十年高考试题分类解析物理 专题 电磁感应图像问题.docx

1、十年高考试题分类解析物理 专题 电磁感应图像问题（十七）电磁感应图像问题一2012年高考题1（2012重庆理综）如题图21图所示，正方形区域MNPQ内有垂直纸面向里的匀强磁场，在外力作用下，一正方形闭合刚性导线框沿QN方向匀速运动，t=0时刻，其四个顶点M、N、P、Q恰好在磁场边界中点，下列图像中能反映线框所受安培力f的大小随时间t变化规律的是【答案】：B【解析】：由法拉第电磁感应定律闭合电路欧姆定律和安培力公式可知能反映线框所受安培力f的大小随时间t变化规律的是B【考点定位】此题考查电磁感应及其相关知识。2. （2012新课标理综）如图，一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内，线框在长

2、直导线右侧，且其长边与长直导线平行。已知在t=0到t=t1的时间间隔内，直导线中电流i发生某种变化，而线框中感应电流总是沿顺时针方向；线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。设电流i正方向与图中箭头方向相同，则i随时间t变化的图线可能是2.【答案】：A【解析】：由楞次定律可判断出i随时间t变化的图线可能是A。【考点定位】此题楞次定律、图象及其相关知识。3（2012福建理综）如图甲，一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落，穿过一根竖直悬挂的条形磁铁，铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴始终保持重合。若取磁铁中心O为坐标原点，建立竖直向下正方向的x轴，则图乙中最能正确反映环中感应电流i随环心位置坐标x

3、变化的关系图像是3.【答案】：B【解析】：一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落，穿过一根竖直悬挂的条形磁铁，铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴始终保持重合，圆环中磁通量变化不均匀，产生的感应电流不是线性变化。铜环下落到磁铁顶端的速度小于下落到磁铁底端的速度，铜环下落到磁铁顶端产生的感应电流小于下落到磁铁底端产生的感应电流，选项B正确。4（2012福建理综）如图甲，在圆柱形区域内存在一方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在此区域内，沿水平面固定一半径为r的圆环形光滑细玻璃管，环心0在区域中心。一质量为m、带电量为q（q0）的小球，在管内沿逆时针方向（从上向下看）做圆周运动。已知磁感应强度大小B

4、随时间t的变化关系如图乙所示，其中T0=。设小球在运动过程中电量保持不变，对原磁场的影响可忽略。（1）在t=0到t=T0这段时间内，小球不受细管侧壁的作用力，求小球的速度大小v0；（2）在竖直向下的磁感应强度增大过程中，将产生涡旋电场，其电场线是在水平面内一系列沿逆时针方向的同心圆，同一条电场线上各点的场强大小相等。试求t=T0到t=1.5T0这段时间内：细管内涡旋电场的场强大小E；电场力对小球做的功W。【解析】：（1）小球运动时不受细管侧壁的作用力，小球所受洛伦兹力提供向心力，qv0B0=m，解得：v0=。(2) 在T0到1.5 T0这段时间内，细管内一周的感应电动势，E感=r2，由图乙可知

5、，=2B0/T0。由于同一条电场线上各点的电场强度大小相等，所以，E感=2r E。而T0=。联立解得：细管内涡旋电场的场强大小E=。在T0到1.5 T0这段时间内，小球沿切线方向的加速度大小恒为：a=qE/m，小球运动的末速度大小：v= v0+at，由图乙可知，t =0.5T。由联立解得：v= v0=。由动能定理，电场力对小球做的功W=mv2-mv02。由联立解得：W= mv02=。5.（22分）（2012浙江理综）为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了一种“闪烁”装置。如图所示，自行车后轮由半径r1=5.010-2m的金属内圈、半径r2=0.40m的金属外圈和绝缘幅条构成。后轮的内、

6、外圈之间等间隔地接有4根金属条，每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡。在支架上装有磁铁，形成了磁感应强度B=0.10T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场，其内半径为r1、外半径为r2、张角=/6 。后轮以角速度=2rad/s相对于转轴转动。若不计其它电阻，忽略磁场的边缘效应。（1）当金属条ab进入“扇形”磁场时，求感应电动势E，并指出ab上的电流方向；（2）当金属条ab进入“扇形”磁场时，画出“闪烁”装置的电路图；（3）从金属条ab进入“扇形”磁场时开始，经计算画出轮子一圈过程中，内圈与外圈之间电势差Uab随时间t变化的Uab-t图象；（4）若选择的是“1.5V、0.3A”的小灯泡，

