高中物理高考 2020版高考物理一轮复习专题十一电磁感应课件

这是一份高中物理高考 2020版高考物理一轮复习专题十一电磁感应课件，共60页。
专题十一　电磁感应
高考物理 (浙江专用)
A组 自主命题·浙江卷题组
考点一　电磁感应现象　楞次定律
1.(2014浙江1月学考,4)如图甲所示是法拉第在研究电磁感应时用过的线圈,其工作原理如图乙所示,则实验中不会使电流表指针发生偏转的是 (　　)A.保持开关闭合　    B.开关闭合瞬间C.开关断开瞬间　    D.移动变阻器滑片
答案    A　感应电流产生的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化,可以判断A项无感应电流产生。
2.(2014浙江1月学考,34)如图所示,线圈与灵敏电流计构成闭合电路,当磁铁向下插入线圈的过程中,发现电流计指针向右偏转。则当磁铁 (　　)A.放在线圈中不动时,电流计指针向左偏转B.从线圈中向上拔出时,电流计指针向左偏转C.按图示位置在线圈外面上下移动时,电流计指针不会偏转D.按图示位置在线圈外面左右移动时,电流计指针不会偏转
答案    B　磁铁向下插入线圈,穿过线圈的磁通量增大,电流计指针右偏,则向上拔出时,穿过线圈的磁通量减小,根据楞次定律“增反减同”知B项正确。磁铁放在线圈中不动时,线圈中的磁通量不变化,没有感应电流产生,电流计指针不偏转,A错。磁铁按图示位置上、下、左、右移动时,线圈中都会产生感应电流,电流计指针都会偏转,C、D错。
1.(2018浙江11月选考,22,10)如图所示,在间距L=0.2 m的两光滑平行水平金属导轨间存在方向垂直于纸面(向内为正)的磁场,磁感应强度分布为沿y方向不变,沿x方向如下:B= 导轨间通过单刀双掷开关S连接恒流源和电容C=1 F的未充电的电容器,恒流源可为电路提供恒定电流I=2 A,电流方向如图所示。有一质量m=0.1 kg的金属棒ab垂直导轨静止放置于x0=0.7 m处。开关S掷向1,棒ab从静止开始运动,到达x3=-0.2 m处时,开关S掷向2。已知棒ab在运动过程中始终与导轨垂直。求: 
考点二　法拉第电磁感应定律　自感和互感
(提示:可以用F-x图像下的“面积”代表力F所做的功)(1)棒ab运动到x1=0.2 m时的速度大小v1;(2)棒ab运动到x2=-0.1 m时的速度大小v2;(3)电容器最终所带的电荷量Q。
答案　(1)2 m/s　(2)  m/s　(3)  C
解析　(1)安培力F=BIL,加速度a= = ,速度v1= =2 m/s;(2)在区间-0.2 m≤x≤0.2 m,安培力F=5xIL,如图所示安培力做功W= ( - );根据动能定理可得W= m - m ,解得v2=  m/s;(3)根据动量定理可得-BLQ=mv-mv3,
电荷量Q=CU=CBLv,在x=-0.2 m处的速度v3=v1=2 m/s,联立解得Q= =  C。
2.(2018浙江4月选考,23,10分)如图所示,在竖直平面内建立xOy坐标系,在0≤x≤0.65 m、y≤0.40 m范围内存在一具有理想边界、方向垂直纸面向里的匀强磁场区域。一边长l=0.10 m、质量m=0.02 kg、电阻R=0.40 Ω的匀质正方形刚性导线框abcd处于图示位置,其中心的坐标为(0,0.65 m)。现将线框以初速度v0=2.0 m/s水平向右抛出。线框在进入磁场过程中速度保持不变,然后在磁场中运动,最后从磁场右边界离开磁场区域,完成运动全过程。线框在全过程中始终处于xOy平面内,其ab边与x轴保持平行,空气阻力不计。(g取10 m/s2)求:(1)磁感应强度B的大小;(2)线框在全过程中产生的焦耳热Q;(3)在全过程中,c、b两端的电势差Ucb与线框中心位置的x坐标的函数关系。 
答案　见解析
 (2)线框全部进入磁场区域之后,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做匀加速直线运动,线框离开磁场过程中,上下两边所受到的安培力抵消,所以不考虑竖直方向上的安培力产生的焦耳热,水平方向上,只有ad边在水平方向上切割磁感线,线框离开磁场时所带的电荷量q= = 
