2020高考物理二輪復習 專題九 電磁感應對對練（含解析）

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1、電磁感應 2020年高考必備 2015年 2016年 2017年 2018年 2019年 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 考點一 電磁感應現(xiàn)象　楞次定律 法拉第電磁感應定律 19 15 20 18 15 19 20 14 考點二 電磁感應中的電路和圖象問題 24 20 18 20 21 19 考點三 電磁感應中的動力學和能量問題 24 24 考點

2、一　電磁感應現(xiàn)象　楞次定律　法拉第電磁感應定律 命題角度1“三定則一定律”在電磁感應現(xiàn)象中的應用　 高考真題體驗·對方向 1.(多選)(2018全國Ⅰ·19)如圖,兩個線圈繞在同一根鐵芯上,其中一線圈通過開關與電源連接,另一線圈與遠處沿南北方向水平放置在紙面內的直導線連接成回路.將一小磁針懸掛在直導線正上方,開關未閉合時小磁針處于靜止狀態(tài),下列說法正確的是(　　) A.開關閉合后的瞬間,小磁針的N極朝垂直紙面向里的方向轉動 B.開關閉合并保持一段時間后,小磁針的N極指向垂直紙面向里的方向 C.開關閉合并保持一段時間后,小磁針的N極指向垂直紙面向外的方向 D.開關閉合并保持一段

3、時間再斷開后的瞬間,小磁針的N極朝垂直紙面向外的方向轉動 答案AD 解析如圖甲所示,閉合開關瞬間右邊線圈產(chǎn)生電流,左邊線圈磁通量增強.由楞次定律可知,增反減同,左邊線圈感應磁場方向向左.根據(jù)右手螺旋定則可得鐵芯中電流方向為從南到北.由此可得鐵芯上方磁場為垂直紙面向里,則磁針N極朝垂直紙面向里的方向轉動,故A項正確. 甲 開關閉合并保持一段時間后電路穩(wěn)定,線圈中無磁通量變化,則鐵芯中無電流,小磁針恢復南北指向,故B、C項錯誤;如圖乙所示,開關閉合并保持一段時間再斷開后的瞬間,左邊線圈磁通量減小,由增反減同得其感應磁場方向向右.由右手螺旋定則可得鐵芯中電流由北到南,鐵芯上方磁場為垂

4、直紙面向外,則小磁針的N極朝垂直紙面向外的方向轉動,故D項正確. 乙 2.(2017全國Ⅲ·15) 如圖,在方向垂直于紙面向里的勻強磁場中有一U形金屬導軌,導軌平面與磁場垂直.金屬桿PQ置于導軌上并與導軌形成閉合回路PQRS,一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內,線框與導軌共面.現(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運動,在運動開始的瞬間,關于感應電流的方向,下列說法正確的是(　　) A.PQRS中沿順時針方向,T中沿逆時針方向 B.PQRS中沿順時針方向,T中沿順時針方向 C.PQRS中沿逆時針方向,T中沿逆時針方向 D.PQRS中沿逆時針方向,T中沿順時針方向 答案D 解析金屬

5、桿從靜止開始突然向右運動,產(chǎn)生感應電動勢,感應電流從無到有,根據(jù)右手定則可知,感應電流的方向由Q指向P,PQRS中的電流沿逆時針方向;該感應電流在金屬線框T中產(chǎn)生的磁通量向外,故穿過金屬線框T向里的磁通量減小,根據(jù)楞次定律,T中感應電流沿順時針方向,D正確. 1.判斷感應電流方向的兩種方法 方法一　用楞次定律判斷(“四步法”) 方法二　用右手定則判斷 該方法適用于閉合電路的部分導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電流.判斷時注意掌心、拇指、四指的方向: (1)掌心——磁感線垂直穿入; (2)拇指——指向導體運動的方向; (3)四指——指向感應電流的方向. 2.“三定則一定律”的