7、该“闪烁”装置能否正常工作？有同学提出，通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度和张角等物理量的大小，优化前同学的设计方案，请给出你的评价。设ab离开磁场区域的时刻为t1，下一根金属条进入磁场区域的时刻为t2，t1=s，t2=s，设轮子转一圈的时间为T，T=1s。在T=1s内，金属条有四次进出磁场区域，后三次与第一次相同。由此可画出如下的Uab-t图象。（4）“闪烁”装置不能正常工作。（金属条的感应电动势只有4.910-2V，远小于小灯泡的额定电压，由此无法工作。）磁感应强度B增大，感应电动势E增大，但是有限度；后轮外圈半径r2增大，感应电动势E增大，但是有限度；角速度增大，感应电动势E

8、增大，但是有限度；张角增大，感应电动势E不变。二2011年高考题1.（2011江苏物理第5题）如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计。匀强磁场与导轨平面垂直。阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触。t=0时，将开关S由1掷到2。Q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度。下列图象正确的是【解析】：t=0时，将开关S由1掷到2，电容器通过导轨、导体棒构成的回路放电，导体棒中有电流通过，导体棒受到安培力作用，导体棒产生加速度，导体棒做加速运动；导体棒速度逐渐增大，导体棒切割磁感线产生与放电电流方向相反的感应电动势。由于放电电流逐渐减小，导体棒的

9、加速度逐渐减小，导体棒做加速度逐渐减小的加速运动。当导体棒切割磁感线产生的感应电动势与电容器两极板之间电压相等时，电容器放电电流减小到零，导体棒做匀速运动。选项BC错误；综合上述可知，足够长时间后，电容器所带的电荷量不为零，选项A错误D正确。【答案】.D【点评】此题电容器放电时引起的电磁感应相关图象。2. （2011海南物理）如图，EOF和EOF为空间一匀强磁场的边界，其中EOEO，FOFO，且EOOF；OO为EOF的角平分线，间的距离为l；磁场方向垂直于纸面向里。一边长为l的正方形导线框沿OO方向匀速通过磁场，t=0时刻恰好位于图示位置。规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则感应电流i与

10、时间t的关系图线可能正确的是【解析】：由右手定则可知，在初始位置到左侧边运动到O点的过程中，产生的感应电流逐渐增大，方向为逆时针方向（为正）；从O点到OO连线的中点的过程中，产生的感应电流不变，方向为逆时针方向（为正）；从OO连线的中点到O点的过程中，左右两侧边切割磁感线产生的感应电动势方向相反，感应电流从正最大值逐渐减小到负最大值；左侧边过O点后继续向左运动，右侧边切割磁感线产生感应电动势感应电流，大小不变，方向为顺时针方向（为负）；所以感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是B。【答案】：B【点评】此题考查闭合电路的一部分导体切割磁感线引起的电磁感应、图象及其相关知识点。三2010年高考题

11、1（2010上海物理）如右图，一有界区域内，存在着磁感应强度大小均为B，方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场，磁场宽度均为L，边长为L的正方形框abcd的bc边紧靠磁场边缘置于桌面上，使线框从静止开始沿x轴正方向匀加速通过磁场区域，若以逆时针方向为电流的正方向，能反映线框中感应电流变化规律的是图【解析】线框从静止开始沿x轴正方向匀加速通过磁场区域，在0t1时间内，感应电流均匀增大。由右手定则可判断出感应电流为逆时针方向；当bc边进入垂直于光滑水平桌面向上的匀强磁场后，感应电流为顺时针方向，bc边和ad边都切割磁感线产生感应电动势，两边产生的感应电动势相加，匀加速通过，感应电流均匀增大

12、。当bc边出磁场后，ad边切割磁感线产生的感应电流为逆时针方向，所以能反映线框中感应电流变化规律的是图A。【答案】A【点评】此题考查法拉第电磁感应定律和右手定则、电流图象等相关知识。2(2009上海物理)如图，光滑的平行金属导轨水平放置，电阻不计，导轨间距为l，左侧接一阻值为R的电阻。区域cdef内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场，磁场宽度为s。一质量为m，电阻为r的金属棒MN置于导轨上，与导轨垂直且接触良好，受到F0.5v0.4（N）（v为金属棒运动速度）的水平力作用，从磁场的左边界由静止开始运动，测得电阻两端电压随时间均匀增大。（已知l1m，m1kg，R0.3，r0.2，s1m）（1）分

