（浙江专用）2020版高考物理一轮复习 专题十一 电磁感应课件

专题十一电磁感应高考物理(浙江专用)五年高考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=0.2m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=1F的未充电的电容器,恒流源可为电路提供恒定电流I=2A,电流方向如图所示。有一质量m=0.1kg的金属棒ab垂直导轨静止放置于x0=0.7m处。开关S掷向1,棒ab从静止开始运动,到达x3=-0.2m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: 1T(0.2m)5T(0.2m0.2m)1T(0.2m)xxxx　　　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=0.2m时的速度大小v1;(2)棒ab运动到x2=-0.1m时的速度大小v2;(3)电容器最终所带的电荷量Q。答案(1)2m/s(2) m/s(3) C4.627解析(1)安培力F=BIL,加速度a= = ,速度v1= =2m/s;(2)在区间-0.2m≤x≤0.2m,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,FmBILm012()axx52IL21x22x1222v1221v4.6电荷量Q=CU=CBLv,在x=-0.2m处的速度v3=v1=2m/s,联立解得Q= = C。322CBLmvCBLm272.(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≤0.65m、y≤0.40m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=0.10m、质量m=0.02kg、电阻R=0.40Ω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(0,0.65m)。现将线框以初速度v0=2.0m/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10m/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。 答案见解析解析(1)线框做平抛运动,当ab边与磁场上边界接触时,竖直方向有h= gt2=0.2m,得t=0.2s,此时竖直方向的分速度v2y=gt=2m/s=v0,合速度方向与水平方向成45°角,由题知线框匀速进入磁场,则感应电流I= = F安=BIl因为线框匀速进入磁场,合力为0,所以mg=F安联立解得B=2T12ER2yBlvR (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= = ΦR2BlR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=1.5m/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=0.0175J在进入磁场过程中,速度不变,重力势能转换成焦耳热Q2=mgl=0.02J所以Q总=Q1+Q2=0.0375J(3)易得图中2、3、4、5状态下中心横坐标分别为0.4m、0.5m、0.6m、0.7m①当x≤0.4m时,线框还没进入磁场,Ucb=0;②当0.4mx≤0.5m时,线框电动势由ab边切割磁感线提供,但cb边进入磁场部分也在切割磁感线,因此这里相当于也有一个电源,在计算电势差时也要考虑,同时电势差要注意正负,因此1225v1224v1225xv25yv1220v24yv25yv24yvUcb=- Blv2y+B(x-0.4)v0=4x-1.7;③当0.5mx≤0.6m时线框完全进入磁场,电路中没有电流,但cb边仍在切割磁感线,因此仍然相当于一个电源,Ucb=Blv0=0.4V;④当0.6mx≤0.7m时线框出磁场,整个电动势由ad边提供,cb边已经在磁场外,Ucb= Blvx又由动量定理得 =m(v0-vx)得Ucb=0.25-0.25x141422(0.6)BlxR易错点拨在第(3)问中求c、b两端的电势差,很容易犯错误,比如说直接套用欧姆定律。在这里熟练掌握电路中的电势差的计算是避免犯错误的关键。进入磁场时cb边也有一小段导线在水平切割磁感线,所以计算电势差时,需要考虑这一小段导体上感应电动势的影响。3.(2017浙江11月选考,22,10分)如图所示,匝数N=100、截面积S=1.0×10-2m2、电阻r=0.15Ω的线圈内有方向垂直于线圈平面向上的随时间均匀增加的匀强磁场B1,其变化率k=0.80T/s。线圈通过开关S连接两根相互平行、间距d=0.20m的竖直导轨,下端连接阻值R=0.50Ω的电阻。一根阻值也为0.50Ω、质量m=1.0×10-2kg的导体棒ab搁置在等高的挡条上。在竖直导轨间的区域仅有垂直纸面的不随时间变化的匀强磁场B2。接通开关S后,棒对挡条的压力恰好为零。假设棒始终与导轨垂直,且与导轨接触良好,不计摩擦阻力和导轨电阻。 (1)求磁感应强度B2的大小,并指出磁场方向;(2)断开开关S后撤去挡条,棒开始下滑,经t=0.25s后下降了h=0.29m,求此过程棒上产生的热量。