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2019年高考物理真題分類匯編 專題10 電磁感應(yīng) 考點一　電磁感應(yīng)現(xiàn)象　楞次定律 1.(xx課標Ⅰ,14,6分)在法拉第時代,下列驗證“由磁產(chǎn)生電”設(shè)想的實驗中,能觀察到感應(yīng)電流的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路,然后觀察電流表的變化 B.在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈,然后觀察電流表的變化 C.將一房間內(nèi)的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接,往線圈中插入條形磁鐵后,再到相鄰房間去觀察電流表的變化 D.繞在同一鐵環(huán)上的兩個線圈,分別接電源和電流表,在給線圈通電或斷電的瞬間,觀察電流表的變化 答案　D　 2.(xx大綱全國,20,6分)很多相同的絕緣銅圓環(huán)沿豎直方向疊放,形成一很長的豎直圓筒。一條形磁鐵沿圓筒的中心軸豎直放置,其下端與圓筒上端開口平齊。讓條形磁鐵從靜止開始下落。條形磁鐵在圓筒中的運動速率(　　) A.均勻增大 B.先增大,后減小 C.逐漸增大,趨于不變 D.先增大,再減小,最后不變 答案　C　 3.(xx廣東理綜,15,4分)如圖所示,上下開口、內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置,小磁塊先后在兩管中從相同高度處由靜止釋放,并落至底部,則小磁塊(　　) A.在P和Q中都做自由落體運動 B.在兩個下落過程中的機械能都守恒 C.在P中的下落時間比在Q中的長 D.落至底部時在P中的速度比在Q中的大 答案　C　 4.(xx山東理綜,16,6分)(多選)如圖,一端接有定值電阻的平行金屬軌道固定在水平面內(nèi),通有恒定電流的長直絕緣導(dǎo)線垂直并緊靠軌道固定,導(dǎo)體棒與軌道垂直且接觸良好。在向右勻速通過M、N兩區(qū)的過程中,導(dǎo)體棒所受安培力分別用FM、FN表示。不計軌道電阻。以下敘述正確的是(　　) A.FM向右 B.FN向左 C.FM逐漸增大 D.FN逐漸減小 答案　BCD　 5.(xx四川理綜,6,6分)(多選)如圖所示,不計電阻的光滑U形金屬框水平放置,光滑、豎直玻璃擋板H、P固定在框上,H、P的間距很小。質(zhì)量為0.2 kg的細金屬桿CD恰好無擠壓地放在兩擋板之間,與金屬框接觸良好并圍成邊長為1 m的正方形,其有效電阻為0.1 Ω。此時在整個空間加方向與水平面成30角且與金屬桿垂直的勻強磁場,磁感應(yīng)強度隨時間變化規(guī)律是B=(0.4-0.2t)T,圖示磁場方向為正方向?？颉醢搴蜅U不計形變。則(　　) A.t=1 s時,金屬桿中感應(yīng)電流方向從C到D B.t=3 s時,金屬桿中感應(yīng)電流方向從D到C C.t=1 s時,金屬桿對擋板P的壓力大小為0.1 N D.t=3 s時,金屬桿對擋板H的壓力大小為0.2 N 答案　AC　 6.(xx重慶理綜,8,16分)某電子天平原理如圖所示,E形磁鐵的兩側(cè)為N極,中心為S極,兩極間的磁感應(yīng)強度大小均為B,磁極寬度均為L,忽略邊緣效應(yīng)。一正方形線圈套于中心磁極,其骨架與秤盤連為一體,線圈兩端C、D與外電路連接。當質(zhì)量為m的重物放在秤盤上時,彈簧被壓縮,秤盤和線圈一起向下運動(骨架與磁極不接觸),隨后外電路對線圈供電,秤盤和線圈恢復(fù)到未放重物時的位置并靜止,由此時對應(yīng)的供電電流I可確定重物的質(zhì)量。已知線圈匝數(shù)為n,線圈電阻為R,重力加速度為g。問 (1)線圈向下運動過程中,線圈中感應(yīng)電流是從C端還是從D端流出? (2)供電電流I是從C端還是從D端流入?求重物質(zhì)量與電流的關(guān)系。 (3)若線圈消耗的最大功率為P,該電子天平能稱量的最大質(zhì)量是多少? 答案　(1)感應(yīng)電流從C端流出 (2)外加電流從D端流入　m=I (3) 考點二　法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 互感 7.(xx江蘇單科,1,3分)如圖所示,一正方形線圈的匝數(shù)為n,邊長為a,線圈平面與勻強磁場垂直,且一半處在磁場中。在Δt時間內(nèi),磁感應(yīng)強度的方向不變,大小由B均勻地增大到2B。