高三物理專(zhuān)題訓(xùn)練之法拉第電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用

1、.2019屆高三物理專(zhuān)題訓(xùn)練之 法拉第電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用典例1. 2019·全國(guó)卷II·18如圖，在同一平面內(nèi)有兩根平行長(zhǎng)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間存在依次相鄰的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(zhǎng)為的正方形金屬線框在導(dǎo)軌上向左勻速運(yùn)動(dòng)，線框中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的正確圖線可能是 典例2. 2019·全國(guó)卷III·20如圖a，在同一平面內(nèi)固定有一長(zhǎng)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(dòng)勢(shì) A. 在時(shí)為零B. 在時(shí)改變方向C.

2、 在時(shí)最大，且沿順時(shí)針?lè)较駾. 在時(shí)最大，且沿順時(shí)針?lè)较?如圖，閉合銅制線框用細(xì)線懸掛，靜止時(shí)其下半部分位于與線框平面垂直的磁場(chǎng)中。假設(shè)將細(xì)線剪斷后線框仍能靜止在原處，那么磁場(chǎng)的的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化規(guī)律可能的是 2. 在如下圖的電路中，兩個(gè)靈敏電流表G1和G2的零點(diǎn)都在刻度盤(pán)中央，當(dāng)電流從“接線柱流入時(shí)，指針向右擺；電流從“接線柱流入時(shí)，指針向左擺。在電路接通后再斷開(kāi)的瞬間，以下說(shuō)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3. 多項(xiàng)選擇如圖甲所示，螺線管內(nèi)有一平行于軸線的磁場(chǎng)，規(guī)定圖

3、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(shí)間按圖乙所示規(guī)律變化時(shí)，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是A. 在t1時(shí)刻，金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量最大，最大值m=B0SB. 在t2時(shí)刻，金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量最大C. 在t1 t2時(shí)間內(nèi)，金屬圓環(huán)L有擴(kuò)張的趨勢(shì)D. 在t1 t2時(shí)間內(nèi)，金屬圓環(huán)L內(nèi)有順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流4多項(xiàng)選擇如圖甲所示，一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線框固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)圖中未畫(huà)出中，磁場(chǎng)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

4、培力F的正方向，線框中電流i沿abcd方向時(shí)為正，在04 s時(shí)間內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化規(guī)律如圖乙所示，那么以下圖象所表示的關(guān)系正確的選項(xiàng)是5. 多項(xiàng)選擇物理和數(shù)學(xué)有嚴(yán)密的聯(lián)絡(luò)，解決物理問(wèn)題經(jīng)常要求同學(xué)們要有一定的數(shù)學(xué)功底。如下圖，一個(gè)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(chǎng)，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(zhǎng)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的速度程度向右勻速運(yùn)動(dòng)。那么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

5、F要做0.192 J功才能把線框拉過(guò)磁場(chǎng)區(qū)D. 拉力F要做0.216 J功才能把線框拉過(guò)磁場(chǎng)區(qū)6多項(xiàng)選擇如圖甲所示，平行光滑金屬導(dǎo)軌程度放置，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(jì)。導(dǎo)軌x>0一側(cè)存在沿x正方向均勻增大的磁場(chǎng)，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(dòng)，且金屬棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的安培力大小不變。以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是A金屬棒向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)B金屬棒在x1 m處的速度大小為1

6、.5 m/sC金屬棒從x0運(yùn)動(dòng)到x1 m過(guò)程中，外力F所做的功為0.175 JD金屬棒從x0運(yùn)動(dòng)到x2 m過(guò)程中，流過(guò)金屬棒的電荷量為2 C7如下圖，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(chǎng)中，程度導(dǎo)軌處的磁場(chǎng)方向豎直向上，光滑傾斜導(dǎo)軌處的磁場(chǎng)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(jì)。一質(zhì)量M = 200 g的物體C，用絕緣細(xì)線繞過(guò)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(jì)。傾斜導(dǎo)軌與程度面的夾

7、角 = 37°，程度導(dǎo)軌與ab棒間的動(dòng)摩擦因數(shù) = 0.4。重力加速度g = 10 m/s2，程度導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，導(dǎo)體棒cd運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終不分開(kāi)傾斜導(dǎo)軌。物體C由靜止釋放，當(dāng)它到達(dá)最大速度時(shí)，下落高度 h = 1 m，試求這一運(yùn)動(dòng)過(guò)程中：sin 37° = 0.6，cos 37° = 0.81物體C能到達(dá)的最大速度vm；2系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能；3細(xì)線對(duì)cd棒做的功。8某小組同學(xué)在研究圖甲所示的電磁槍原理時(shí)，繪制了圖乙所示的簡(jiǎn)圖為俯視圖，圖中兩平行金屬導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)固定在程度面上，整個(gè)裝置處在豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，平行導(dǎo)軌左端電路如下圖，電源的電動(dòng)勢(shì)為E內(nèi)阻不計(jì)

8、，電容器的電容為C。一質(zhì)量為m、長(zhǎng)度也為L(zhǎng)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(zhǎng)。 1將開(kāi)關(guān)S接a，電源對(duì)電容器充電。a求電容器充電完畢時(shí)所帶的電荷量Q；b請(qǐng)?jiān)趫D丙中畫(huà)出充電過(guò)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(chǔ)存的能量E0。2電容器充電完畢后，將開(kāi)關(guān)接b，電容器放電，導(dǎo)體棒由靜止開(kāi)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，不計(jì)放電電流引起的磁場(chǎng)影響。a自由電子的電荷量為e，請(qǐng)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(chǎng)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(guò)程中，由于存在能量損

