高考物理专题复习电磁感应题型分类-知识点+典型例题详解

第1页共16页法拉第电磁感应定律的应用（10分）在如图甲所示的电路中，螺线管匝数n=1500匝，横截面积S=20cm2。螺线管导线电阻r=1.0Ω，R1=4.0Ω，R2=5.0Ω，C=30μF。在一段时间内，穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按如图乙所示的规律变化。求：（1）求螺线管中产生的感应电动势；（2）闭合S，电路中的电流稳定后，求电阻R1的电功率；（3）S断开后，求流经R2的电量。答案：解：（1）根据法拉第电磁感应定律tBSntΦnE（3分）求出E=1.2（V）（1分）（2）根据全电路欧姆定律)A(12.021rRREI（1分）根据12RIP（1分）求出P=5.76×10-2（W）（1分）（3）S断开后，流经R2的电量即为S闭合时C板上所带的电量Q电容器两端的电压U=IR2＝0.6（V）（1分）流经R2的电量Q=CU=1.8×10-5（C）（2分）（8分）一个半径r=0.10m的闭合导体圆环，圆环单位长度的电阻R0=1.0×10-2m-1。如图19甲所示，圆环所在区域存在着匀强磁场，磁场方向垂直圆环所在平面向外，磁感应强度大小随时间变化情况如图19乙所示。（1）分别求在0~0.3s和0.3s~0.5s时间内圆环中感应电动势的大小；（2）分别求在0~0.3s和0.3s~0.5s时间内圆环中感应电流的大小，并在图19丙中画出圆环中感应电流随时间变化的i-t图象（以线圈中逆时针电流为正，至少画出两个周期）；（3）求在0~10s内圆环中产生的焦耳热。答案：R2图甲R1CSB图乙t/sB/T0.220.40.6O1.02.00.81.0甲rOB乙图19B/×10-2Tt/s060.41.00.20.8丙i/At/s01.00.60.40.20.80.6第2页共16页解：（1）在0~0.3s时间内感应电动势E1=11tBπr2=6.28×10-3V（1分）在0.3s~0.5s时间内感应电动势E2=22tBπr2=9.42×10-3V（1分）（2）在0~0.3s时间内011π2rREI=1.0A（1分）在0.3s~0.5s时间内022π2rREI=1.5A（1分）i－t图象如答图2所示。（1分）（3）在0~0.3s内,圆环中产生的热量Q1=21I·2πrR0t1=1.88×10-3J（1分）在0.3s~0.5s内,圆环中产生的热量Q2=22I·2πrR0t2=2.83×10-3J（1分）在0~10s内圆环中产生的热量Q=20（Q1+Q2）=9.42×10-2J（1分）说明：其他解法正确也得分，数值计算问题不重复扣分。（10分）如图19甲所示，在一个正方形金属线圈区域内，存在着磁感应强度B随时间变化的匀强磁场，磁场的方向与线圈平面垂直。金属线圈所围的面积S=200cm2，匝数n=1000，线圈电阻r=1.0Ω。线圈与电阻R构成闭合回路，电阻的阻值R=4.0Ω。匀强磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图19乙所示，求：（1）在t=2.0s时刻，穿过线圈的磁通量和通过电阻R的感应电流的大小；[全品高考网]（2）在t=5.0s时刻，电阻R消耗的电功率；（3）0~6.0s内整个闭合电路中产生的热量。答案：（10分）解：（1）根据法拉第电磁感应定律，0~4.0s时间内线圈中磁通量均匀变化，产生恒定的感应电流。t1=2.0s时的感应电动势10411)(tSBBntΦnE（2分）根据闭合电路欧姆定律，闭合回路中的感应电流rREI11（1分）解得I1=0.2A（1分）（2）由图象可知，在4.0s~6.0s时间内，线圈中产生的感应电动势246222tΦΦntΦnE根据闭合电路欧姆定律，t2=5.0s时闭合回路中的感应电流rREI22=0.8A电阻消耗的电功率P2=I22R=2.56W（2分）答图2i/At/s00.61.00.20.81.5-1.00.4B甲R乙B/Tt/s00.42.00.24.06.08.0图19第3页共16页（3）根据焦耳定律，0~4.0s内闭合电路中产生的热量Q1=I12(r＋R)Δt1=0.8J（1分）4.0~6.0s内闭合电路中产生的热量Q2=I22(r＋R)Δt2=6.4J（2分）0~6.0s内闭合电路中产生的热量Q=Q1＋Q2=7.2J（1分）（12分）如图甲所示，某人设计了一种振动发电装置，它的结构是一个半径r=0.1m、20匝的线圈套在辐向形永久磁铁槽中，磁场中的磁感线均沿半径方向均匀分布，从右侧观察如图乙所示。