(1)1.5 V －0.6 V(2)F＝12.5－3.75x(0≤x≤2)见解析图(3)7.5 J解析(1)金属杆CD在匀速运动中产生的感应电动势E＝Blv(l＝d) E＝1.5 V(D点电势高)当x＝0.8 m时，金属杆在导轨间的电势差为零．设此时杆在导轨外的长度为l外，则l外＝d－OP－xOPd OP＝MP2－MN22＝2 m得l外＝1.2 m由楞次定律判断D点电势高，故C、D两端电势差U CD＝－Bl外v＝－0.6 V.(2)杆在导轨间的长度l与位置x的关系是l＝OP－xOPd＝3－32x对应的电阻R1＝ldR电流I＝BlvR1杆受的安培力为F 安＝BIl ＝7.5－3.75x 根据平衡条件得F ＝F 安＋mg sin θF ＝12.5－3.75x (0≤x ≤2)画出的F －x 图象如图所示．(3)外力F 所做的功W F 等于F －x 图线下所围的面积．即W F ＝5＋12.52×2 J＝17.5 J而杆的重力势能增加量ΔE p ＝mgOP sin θ故全过程产生的焦耳热Q ＝W F －ΔE p ＝7.5 J.知识专题练训练9题组1 楞次定律和电磁感应图象问题1．法拉第发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机．如图1所示，紫铜做的圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中，圆盘圆心处固定一个摇柄，边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴，用导线将电刷与电流表连接起来形成回路．转动摇柄，使圆盘逆时针匀速转动，电流表的指针发生偏转．下列说法正确的是( ) 图1A ．回路中电流大小变化，方向不变B ．回路中电流大小不变，方向变化C ．回路中电流的大小和方向都周期性变化D ．回路中电流方向不变，从b 导线流进电流表答案 D解析铜盘转动产生的感应电动势为：E ＝12BL 2ω，B 、L 、ω不变，E 不变，电流：I ＝E R ＝BL 2ω2R，电流大小恒定不变，由右手定则可知，回路中电流方向不变，从b 导线流进电流表，故A 、B 、C 错误，D 正确．2．如图2所示，虚线右侧存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外，正方形金属框电阻为R ，边长是L ，自线框从左边界进入磁场时开始计时，在外力作用下由静止开始，以垂直于磁场边界的恒定加速度a 进入磁场区域，t 1时刻线框全部进入磁场．若外力大小为F ，线框中电功率的瞬时值为P ，线框磁通量的变化率为ΔΦΔt ，通过导体横截面的电荷量为q ，(其中P —t 图象为抛物线)则这些量随时间变化的关系正确的是( ) 图2 答案 BD解析线框做匀加速运动，其速度v ＝at ，感应电动势E ＝BLv线框进入磁场过程中受到的安培力F 安＝BIL ＝B 2L 2v R ＝B 2L 2atR由牛顿第二定律得：F －B 2L 2atR ＝ma则F ＝ma ＋B 2L 2aR t ，故A 错误；感应电流I ＝E R ＝BLatR线框的电功率P ＝I 2R ＝BLa 2Rt 2，故B 正确；线框的位移x ＝12at 2，ΔΦΔt ＝B ·ΔS Δt ＝B ·L ·12at 2t ＝12BLat ，故C 错误；电荷量q ＝I Δt ＝E R ·Δt ＝ΔΦΔt R ·Δt ＝ΔΦR ＝BLx R ＝BL ·12at2R ＝BLa 2R t 2，故D 正确．题组2 电磁感应中动力学问题3．如图3所示，两根足够长的平行金属导轨倾斜放置，导轨下端接有定值电阻R ，匀强磁场方向垂直导轨平面向上．现给金属棒ab 一平行于导轨的初速度v ，使金属棒保持与导轨垂直并沿导轨向上运动，经过一段时间金属棒又回到原位置．不计导轨和金属棒的电阻，在这一过程中，下列说法正确的是( ) 图3A ．金属棒上滑时棒中的电流方向由b 到aB ．金属棒回到原位置时速度大小仍为vC ．金属棒上滑阶段和下滑阶段的最大加速度大小相等D ．金属棒上滑阶段和下滑阶段通过棒中的电荷量相等答案 AD解析金属棒上滑时，根据右手定则判断可知金属棒中感应电流的方向由b 到a ，故A 正确．金属棒运动过程中产生感应电流，受到安培力作用，根据楞次定律可知安培力总是阻碍金属棒相对于导轨运动，所以金属棒的机械能不断减小，则金属棒回到原位置时速度大小必小于v ，故B 错误．根据牛顿第二定律得：对于上滑过程：mg sin θ＋F 安＝ma 上；对于下滑过程：mg sin θ－F 安′＝ma 下．可知：a 上>a 下，故C 错误．金属棒上滑阶段和下滑阶段中回路磁通量的变化量相等，根据q ＝ΔΦR可知通过金属棒的电荷量相等，故D 正确．4．如图4所示，螺线管横截面积为S ，线圈匝数为N ，电阻为R 1，管内有水平向右的磁场，磁感应强度为B .螺线管与足够长的平行金属导轨MN 、PQ 相连并固定在同一平面内，与水平面的夹角为θ，两导轨间距为L .导轨电阻忽略不计．导轨处于垂直斜面向上、磁感应强度为B 0的匀强磁场中．金属杆ab 垂直导轨，杆与导轨接触良好，并可沿导轨无摩擦滑动．