2019屆高考物理 專題二十二 法拉第電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用精準(zhǔn)培優(yōu)專練.doc

培優(yōu)點(diǎn)二十二 法拉第電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用一、考點(diǎn)分析1. 高考對本部分內(nèi)容的考查命，大部分以選擇題的形式出題，也有部分是計算題?？疾閮?nèi)容主要集中在利用電磁感應(yīng)基本規(guī)律分析動態(tài)過程。2. 注意要點(diǎn)：電磁感應(yīng)中的有些題目可以從動量角度著手，運(yùn)用動量定理或動量守恒定律解決。二、考題再現(xiàn)典例1. (2018全國卷II18)如圖，在同一平面內(nèi)有兩根平行長導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間存在依次相鄰的矩形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，區(qū)域?qū)挾染鶠閘，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向交替向上向下。一邊長為的正方形金屬線框在導(dǎo)軌上向左勻速運(yùn)動，線框中感應(yīng)電流i隨時間t變化的正確圖線可能是( ) 【解析】第一過程從移動的過程中，左邊導(dǎo)體棒切割產(chǎn)生的電流方向是順時針，右邊切割磁感線產(chǎn)生的電流方向也是順時針，兩根棒切割產(chǎn)生電動勢方向相同所以E = 2Blv，則電流為，電流恒定且方向?yàn)轫槙r針。 在從移動到的過程中左右兩根棒切割磁感線產(chǎn)生的電流大小相等，方向相反，所以回路中電流表現(xiàn)為零。然后從到的過程中，左邊切割產(chǎn)生的電流方向逆時針，而右邊切割產(chǎn)生的電流方向也是逆時針，所以電流的大小為，方向是逆時針。當(dāng)線框再向左運(yùn)動時，左邊切割產(chǎn)生的電流方向順時針，右邊切割產(chǎn)生的電流方向是逆時針，此時回路中電流表現(xiàn)為零，故線圈在運(yùn)動過程中電流是周期性變化，故D正確?！敬鸢浮緿典例2. (2018全國卷III20)如圖(a)，在同一平面內(nèi)固定有一長直導(dǎo)線PQ和一導(dǎo)線框R，R在PQ的右側(cè)。導(dǎo)線PQ中通有正弦交流電流i，i的變化如圖(b)所示，規(guī)定從Q到P為電流的正方向。導(dǎo)線框R中的感應(yīng)電動勢( )A. 在時為零B. 在時改變方向C. 在時最大，且沿順時針方向D. 在時最大，且沿順時針方向【解析】由圖(b)可知，導(dǎo)線PQ中電流在t = T/4時達(dá)到最大值，變化率為零，導(dǎo)線框R中磁通量變化率為零，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在t = T/4時導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零，選項(xiàng)A正確；在t = T/2時，導(dǎo)線PQ中電流圖象斜率方向不變，導(dǎo)致導(dǎo)線框R中磁通量變化率的正負(fù)不變，根據(jù)楞次定律，所以在t = T/2時，導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向不變，選項(xiàng)B錯誤；由于在t = T/2時，導(dǎo)線PQ中電流圖象斜率最大，電流變化率最大，導(dǎo)致導(dǎo)線框R中磁通量變化率最大，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在t = T/2時導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大，由楞次定律可判斷出感應(yīng)電動勢的方向?yàn)轫槙r針方向，選項(xiàng)C正確；由楞次定律可判斷出在t = T時感應(yīng)電動勢的方向?yàn)槟鏁r針方向，選項(xiàng)D錯誤?！敬鸢浮緼C三、對點(diǎn)速練1如圖，閉合銅制線框用細(xì)線懸掛，靜止時其下半部分位于與線框平面垂直的磁場中。若將細(xì)線剪斷后線框仍能靜止在原處，則磁場的的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t變化規(guī)律可能的是( ) 【答案】B2. 在如圖所示的電路中，兩個靈敏電流表G1和G2的零點(diǎn)都在刻度盤中央，當(dāng)電流從“”接線柱流入時，指針向右擺；電流從“”接線柱流入時，指針向左擺。