高考物理电磁感应综合题1

电磁感应综合题电磁感应现象自感现象产生电磁感应现象的条件感应电动势的大小E=nΔΦ/ΔtE=BLv感应电流的方向楞次定律右手定则应用牛顿第二定律，解决导体切割磁感应线运动问题应用动量定理、动量守恒定律解决导体切割磁感应线运动问题应用能的转化和守恒定律解决电磁感应问题一.法拉第电磁感应定律1.引起某一回路磁通量变化的原因（1）磁感强度的变化（2）线圈面积的变化（3）线圈平面的法线方向与磁场方向夹角的变化2.电磁感应现象中能的转化电磁感应现象中，克服安培力做功，其它形式的能转化为电能。3.法拉第电磁感应定律：（1）决定感应电动势大小因素：穿过这个闭合电路中的磁通量的变化快慢（即磁通量的变化率）（2）注意区分磁通量，磁通量的变化量，磁通量的变化率的不同φ—磁通量，Δφ—磁通量的变化量，Δφ/Δt=（φ2-φ1）/Δt----磁通量的变化率（3）定律内容：感应电动势大小与穿过这一电路磁通量的变化率成正比。（4）感应电动势大小的计算式：tnE（5）几种题型①线圈面积S不变，磁感应强度均匀变化：tBnStBSnE②磁感强度B不变，线圈面积均匀变化：tSnBtSBnE③B、S均不变，线圈绕过线圈平面内的某一轴转动时tnBStBSBSnE1212coscoscoscos二.导体切割磁感线时产生感应电动势大小的计算：1.公式：sinBlvE2.若导体在磁场中绕着导体上的某一点转动时，221BlE3.矩形线圈在匀强磁场中绕轴匀速转动时产生交流电从中性面计时e=Emsinωt最大值Em=nBωS三.楞次定律应用题型1.阻碍原磁通的变化，即“增反减同”2.阻碍（导体间的）相对运动，即“来时拒，去时留”3.阻碍原电流的变化，（线圈中的电流不能突变）应用在解释自感现象的有关问题。四.综合应用题型1.电磁感应现象中的动态过程分析2.用功能观点分析电磁感应现象中的有关问题例1.水平放置于匀强磁场中的光滑导轨上，有一根导体棒ab，用恒力F作用在ab上，由静止开始运动，回路总电阻为R，分析ab的运动情况，并求ab的最大速度。abBR分析：ab在F作用下向右加速运动，切割磁感应线，产生感应电流，感应电流又受到磁场的作用力f，画出受力图：Ff1a=(F-f)/mv=BLvI=/Rf=BILFf2Ff最后，当f=F时，a=0，速度达到最大，F=f=BIL=B2L2vm/Rvm=FR/B2L2vm称为收尾速度.又解：匀速运动时，拉力所做的功使机械能转化为电阻R上的内能。Fvm=I2R=B2L2v2m/Rvm=FR/B2L23.爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说。从科学研究的方法来说，这属于（）A.等效替代B.控制变量C.科学假说D.数学归纳C6.粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行。现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图所示，则在移出过程中线框一边a、b两点间的电势差绝对值最大的是（）A.B.C.D.abvabvabvabvB例2、如图示，正方形线圈边长为a，总电阻为R，以速度v从左向右匀速穿过两个宽为L（La），磁感应强度为B，但方向相反的两个匀强磁场区域，运动方向与线圈一边、磁场边界及磁场方向均垂直，则这一过程中线圈中感应电流的最大值为，全过程中产生的内能为。aLL解：在磁场分界线两侧时感应电流最大I2=2Bav/R此时产生的电能为W2=I22Rt=4B2a2v2/R×a/v=4B2a3v/R进入和出来的感应电流为I1=Bav/R产生的电能分别为W1=W3=I12Rt=B2a2v2/R×a/v=B2a3v/R2Bav/R6B2a3v/R例3.用同样的材料，不同粗细导线绕成两个质量、面积均相同的正方形线圈I和II，使它们从离有理想界面的匀强磁场高度为h的地方同时自由下落，如图所示，线圈平面与磁感线垂直，空气阻力不计，则（）A.