13、析并说明该金属棒在磁场中做何种运动；（2）求磁感应强度B的大小；（3）若撤去外力后棒的速度v随位移x的变化规律满足vv0x，且棒在运动到ef处时恰好静止，则外力F作用的时间为多少？（4）若在棒未出磁场区域时撤去外力，画出棒在整个运动过程中速度随位移的变化所对应的各种可能的图线。【解析】（1）金属棒做匀加速运动，R两端电压UIv，U随时间均匀增大，即v随时间均匀增大，加速度为恒量，代入数据得：0.2t20.8t10，解方程得t1s，（4）可能图线如下：五2008年高考题1、（2008全国理综2）如图，一个边长为l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场；一个边长也为l的正方形导线框所在平面与磁

14、场方向垂直；虚线框对角线ab与导线框的一条边垂直，ba的延长线平分导线框在t0时，使导线框从图示位置开始以恒定速度沿ab方向移动，直到整个导线框离开磁场区域以i表示导线框中感应电流的强度，取逆时针方向为正下列表示it关系的图示中，可能正确的是答案：C解析：根据法拉第电磁感应定律和楞次定律，表示it关系的图示中，可能正确的是图C。2（2008年全国理综1）矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直低面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图所示.若规定顺时针方向为感应电流I的正方向，下列各图中正确的是答案：. D解析：在01s内，磁感应强度为正值且均

15、匀增大，由法拉第电磁感应定律可知，感应电流为一恒定值i0，由楞次定律可知感应电流方向为逆时针方向（为负值）；在1s2s内，磁感应强度为正值且均匀减小，由法拉第电磁感应定律可知，感应电流为一恒定值i0，由楞次定律可知感应电流方向为顺时针方向（为正值）；在2s3s内，磁感应强度为负值且均匀增大，由法拉第电磁感应定律可知，感应电流为一恒定值i0，由楞次定律可知感应电流方向为顺时针方向（为正值）；在3s4s内，磁感应强度为负值且均匀减小，由法拉第电磁感应定律可知，感应电流为一恒定值i0，由楞次定律可知感应电流方向为逆时针方向（为负值）。所以D图正确。3（2008上海物理）如图所示，平行于y轴的导体棒以

16、速度v向右做匀速运动，经过半径为R、磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域，导体棒中的感应电动势与导体棒的位置x关系的图像是答案：解析：由法拉第电磁感应定律可知，导体棒中的感应电动势与导体棒的位置x关系的图像是A.。4（2008天津理综）磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具它的驱动系统简化为如下模型，固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为R，金属框置于xOy平面内，长边MN长为l平行于y轴，宽度为d的NP边平行于x轴，如图1所示列车轨道沿Ox方向，轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度B沿Ox方向按正弦规律分布，其空间周期为，最大值为B0，如图2所示，金属框同一长边上

17、各处的磁感应强度相同，整个磁场以速度v0沿Ox方向匀速平移设在短暂时间内，MM、PQ边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略，并忽略一切阻力列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶，某时刻速度为v（vv0）简要叙述列车运行中获得驱动力的原理；为使列车获得最大驱动力，写出MM、PQ边应处于磁场中的什么位置及与d之间应满足的关系式；MOxNPQdl图1BOB0B0x2图2yz计算在满足第问的条件下列车速度为v时驱动力的大小解析：由于列车速度与磁场平移速度方向相同，导致穿过金属框的磁通量发生变化，由于电磁感应，金属框中会产生感应电流，该电流受到安培力即为驱动力为使列车获得最大驱动力，MM、PQ应位于

18、磁场中磁感应强度同为最大值且反向的地方，这会使得金属框所围面积的磁通量变化率最大，导致线框中电流最强，也会使得金属框长边中电流收到的安培力最大，因此，d应为的奇数倍，即由于满足问条件，则MM、PQ边所在处的磁感应强度大小均为B0且方向总相反，经短暂的时间t，磁场沿Ox方向平移的距离为v0t，同时，金属框沿Ox方向移动的距离为vt因为v0v，所以在t时间内MN边扫过磁场的面积S(v0v)lt根据闭合电路欧姆定律有根据安培力公式，MN边所受的安培力FMN B0IlPQ边所受的安培力FPQ B0Il根据左手定则，MM、PQ边所受的安培力方向相同，此时列车驱动力的大小FFMNFPQ2B0Il联立解得：