在此過程中,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為(　　) A. B. C. D. 答案　B　 8.(xx課標Ⅰ,18,6分)如圖(a),線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上。在ab線圈中通以變化的電流。用示波器測得線圈cd間電壓如圖(b)所示。已知線圈內(nèi)部的磁場與流經(jīng)線圈的電流成正比,則下列描述線圈ab中電流隨時間變化關(guān)系的圖中,可能正確的是(　　) 答案　C　 9.(xx課標Ⅱ,25,19分)半徑分別為r和2r的同心圓形導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi),一長為r、質(zhì)量為m且質(zhì)量分布均勻的直導(dǎo)體棒AB置于圓導(dǎo)軌上面,BA的延長線通過圓導(dǎo)軌中心O,裝置的俯視圖如圖所示。整個裝置位于一勻強磁場中,磁感應(yīng)強度的大小為B,方向豎直向下。在內(nèi)圓導(dǎo)軌的C點和外圓導(dǎo)軌的D點之間接有一阻值為R的電阻(圖中未畫出)。直導(dǎo)體棒在水平外力作用下以角速度ω繞O逆時針勻速轉(zhuǎn)動,在轉(zhuǎn)動過程中始終與導(dǎo)軌保持良好接觸。設(shè)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ,導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻均可忽略。重力加速度大小為g。求 (1)通過電阻R的感應(yīng)電流的方向和大小; (2)外力的功率。 答案　(1)　方向:由C端到D端 (2)μmgωr+ 10.(xx浙江理綜,24,20分)某同學(xué)設(shè)計一個發(fā)電測速裝置,工作原理如圖所示。一個半徑為R=0.1 m的圓形金屬導(dǎo)軌固定在豎直平面上,一根長為R的金屬棒OA,A端與導(dǎo)軌接觸良好,O端固定在圓心處的轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)軸的左端有一個半徑為r=R/3的圓盤,圓盤和金屬棒能隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動。圓盤上繞有不可伸長的細線,下端掛著一個質(zhì)量為m=0.5 kg的鋁塊。在金屬導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面向右的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B=0.5 T。a點與導(dǎo)軌相連,b點通過電刷與O端相連。測量a、b兩點間的電勢差U可算得鋁塊速度。鋁塊由靜止釋放,下落h=0.3 m時,測得U=0.15 V。(細線與圓盤間沒有滑動,金屬棒、導(dǎo)軌、導(dǎo)線及電刷的電阻均不計,重力加速度g=10 m/s2) (1)測U時,與a點相接的是電壓表的“正極”還是“負極”? (2)求此時鋁塊的速度大小; (3)求此下落過程中鋁塊機械能的損失。 答案　(1)正極　(2)2 m/s　(3)0.5 J 考點三　電磁感應(yīng)中的圖象問題 11.(xx安徽理綜,23,16分)如圖1所示,勻強磁場的磁感應(yīng)強度B為0.5 T,其方向垂直于傾角θ為30的斜面向上。絕緣斜面上固定有“”形狀的光滑金屬導(dǎo)軌MPN(電阻忽略不計),MP和NP長度均為2.5 m,MN連線水平,長為3 m。以MN中點O為原點、OP為x軸建立一維坐標系Ox。一根粗細均勻的金屬桿CD,長度d為3 m、質(zhì)量m為1 kg、電阻R為0.3 Ω,在拉力F的作用下,從MN處以恒定速度v=1 m/s在導(dǎo)軌上沿x軸正向運動(金屬桿與導(dǎo)軌接觸良好)。g取10 m/s2。 (1)求金屬桿CD運動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E及運動到x=0.8 m處電勢差UCD; (2)推導(dǎo)金屬桿CD從MN處運動到P點過程中拉力F與位置坐標x的關(guān)系式,并在圖2中畫出F-x關(guān)系圖象; (3)求金屬桿CD從MN處運動到P點的全過程產(chǎn)生的焦耳熱。 