高考物理电磁感应现象压轴题知识归纳总结含答案解析

高考物理电磁感应现象压轴题知识归纳总结含答案解析

一、高中物理解题方法：电磁感应现象的两类情况

1．如图所示，质量为4m 的物块与边长为L 、质量为m 、阻值为R 的正方形金属线圈abcd 由绕过轻质光滑定滑轮的绝缘细线相连，已知细线与斜面平行，物块放在光滑且足够长的固定斜面上，斜面倾角为300。垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为B ，磁场上下边缘的高度为L ，上边界距离滑轮足够远，线圈ab 边距离磁场下边界的距离也为L 。现将物块由静止释放，已知线圈cd 边出磁场前线圈已经做匀速直线运动，不计空气阻力，重力加速度为g ，求：

（1）线圈刚进入磁场时ab 两点的电势差大小 （2）线圈通过磁场的过程中产生的热量

【答案】（1）32

45

ab U BL gL =；（2）32244532m g R Q mgL B L =-

【解析】 【详解】

（1）从开始运动到ab 边刚进入磁场，根据机械能守恒定律可得

214sin 30(4)2mgL mgL m m v =++，2

5

v gL =应电动势E BLv =，此时ab 边相当于是电源，感应电流的方向为badcb ，a 为正极，b 为负极，所以ab 的电势差等于电路的路端电压，可得332

445

ab U E BL gL =

= （2）线圈cd 边出磁场前线圈已经做匀速直线运动，所以线圈和物块均合外力为0，可得

绳子的拉力为2mg ，线圈受的安培力为mg ，所以线圈匀速的速度满足22m

B L v mg R

=，从

ab 边刚进入磁场到cd 边刚离开磁场，根据能量守恒定律可知

2

143sin 3(4)2m mg L mgL m m v Q θ=+++，32244

532m g R Q mgL B L

=-

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 。 (2)线圈中的电流大小。 (3)AB 边产生的焦耳热。

【答案】(1)22FR v B L =；(2)F I BL

=；(3)4FL Q =

【解析】 【分析】 【详解】

(1)线圈向右匀速进入匀强磁场，则有

F F BIL ==安

又电路中的电动势为

E BLv =

所以线圈中电流大小为

=

=E BLv

I R R 联立解得

22

FR

v B L =

(2)根据有F F BIL ==安得线圈中的电流大小

F I BL

=

(3)AB 边产生的焦耳热

22(

)4AB F R L Q I R t BL v

==⨯⨯ 将22

FR

v B L =

代入得 4

FL Q =

3．如图1所示，在光滑的水平面上，有一质量m =1kg 、足够长的U 型金属导轨abcd ，间距L =1m 。一电阻值0.5ΩR =的细导体棒MN 垂直于导轨放置，并被固定在水平面上的两立柱挡住，导体棒MN 与导轨间的动摩擦因数0.2μ=，在M 、N 两端接有一理想电压表（图中未画出）。在U 型导轨bc 边右侧存在垂直向下、大小B =0.5T 的匀强磁场（从上向下看）；在两立柱左侧U 型金属导轨内存在方向水平向左，大小为B 的匀强磁场。以U 型

导轨bc 边初始位置为原点O 建立坐标x 轴。t =0时，U 型导轨bc 边在外力F 作用下从静止开始运动时，测得电压与时间的关系如图2所示。经过时间t 1=2s ，撤去外力F ，直至U 型导轨静止。已知2s 内外力F 做功W =14.4J 。不计其他电阻，导体棒MN 始终与导轨垂直，忽略导体棒MN 的重力。求：

（1）在2s 内外力F 随时间t 的变化规律； （2）在整个运动过程中，电路消耗的焦耳热Q ；

（3）在整个运动过程中，U 型导轨bc 边速度与位置坐标x 的函数关系式。

【答案】（1）2 1.2F t =+；（2）12J ；（3）2v x =（0≤x ≤4m ）；

6.40.6v x =-324m m 3x ⎛

⎫≤< ⎪⎝⎭

；v =0（32m 3x ≥） 【解析】 【分析】 【详解】

（1）根据法拉第电磁感应定律可知：

U BLv kt t ===

得到：

2U

v t BL

=

= 根据速度与时间关系可知：

22m/s a =

对U 型金属导轨根据牛顿第二定律有：

F IBL IBL ma μ--=

带入数据整理可以得到：

2 1.2F t =+

（2）由功能关系，有

f W Q W =+

由于忽略导体棒MN 的重力，所以摩擦力为：

A f F μ=

则可以得到：

f

A Q W

W μμ==

则整理可以得到：

(1)f W Q W Q μ=+=+

得到：

Q=12J

（3）设从开始运动到撤去外力F 这段时间为1

2s t

=，这段时间内做匀加速运动；

①1t t 时，根据位移与速度关系可知：

v =1t t =时根据匀变速运动规律可知该时刻速度和位移为：

14m/s v =

14m x =

②1t t >时，物体做变速运动，由动量定理得到：

1(1)BL q mv mv μ-+∆=-

整理可以得到：

2211(1)(1)(4)

6.40.6BL q B L x v v v x m mR

μμ+∆+-=-==--

当32

3

x m =

时： 0v =

综合上述，故bc 边速度与位置坐标x 的函数关系如下：

v =（0≤x≤4m ）

6.40.6v x =-324m m 3x ⎛

⎫≤< ⎪⎝

⎭

0v =（32

m 3

x ≥

）

4．电源是通过非静电力做功把其它形式的能转化为电势能的装置，在不同的电源中，非静电力做功的本领也不相同，物理学中用电动势E 来表明电源的这种特性。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它形式的能转化为电能。

（1）如图1所示，固定于水平面的U 形金属框架处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B ，金属框两平行导轨间距为l 。金属棒MN 在外力的作用下，沿框架以速度v 向右做匀速直线运动，运动过程中金属棒始终垂直于两平行导轨并接触良好。已知电子的电荷量为e 。请根据电动势定义，推导金属棒MN 切割磁感线产生的感应电动势E 1；

（2）英国物理学家麦克斯韦认为，变化的磁场会在空间激发感生电场，感生电场与静电场不同，如图2所示它的电场线是一系列同心圆，单个圆上的电场强度大小处处相等，我们