19、六2007年高考题1（2007全国理综1）如图所示，LOOL为一折线，它所形成的两个角LOO和OOL均为450。折线的右边有一匀强磁场，其方向垂直OO的方向以速度v做匀速直线运动，在t=0时刻恰好位于图中所示的位置。以逆时针方向为导线框中电流的正方向，在下面四幅图中能够正确表示电流时间（It）关系的是（时间以l/v为单位）（）答案：D解析：在t=0到t=1个单位（l/v）时间，导线框上边切割磁感线的长度不变，导线框下边切割磁感线的长度减小，导线框中产生的逆时针方向感应电流逐渐增大；在t=1到t=2个单位（l/v）时间，导线框上边切割磁感线的长度逐渐减小，导线框下边切割磁感线的长度不变，导线框中

20、产生的顺时针方向感应电流逐渐增大；所以能够正确表示电流时间（It）关系的是D。llll2l2lfabcdePQR2、（2007全国理综2）如图所示，在PQ、QR区域中存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场、磁场方向均垂直于纸面。一导线框abcdefa位于纸面内，框的邻边都相互垂直，bc边与磁场的边界P重合，导线框与磁场区域的尺寸如图所示。从t0时刻开始，线框匀速横穿两个磁场区域。以abcdef为线框中的电动势的正方向，以下四个t关系示意图中正确的是答案：C解析：由法拉第电磁感应定律和右手定则分段可判断出导线框bc边、de边、fa边切割磁感线产生感应电动势的大小和方向，四个t关系示意图中正

21、确的是C。3.（2007上海物理）如图（a）所示，光滑的平行长直金属导轨置于水平面内，间距为L、导轨左端接有阻值为R的电阻，质量为m的导体棒垂直跨接在导轨上。导轨和导体棒的电阻均不计，且接触良好。在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。开始时，导体棒静止于磁场区域的右端，当磁场以速度v1匀速向右移动时，导体棒随之开始运动，同时受到水平向左、大小为f的恒定阻力，并很快达到恒定速度，此时导体棒仍处于磁场区域内。（1）求导体棒所达到的恒定速度v2；（2）为使导体棒能随磁场运动，阻力最大不能超过多少？（3）导体棒以恒定速度运动时，单位时间内克服阻力所做的功和电路中消耗的

22、电功率各为多大？（4）若t0时磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动，经过较短时间后，导体棒也做匀加速直线运动，其v-t关系如图（b）所示，已知在时刻t导体棋睥瞬时速度大小为vt，求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大小。3解析：（1）EBL（v1v2），IE/R，FBIL，速度恒定时有：七2006年高考题1.（2006天津理综）在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图1所示，当磁场的磁感应强度B随时间t如图2变化时，下图中正确表示线圈中感应电动势E变化的是解析：在01s时间内，依据楞次定律，产生的感应电动势方向为顺时针方向；在13s时间内，磁场

23、稳定，不产生感应电动势；在35s时间内，产生的感应电动势方向为逆时针方向；根据法拉第电磁感应定律，在01s时间内产生的感应电动势是在35s时间内的2倍，所以选项A正确。八2005年高考题1.(2005全国理综1)图中两条平行虚线间存在匀强磁场，虚线间的距离为，磁场方向垂直纸面向里。是位于纸面内的梯开线圈，与间的距离也为。时刻，边与磁场区域边界重合（如图）。现令线圈以恒定的速度沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域。取沿的感应电流为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流随时间变化的图线可能是答案：B解析：根据法拉第电磁感应电律和楞次定律，选项B正确。2（2005上海物理）如图所示，A是长直密

24、绕通电螺线管小线圈B与电流表连接，并沿A的轴线OX从O点自左向右匀速穿过螺线管A能正确反映通过电流表中电流，随x变化规律的是答案：解析：在小线圈B沿A的轴线OX从O点自左向右匀速穿过螺线管A的过程中，由楞次定律可知，先磁通量增大，产生与通电螺线管中电流方向相反的感应电流，然后磁通量不变，感应电流为零，出通电螺线管时，磁通量减小，产生与通电螺线管中电流方向相反的感应电流，所以能正确反映通过电流表中电流，随x变化规律的是C九2004年高考题1.（2004上海物理）水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，问距为L，一端通过导线与阻值为R的电阻连接；导轨上放一质量为m的金属杆（见右上图），金属杆与导