已知线圈所在位置磁感应强度B的大小均为0.2T，线圈总电阻为2Ω，它的引出线接有阻值为8Ω的灯泡L。外力推动与线圈相连的P端使其做往复运动，线圈切割辐向磁场中的磁感线产生感应电流，线圈位移随时间变化的规律如图丙所示（线圈位移取向右为正）。（1）在丁图中画出感应电流随时间变化的图象（在乙图中取逆时针电流为正〉；（2）求每一次推动线圈运动过程中作用力的大小；（3）若不计摩擦等损耗，求该发电机的输出功率。答案：（12分）（1）（6分）由xt图可知，线圈往返的每次运动都是匀速直线运动，速度大小为0.8/xvmst………………1分线圈中产生的感应电流的大小恒定不变感应电动势EnBLv………………1分2Lr2EV……………………1分感应电流120.2EIARR………………1分从图中可以看出线圈沿x正方向运动时，产生的感应电流方向在图乙中为顺时针，在线圈沿x负方向运动时，产生的感应电流方向为逆时针，则感应电流随时间变化的图像如图所示。（It图像正确得2分）（2）（3分）因线圈做匀速直线运动，所以每次运动过程中推力等于安培力。=推安FF……………………1分=2安FnILBnIrB………………1分=0.5N安F……………………1分（3）（3分）发电机的输出功率220.32PIRW………………3分（2011石景山）某探究性学习小组研制了一种发电装置如图9中甲所示，图乙为其俯视图．将8块外图9NNSPL甲NSNNNNNNN乙x/cmt/sO8.04.00.10.20.30.40.5丙0.1I/At/sO0.20.30.40.5丁0.2-0.2-0.40.4第4页共16页形相同的磁铁交错放置组合成一个高h=0.5m、半径r=0.2m的圆柱体，其可绕固定轴/OO逆时针(俯视)转动，角速度ω=100rad/s．设圆柱外侧附近每个磁场区域的磁感应强度大小均为B=0.2T、方向都垂直于圆柱体侧表面．紧靠圆柱体外侧固定一根与其等高、电阻为R1=0.5Ω的细金属杆ab，杆与轴/OO平行．图丙中阻值R=1.5Ω的电阻与理想电流表A串联后接在杆a、b两端．下列说法正确的是（）A．电流表A的示数约为1.41AB．杆ab产生感应电动势的最大值E约为2.83VC．电阻R消耗的电功率为2WD．在圆柱体转过一周的时间内，流过电流表A的总电荷量为零答案：D电磁感应中的“滑杆类”问题（1）没有外力作用、有初速度的运动如图所示，光滑U型金属导轨PQMN水平固定在竖直向上的匀强磁场中．磁感应强度为B，导轨宽度为L。QM之间接有阻值为R的电阻，其余部分电阻不计。一质量为M，电阻为R的金属棒ab放在导轨上，给棒一个水平向右的初速度v0使之开始滑行，最后停在导轨上。由以上条件，在此过程中可求出的物理量有()A．电阻R上产生的焦耳热B．通过电阻R的总电量C．ab棒运动的位移D．ab棒的运动时间答案：ABC（2）外力作用下的匀速运动（8分）如图所示，平行光滑导轨MN和M′N′置于水平面内，导轨间距为l，电阻可以忽略不计。导轨的左端通过电阻忽略不计的导线接一阻值为R的定值电阻。金属棒ab垂直于导轨放置，其阻值也为R。导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中。当金属棒ab在导轨上以某一速度向右做匀速滑动时，定值电阻R两端的电压为U。（1）判断M和M′哪端电势高？（2）求金属棒ab在导轨上滑动速度的大小。[全品高考网]答案：（8分）解：（1）由右手定则可知，电流方向为M→M′，所以M端电势高4分（2）金属棒ab切割磁感线感生的感应电动势EBlv由题意可知：2EU解得：2UvBl4分(2009丰台)（12分）如图所示，宽度为L＝0.20m的足够长的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨的一端连接阻值为R=1.0Ω的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B=0.50T。