对离开过程在水平方向由动量定理,设向右为正,则-Blq=mv5x-mv0得v5x=1.5 m/s由能量守恒得mgΔh-Q1= m - m = mv( + )- m( + )同时离开磁场过程中竖直方向只受重力,有 - =2gΔh联立解得Q1=0.017 5 J在进入磁场过程中,速度不变,重力势能转换成焦耳热Q2=mgl=0.02 J所以Q总=Q1+Q2=0.037 5 J(3)易得图中2、3、4、5状态下中心横坐标分别为0.4 m、0.5 m、0.6 m、0.7 m①当x≤0.4 m时,线框还没进入磁场,Ucb=0;②当0.4 mb)。金属棒初始位于最高OO'处,与第1磁场区域相距2a,使金属棒由静止自由释放。(重力加速度为g,导轨电阻不计,棒与导轨的接触电阻也不计)(1)为使乘座台在每段匀强磁场区域均能做匀速运动。则求第1磁场区域的磁感应强度B1大小;(2)满足(1)情况下,求乘座台进入第n段磁场区域时的速率vn和第n段磁场区域的磁感应强度大小Bn;(3)若将n段磁场区域的磁感应强度均调整为B(作为已知量),乘座台仍然由OO'处由静止开始释放,当金属棒穿过各段磁场时,发现通过导轨下端电阻的电流I随时间t做周期性变化,如图乙所示(从金属棒刚进入第1段磁场开始时,图中所标T、I1、I2为未知量),根据图中信息求周期T,并计算金属棒在穿过这n段磁场区域的整个过程中产生的电热Q。
二、非选择题(共58分)
  
答案　见解析
解析　(1)设金属棒到达第1磁场区域时的速度大小为v1,由运动学公式可知 =4ga ①金属棒在第1磁场区域匀速运动,有 v1=mg ②故B1=  (2)因为金属棒每次经过磁场区域时都是匀速,而在磁场外区域均以g为加速度做匀加速直线运动,所以金属棒进入第n段磁场区域时的速度vn= 又 vn=mg解得Bn=  (3)由I-T图像可知,金属棒进入每一段磁场时的速度都相同,均为v1=2 ,金属棒离开每一段磁场时的速度都相同,记为v2,金属棒在磁场外区域都做匀加速运动,所以在每个周期T中(两次进
磁场的时间间隔),应用动量定理有mgT- t=mgT- =mgT- a=mΔv=0解得T= 在每个周期T中,ΔEk=0,穿过每段磁场区域时产生的电能E均相同,所以有mg(a+b)=E在穿过n段磁场区域的整个过程中金属棒上产生的电热Q= En= mg(a+b)
4.(2019浙江镇海中学一模,24)(12分)如图,光滑的平行金属导轨水平放置,导轨间距为L,左侧接一阻值为R的电阻。矩形区域abfe内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场,磁感应强度大小为B。导轨上ac段和bd段单位长度的电阻为r0,导轨其余部分电阻不计,且ac=bd=x1。一质量为m、电阻不计的金属棒MN置于导轨上,与导轨垂直且接触良好。金属棒受到一个水平拉力作用,从磁场的左边界由静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为a。棒运动到cd处撤去外力,棒在运动到磁场右边界ef处恰好静止。求:(1)金属棒在区域abdc内切割磁感线时产生的感应电动势随位移x(相对b点)的表达式;
(2)试求撤去外力后在区域cdfe内切割磁感线时棒的速度v随位移x(相对d点)的变化规律以及df的长度x2应满足什么条件。(3)金属棒在整个运动过程中通过电阻R的电流最大值和最小值。
答案　(1)E=BL 　(2)x2= (3)见解析
解析　(1)根据法拉第电磁感应定律得:E=BLv根据速度-位移公式得:v2=2ax联立解得:E=BL (2)根据速度-位移公式得: =2ax1解得:v1= 又回路中的总电阻:R总=R+2r0·x1根据动量定理得:mv-mv1=-BILΔt又q=IΔt= = 联立解得:v= - 当v=0时,则有: = 解得:x2= (3)在df段:速度减小,感应电动势减小且回路总电阻恒定,所以感应电流减小,当速度减为零时,感应电流也为零,即电流最小值为零;或当t=0时电流最小值为零;
在bd段:I= = 有关最大电流值的讨论:①当满足 =r0·at,即t= ≤ (在bd段内能达到最大电流),则Imax=  ②当 > 时,导体棒加速运动到cd处,则Imax= 