25、轨的电阻忽略不计；均匀磁场竖直向下.用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动.当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会变化，v与F的关系如右下图.（取重力加速度g=10m/s2）（1）金属杆在匀速运动之前做什么运动？（2）若m=0.5kg,L=0.5m,R=0.5；磁感应强度B为多大？（3）由vF图线的截距可求得什么物理量？其值为多少？ 由图线可以得到直线的斜率k=2，（T） （3）由直线的截距可以求得金属杆受到的阻力f，f=2（N） 若金属杆受到的阻力仅为动摩擦力，由截距可求得动摩擦因数2.（17分）（2007广东物理）如图15（a）所示，一端封闭的两条平行光滑导轨相

26、距L，距左端L处的中间一段被弯成半径为H的1/4圆弧，导轨左右两段处于高度相差H的水平面上。圆弧导轨所在区域无磁场，右段区域存在磁场B0，左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场B（t），如图15（b）所示，两磁场方向均竖直向上。在圆弧顶端，放置一质量为m的金属棒ab，与导轨左段形成闭合回路，从金属棒下滑开始计时，经过时间t0滑到圆弧顶端。设金属棒在回路中的电阻为R，导轨电阻不计，重力加速度为g。（1）问金属棒在圆弧内滑动时，回路中感应电流的大小和方向是否发生改变？为什么？（2）求0到时间t0内，回路中感应电流产生的焦耳热量。（3）探讨在金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B0的一瞬间，回路中感应

27、电流的大小和方向。解：（1）感应电流的大小和方向均不发生改变。因为金属棒滑到圆弧任意位置时，回路中磁通量的变化率相同。 （2）0t0时间内，设回路中感应电动势大小为E0，感应电流为I，感应电流产生的焦耳热为Q，由法拉第电磁感应定律：根据闭合电路的欧姆定律：由焦定律及有：（3）设金属进入磁场B0一瞬间的速度变v，金属棒在圆弧区域下滑的过程中，机械能守恒：在很短的时间内，根据法拉第电磁感应定律，金属棒进入磁场B0区域瞬间的感应电动势为E，则：十2003年高考题1.（2003上海物理，22）如图所示，OACO为置于水平面内的光滑闭合金属导轨，O、C处分别接有短电阻丝（图中用粗线表示），R1=4、R2

28、=8（导轨其它部分电阻不计）。导轨OAC的形状满足（单位：m）。磁感应强度B=0.2T的匀强磁场方向垂直于导轨平面。一足够长的金属棒在水平外力F作用下，以恒定的速率v=5.0m/s水平向右在导轨上从O点滑动到C点，棒与导轨接触良好且始终保持与OC导轨垂直，不计棒的电阻。求：外力F的最大值；金属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗的最大功率；在滑动过程中通过金属棒的电流I与时间t的关系。解析：金属棒匀速运动，F外=F安，E=BLv，且x=vt， E=BLv，故122.（13分）（2003广东物理，18）如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为r0=0.10/m，导轨的端点P、

29、Q用电阻可以忽略的导线相连，两导轨间的距离l=0.20m。有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt，比例系数k=0.020T/s。一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦低滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直。在t=0时刻，金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t=6.0s时金属杆所受的安培力。解析：用a表示金属杆的加速度，在t时刻，金属杆与初始位置的距离L= at2，此时杆的速度v=at，这时，杆与导轨构成的回路的面积S=Ll，回路中的感应电动势E=S+Blv=Sk+ Blv，回路总电阻R=2Lr0，回路感应电流I=E/

30、R，作用于杆的作用力F=BlI，解得F=t。3（2003天津理综）两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感强度B=0.50T的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计。导轨间的距离l=0.20m。连两质量均为m=0.10kg的平行金属杆甲，乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R=0.50，在t=0时刻，两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行、大小为0.20N的恒力F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动。经过t=5.0s，金属杆甲的加速度为a=1.37m/s2，问此时两金属杆的速度各为多少？乙甲F由于作用杆甲和杆乙的安培力总是大小相等、方向相反，所以两杆的动量（t=0时为0）等于外力F的冲量Ft=mv1 +mv2联立以上各式街得v1=+ (F-ma) v2=+ (F-ma) 带入数据得v1=8.15m/s v2=1.85m/s