6、應用技巧 (1)應用楞次定律時,一般要用到安培定則. (2)研究感應電流受到的安培力時,一般先用右手定則確定電流方向,再用左手定則確定安培力方向,有時也可以直接應用楞次定律的推論確定. 典題演練提能·刷高分 1.(多選)有一個銅盤,與支架之間的阻力非常小,因此輕輕撥動它,就能長時間地繞軸自由轉動.如果在轉動時把蹄形磁鐵的兩極放在銅盤邊緣,但并不與銅盤接觸,如圖所示.下列說法正確的是(　　) A.銅盤能夠在較短的時間內停止轉動 B.銅盤在轉動過程中磁通量將不斷減小 C.銅盤在轉動過程中產(chǎn)生的感應電動勢將不斷減小 D.銅盤邊緣的電勢高于圓心的電勢 答案ACD 解析當銅盤轉動

7、時,切割磁感線,產(chǎn)生感應電動勢,由于電路閉合,則出現(xiàn)感應電流,處于磁場中受到安培力作用,此力阻礙銅盤轉動,銅盤能夠在較短的時間內停止轉動,故A正確;銅盤在轉動過程中磁通量不變,選項B錯誤;銅盤在轉動過程中,由于轉動速度減小,則產(chǎn)生的感應電動勢將不斷減小,選項C正確;由右手定則可知,銅盤邊緣的電勢高于圓心的電勢,選項D正確.故選ACD. 2.(多選)如圖所示,一根長1 m左右的空心鋁管豎直放置(圖甲),及同樣豎直放置的一根長度相同但有豎直裂縫的鋁管(圖乙)和一根長度相同的空心塑料管(圖丙).把一枚磁場很強的小圓柱從上端管口放入管中后,小圓柱最終從下端管口落出.小圓柱在管內運動時,沒有跟鋁管內壁

8、發(fā)生摩擦.設小圓柱在甲、乙、丙三條管中下落的時間分別為t1、t2、t3,則下列關于小圓柱在三管中下落的說法正確的是(　　) A.t1最大,因為鋁管中渦電流產(chǎn)生的磁場阻礙小圓柱的相對運動 B.t2=t3,因為有裂縫的鋁管和塑料管中不會產(chǎn)生感應電流 C.小圓柱在乙管內下落的過程中,管中會產(chǎn)生感應電動勢 D.鋁管可看成一個個小圓環(huán)組成,在小圓柱下落過程中,小圓環(huán)中磁通量發(fā)生變化 答案ACD 解析甲管為無縫鋁管,強磁體下落時,產(chǎn)生電磁感應,阻礙強磁體的運動,乙是有豎直裂縫的鋁管,則小圓柱在鋁管中下落時,在側壁也產(chǎn)生渦流,但對磁體產(chǎn)生向上的阻力較小,下落的加速度小于g.丙管為絕緣體,不產(chǎn)

9、生電磁感應,強磁體沒有阻礙作用.所以磁體穿越甲管的時間比穿越乙管的時間長,磁體穿越乙管的時間比穿越丙管的時間長.故AC正確,B錯誤.小圓柱是強磁體,當它通過完整鋁管時,導致鋁管的磁通量發(fā)生變化,從而產(chǎn)生感應電流,故D正確,故選ACD. 3.如圖甲所示.在同一平面內有兩個絕緣金屬細圓環(huán)A、B,兩環(huán)重疊部分的面積為圓環(huán)A面積的一半,圓環(huán)B中電流i隨時間t的變化關系如圖乙所示,以甲圖圓環(huán)B中所示的電流方向為負,則A環(huán)中(　　) A.沒有感應電流 B.有逆時針方向的感應電流 C.有順時針方向的感應電流 D.感應電流先沿順時針方向,后沿逆時針方向 答案B 解析由于A環(huán)中磁通量變化,所以

10、A環(huán)中有感應電流,A錯誤;根據(jù)楞次定律,A環(huán)中產(chǎn)生逆時針方向的感應電流,B正確,CD錯誤. 命題角度2楞次定律及推論的應用　 高考真題體驗·對方向 　(2019全國Ⅲ·14)楞次定律是下列哪個定律在電磁感應現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)?(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.電阻定律 B.庫侖定律 C.歐姆定律 D.能量守恒定律 答案D 解析增反減同,來拒去留,都反映了電磁感應現(xiàn)象中安培力做負功,把其他形式的能轉化為電能,楞次定律是能量守恒定律在電磁感應現(xiàn)象中的具體體現(xiàn),A、B、C錯誤,D正確. 楞次定律推論的應用技巧 1.線圈(回路)中磁通量變化時,感應電流產(chǎn)生的磁