答案　(1)金屬桿CD在勻速運動中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 E=Blv(l=d),解得E=1.5 V　(D點電勢高) 當x=0.8 m時,金屬桿在導(dǎo)軌間的電勢差為零。設(shè)此時桿在導(dǎo)軌外的長度為l外,則 l外=d-d、OP=,得l外=1.2 m 由楞次定律判斷D點電勢高,故CD兩端電勢差 UCD=-Bl外v,即UCD=-0.6 V (2)桿在導(dǎo)軌間的長度l與位置x關(guān)系是l=d=3-x 對應(yīng)的電阻Rl為Rl=R,電流I= 桿受的安培力F安=BIl=7.5-3.75x 根據(jù)平衡條件得F=F安+mg sin θ F=12.5-3.75x(0≤x≤2) 畫出的F-x圖象如圖所示。 (3)外力F所做的功WF等于F-x圖線下所圍的面積,即 WF=2 J=17.5 J 而桿的重力勢能增加量ΔEp=mg sin θ 故全過程產(chǎn)生的焦耳熱Q=WF-ΔEp=7.5 J 考點四　電磁感應(yīng)的綜合問題 12.(xx安徽理綜,20,6分)英國物理學(xué)家麥克斯韋認為,磁場變化時會在空間激發(fā)感生電場。如圖所示,一個半徑為r的絕緣細圓環(huán)水平放置,環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強磁場B,環(huán)上套一帶電荷量為+q的小球。已知磁感應(yīng)強度B隨時間均勻增加,其變化率為k,若小球在環(huán)上運動一周,則感生電場對小球的作用力所做功的大小是(　　) A.0 B.r2qk C.2πr2qk D.πr2qk 答案　D　 13.(xx天津理綜,11,18分)如圖所示,兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角θ=30的斜面上,導(dǎo)軌電阻不計,間距L=0.4 m。導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN,Ⅰ中的勻強磁場方向垂直斜面向下,Ⅱ中的勻強磁場方向垂直斜面向上,兩磁場的磁感應(yīng)強度大小均為B=0.5 T。在區(qū)域Ⅰ中,將質(zhì)量m1=0.1 kg,電阻R1=0.1 Ω的金屬條ab放在導(dǎo)軌上,ab剛好不下滑。然后,在區(qū)域Ⅱ中將質(zhì)量m2=0.4 kg,電阻R2=0.1 Ω的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上,由靜止開始下滑。cd在滑動過程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場中,ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸,取g=10 m/s2。問 (1)cd下滑的過程中,ab中的電流方向; (2)ab剛要向上滑動時,cd的速度v多大; (3)從cd開始下滑到ab剛要向上滑動的過程中,cd滑動的距離x=3.8 m,此過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少。 答案　(1)由a流向b　(2)5 m/s　(3)1.3 J 14.(xx江蘇單科,13,15分)如圖所示,在勻強磁場中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間距為L,長為3d,導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為θ,在導(dǎo)軌的中部刷有一段長為d的薄絕緣涂層。勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為B,方向與導(dǎo)軌平面垂直。質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放,在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運動,并一直勻速滑到導(dǎo)軌底端。導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直,且僅與涂層間有摩擦,接在兩導(dǎo)軌間的電阻為R,其他部分的電阻均不計,重力加速度為g。求: (1)導(dǎo)體棒與涂層間的動摩擦因數(shù)μ; (2)導(dǎo)體棒勻速運動的速度大小v; (3)整個運動過程中,電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q。 