在電路接通后再斷開的瞬間，下列說法中符合實(shí)際情況的是()AG1表指針向左擺，G2表指針向右擺BG1表指針向右擺，G2表指針向左擺CG1、G2表的指針都向左擺DG1、G2表的指針都向右擺【答案】B【解析】電路接通后線圈中電流方向向右，當(dāng)電路斷開時，線圈L中電流減小，產(chǎn)生與原方向同向的自感電動勢，與G2和電阻組成閉合回路，所以G1中電流方向向右，G2中電流方向向左，即G1指針向右擺，G2指針向左擺，B正確。3. (多選)如圖甲所示，螺線管內(nèi)有一平行于軸線的磁場，規(guī)定圖中箭頭所示方向?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度B的正方向，螺線管與U形導(dǎo)線框cdef相連，導(dǎo)線框cdef內(nèi)有一半徑很小的金屬圓環(huán)L，圓環(huán)面積為S，圓環(huán)與導(dǎo)線框cdef在同一平面內(nèi)。當(dāng)螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間按圖乙所示規(guī)律變化時，下列說法中正確的是()A. 在t1時刻，金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量最大，最大值m=B0SB. 在t2時刻，金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量最大C. 在t1 t2時間內(nèi)，金屬圓環(huán)L有擴(kuò)張的趨勢D. 在t1 t2時間內(nèi)，金屬圓環(huán)L內(nèi)有順時針方向的感應(yīng)電流【答案】BD【解析】當(dāng)螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間按圖乙所示規(guī)律變化時，在導(dǎo)線框cdef內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，在t1時刻，感應(yīng)電流為零，金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量為零，選項(xiàng)A錯誤；在t2時刻，感應(yīng)電流最大，金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量最大，選項(xiàng)B正確；在t1 t2時間內(nèi)，金屬圓環(huán)L有收縮的趨勢，選項(xiàng)C錯誤；由楞次定律，在t1 t2時間內(nèi)，導(dǎo)線框cdef內(nèi)產(chǎn)生逆時針方向感應(yīng)電流，感應(yīng)電流逐漸增大，金屬圓環(huán)L內(nèi)磁通量增大，根據(jù)楞次定律，金屬圓環(huán)L內(nèi)有順時針方向的感應(yīng)電流，選項(xiàng)D正確。4(多選)如圖甲所示，一個邊長為L的正方形線框固定在勻強(qiáng)磁場(圖中未畫出)中，磁場方向垂直于導(dǎo)線框所在平面，規(guī)定向里為磁感應(yīng)強(qiáng)度的正方向，向右為導(dǎo)線框ab邊所受安培力F的正方向，線框中電流i沿abcd方向時為正，已知在04 s時間內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化規(guī)律如圖乙所示，則下列圖象所表示的關(guān)系正確的是() 【答案】AD【解析】由題意可知，規(guī)定向里為磁感應(yīng)強(qiáng)度的正方向，線框中電流i沿abcd方向時為正；由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，感應(yīng)電動勢E，感應(yīng)電流I，由Bt圖象可知，在每一時間段內(nèi)，是定值，在各時間段內(nèi)I是定值，ab邊受到的安培力FBIL，I、L不變，B均勻變化，則安培力F均勻變化，不是定值，A正確B錯誤；由圖示Bt圖象可知，01 s時間內(nèi)，B減小，減小，由楞次定律可知，感應(yīng)電流是逆時針方向，為正值；同理12 s，磁場向里，且增大，磁通量增大，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流是逆時針，為正值；23 s，B的方向垂直紙面向里，B減小，減小，由楞次定律可知，感應(yīng)電流沿順時針方向，感應(yīng)電流是負(fù)的；34 s內(nèi)，B的方向垂直紙面向外，B增大，增大，由楞次定律可知，感應(yīng)電流沿順時針方向，感應(yīng)電流是負(fù)的，故C錯誤D正確。