11、場阻礙原磁通量的變化——“增反減同”; 2.導體與磁體間有相對運動時,感應電流產(chǎn)生的效果阻礙相對運動——“來拒去留”; 當回路可以形變時,感應電流可使線圈面積有擴大或縮小的趨勢——“增縮減擴”; 4.自感現(xiàn)象中,感應電動勢阻礙原電流的變化——“增反減同”. 典題演練提能·刷高分 1.(多選)(2019山東濰坊二模)如圖,螺線管內有平行于軸線的外加磁場,以圖中箭頭所示方向為其正方向.螺線管與導線框abcd相連,導線框內有一閉合小金屬圓環(huán),圓環(huán)與導線框在同一平面內.當螺線管內的磁感應強度B隨時間按圖所示規(guī)律變化時(　　) A.在0~t1時間內,環(huán)有收縮趨勢 B.在t1~t2時間內

12、,環(huán)有擴張趨勢 C.在t1~t2時間內,環(huán)內有逆時針方向的感應電流 D.在t2~t3時間內,環(huán)內有逆時針方向的感應電流 答案BC 解析在0~t1時間內,B均勻增加,則在線圈中產(chǎn)生恒定不變的感生電動勢,則在導線框dcba中形成穩(wěn)定的電流,則此時環(huán)中無感應電流產(chǎn)生,環(huán)也沒有收縮趨勢,選項A錯誤;在t1~t2時間內,B的變化率逐漸減小,則螺線管中的感應電流的磁場方向為從下到上且逐漸減小,在導線框abcd中的磁通量為向外減小,穿過環(huán)的磁通量向外減小,根據(jù)楞次定律可知,環(huán)內有逆時針方向的感應電流,且有擴張趨勢,選項BC正確;在t2~t3時間內,B的方向向下,且B的變化率逐漸減小,則螺線管中的感應

13、電流的磁場方向為從上到下且逐漸減小,在導線框abcd中的磁通量為向里減小,穿過環(huán)的磁通量向里減小,根據(jù)楞次定律可知,環(huán)內有順時針方向的感應電流,選項D錯誤. 2.(2019安徽蚌埠二模)同一平面內固定有一長直導線PQ和一帶缺口的剛性金屬圓環(huán),在圓環(huán)的缺口兩端引出兩根導線,分別與兩塊垂直于圓環(huán)所在平面固定放置的平行金屬板MN連接,如圖甲所示.導線PQ中通有正弦交變電流i,i的變化如圖乙所示,規(guī)定從Q到P為電流的正方向,則在1~2 s內(　　) A.M板帶正電,且電荷量增加 B.M板帶正電,且電荷量減小 C.M板帶負電,且電荷量增加 D.M板帶負電,且電荷量減小 答案A 解析在1

14、~2 s內,穿過金屬圓環(huán)的磁場垂直于紙面向里,磁感應強度變小,穿過金屬圓環(huán)的磁通量變小,磁通量的變化率變大,假設環(huán)閉合,由楞次定律可知感應電流磁場與原磁場方向相同,即感應電流磁場方向垂直于紙面向里,然后由安培定則可知感應電流沿順時針方向,由法拉第電磁感應定律可知感應電動勢增大,由此可知M板電勢高,帶正電,電荷量增加,故A正確,B、C、D錯誤.故選A. 3.一條形磁鐵平放在水平桌面上,一閉合線圈保持在豎直平面內,從條形磁鐵探出桌面的一端的左上方豎直下落,線圈平面垂直于磁鐵(如圖).在線圈通過磁鐵截面的過程中磁鐵一直靜止,關于磁鐵的受力分析正確的是(　　) A.線圈中感應電流的方向不會變化

