2019-2020年高三物理一轮复习 L单元 电磁感应专练（含详解）.doc

2019-2020年高三物理一轮复习 L单元 电磁感应专练（含详解）目录L1 电磁感应现象、楞次定律1L2 法拉第电磁感应定律、自感3L3 电磁感应与电路的综合9L4 电磁感应与力和能量的综合9L5 电磁感应综合10 L1 电磁感应现象、楞次定律【题文】（物理卷xx届江苏省南京市金陵中学高三第四次模拟考试（xx.05）14、（16分）随着越来越高的摩天大楼在各地落成，而今普遍使用的钢索悬挂式电梯已经不适应现代生活的需求。这是因为钢索的长度随着楼层的增高而相应增加，这些钢索会由于承受不了自身的重力，还没有挂电梯就会被拉断。为此，科学技术人员开发一种利用磁力的电梯，用磁动力来解决这个问题。如图所示是磁动力电梯示意图，即在竖直平面上有两根很长的平行竖直轨道，轨道间有垂直轨道平面交替排列的匀强磁场B1和B2，B1= B2=1.0T，B1和B2的方向相反、两磁场始终竖直向上作匀速运动。电梯轿厢固定在如图所示的金属框abcd内（电梯轿厢在图中未画出），并且与之绝缘。已知电梯载人时的总质量为4.75103kg，所受阻力f=500N，金属框垂直轨道的边长Lcd =2.0m，两磁场的宽度均与金属框的边长Lad相同，金属框整个回路的电阻R=9.010-4，g取 10m / s 2。假如设计要求电梯以v1=10m/s的速度匀速上升，求：（1）金属框受到的安培力；（2）金属框中感应电流的大小及图示时刻感应电流的方向；（3）磁场向上运动速度v0的大小.【知识点】 导体切割磁感线时的感应电动势；楞次定律L1 L2 L5【答案解析】：（1）4.8104 N；（2）1.2104A，方向沿逆时针方向；（3）12.7m/s解析：（1）因金属框匀速运动，所以金属框受到的安培力等于重力与阻力之和，设当电梯向上匀速运动时，金属框中感应电流大小为I根据平衡条件得：F安=mg+f=4.7510310+500=4.8104N方向竖直向上（2）由F安=2B1ILcd由式得金属框中感应电流为：I= A=1.2104A图示时刻回路中感应电流沿逆时针方向，（2）金属框中感应电动势为：E=2B1Lcd（v0-v1）金属框中感应电流大小为：I=由式得：v0=12.7m/s【思路点拨】（1）电梯匀速上升，受力平衡，分析受力情况，根据平衡条件求解金属框受到的安培力；（2）根据安培力公式F=BIL求解感应电流的大小，根据楞次定律判断感应电流的方向；（3）金属框中感应电动势 E=2B1Lcd（v0-v1）和欧姆定律结合，求解v0的大小本题是理论联系实际的问题，与磁悬浮列车模型类似，关键要注意磁场运动，线框相对于磁场向下运动，而且上下两边都切割磁感线，产生两个电动势，两个边都受安培力 L2 法拉第电磁感应定律、自感【题文】（物理卷xx届湖北省部分重点中学高三上学期起点考试（xx.08）5.一圆环形铝质金属圈（阻值不随温度变化）放在匀强磁场中，设第1s内磁感线垂直于金属圈平面（即垂直于纸面）向里，如图甲所示。若磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示，那么第3s内金属圈中 ( )A感应电流逐渐增大，沿逆时针方向B感应电流恒定，沿顺时针方向C圆环各微小段受力大小不变，方向沿半径指向圆心D圆环各微小段受力逐渐增大，方向沿半径指向圆心甲t/sBB-BO24乙【知识点】法拉第电磁感应定理 L2 L3【答案解析】D解析 A、B根据 ， ，所以感应电流恒定，根据楞次定律，感应电流沿逆时针，故A、B错误；C、D因为电流恒定，但是磁感应强度变大，所以受力增大，根据左手定则，受力指向圆心，故C错误，D正确；故选D【思路点拨】根据楞次判断感应电流的方向，然后根据F=BIL求得安培力的大小。【题文】（物理卷xx届江苏省南京市金陵中学高三第四次模拟考试（xx.05）7、如图所示，单匝矩形闭合导线框全部处于水平方向的匀强磁场中，线框面积为，电阻为.