答案见解析解析(1)线圈的感应电动势为E=N =NS 流过导体棒的电流Iab= 导体棒对挡条的压力为零,有B2Iabd=mgB2= 得B2=0.50TB2方向垂直纸面向外(2)由动量定理得(mg- B2d)t=mv或mgt-B2dΔq=mv及Δq= t= 得v=gt- ab棒产生的热量Q=  得Q=2.3×10-3JΦt1Bt2()2ERr(2)mgRrEdII22dhBR2222hBdRm12212mghmv4.(2017浙江4月选考,22,10分)间距为l的两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成,如图所示。倾角为θ的导轨处于磁感应强度大小为B1、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间Ⅰ中,水平导轨上的无磁场区间静止放置一质量为3m的“联动双杆”(由两根长为l的金属杆cd和ef,用长度为L的刚性绝缘杆连接构成),在“联动双杆”右侧存在磁感应强度大小为B2,方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间Ⅱ,其长度大于L。质量为m、长为l的金属杆ab从倾斜导轨上端释放,达到匀速后进入水平导轨(无能量损失),杆ab与“联动双杆”发生碰撞,碰后杆ab和cd合在一起形成“联动三杆”。“联动三杆”继续沿水平导轨进入磁场区间Ⅱ并从中滑出。运动过程中,杆ab、cd和ef与导轨始终接触良好,且保持与导轨垂直。已知杆ab、cd和ef电阻均为R=0.02Ω,m=0.1kg,l=0.5m,L=0.3m,θ=30°,B1=0.1T,B2=0.2T。不计摩擦阻力和导轨电阻,忽略磁场边界效应。求:(1)杆ab在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小v0;(2)“联动三杆”进入磁场区间Ⅱ前的速度大小v;(3)“联动三杆”滑过磁场区间Ⅱ产生的焦耳热Q。 答案见解析解析(1)感应电动势E=B1lv0电流I= 安培力F=B1Il匀速运动条件为F=mgsinθv0= =6m/s(2)由动量守恒定律得mv0=4mvv= =1.5m/s1.5ER2211.5sinmgRθBl04v(3)进入磁场区间Ⅱ,设速度变化Δv,由动量定理,有- B2lΔt=4mΔv Δt=Δq= Δv= =-0.25m/s出磁场区间Ⅱ,同样有II21.5BlLR2221.54BlLRmΔv= =-0.25m/s出磁场区间Ⅱ后“联动三杆”的速度为v'=v+2Δv=1.0m/sQ= ×4m(v2-v'2)=0.25J2221.54BlLRm125.(2016浙江10月选考,22,10分)为了探究电动机转速与弹簧伸长量之间的关系,小明设计了如图所示的装置。半径为l的圆形金属导轨固定在水平面上,一根长也为l、电阻为R的金属棒ab一端与导轨接触良好,另一端固定在圆心处的导电转轴OO'上,由电动机A带动旋转。在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面、大小为B1、方向竖直向下的匀强磁场。另有一质量为m、电阻为R的金属棒cd用轻质弹簧悬挂在竖直平面内,并与固定在竖直平面内的“U”形导轨保持良好接触,导轨间距为l,底部接阻值也为R的电阻,处于大小为B2、方向垂直导轨平面向里的匀强磁场中。从圆形金属导轨引出导线和通过电刷从转轴引出导线经开关S与“U”形导轨连接。当开关S断开,棒cd静止时,弹簧伸长量为x0;当开关S闭合,电动机以某一转速匀速运动,棒cd再次静止时,弹簧伸长量变为x(不超过弹性限度)。不计其余电阻和摩擦等阻力,求此时(1)通过棒cd的电流Icd大小;(2)电动机对该装置的输出功率P;(3)电动机转动角速度ω与弹簧伸长量x之间的函数关系。答案(1) (2) (3)ω= 020()mgxxBlx222022206()mgRxxBlx031206()mgRxxBBlx解析本题考查了电磁感应定律及电磁感应过程中的能量转化问题。(1)S断开,cd棒静止,有mg=kx0S闭合,cd棒静止时受到的安培力F=IcdB2lcd棒静止,有mg+IcdB2l=kx得:Icd= (2)回路总电阻:R总=R+ R= R总电流:I= 由能量守恒,得P=I2R总= (3)由法拉第电磁感应定律:E= = B1ωl2020()mgxxBlx12320202()mgxxBlx222022206()mgRxxBlxΦt12回路总电流:I= ,结合第(2)问答案得ω= 213BωlR031206()mgRxxBBlx6.[2015浙江10月选考,22(1)、(2),4分]如图1所示,质量m=3.0×10-3kg的“ ”形金属细框竖直放置在两水银槽中,“ ”形框的水平细杆CD长l=0.20m,处于磁感应强度大小B1=1.0T、方向水平向右的匀强磁场中。有一匝数n=300匝、面积S=0.01m2的线圈通过开关K与两水银槽相连。线圈处于与线圈平面垂直的、沿竖直方向的匀强磁场中,其磁感应强度B2的大小随时间t变化的关系如图2所示。(1)求0~0.10s线圈中的感应电动势大小;(2)t=0.22s时闭合开关K,若细杆CD所受安培力方向竖直向上,判断CD中的电流方向及磁感应强度B2的方向;图1 图2答案(1)30V(2)见解析(3)0.03C解析(1)由电磁感应定