两线圈同时落地，线圈发热量相同B.细线圈先落到地，细线圈发热量大C.粗线圈先落到地，粗线圈发热量大D.两线圈同时落地，细线圈发热量大hIIIB解：设导线横截面积之比为n，则长度之比为1︰n，匝数之比为1︰n，电阻之比为1︰n2，进入磁场时v2=2ghE1/E2=BLv/nBLv=1/nI1/I2=E1R2/E2R1=n安培力之比为F1/F2=BI1L/nBI2L=1：1加速度之比为a1/a2=（mg-F1)/（mg-F2)=1：1所以两线圈下落情况相同A例4.下列是一些说法：正确的是（）A.在闭合金属线圈上方有一个下端为N极的条形磁铁自由下落，直至穿过线圈的过程中，磁铁减少的机械能等于线圈增加的内能与线圈产生的电能之和B.将一条形磁铁缓慢和迅速地竖直插到闭合线圈中的同一位置处，流过导体横截面的电量相同C.两个相同金属材料制成的边长相同、横截面积不同的正方形线圈，先后从水平匀强磁场外同一高度自由下落，线圈进入磁场的过程中，线圈平面与磁场始终垂直，则两线圈在进入磁场过程中产生的电能相同D.通电导线所受的安培力是作用在运动电荷上的洛仑兹力的宏观表现BD例5.下图a中A、B为两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置，A线圈中通有如图（b）所示的交流电i，则（）A.在t1到t2时间内A、B两线圈相吸B.在t2到t3时间内A、B两线圈相斥C.t1时刻两线圈间作用力为零D.t2时刻两线圈间吸力最大t1t2t3t4it0bBAiaABC例6：如图示：质量为m、边长为a的正方形金属线框自某一高度由静止下落，依次经过B1和B2两匀强磁场区域，已知B1=2B2，且B2磁场的高度为a，线框在进入B1的过程中做匀速运动，速度大小为v1，在B1中加速一段时间后又匀速进入和穿出B2，进入和穿出B2时的速度恒为v2，求：⑴v1和v2之比⑵在整个下落过程中产生的焦耳热aaB2B1解：v2v1进入B1时mg=B1I1a=B12a2v1/R进入B2时I2=(B1-B2)av2/Rmg=(B1-B2)I2a=(B1-B2)2a2v2/R∴v1/v2=(B1-B2)2/B12=1/4由能量守恒定律Q=3mgaaaB2B1又解：v2v1v2进入B1时mg=B1I1a=B12a2v1/R出B2时mg=B2I2a=B22a2v2/R∴v1/v2=B22/B12=1/4由能量守恒定律Q=3mgaⅢⅠⅡv1例7.在光滑绝缘水平面上，一边长为10厘米、电阻1Ω、质量0.1千克的正方形金属框abcd以的速度向一有界的匀强磁场滑去，磁场方向与线框面垂直，B=0.5T，当线框全部进入磁场时，线框中已放出了1.8焦耳的热量，则当线框ab边刚穿出磁场的瞬间，线框中电流的瞬时功率为，加速度大小为，当线框全部穿出磁场时，线框的速度零（填＞＝）.sm/26abcdv0解：Ⅰ到Ⅱ，由能量守恒定律1/2mv02=1/2mv12+Q得EK1=1/2mv12=1.8Jv1=6m/s在位置Ⅲ，E=BLv1=0.3VP=E2/R=0.09WF=BIL=B2L2v/R=0.015Na=F/m=0.15m/s2线框全部穿出磁场过程中，速度减小，产生热量Q2应小于1.8J，EK2=EK1-Q2＞0∴v2＞00.09W0.15m/s2＞例8.如图所示，在水平面内有一对平行放置的金属导轨，其电阻不计，连接在导轨左端的电阻R=2Ω，垂直放置在导轨上的金属棒ab的电阻为r=1Ω，整个装置放置在垂直于导轨平面的匀强磁场中，方向如图所示。现给ab一个方向向右的瞬时冲量，使杆获得的动量p=0.25kg·m/s，此时杆的加速度大小为a=5m/s2.已知杆与导轨间动摩擦因数μ=0.2，g=10m/s2,则此时通过电阻R上的电流大小为多少？abRp解：画出示意图如图示，v0=p/mB导体棒向右运动时产生感应电流，受到安培力和摩擦力×F安f=μmgBIL+μmg=ma即BIL=ma-μmg=3m……⑴I=E/(R+r)=BLv0/(R+r)∴B2L2v0/(R+r)=3m……⑵以v0=p/m(R+r)=3代入上式得B2L2p=9m2∴p=9m2／B2L2I=3m/BL=p1/2=0.5A如图所示，半径为R、单位长度电阻为λ的均匀导电圆环固定在水平面上，圆环中心为O。