线框绕与边重合的竖直固定转轴以角速度从中性面开始匀速转动，线框转过时的感应电流为，下列说法正确的是（ ）A线框中感应电流的有效值为B线框转动过程中穿过线框的磁通量的最大值为C从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量为D线框转动一周的过程中，产生的热量为 【知识点】 法拉第电磁感应定律；正弦式电流的最大值和有效值、周期和频率L2 M1 M3【答案解析】BC解析A、线圈中产生感应电动势最大值Em=BS，线框转过时的感应电流为I=Imsin=sin=，感应电动势有效值E=，感应电流为I则电流的有效值为I=，故A错误；B、由A可知，则磁通量的最大值=BS=，故B正确；C、从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量为：q=It=，故C正确；D、线框转一周的过程中，产生的热量Q=，故D错误；故选：BC【思路点拨】线圈中产生正弦式电流感应电动势最大值Em=BS，由E=及欧姆定律求解电流的有效值根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律和电流的定义式求出电量根据Q=I2RT求解线框转一周的过程中，产生的热量对于交变电流，直流电路的规律，比如欧姆定律同样适用，只不过要注意对应关系【题文】（物理卷xx届江苏省南京市金陵中学高三第四次模拟考试（xx.05）14、（16分）随着越来越高的摩天大楼在各地落成，而今普遍使用的钢索悬挂式电梯已经不适应现代生活的需求。这是因为钢索的长度随着楼层的增高而相应增加，这些钢索会由于承受不了自身的重力，还没有挂电梯就会被拉断。为此，科学技术人员开发一种利用磁力的电梯，用磁动力来解决这个问题。如图所示是磁动力电梯示意图，即在竖直平面上有两根很长的平行竖直轨道，轨道间有垂直轨道平面交替排列的匀强磁场B1和B2，B1= B2=1.0T，B1和B2的方向相反、两磁场始终竖直向上作匀速运动。电梯轿厢固定在如图所示的金属框abcd内（电梯轿厢在图中未画出），并且与之绝缘。已知电梯载人时的总质量为4.75103kg，所受阻力f=500N，金属框垂直轨道的边长Lcd =2.0m，两磁场的宽度均与金属框的边长Lad相同，金属框整个回路的电阻R=9.010-4，g取 10m / s 2。假如设计要求电梯以v1=10m/s的速度匀速上升，求：（1）金属框受到的安培力；（2）金属框中感应电流的大小及图示时刻感应电流的方向；（3）磁场向上运动速度v0的大小.【知识点】 导体切割磁感线时的感应电动势；楞次定律L1 L2 L5【答案解析】：（1）4.8104 N；（2）1.2104A，方向沿逆时针方向；（3）12.7m/s解析：（1）因金属框匀速运动，所以金属框受到的安培力等于重力与阻力之和，设当电梯向上匀速运动时，金属框中感应电流大小为I根据平衡条件得：F安=mg+f=4.7510310+500=4.8104N方向竖直向上（2）由F安=2B1ILcd由式得金属框中感应电流为：I= A=1.2104A图示时刻回路中感应电流沿逆时针方向，（2）金属框中感应电动势为：E=2B1Lcd（v0-v1）金属框中感应电流大小为：I=由式得：v0=12.7m/s【思路点拨】（1）电梯匀速上升，受力平衡，分析受力情况，根据平衡条件求解金属框受到的安培力；（2）根据安培力公式F=BIL求解感应电流的大小，根据楞次定律判断感应电流的方向；（3）金属框中感应电动势 E=2B1Lcd（v0-v1）和欧姆定律结合，求解v0的大小本题是理论联系实际的问题，与磁悬浮列车模型类似，关键要注意磁场运动，线框相对于磁场向下运动，而且上下两边都切割磁感线，产生两个电动势，两个边都受安培力【题文】（理综卷xx届浙江省重点中学协作体高考摸底测试（xx.08）17如图所示，相距为d的两条水平虚线L1、L2之间是方向水平向里的匀强磁场，磁感应强度为B，正方形线圈abcd边长为L（Ld）,质量为m，电阻为R，将线圈在磁场上方高h处静止释放，cd边刚进入磁场时速度为v0，cd边刚离开磁场时速度也为v0，则线圈穿越磁场的过程中（从cd边刚进入磁场起一直到ab边离开磁场为止），则以下说法中不正确的是（ ）。