已知金属杆ab 的质量为m ，电阻为R 2，重力加速度为g .忽略螺线管磁场对金属杆ab 的影响，忽略空气阻力．图4(1)螺线管内方向向右的磁场B 不变，当ab 杆下滑的速度为v 时，求通过ab 杆的电流的大小和方向；(2)当ab 杆下滑的速度为v 时，螺线管内方向向右的磁场才开始变化，其变化率ΔBΔt＝k (k >0)．讨论ab 杆加速度的方向与k 的取值的关系．答案 (1)B 0Lv R 1＋R 2，方向为b →a (2)k <B 20L 2v －mgR 1＋R 2sin θB 0LNS，加速度方向向上；k >B 20L 2v －mgR 1＋R 2sin θB 0LNS，加速度方向向下解析 (1)切割磁感线产生的感应电动势E 1＝B 0Lv则电流的大小I ＝E 1R 1＋R 2＝B 0LvR 1＋R 2根据右手定则知，通过ab 的电流方向为b →a .(2)根据法拉第电磁感应定律得，螺线管中磁场变化产生的感应电动势E 2＝N ΔBS Δt＝kNS产生的感应电动势方向与ab 切割产生的感应电动势方向相反．则感应电流的大小I ＝E 1－E 2R 1＋R 2当mg sin θ<B 0IL ＝B 0L B 0Lv －kNSR 1＋R 2时，加速度方向向上．即k <B 20L 2v －mg R 1＋R 2sin θB 0LNS，加速度方向向上．当mg sin θ>B 0IL ＝B 0L B 0Lv －kNSR 1＋R 2时，加速度方向向下．即k >B 20L 2v －mg R 1＋R 2sin θB 0LNS，加速度方向向下题组3 电磁感应中能量问题5．如图5所示，空间存在一有边界的条形匀强磁场区域，磁场方向与竖直平面(纸面)垂直，磁场边界的间距为L .一个质量为m 、边长也为L 的正方形导线框沿竖直方向运动，线框所在平面始终与磁场方向垂直，且线框上、下边始终与磁场的边界平行．t ＝0时刻导线框的上边恰好与磁场的下边界重合(图中位置Ⅰ)，导线框的速度为v 0.经历一段时间后，当导线框的下边恰好与磁场的上边界重合时(图中位置Ⅱ)，导线框的速度刚好为零．此后，导线框下落，经过一段时间回到初始位置Ⅰ(不计空气阻力)，则( )图5A ．上升过程中合力做的功与下降过程中合力做的功相等B ．上升过程中线框产生的热量比下降过程中线框产生的热量多C ．上升过程中，导线框的加速度逐渐减小D ．上升过程克服重力做功的平均功率小于下降过程重力的平均功率答案 BC解析线框在运动过程中要克服安培力做功，消耗机械能，故返回原位置时速率减小，由动能定理可知，上升过程动能变化量大，合力做功多，所以选项A 错误；分析线框的运动过程可知，在任一位置，上升过程的安培力大于下降过程中的安培力，而上升、下降位移相等，故上升过程克服安培力做功大于下降过程中克服安培力做的功，故上升过程中线框产生的热量多，所以选项B 正确；以线框为对象分析受力可知，在上升过程做减速运动，有F 安＋mg ＝ma ，F 安＝B 2L 2v R ，故有a ＝g ＋B 2L 2mRv ，所以上升过程中，速度减小，加速度也减小，故选项C 正确；在下降过程中的加速度小于上升过程的加速度，而上升、下降的位移相等，故可知上升时间较短，下降时间较长，两过程中重力做功大小相同，由功率公式可知，上升过程克服重力做功的平均功率大于下降过程重力做的平均功率，所以选项D 错误．6．(2014·新课标Ⅱ·25)半径分别为r 和2r 的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为r 、质量为m 且质量分布均匀的直导体棒AB 置于圆导轨上面，BA 的延长线通过圆导轨中心O ，装置的俯视图如图6所示．整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B ，方向竖直向下．在内圆导轨的C 点和外圆导轨的D 点之间接有一阻值为R 的电阻(图中未画出)．直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕O 逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触．设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒和导轨的电阻均可忽略．重力加速度大小为g .求：图6(1)通过电阻R 的感应电流的方向和大小；(2)外力的功率．答案 (1)方向为C →D 大小为3Bωr22R(2)9B 2ω2r 44R ＋3μmgωr 2解析 (1)根据右手定则，得导体棒AB 上的电流方向为B →A ，故电阻R 上的电流方向为C →D .设导体棒AB 中点的速度为v ，则v ＝v A ＋v B2而v A ＝ωr ，v B ＝2ωr根据法拉第电磁感应定律，导体棒AB 上产生的感应电动势E ＝Brv根据闭合电路欧姆定律得I ＝ER，联立以上各式解得通过电阻R 的感应电流的大小为I ＝3Bωr 22R.(2)根据能量守恒定律，外力的功率P 等于安培力与摩擦力的功率之和，即P ＝BIrv ＋F f v ，而F f ＝μmg。