5.(2019绍兴3月适应性考试,22)(12分)如图所示,两平行光滑轨道MN和PQ竖直放置,间距l=0.5 m,其中EG和FH为两段绝缘轨道,其余均为金属轨道,轨道末端NQ间连接一个自感系数L=0.01 H的线圈,其直流电阻可以忽略。在ABCD、CDEF、GHIJ区域内存在垂直轨道平面的匀强磁场,磁感应强度大小B1=B2=B3=0.2 T,方向如图,图中d=0.4 m,两导体棒a、b通过轻质杆连接,总质量m=0.02 kg,b棒电阻R=0.2 Ω,a棒电阻不计;现将ab连杆系统从距离AB边高h处由静止释放,a棒匀速通过ABCD区域,最终a棒以1.6 m/s的速度穿出EF边。导体棒与金属轨道接触良好。(g取10 m/s2)(1)求h的值;(2)求a棒从进入AB边到穿出EF的总时间;(3)若a棒通过GH边时轻质杆突然断裂,以该位置为原点,竖直向下为x轴,求a棒在向下运动过程中电流i与位移x的大小关系。已知线圈上的自感电动势为E=L ,此过程中导体棒b仍在EFGH区域运动。
答案　(1)0.8 m　(2)0.26 s　(3)i=10x
解析　(1)设导体棒a进入磁场B1时速度为v1,产生感应电动势E=B1lv1,电流I= 匀速通过ABCD区域,要求mg= 求得v1=4 m/sab连杆自由下落过程,h= /2g=0.8 m(2)ab连杆在磁场B1区域匀速下落的时间t1=d/v1=0.1 s当导体棒a匀速进入CD边,导体棒开始减速,经过t2导体棒a到达EF位置,当导体棒速度为v时电动势为E=2Blv,电流为I= ,安培力为F= 此过程中由动量定理得mgt2- =mv2-mv1
此过程中由动量定理得mgt2- =mv2-mv1即mgt2- d=mv2-mv1,求得t2=0.16 s总时间t=t1+t2=0.26 s(3)导体棒a切割磁感线产生的电动势等于线圈自感电动势B3lv1=L 移项B3L·v1Δt=L·Δi,即B3L·ΔL·Δi,两边累加,得B3L·x=L(i-i0)
根据电感线圈的特性(电流不突变)i0=0得i= x=10x
6.(2019浙江Z20联盟第一次联考,23)(12分)如图所示,MN、PQ是固定在水平桌面上,相距l=1.0 m的光滑平行金属导轨,M、P两点间接有R=0.6 Ω的定值电阻,导轨电阻不计。质量均为m=0.1 kg,阻值均为r=0.3 Ω的两导体棒a、b垂直于导轨放置,并与导轨良好接触,开始时两棒被约束在导轨上处于静止状态,相距x0=2 m,a棒用细线通过光滑滑轮与质量为m0=0.2 kg的重物c相连,重物c距地面高度也为x0=2 m。整个桌面处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=1.0 T。a棒解除约束后,在重物c的拉动下开始运动(运动过程中细线始终与b棒没有作用),当a棒即将到达b棒位置前一瞬间,b棒的约束被解除,此时a棒已经做匀速运动。试求:(1)a棒做匀速运动时棒中的电流大小;　　(2)已知a、b两棒相碰后即粘合成一根“更粗的棒”,假设导轨足够长,试求该“粗棒”能运动的距离;(3)a棒解除约束后整个过程中装置产生的总焦耳热。
 
答案　见解析
解析　(1)由题意m0g=BlIa 可得Ia=2 A(2)设碰前a棒的速度为v,则Ia= R总=  Ω+0.3 Ω=0.5 Ωv=1 m/sa、b碰撞过程:mv=2mv',v'=0.5 m/sa、b碰撞后的整体运动过程- Bt=0-2mv'q= t= 得x=0.075 m(3)发生碰撞前m0gx0-Q1= (m0+m)v2
得Q1=3.85 J发生碰撞后,Q2= mv'2=0.025 J所以整个运动过程中总焦耳热Q=Q1+Q2=3.875 J
7.(2019浙江杭州模拟二,23)(12分)如图甲所示,P、Q为水平面内平行放置的金属长直导轨,间距为d,处在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中。一根质量为m、电阻为r的导体棒ef垂直放在P、Q导轨上,导体棒ef与P、Q导轨间的动摩擦因数为μ。质量为M的正方形金属框abcd的边长为L,每边电阻均为r,用细线悬挂在竖直平面内,ab边水平,金属框a、b两点通过细导线与导轨相连,金属框的上半部分处在磁感应强度大小为B、方向垂直框面向里的匀强磁场中,下半部分处在大小也为B、方向垂直框面向外的匀强磁场中,不计其余电阻和细导线对ab的作用力。现用一电动机以恒定功率沿导轨方向水平牵引导体棒ef向左运动,从导体棒开始运动时计时,悬挂金属框的细线的拉力T随时间t的变化如图乙所示,求:(1)t0时刻以后通过ab边的电流;(2)t0时刻以后电动机牵引力的功率P;(3)求0到t0时刻导体棒ef受到的平均合外力。