15、 B.磁鐵受桌面的支持力一直大于重力 C.磁鐵受到桌面的摩擦力一直向右 D.磁鐵受到桌面的摩擦力一直向左 答案B 解析線圈向下運動的過程中穿過線圈的磁通量先增大后減小,根據(jù)楞次定律可知,線圈產(chǎn)生的感應電流的方向一定會發(fā)生變化,故A錯誤;根據(jù)楞次定律可知,線圈向下運動的過程中,產(chǎn)生的感應電流對線圈一直存在阻礙作用,即磁鐵對線圈一直有向上的作用力,根據(jù)牛頓第三定律可知,線圈對磁鐵一直有向下的作用力,所以磁鐵受桌面的支持力一直大于重力,故B正確;根據(jù)楞次定律,線圈在桌面以上時,線圈對磁鐵的作用力的方向為向右下方,所以磁鐵還要受到向左的摩擦力;而線圈在桌面以下時,線圈對磁鐵的作用力的方向為向

16、左下方,所以磁鐵還要受到向右的摩擦力,故CD錯誤.故選B. 命題角度3感應電動勢大小的計算　 高考真題體驗·對方向 1.(多選)(2018全國Ⅲ·20)如圖(a),在同一平面內固定有一長直導線PQ和一導線框R,R在PQ的右側.導線PQ中通有正弦式交變電流i,i的變化如圖(b)所示,規(guī)定從Q到P為電流正方向.導線框R中的感應電動勢(　　) A.在t=T4時為零 B.在t=T2時改變方向 C.在t=T2時最大,且沿順時針方向 D.在t=T時最大,且沿順時針方向 答案AC 解析PQ中的電流在導線框R中產(chǎn)生變化的磁場,所以線框R中的磁通量變化規(guī)律和PQ中電流的變化規(guī)律相同,PQ中

17、電流在T4時刻變化率為零,即線框R中的磁通量的變化率為零,線框中R產(chǎn)生的感應電動勢為零,A選項正確;T2時刻PQ中電流變化最快,即線框R中磁通量變化最快,斜率正負沒有發(fā)生變化,所以感應電動勢的方向沒有發(fā)生變化,B選項錯誤;在T2時刻,線框R中的磁通量從向內減弱變?yōu)橄蛲庠鰪?感應電流的磁場方向垂直紙面向里,感應電動勢為順時針方向,C選項正確;在T時刻,線框R中的磁場從垂直紙面向外減弱變?yōu)榇怪奔埫嫦蚶镌鰪?感應電流的磁場方向垂直紙面向外,感應電動勢為逆時針方向,D選項錯誤. 2.(多選)(2016全國Ⅱ·20)法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖所示.銅圓盤安裝在豎直的銅軸上,兩銅片P、Q分別與圓盤的邊

18、緣和銅軸接觸.圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中.圓盤旋轉時,關于流過電阻R的電流,下列說法正確的是(　　) A.若圓盤轉動的角速度恒定,則電流大小恒定 B.若從上向下看,圓盤順時針轉動,則電流沿a到b的方向流動 C.若圓盤轉動方向不變,角速度大小發(fā)生變化,則電流方向可能發(fā)生變化 D.若圓盤轉動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍,則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍 答案AB 解析根據(jù)右手定則,轉動過程中產(chǎn)生電流的方向只與圓盤轉動方向有關,C選項錯誤;當圓盤順時針轉動時,圓盤中電流方向應由P到圓心,通過電阻的電流方向為a→b,B選項正確;設圓盤半徑為r,則圓盤產(chǎn)生的感應電動勢大小為E=Br

19、22ω,I=ER總∝ω,A選項正確;電流在R上產(chǎn)生的熱功率P=I2R=ER總2·R∝ω2,角速度為原來的2倍,熱功率應為原來的4倍,D選項錯誤. 1.應用法拉第電磁感應定律解題的一般步驟 (1)分析穿過閉合電路的磁場方向及磁通量的變化情況; (2)利用楞次定律確定感應電流的方向; (3)靈活選擇法拉第電磁感應定律的不同表達形式列方程求解. 2.幾點注意 (1)公式E=nΔΦΔt是求解回路某段時間內平均電動勢的最佳選擇. (2)用公式E=nSΔBΔt求感應電動勢時,S為線圈在磁場范圍內的有效面積. (3)通過某一回路截面的電荷量q僅與n、ΔΦ和回路總電阻R總有關,與時間長短無關.推導如下:q= - 9 -