答案　(1)tan θ　(2) (3)2mgd sin θ- 15.(xx北京理綜,24,20分) 導(dǎo)體切割磁感線的運動可以從宏觀和微觀兩個角度來認識。如圖所示,固定于水平面的U形導(dǎo)線框處于豎直向下的勻強磁場中,金屬直導(dǎo)線MN在與其垂直的水平恒力F作用下,在導(dǎo)線框上以速度v做勻速運動,速度v與恒力F方向相同;導(dǎo)線MN始終與導(dǎo)線框形成閉合電路。已知導(dǎo)線MN電阻為R,其長度L恰好等于平行軌道間距,磁場的磁感應(yīng)強度為B。忽略摩擦阻力和導(dǎo)線框的電阻。 (1)通過公式推導(dǎo)驗證:在Δt時間內(nèi),F對導(dǎo)線MN所做的功W等于電路獲得的電能W電,也等于導(dǎo)線MN中產(chǎn)生的焦耳熱Q; (2)若導(dǎo)線MN的質(zhì)量m=8.0 g、長度L=0.10 m,感應(yīng)電流I=1.0 A,假設(shè)一個原子貢獻1個自由電子,計算導(dǎo)線MN中電子沿導(dǎo)線長度方向定向移動的平均速率ve(下表中列出一些你可能會用到的數(shù)據(jù)); 阿伏加德羅常數(shù)NA 6.01023 mol-1 元電荷e 1.610-19 C 導(dǎo)線MN的摩爾質(zhì)量μ 6.010-2 kg/mol 　　(3)經(jīng)典物理學(xué)認為,金屬的電阻源于定向運動的自由電子與金屬離子(即金屬原子失去電子后的剩余部分)的碰撞。展開你想象的翅膀,給出一個合理的自由電子的運動模型;在此基礎(chǔ)上,求出導(dǎo)線MN中金屬離子對一個自由電子沿導(dǎo)線長度方向的平均作用力的表達式。 答案　(1)電動勢E=BLv 導(dǎo)線勻速運動,受力平衡F=F安=BIL 在Δt時間內(nèi), 外力F對導(dǎo)線做功W=FvΔt=F安vΔt=BILvΔt 電路獲得的電能W電=qE=IEΔt=BILvΔt 可見,F對導(dǎo)線MN所做的功等于電路獲得的電能W電; 導(dǎo)線MN中產(chǎn)生的焦耳熱Q=I2RΔt=IΔtIR=qE=W電 可見,電路獲得的電能W電等于導(dǎo)線MN中產(chǎn)生的焦耳熱Q。 (2)7.810-6 m/s　(3)下述解法的共同假設(shè):所有自由電子(簡稱電子,下同)以同一方式運動。 方法一:動量解法 設(shè)電子在每一次碰撞結(jié)束至下一次碰撞結(jié)束之間的運動都相同,經(jīng)歷的時間為Δt,電子的動量變化為零。 因為導(dǎo)線MN的運動,電子受到沿導(dǎo)線方向的洛倫茲力f洛的作用 f洛=evB 沿導(dǎo)線方向,電子只受到金屬離子的作用力和f洛作用,所以 f洛Δt-If=0 其中If為金屬離子對電子的作用力的沖量,其平均作用力為,則If=Δt 得=f洛=evB 方法二:能量解法 設(shè)電子從導(dǎo)線的一端到達另一端經(jīng)歷的時間為t,在這段時間內(nèi),通過導(dǎo)線一端的電子總數(shù) N= 電阻上產(chǎn)生的焦耳熱是由于克服金屬離子對電子的平均作用力做功產(chǎn)生的。 在時間t內(nèi) 總的焦耳熱Q=NL 由能量守恒得Q=W電=EIt=BLvIt 所以=evB 方法三:動力學(xué)解法 因為電流不變,所以假設(shè)電子以速度ve相對導(dǎo)線做勻速直線運動。 因為導(dǎo)線MN的運動,電子受到沿導(dǎo)線方向的洛倫茲力f洛的作用, f洛=evB 沿導(dǎo)線方向,電子只受到金屬離子的平均作用力和f洛作用,二力平衡 即=f洛=evB 16.(xx福建理綜,22,20分)如圖,某一新型發(fā)電裝置的發(fā)電管是橫截面為矩形的水平管道,管道的長為L、寬為d、高為h,上下兩面是絕緣板,前后兩側(cè)面M、N是電阻可忽略的導(dǎo)體板,兩導(dǎo)體板與開關(guān)S和定值電阻R相連。整個管道置于磁感應(yīng)強度大小為B,方向沿z軸正方向的勻強磁場中。管道內(nèi)始終充滿電阻率為ρ的導(dǎo)電液體(有大量的正、負離子),且開關(guān)閉合前后,液體在管道進、出口兩端壓強差的作用下,均以恒定速率v0沿x軸正向流動,液體所受的摩擦阻力不變。 (1)求開關(guān)閉合前,M、N兩板間的電勢差大小U0; (2)求開關(guān)閉合前后,管道兩端壓強差的變化Δp; (3)調(diào)整矩形管道的寬和高,但保持其它量和矩形管道的橫截面積S=dh不變,求電阻R可獲得的最大功率Pm及相應(yīng)的寬高比d/h的值。 答案　(1)Bdv0　(2)　(3)