匀强磁场垂直水平方向向下，磁感强度为B。平行于直径MON的导体杆，沿垂直于杆的方向向右运动。杆的电阻可以忽略不计，杆与圆环接触良好,某时刻，杆的位置如图，∠aOb=2θ，速度为v。求此时刻作用在杆上的安培力的大小。NMObaRdc解：E=Bvlab=Bv×2Rsin等效电路如图示：cabd此时弧acb和弧adb的电阻分别为2λR(π-θ)和2Rλθ，它们的并联电阻为R并=2Rθ(π-θ)/πI=E/R并=Bvπsinθ／λθ(π-θ)F=BI(2Rsinθ)RvB22)(sin2F=例9、如图示，固定于水平桌面上的金属框架cdef，处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，此时adeb构成一个边长为L的正方形，棒的电阻为r，其余部分电阻不计，不计摩擦，开始时磁感应强度为B0.（1）若从t=0时刻起，磁感应强度均匀增加，每秒增量为k，同时保持棒静止，求棒中的感应电流，在图上标出感应电流的方向。（2）在上述（1）情况中，始终保持棒静止，当t=t1末时需加的垂直于棒的水平拉力为多大？（3）若从t=0时刻起，磁感应强度逐渐减小，当棒以恒定速度v向右匀速运动时，可使棒中不产生感应电流，则感应强度应怎样随时间t变化？（写出B与t的关系式）abcdfeB0LLabcdfeB0LL解：（1）E感=SΔB/Δt=kL2I=E感/r=kL2/r电流为逆时针方向（2）t=t1时磁感应强度B1=B0-+kt1外力大小F=F安=B1IL=（B0-+kt1）kL3/r（3）要使棒不产生感应电流，即要回路中abed中磁通量不变即20LBvtLBL∴t秒时磁感强度vtLLBB0例10、如图甲示，在周期性变化的匀强磁场区域内有垂直于磁场的、半径为r=1m、电阻为R=3.14Ω的金属圆形线框，当磁场按图乙所示规律变化时，线框中有感应电流产生，（1）在丙图中画出电流随时间变化的i–t图象（以逆时针方向为正）（2）求出线框中感应电流的有效值。t/sB/T102345672乙甲t/si/A10234567丙解：E1=SΔB1/Δt=2S（V）i1=E1/R=2πr2/3.14=2AE2=SΔB2/Δt=S（V）i2=E2/R=πr2/3.14=1A电流i1i2分别为逆时针和顺时针方向-12（2）Q=4×R×1+1×R×2=I2×R×3∴有效值I=1.41AA逐渐增大B.先减小后增大C.先增大后减小D.增大、减小、再增大、再减小例11.如图示：abcd是粗细均匀的电阻丝制成的长方形线框，另一种材料制成的导体棒MN有电阻，可与保持良好接触并做无摩擦滑动，线框处在垂直纸面向里的匀强磁场B中，当导体棒MN在外力作用下从导线框的左端开始做切割磁感应线的匀速运动，一直滑到右端的过程中，导线框上消耗的电功率的变化情况可能为：（）bv0BcMNad解：MN的电阻为r，MN在中间位置时导线框总电阻最大为R画出P-R图线如图示，若R≤r，选C,ORP出Pmr若Rr且在两端时的电阻等于r，则选B.若Rr且在两端时的电阻小于r，则选D.BCD练习：如图示：abcd是粗细均匀的电阻丝制成的长方形线框，导体棒MN有电阻，可在ad边与bc边上无摩擦滑动，且接触良好，线框处在垂直纸面向里的匀强磁场B中，在MN由靠近ab边向dc边匀速滑动的过程中，下列说法正确的是：（）A.矩形线框消耗的功率一定先减小后增大B.MN棒中的电流强度一定先减小后增大C.MN两端的电压一定先减小后增大D.MN棒上拉力的功率一定先减小后增大BDv0BcMNabd解：在ad中点时，并联电阻最大，电流最小，路端电压最大，安培力最小。例12、如图示，光滑的平行导轨P、Q间距l=1m，处在同一竖直面内，导轨的左端接有如图所示的电路，其中水平放置的电容器两极板相距d=10mm，定值电阻R