高中物理高考 考点50 电磁感应的综合应用-备战2021年高考物理考点一遍过

这是一份高中物理高考 考点50 电磁感应的综合应用-备战2021年高考物理考点一遍过，共47页。试卷主要包含了电磁感应中的电路问题，电磁感应中的动力学问题，电磁感应中的能量问题等内容，欢迎下载使用。


一、电磁感应中的电路问题
1．电磁感应与闭合电路知识的关系：

2．电磁感应电路的等效关系：
（1）切割磁感线的导体部分闭合回路的电源；
（2）切割磁感线的导体部分的电阻电源内阻；
（3）其余部分电阻外电路；
3．感应电荷量的求解
由电流的定义式，可得平均电流
由闭合电路欧姆定律和法拉第电磁感应定律有
联立可得，感应电荷量q仅由线圈匝数n、磁通量变化量ΔΦ和电路总电阻R决定。
二、电磁感应中的动力学问题
1．解题方法：
（1）选择研究对象，即哪一根导体棒或几根导体棒组成的系统；
（2）用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向；
（3）求回路中的电流大小；
（4）分析其受到的安培力和其他力的作用情况；
（5）运用牛顿第二定律或平衡条件等列方程求解。
解电磁感应中的动力学问题，关键是进行正确的受力分析和运动分析：
导体受力运动切割磁感线产生感应电动势→感应电流→安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化
一般在恒定磁场及无主动施加的外力情况下，加速度会趋于零，导体最终做匀速运动。
3．电磁感应问题中两大研究对象及其相互制约关系：

三、电磁感应中的能量问题：
1．求解思路：
（1）若回路中电流恒定，可以利用电路结构及W=UIt或Q=I2Rt直接进行计算；
（2）若电流变化，则
①可利用电磁感应中产生的电能等于克服安培力做的功求解；
②可利用能量守恒求解。
2．解决电磁感应中综合问题的一般思路是：先电后力再能量。


电磁感应中电路知识的关系图


（2020·广西壮族自治区桂林十八中高二期中）电阻R、电容C与一线圈连成闭合回路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图所示．现使磁铁开始自由下落，在N极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是

A．从a到b，上极板带正电
B．从a到b，下极板带正电
C．从b到a，上极板带正电
D．从b到a，下极板带正电
【答案】D
【解析】由图知，穿过线圈的磁场方向向下，在磁铁向下运动的过程中，线圈的磁通量在增大，故感应电流的磁场方向向上，再根据右手定则可判断，流过R的电流从b到a，电容器下极板带正电，所以A、B、C错误，D正确．

1．（2020·山东省高三二模）如图甲，足够长的光滑平行金属导轨、固定在水平面上，两导轨间距，电阻，导轨上放一长度、质量、电阻的金属棒，导轨电阻忽略不计，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度。时，用外力沿水平方向拉金属棒，使金属棒由静止开始运动，运动过程中理想电压表的示数随时间变化的关系图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　）

A．金属杆做匀加速直线运动
B．拉力的最小值为
C．拉力的功率保持不变
D．内安培力的冲量大小为
【答案】AD
【解析】A．金属杆切割磁感线产生感应电动势，
根据闭合电路欧姆定律可知
则，因U随时间均匀变化，根据图像可知
故
解得
金属杆做初速度为零的匀加速直线运动，A正确；
B．由牛顿第二定律，
可得，
当t=0时，F最小，为0.5N，B错误；
C．F在增大，速度在增大，根据可知，拉力的功率在变化，C错误；
D．安培力随时间均匀增大，故内安培力的冲量大小
D正确。
故选AD。
2．（多选）如图所示，在0≤x≤2L的区域内存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，粗细均匀的正方形金属线框abcd位于xOy平面内，线框的bc边与x轴重合，cd边与y轴重合，线框的边长为L，总电阻为R。现让线框从图示位置由静止开始沿x轴正方向以加速度a做匀加速运动，则下列说法正确的是