5. (多選)物理和數(shù)學(xué)有緊密的聯(lián)系，解決物理問題經(jīng)常要求同學(xué)們要有一定的數(shù)學(xué)功底。如圖所示，一個被x軸與曲線方程(m) (x 0.3 m)所圍的空間中存在著垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B = 0.4 T。單匝正方形絕緣金屬線框的邊長是L = 0.4 m，線框總電阻R = 0.2 ，它的一邊在光滑軌道的x軸上，在拉力F的作用下，線框以v = 10 m/s的速度水平向右勻速運(yùn)動。則()A. 拉力F的最大值是0.72 NB. 拉力F的最大功率是12.8 WC. 拉力F要做0.192 J功才能把線框拉過磁場區(qū)D. 拉力F要做0.216 J功才能把線框拉過磁場區(qū)【答案】AC6(多選)如圖甲所示，平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置，兩軌相距L0.4 m，導(dǎo)軌一端與阻值R0.3 的電阻相連，導(dǎo)軌電阻不計。導(dǎo)軌x>0一側(cè)存在沿x正方向均勻增大的磁場，其方向與導(dǎo)軌平面垂直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨位置x變化如圖乙所示。一根質(zhì)量m0.2 kg、接入電路的電阻r0.1 的金屬棒置于導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直，棒在外力F作用下從x0處以初速度v02 m/s沿導(dǎo)軌向右變速運(yùn)動，且金屬棒在運(yùn)動過程中受到的安培力大小不變。下列說法中正確的是() A金屬棒向右做勻減速直線運(yùn)動B金屬棒在x1 m處的速度大小為1.5 m/sC金屬棒從x0運(yùn)動到x1 m過程中，外力F所做的功為0.175 JD金屬棒從x0運(yùn)動到x2 m過程中，流過金屬棒的電荷量為2 C【答案】CD【解析】根據(jù)題圖乙得B與x的函數(shù)關(guān)系式B0.50.5x，金屬棒向右運(yùn)動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢EBLv，感應(yīng)電流I，安培力F安BILBL，解得v，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的速度位移公式v2v022ax，如果是勻變速直線運(yùn)動，v2與x成線性關(guān)系，而由上式知，金屬棒不可能做勻減速直線運(yùn)動，故A錯誤；根據(jù)題意金屬棒所受的安培大小不變，x0處與x1處安培大小相等，有，即v10.5 m/s，故B錯誤；金屬棒在x0處的安培力大小為F安0.2 N，對金屬棒從x0運(yùn)動到x1 m過程中，根據(jù)動能定理有WFF安xmv12mv02，代入數(shù)據(jù)解得WF0.175 J，故C正確；根據(jù)電荷量公式qL，x0到x2 m過程中Bx圖象包圍的面積Bx2 Tm2 Tm，q C2 C，故D正確。7如圖所示，相距L = 0.5 m的平行導(dǎo)軌MNS、PQT處在磁感應(yīng)強(qiáng)度B = 0.4 T的勻強(qiáng)磁場中，水平導(dǎo)軌處的磁場方向豎直向上，光滑傾斜導(dǎo)軌處的磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面斜向下。質(zhì)量均為m = 40 g、電阻均為R = 0.1 的導(dǎo)體棒ab、cd均垂直放置于導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌電阻不計。一質(zhì)量M = 200 g的物體C，用絕緣細(xì)線繞過光滑的定滑輪分別與導(dǎo)體棒ab、cd相連接。細(xì)線沿導(dǎo)軌中心線且在導(dǎo)軌平面內(nèi)，細(xì)線及滑輪質(zhì)量不計。已知傾斜導(dǎo)軌與水平面的夾角 = 37，水平導(dǎo)軌與ab棒間的動摩擦因數(shù) = 0.4。重力加速度g = 10 m/s2，水平導(dǎo)軌足夠長，導(dǎo)體棒cd運(yùn)動過程中始終不離開傾斜導(dǎo)軌。物體C由靜止釋放，當(dāng)它達(dá)到最大速度時，下落高度 h = 1 m，試求這一運(yùn)動過程中：（sin 37 = 0.6，cos 37 = 0.8）(1)物體C能達(dá)到的最大速度vm；(2)系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能；(3)細(xì)線對cd棒做的功?！