A感应电流所做的功为2mgd B线圈下落的最小速度一定为 C线圈下落的最小速度可能为D线圈进入磁场和穿出磁场的过程比较，所用的时间不一样【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势；闭合电路的欧姆定律；电磁感应中的能量转化J2 L2 L5【答案解析】D解析A、根据能量守恒研究从cd边刚进入磁场到cd边刚穿出磁场的过程：动能变化为0，重力势能转化为线框产生的热量，Q=mgdcd边刚进入磁场时速度为v0，cd边刚离开磁场时速度也为v0，所以从cd边刚穿出磁场到ab边离开磁场的过程，线框产生的热量与从cd边刚进入磁场到cd边刚穿出磁场的过程产生的热量相等，过程相同，所用时间相同，所以线圈从cd边进入磁场到ab边离开磁场的过程，产生的热量Q=2mgd，感应电流做的功为2mgd故A正确，D错误；B、因为进磁场时要减速，即此时的安培力大于重力，速度减小，安培力也减小，当安培力减到等于重力时，线圈做匀速运动，全部进入磁场将做加速运动，设线圈的最小速度为vm，知全部进入磁场的瞬间速度最小由动能定理，从cd边刚进入磁场到线框完全进入时，则有mvm2mv02mgLmgd有mv02mgh，综上所述，线圈的最小速度为故 B正确；C、线框可能先做减速运动，在完全进入磁场前做匀速运动，因为完全进入磁场时的速度最小，则mg=，则最小速度v=故C正确故选D【思路点拨】线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时刻的速度是相同的，又因为线圈全部进入磁场不受安培力，要做匀加速运动可知线圈进入磁场先要做减速运动解决本题的关键根据根据线圈下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时刻的速度都是v0，且全部进入磁场将做加速运动，判断出线圈进磁场后先做变减速运动，也得出全部进磁场时的速度是穿越磁场过程中的最小速度【题文】（理综卷xx届浙江省重点中学协作体高考摸底测试（xx.08）19如图甲所示，abcd是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框，金属线框的质量为m，电阻为R，在金属线框的下方有一匀强磁场区域，MN和PQ是匀强磁场区域的水平边界，并与线框的bc边平行，磁场方向垂直于线框平面向里。现使金属线框从MN上方某一高度处由静止开始下落，如图乙是金属线框由开始下落到bc刚好运动到匀强磁场PQ边界的vt图象，图中数据均为已知量。重力加速度为g，不计空气阻力。下列说法正确的是：（ ）。A金属线框刚进人磁场时感应电流方向沿adcba方向B磁场的磁感应强度为C金属线框在0t3的时间内所产生的热量为DMN和PQ之间的距离为【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势；匀变速直线运动的图像；焦耳定律A2 L2【答案解析】BC解析A、根据楞次定律，导体框中电流abcda，故A错误；B、在金属框进入磁场的过程中，金属框所受安培力等于重力，则得：mg=BIl，I=又 l=v1（t2-t1）联立解得：B=；故B正确；C、金属框在进入磁场过程中金属框产生的热为Q，重力对其做正功，安培力对其做负功，由能量守恒定律得： Q=mgl=mgv1（t2-t1），故C正确；D、由图知在 的位移为MN和PQ之间的距离，根据v-t图像，面积便是位移得MN和PQ之间的距离 ，故D错误；故选BC【思路点拨】（1）金属框进入磁场后做匀速运动，然后做匀加速，由图线与时间轴所围的面积读出MN和PQ之；（2）由图象可知，金属框进入磁场过程中是做匀速直线运动，根据时间和速度求解金属框的边长；（2）由图知，金属线框进入磁场过程做匀速直线运动，重力和安培力平衡，列式可求出B（3）由能量守恒定律求出在进入磁场过程中金属框产生的热【题文】（理综卷xx届西藏自治区高三最后一次模拟统一考试（xx.05）21.