A．进入磁场时，线框中的电流沿abcda方向，出磁场时，线框中的电流沿adcba方向
B．进入磁场时，c端电势比d端电势高，出磁场时，b端电势比a端电势高
C．a、b两端的电压最大值为34BL6aL
D．线框中的最大电功率为6aB2L3R
【答案】ACD
【解析】根据右手定则可知，进入磁场时，线框中的电流沿abcda方向，c端电势比d端电势低；出磁场时，线框中的电流沿adcba方向，a端电势比b端电势高，A正确，B错误；当进入磁场过程中，ab两端电压为感应电动势的14，离开磁场的过程中，ab两端电压为感应电动势的34，所以ab边刚要离开磁场瞬间a、b两端的电压最大，此时的速度为v，根据运动学公式可得v2=2a⋅3L，所以Um=34BL6aL，C正确；ab边刚要离开磁场瞬间线圈消耗的功率最大，线框中的最大电功率为P=E2R=B2L2v2R=6aB2L3R，D正确。
【名师点睛】对于电磁感应现象中涉及电路问题的分析方法是：确定哪部分相对于电源，根据电路连接情况画出电路图，结合法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律、以及电功率的计算公式列方程求解。


（2020·通辽市第一中学高三模拟）如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ=30°的斜面上，导轨电阻不计，间距L=0.4m。导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ，两区域的边界与斜面的交线为MN，Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下，Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为B=0.5T。在区域Ⅰ中，将质量m1=0.1kg，电阻R1=0.1Ω的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑。然后，在区域Ⅱ中将质量m2=0.4kg、电阻R2=0.1Ω的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑。cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g=10m/s2。则（　　）

A．cd下滑的过程中，ab中的电流由a流向b
B．ab刚要向上滑动时，cd的速度v=5m/s
C．从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x=3.8m，此过程中ab上产生的热量Q=1.3J
D．从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x=3.8m，此过程中通过ab的电荷量q=1.9C
【答案】ABC
【解析】
A．cd切割磁感线，对cd由右手定则可知，cd中电流由d到c；故ab中电流由a流向b，故A正确；
B．开始放置ab刚好不下滑时，ab所受摩擦力为最大静摩擦力，由平衡条件得
ab刚好要上滑时，感应电动势
电路中的感应电流
ab受到的安培力
此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下，由平衡条件得
代入数据解得v=5m/s，故B正确；
C、cd棒运动过程中电路产生的总热量为Q总，由能量守恒定律得
ab棒上产生的热量
代入数据解得Q=1.3J，故C正确；
D．根据电荷量的计算公式可得
代入数据解得q=3.8C，故D错误。
故选ABC。

1．【2019·学科网第三次全国大联考新课标Ⅱ卷】（多选）如图所示在竖直方向上固定平行的金属导轨，上端连接阻值为的定值电阻，虚线的上方存在垂直纸面向外的磁感应强度大小为的匀强磁场，长为的导体棒套接在金属导轨上，且与导轨有良好的接触，现给导体棒一向上的速度，当其刚好越过虚线时速度为，导体棒运动到虚线上方处时速度减为零，此后导体棒向下运动，到达虚线前速度已经达到恒定。已知导轨和导体棒的电阻均可忽略，导体棒与导轨之间的阻力与重力的比值恒为（），重力加速度为。则下列说法正确的是

A．导体棒的最大加速度为
B．导体棒上升过程流过定值电阻的电荷量为
C．导体棒从越过虚线到运动到最高点所需的时间为
D．导体棒下落到达虚线时的速度大小为
【答案】CD
【解析】导体棒向上运动时重力、阻力、安培力的方向均向下，且向上做减速运动，因此导体棒刚好经过虚线时的合力最大，加速度最大，则由牛顿第二定律得，导体棒切割磁感线产生的感应电动势为，又、，解得，A错误；导体棒在磁场中上升的过程，由动量定理得：，由法拉第电磁感应定律得，又、，则上升过程中流过定值电阻的电荷量为，由以上可解得，B错误，C正确；导体棒下落的过程中，受向下的重力、向上的安培力以及阻力，当导体棒匀速时，则，又、，整理解得，D正确。
2．（多选）如图所示，金属导轨ADM、BCN固定在倾角为θ=30°的斜面上。虚线AB、CD间导轨光滑，ABCD为等腰梯形，AB长为L，CD长为2L，CB、NC夹角为θ；虚线CD、MN间为足够长且粗糙的平行导轨。导轨顶端接有阻值为R的定值电阻，空间中充满磁感应强度大小为B0、方向垂直斜面向上的匀强磁场。现从AB处由静止释放一质量为m、长为2L的导体棒，导体棒在光滑导轨上运动时加速度不为零，导体棒始终水平且与导轨接触良好。已知导体棒与粗糙导轨间的动摩擦因数μ