窘馕觥?1)設(shè)C達(dá)到的最大速度為vm，由法拉第電磁感應(yīng)定律，回路的感應(yīng)電動勢為：E = 2BLvm由歐姆定律得回路中的電流強(qiáng)度為金屬導(dǎo)體棒ab、cd受到的安培力為F = BIL設(shè)連接金屬導(dǎo)體棒ab與cd的細(xì)線中張力為T1，連接金屬導(dǎo)體棒ab與物體C的細(xì)線中張力為T2，導(dǎo)體棒ab、cd及物體C的受力如圖： 由平衡條件得：T1 = mgsin 37 +F T2T1Ff T2 Mg聯(lián)立解得：vm = 2 m/s。(2)系統(tǒng)在該過程中產(chǎn)生的內(nèi)能為E1，由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律得：Mgh =(2m+M)v2 + mghsin37 + E1解得：E1 =1.2 J。(3)運(yùn)動過程中由于摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能E2 = mgh = 0.16 J由第二問的計算結(jié)果知，這一過程電流產(chǎn)生的內(nèi)能E3 = E1 E2 =1.04 J又因?yàn)閍b棒、cd棒的電阻相等，故電流通過cd棒產(chǎn)生的內(nèi)能E4=0.52 J對導(dǎo)體棒cd，設(shè)這一過程中細(xì)線對其做的功為W，則由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律得：W = mghsin37 +mv2 + E4聯(lián)立解得：W = 0.84 J。8某小組同學(xué)在研究圖甲所示的電磁槍原理時，繪制了圖乙所示的簡圖(為俯視圖)，圖中兩平行金屬導(dǎo)軌間距為L固定在水平面上，整個裝置處在豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，平行導(dǎo)軌左端電路如圖所示，電源的電動勢為E(內(nèi)阻不計)，電容器的電容為C。一質(zhì)量為m、長度也為L的金屬導(dǎo)體棒垂直于軌道平放在導(dǎo)軌上，忽略摩擦阻力和導(dǎo)軌、導(dǎo)線的電阻，假設(shè)平行金屬導(dǎo)軌足夠長。 (1)將開關(guān)S接a，電源對電容器充電。a求電容器充電結(jié)束時所帶的電荷量Q；b請?jiān)趫D丙中畫出充電過程中電容器兩極板間的電壓u隨電容器所帶電荷量q變化的圖象；借助uq圖象求出穩(wěn)定后電容器儲存的能量E0。(2)電容器充電結(jié)束后，將開關(guān)接b，電容器放電，導(dǎo)體棒由靜止開始運(yùn)動，不計放電電流引起的磁場影響。a已知自由電子的電荷量為e，請你分析推導(dǎo)當(dāng)導(dǎo)體棒獲得最大速度之后，導(dǎo)體棒中某一自由電子所受的電場力與導(dǎo)體棒最大速度之間的關(guān)系式；b導(dǎo)體棒由靜止到獲得最大速度的過程中，由于存在能量損失E損，電容器釋放的能量沒有全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體棒的動能，求E損?！窘馕觥?1)a.電容器充電完畢時其電壓等于電動勢E，電容器所帶的電荷量為：QCE b根據(jù)u，畫出uq圖象如圖所示，圖線與橫軸所圍面積即為電容器儲存的能量，有：E0EQ 聯(lián)立式可得：E0CE2 (2)a.方法一：設(shè)金屬導(dǎo)體棒獲得最大速度vm時，放電電流為零，此時電容器的電壓U與導(dǎo)體棒的感應(yīng)電動勢E棒相等，即：UE棒BLvm 導(dǎo)體棒中恒定電場的場強(qiáng)E場Bvm導(dǎo)體棒中電子所受的電場力FeE場eBvm方法二：金屬導(dǎo)體棒獲得最大速度后做勻速直線運(yùn)動，電路中無電流，運(yùn)動的電子在磁場中受到向下的洛倫茲力，大小為：feBvm由于電子隨導(dǎo)體棒做勻速直線運(yùn)動，則電場力F與洛倫茲力合力為零，即Ff0則：FeBvmb由(1)中結(jié)論可知，導(dǎo)體棒獲得最大速度vm時，電容器儲存的能量為：E1CU2 導(dǎo)體棒由靜止到獲得最大速度的過程中，根據(jù)能量守恒定律有：E0E1mv m2E損 設(shè)此過程電容器放電的電荷量為Q，則QCECU 方法一：設(shè)此過程中的平均電流為，時間為t，根據(jù)動量定理有：BLtmvm0 其中tQ 聯(lián)立式可得：E損方法二：設(shè)任意時刻電路中的電流為i，取一段含此時刻的極短時間t，設(shè)此段時間內(nèi)速度的改變量為v，根據(jù)動量定理有：BLitmv而itQmvmvm0聯(lián)立式可得：E損。