甲 乙
答案　(1) 　(2) (μmgL+Mgd)　(3) 
解析　(1)以金属框为研究对象,从t0时刻开始拉力恒定,则电路中电流恒定,设ab边中电流为I1,cd边中电流为I2由受力平衡:BI1L+T=Mg+BI2L由图像知:T= ad、dc、cb三边电阻串联后再与ab边电阻并联则I1∶I2=3∶1I1=3I2由以上各式解得:I1= (2)设总电流为I,由闭合电路欧姆定律得:I= ,R= r电动势为:E=Bdv电流为:I=I1+I2= I1= 解得:v= 由电动机的牵引功率恒定得P=F·v
对导体棒:F=μmg+BId解得:P= (μmgL+Mgd)(3)从0到t0时刻,导体棒的速度从0增大到v= 由动量定理可知: t0=mv-0解得: = 
C组　2017—2019年高考模拟·应用创新题组
1.(电磁感应)(多选)如图甲所示,AB、CD是间距为L=1 m的足够长的光滑平行金属导轨,导轨平面与水平面夹角为α,在虚线下方的导轨平面内存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场,导轨电阻不计,长为1 m的导体棒ab垂直AB、CD放置在导轨上,导体棒电阻R=1 Ω;AB、CD右侧连接一电路,已知灯泡L的规格是“3 V　3 W”,定值电阻R1=10 Ω,R2=15 Ω。在t=0时,将导体棒ab从某一高度由静止释放,导体棒的速度-时间图像如图乙所示,其中OP段是直线,PM段是曲线。若导体棒沿导轨下滑12.5 m时,导体棒达到最大速度,并且此时灯泡L正常发光,假设灯泡的电阻恒定不变,重力加速度g=10 m/s2,则下列说法正确的是 (　　) 
A.α=30°B.匀强磁场的磁感应强度大小B0为2 TC.导体棒的质量为0.2 kgD.从导体棒静止释放至速度达到最大的过程中,通过电阻R1的电荷量为1 C
答案    AC    导体棒在磁场外运动时的加速度大小为a1= =5 m/s2,根据a=g sin α可得α=30°,故选项A正确;小灯泡正常发光时,I= =1 A,此时导体棒中电流也为I=1 A,导体棒达到最大速度时满足I= ,其中R灯= =3 Ω,R12= =  Ω=6 Ω,vm=10 m/s,解得B0=1 T,故选项B错误;根据mg sin α=B0IL,解得m=0.2 kg,故选项C正确;导体棒在磁场中滑行的距离为x=12.5m-   ×1×5 m=10 m,从导体棒静止释放至速度达到最大的过程中,通过干路的电荷量为q= = =  C=1 C,通过电阻R1的电荷量为q1= q= ×1 C=0.6 C,故选项D错误。
2.(电磁感应)如图所示,半径为r=1 m的光滑金属圆环固定在水平面内,垂直于环面的匀强磁场的磁感应强度大小为B=2.0 T,一金属棒OA在外力作用下绕O轴以角速度ω=2 rad/s沿逆时针方向匀速转动,金属环和导线电阻不计,金属棒OA电阻r0=1 Ω,电阻R1=2 Ω,R2=3 Ω,R3=7.5 Ω,电容器的电容C=4 μF。闭合开关S,电路稳定后,求:(1)通过金属棒OA电流的大小和方向;(2)断开开关S到电路稳定,这一过程中通过电流表的电荷量。 
答案　(1)0.5 A　方向由A到O　(2)6.4×10-6 C
解析　(1)由右手定则判定通过金属棒OA的电流方向是由A到O金属棒OA产生的感应电动势大小为E= Br2ωS闭合时的等效电路如图所示 R外= =3 Ω由闭合电路的欧姆定律,得E=I(r0+R外)联立解得I=0.5 A
(2)S断开前,电路路端电压为U=IR外电阻R1两端电压为U1= U=0.6 V电容器C的电荷量为Q1=CU1=2.4×10-6 C且a板带正电,b板带负电S断开时的等效电路如图所示 
电容器C两端电压U为电阻R2两端电压U2,则U2= R2=1 V电容器C的电荷量为Q2=CU2=4×10-6 C且a板带负电,b板带正电通过电流表的电荷量为ΔQ=Q1+Q2联立解得ΔQ=6.4×10-6 C