如图所示，水平放置的光滑平行金属导轨上有一质量为m的金属棒ab导轨的一端连接电阻R，其他电阻均不计，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向下，金属棒ab在一水平恒力F作用下由静止起向右运动，则： ( )A随着ab运动速度的增大，其加速度也增大B外力F对ab做的功等于电路中产生的电能C当ab做匀速运动时，外力F做功的功率等于电路中的电功率D无论ab做何种运动，它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能【知识点】 导体切割磁感线时的感应电动势L2 【答案解析】CD解析A、金属棒所受的安培力FABIL，则a=，速度增大，安培力增大，则加速度减小故A错误B、根据能量守恒得，外力F对ab做的功等于电量中产生的电能以及ab棒的动能故B错误C、当ab棒匀速运动时，外力做的功全部转化为电路中的电能，则外力F做功的功率等于电路中的电功率故C正确D、根据功能关系知，克服安培力做的功等于电路中产生的电能故D正确故选CD【思路点拨】在水平方向，金属棒受到拉力F和安培力作用，安培力随速度增大而增大，根据牛顿定律分析加速度的变化情况根据功能关系分析电能与功的关系在电磁感应现象中电路中产生的热量等于外力克服安培力所做的功；在解题时要注意体会功能关系及能量转化与守恒关系 L3 电磁感应与电路的综合【题文】（物理卷xx届湖北省部分重点中学高三上学期起点考试（xx.08）5.一圆环形铝质金属圈（阻值不随温度变化）放在匀强磁场中，设第1s内磁感线垂直于金属圈平面（即垂直于纸面）向里，如图甲所示。若磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示，那么第3s内金属圈中 ( )A感应电流逐渐增大，沿逆时针方向B感应电流恒定，沿顺时针方向C圆环各微小段受力大小不变，方向沿半径指向圆心D圆环各微小段受力逐渐增大，方向沿半径指向圆心甲t/sBB-BO24乙【知识点】法拉第电磁感应定理 L2 L3【答案解析】D解析 A、B根据 ， ，所以感应电流恒定，根据楞次定律，感应电流沿逆时针，故A、B错误；C、D因为电流恒定，但是磁感应强度变大，所以受力增大，根据左手定则，受力指向圆心，故C错误，D正确；故选D【思路点拨】根据楞次判断感应电流的方向，然后根据F=BIL求得安培力的大小。 L4 电磁感应与力和能量的综合 L5 电磁感应综合【题文】（物理卷xx届江苏省南京市金陵中学高三第四次模拟考试（xx.05）14、（16分）随着越来越高的摩天大楼在各地落成，而今普遍使用的钢索悬挂式电梯已经不适应现代生活的需求。这是因为钢索的长度随着楼层的增高而相应增加，这些钢索会由于承受不了自身的重力，还没有挂电梯就会被拉断。为此，科学技术人员开发一种利用磁力的电梯，用磁动力来解决这个问题。如图所示是磁动力电梯示意图，即在竖直平面上有两根很长的平行竖直轨道，轨道间有垂直轨道平面交替排列的匀强磁场B1和B2，B1= B2=1.0T，B1和B2的方向相反、两磁场始终竖直向上作匀速运动。电梯轿厢固定在如图所示的金属框abcd内（电梯轿厢在图中未画出），并且与之绝缘。已知电梯载人时的总质量为4.75103kg，所受阻力f=500N，金属框垂直轨道的边长Lcd =2.0m，两磁场的宽度均与金属框的边长Lad相同，金属框整个回路的电阻R=9.010-4，g取 10m / s 2。