一根质量为m=10g的导体棒MN放在导轨上与导轨接触良好，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。现用一平行于导轨的拉力拉动导体棒沿导轨向右匀速运动，运动速度v=10m/s，在运动过程中保持导体棒与导轨垂直。求：（1）在闭合回路中产生的感应电流的大小；（2）作用在导体棒上的拉力的大小；abBPQMNv0vBRMN第5页共16页（3）当导体棒移动30cm时撤去拉力，求整个过程中电阻R上产生的热量。答案：解：（1）感应电动势为E=BLv=1.0V感应电流为REI=1.0A（4分）（2）导体棒匀速运动，安培力与拉力平衡，即有F=BIL=0.1N（4分）（3）导体棒移动30cm的时间为vlt=0.03s根据焦耳定律，Q1=I2Rt=0.03J（或Q1=Fs=0.03J）根据能量守恒，Q2=221mv=0.5J电阻R上产生的热量Q=Q1+Q2=0.53J（4分）（10分）如图15所示，宽度为L＝0.40m的足够长的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨的一端连接阻值为R=2.0Ω的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B=0.40T。一根质量为m=0.1kg的导体棒MN放在导轨上与导轨接触良好，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。现用一平行于导轨的拉力拉动导体棒沿导轨向右匀速运动，运动速度v=0.50m/s，在运动过程中保持导体棒与导轨垂直。求：（1）在闭合回路中产生的感应电流的大小；（2）作用在导体棒上的拉力的大小及拉力的功率；（3）当导体棒移动50cm时撤去拉力，求整个运动过程中电阻R上产生的热量。答案：（10分）解：（1）感应电动势为E=BLv=0.40×0.40×0.5V=8.0×10-2V…………(2分)感应电流为0.2100.82REIA=4.0×10-2A…………(1分)（2）导体棒匀速运动，安培力与拉力平衡即有F=BIL=0.40×4.0×10-2×0.4N=6.4×10-3N…………(2分)拉力的功率为FvP=6.4×10-3×0.50W=3.2×10-3W…………(1分)（3）导体棒移动30cm的时间为vlt=1.0s…………(1分)根据焦耳定律，Q1=I2Rt=0.10.204.02J=3.2×10-3J…………(1分)根据能量守恒，Q2=221mv=250.01.021J=1.25×10-2J…………(1分)电阻R上产生的热量Q=Q1+Q2=3.2×10-3+1.25×10-2J=1.57×10-2J…………(1分)（7分）如图15所示，边长L=0.20m的正方形导线框ABCD由粗细均匀的同种材料制成，正方形导线框每边的电阻R0=1.0Ω，金属棒MN与正方形导线框的对角线长度恰好相等，金属棒MN的电阻r=0.20Ω。导线框放置在匀强磁场中，磁场的磁感应强度B=0.50T，方向垂直导线框所在平面向里。金属棒MN与导vBRMN图15第6页共16页线框接触良好，且与导线框对角线BD垂直放置在导线框上，金属棒的中点始终在BD连线上。若金属棒以v=4.0m/s的速度向右匀速运动。求（计算结果保留两位有效数字）：（1）金属棒产生的电动势大小；（2）金属棒MN上通过的最大电流大小和方向；（3）导线框消耗的电功率.答案：解（1）金属棒产生的电动势大小为：VVLvBE56.024.02………2分（2）金属棒运动到AC位置时，导线框左、右两侧电阻并联，其并联电阻为：并R=1.0Ω，根据闭合电路欧姆定律ArREI47.0并……………………2分根据右手定则，电流方向从N到M………………………………………………1分（3）导线框消耗的功率