9、失E損，電容器釋放的能量沒(méi)有全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體棒的動(dòng)能，求E損。典例1.【解析】第一過(guò)程從挪動(dòng)的過(guò)程中，左邊導(dǎo)體棒切割產(chǎn)生的電流方向是順時(shí)針，右邊切割磁感線產(chǎn)生的電流方向也是順時(shí)針，兩根棒切割產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)方向一樣所以E = 2Blv，那么電流為，電流恒定且方向?yàn)轫槙r(shí)針。在從挪動(dòng)到的過(guò)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(guò)程中，左邊切割產(chǎn)生的電流方向逆時(shí)針，而右邊切割產(chǎn)生的電流方向也是逆時(shí)針，所以電流的大小為，方向是逆時(shí)針。當(dāng)線框再向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，左邊切割產(chǎn)生的電流方向順時(shí)針，右邊切割產(chǎn)生的電流方向是逆時(shí)針，此時(shí)回路中電流表現(xiàn)為零，故線圈在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電流

10、是周期性變化，故D正確。【答案】D典例2.【解析】由圖b可知，導(dǎo)線PQ中電流在t = T/4時(shí)到達(dá)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(shí)導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，選項(xiàng)A正確；在t = T/2時(shí)，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(shí)，導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向不變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由于在t = T/2時(shí)，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(shí)導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，由楞次定律可判斷出感應(yīng)電

11、動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，選項(xiàng)C正確；由楞次定律可判斷出在t = T時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍x項(xiàng)D錯(cuò)誤。【答案】AC1【答案】B2.【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(kāi)時(shí)，線圈L中電流減小，產(chǎn)生與原方向同向的自感電動(dòng)勢(shì)，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.【答案】BD【解析】當(dāng)螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間按圖乙所示規(guī)律變化時(shí)，在導(dǎo)線框cdef內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，在t1時(shí)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(cuò)誤；在t2時(shí)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

12、正確；在t1 t2時(shí)間內(nèi)，金屬圓環(huán)L有收縮的趨勢(shì)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由楞次定律，在t1 t2時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)線框cdef內(nèi)產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较蚋袘?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(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流，選項(xiàng)D正確。4【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(shí)為正；由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，感應(yīng)電流I，由Bt圖象可知，在每一時(shí)間段內(nèi)，是定值，在各時(shí)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，那么安培力F均勻變化，不是定值，A正確B錯(cuò)誤；由圖示Bt圖象可知，01 s時(shí)間內(nèi)，B減小，減小，由

13、楞次定律可知，感應(yīng)電流是逆時(shí)針?lè)较?，為正值；同?2 s，磁場(chǎng)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(shí)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(shí)針?lè)较颍袘?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(shí)針?lè)较?，感?yīng)電流是負(fù)的，故C錯(cuò)誤D正確。5.【答案】AC6【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(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dòng)的速度位移公式v2v022ax，假如是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，v2與

14、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(dòng)，故A錯(cuò)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(cuò)誤；金屬棒在x0處的安培力大小為F安0.2 N，對(duì)金屬棒從x0運(yùn)動(dòng)到x1 m過(guò)程中，根據(jù)動(dòng)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(guò)程中Bx圖象包圍的面積B·x×2 T·m2 T·m，q C2 C，故D正確。7【解析】1設(shè)C到達(dá)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(dòng)勢(shì)為：E = 2BLvm由歐姆定律

15、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T(mén)1，連接金屬導(dǎo)體棒ab與物體C的細(xì)線中張力為T(mén)2，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(guò)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+Mv2 + mghsin37° + E1解得：E1 =1.2 J。3運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能E2 = mgh = 0.16 J由第二問(wèn)的計(jì)算結(jié)果知，這一過(guò)程電流產(chǎn)生的內(nèi)能E3 = E1 E2 =1.0

16、4 J又因?yàn)閍b棒、cd棒的電阻相等，故電流通過(guò)cd棒產(chǎn)生的內(nèi)能E4=0.52 J對(duì)導(dǎo)體棒cd，設(shè)這一過(guò)程中細(xì)線對(duì)其做的功為W，那么由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律得：W = mghsin37 ° +mv2 + E4聯(lián)立解得：W = 0.84 J。8【解析】1a.電容器充電完畢時(shí)其電壓等于電動(dòng)勢(shì)E，電容器所帶的電荷量為：QCE b根據(jù)u，畫(huà)出uq圖象如下圖，圖線與橫軸所圍面積即為電容器儲(chǔ)存的能量，有：E0EQ 聯(lián)立式可得：E0CE2 2a.方法一：設(shè)金屬導(dǎo)體棒獲得最大速度vm時(shí)，放電電流為零，此時(shí)電容器的電壓U與導(dǎo)體棒的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E棒相等，即：UE棒BLvm 導(dǎo)體棒中恒定電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E場(chǎng)Bvm導(dǎo)體棒中電子所受的電場(chǎng)力FeE場(chǎng)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(dòng)，電路中無(wú)電流，運(yùn)動(dòng)的電子在磁場(chǎng)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(dòng)，那么電場(chǎng)力F與洛倫茲