假如设计要求电梯以v1=10m/s的速度匀速上升，求：（1）金属框受到的安培力；（2）金属框中感应电流的大小及图示时刻感应电流的方向；（3）磁场向上运动速度v0的大小.【知识点】 导体切割磁感线时的感应电动势；楞次定律L1 L2 L5【答案解析】：（1）4.8104 N；（2）1.2104A，方向沿逆时针方向；（3）12.7m/s解析：（1）因金属框匀速运动，所以金属框受到的安培力等于重力与阻力之和，设当电梯向上匀速运动时，金属框中感应电流大小为I根据平衡条件得：F安=mg+f=4.7510310+500=4.8104N方向竖直向上（2）由F安=2B1ILcd由式得金属框中感应电流为：I= A=1.2104A图示时刻回路中感应电流沿逆时针方向，（2）金属框中感应电动势为：E=2B1Lcd（v0-v1）金属框中感应电流大小为：I=由式得：v0=12.7m/s【思路点拨】（1）电梯匀速上升，受力平衡，分析受力情况，根据平衡条件求解金属框受到的安培力；（2）根据安培力公式F=BIL求解感应电流的大小，根据楞次定律判断感应电流的方向；（3）金属框中感应电动势 E=2B1Lcd（v0-v1）和欧姆定律结合，求解v0的大小本题是理论联系实际的问题，与磁悬浮列车模型类似，关键要注意磁场运动，线框相对于磁场向下运动，而且上下两边都切割磁感线，产生两个电动势，两个边都受安培力【题文】（理综卷xx届浙江省重点中学协作体高考摸底测试（xx.08）17如图所示，相距为d的两条水平虚线L1、L2之间是方向水平向里的匀强磁场，磁感应强度为B，正方形线圈abcd边长为L（Ld）,质量为m，电阻为R，将线圈在磁场上方高h处静止释放，cd边刚进入磁场时速度为v0，cd边刚离开磁场时速度也为v0，则线圈穿越磁场的过程中（从cd边刚进入磁场起一直到ab边离开磁场为止），则以下说法中不正确的是（ ）。A感应电流所做的功为2mgd B线圈下落的最小速度一定为 C线圈下落的最小速度可能为D线圈进入磁场和穿出磁场的过程比较，所用的时间不一样【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势；闭合电路的欧姆定律；电磁感应中的能量转化J2 L2 L5【答案解析】D解析A、根据能量守恒研究从cd边刚进入磁场到cd边刚穿出磁场的过程：动能变化为0，重力势能转化为线框产生的热量，Q=mgdcd边刚进入磁场时速度为v0，cd边刚离开磁场时速度也为v0，所以从cd边刚穿出磁场到ab边离开磁场的过程，线框产生的热量与从cd边刚进入磁场到cd边刚穿出磁场的过程产生的热量相等，过程相同，所用时间相同，所以线圈从cd边进入磁场到ab边离开磁场的过程，产生的热量Q=2mgd，感应电流做的功为2mgd故A正确，D错误；B、因为进磁场时要减速，即此时的安培力大于重力，速度减小，安培力也减小，当安培力减到等于重力时，线圈做匀速运动，全部进入磁场将做加速运动，设线圈的最小速度为vm，知全部进入磁场的瞬间速度最小由动能定理，从cd边刚进入磁场到线框完全进入时，则有mvm2mv02mgLmgd有mv02mgh，综上所述，线圈的最小速度为故 B正确；C、线框可能先做减速运动，在完全进入磁场前做匀速运动，因为完全进入磁场时的速度最小，则mg=，则最小速度v=故C正确故选D【思路点拨】线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时刻的速度是相同的，又因为线圈全部进入磁场不受安培力，要做匀加速运动可知线圈进入磁场先要做减速运动解决本题的关键根据根据线圈下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时刻的速度都是v0，且全部进入磁场将做加速运动，判断出线圈进磁场后先做变减速运动，也得出全部进磁场时的速度是穿越磁场过程中的最小速度