磁场与电磁感应.docx

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磁场与电磁感应

磁场与电磁感应

高考物理电学部分第二轮复习的建议

全国物理学科高考大纲其主导思想仍然注重对学生能力的考察，纵观近几年的试题，不难发现，物理试题既常规又有所创新，不刻意追求热点，注重对物理基础知识和基本能力进行考查；注重对物理过程分析、建立物理模型及运用数学知识处理物理问题的综合能力的考查。

一.注重高考研究，吃透考纲与历年考题。

进行仔细的试题研究、科学的规律总结、深入的对策研究、可行的实践活动，只有这样才可能有高效的课堂教学。

1.近三年试题欣赏

【2008年高考Ⅰ卷电学试题】

20T.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】0～1s内B垂直纸面向里均匀增大，则由楞次定律及法拉第电磁感应定律可得线圈中产生恒定的感应电流，方向为逆时针方向，排除A、C选项；2s～3s内，B垂直纸面向外均匀增大，同理可得线圈中产生的感应电流方向为顺时针方向，排除B选项，D正确。

25T.（22分）如图所示，在坐标系xOy中，过原点的直线OC与x轴正向的夹角ϕ＝120︒，在OC右侧有一匀强电场，在第二、三象限内有一匀强磁场，其上边界与电场边界重叠，右边界为y轴，左边界为图中平行于y轴的虚线，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里。

一带正电荷q、质量为m的粒子以某一速度自磁场左边界上的A点射入磁场区域，并从O点射出，粒子射出磁场的速度方向与x轴的夹角θ＝30︒，大小为v，粒子在磁场内的运动轨迹为纸面内的一段圆弧，且弧的半径为磁场左右边界间距的2倍，粒子进入电场后，在电场力的作用下又由O点返回磁场区域，经过一段时间后再次离开磁场。

已知粒子从A点射入到第二次离开磁场所用时间恰好粒子在磁场中做圆周运动的周期。

忽略重力的影响。

求：

（1）粒子经过A点时的速度方向和A点到x轴的距离；

（2）匀强电场的大小和方向；

（3）粒子从第二次离开磁场到再次进入电场所用的时间。

【2008年高考Ⅱ卷电学试题】

19T.一平行板电容器的两个极板水平放置,两极板间有一带电量不变的小油滴,油滴在极板间运动时所受空气阻力的大小与其速率成正比.若两极板间电压为零,经一段时间后,油滴以速率v匀速下降；若两极板间的电压为U,经一段时间后,油滴以速率v匀速上升.若两极板间电压为－U,油滴做匀速运动时速度的大小、方向将是【答案】C

A.2v、向下B.2v、向上C.3v、向下D.3v、向上

【解析】当不加电场时,油滴匀速下降,即f=kv=mg；当两极板间电压为U时,油滴向上匀速运动,即F电=kv+mg,解之得:

F电=2mg,当两极间电压为－U时,电场力方向反向,大小不变,油滴向下运动,当匀速运动时,F电+mg=kv/+,解之得：

v'=3v,C项正确.

21T.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t=0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i-t关系的图示中,可能正确的是【答案】C

【解析】从正方形线框下边开始进入到下边完全进入过程中,线框切割磁感线的有效长度逐渐增大,所以感应电流也逐渐拉增大,A项错误；从正方形线框下边完全进入至下边刚穿出磁场边界时,切割磁感线有效长度不变,故感应电流不变,B项错；当正方形线框下边离开磁场,上边未进入磁场的过程比正方形线框上边进入磁场过程中,磁通量减少的稍慢,故这两个过程中感应电动势不相等,感应电流也不相等,D项错,故正确选项为C.

24T.（19分）如图所示,一直导体棒质量为m、长为L、电阻为r,其两端放在位于水平面内间距也为L的光滑平行导轨上,并与之密接;棒左侧两导轨之间连接一可控制的负载电阻（图中未画出）;导轨置于匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于导轨所在平面.开始时,给导体棒一个平行于导轨的初速度v0.在棒的运动速度由v0减小至v1的过程中,通过控制负载电阻的阻值使棒中的电流强度I

【2007年高考Ⅰ卷电学试题】

20T.a、b、c、da点的电势为20V,b点的电势为24V,d点的电势为4V,如图.由此可知c点的电势为【答案】B

A.4VB.8V

C.12VD.24V

解析:

运用一个结论:

在匀强电场中,任意一族平行线上等距离的两点的电势差相等,所以Uab=Ucd,所以c点电势为8V;

21T.如图所示,LOO′L/为一折线,它所形成的两个角∠LOO′和∠OO′L′均为45°l的正方形导线框沿垂直于OO′的方向以速度v作匀速直线运动,在t＝0的刻恰好位于图中所示位置.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（I－-t）关系的是（时间以I/v为单位）【答案】D

解析:

由初始位置可得,切割的有效长度在逐渐变大,且为逆时针,所以BD中选一个,由于BD两项中第2秒是一样的,没有区别.在第3秒内,线框已经有部分出上面磁场,切割的有效长度在减少,且为顺时针方向,所以只有D选项是正确的.

25T.（22分）两平面荧光屏互相垂直放置,在两屏内分别取垂直于两屏交线的直线为x轴和y轴,交点O为原点,如图所示,在y>0,00,x>a的区域有垂直于纸面向外的匀强磁场,两区域内的磁感应强度大小均为B.在O点处有一小孔,一束质量为m、带电量为q（q>0）的粒子沿x轴经小孔射入磁场,最后打在竖直和水平荧光屏上,使荧光屏发亮.入射粒子的速度可取从零到某一最大值之间的各种数值.已知速度最大的粒子在0a的区域中运动的时间之比为2∶5,在磁场中运动的总时间为7T/12,其中T为该粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中作圆周运动的周期.试求两个荧光屏上亮线的范围（不计重力的影响）.

【2007年高考Ⅱ卷电学试题】

19T.如图所示,一带负电的质点在固定的正的点电荷作用下绕该正电荷做匀速圆周运动,周期为T0，轨道平面位于纸面内,质点的速度方向如图中箭头所示.现加一垂直于轨道平面的匀强磁场,已知轨道半径并不因此而改变,则【答案】AD

A.若磁场方向指向纸里,质点运动的周期将大于T0

B.若磁场方向指向纸里,质点运动的周期将小于T0

C.若磁场方向指向纸外,质点运动的周期将大于T0

D.若磁场方向指向纸外,质点运动的周期将小于T0

【分析】匀速圆周运动、库仑定律、洛仑兹力、左手定则等知识列出：

　　　　未加磁场：

＝

　　　　磁场指向纸里：

－qvB＝

　　　　磁场指向纸外：

＋qvB＝

　　　　比较上述式子，T1＞T0，T2＜T0，故AD选项正确。

21T.如图所示,在PO、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t＝0时刻开始,线框匀速横穿两个磁场区域.以a→b→c→d→e→f为线框中的电动势ε的正方向，以下四个ε－t关系示意图中正确的是【答案】C

【分析】第一阶段，bc边刚进入磁场，线框中的感应电动势方向为负方向，ε1=-Blv；第二阶段，因bc与de产生的感应电动势等大，反向，所以ε2=0。

第三阶段，因de产生的电动势为正方向，af产生的感应电动势也为正方向，所以ε3=2Blv+Blv=3Blv。

第四阶段，af切割磁感线，产生的感应电动势为负方向，ε4=-2Blv，故正确答案为C。

25T.（20分）如图所示，在坐标系Oxy的第一象限中存在沿y轴正方向的匀速电场,场强大小为E.在其它象限中存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里.A是y轴上的一点,它到坐标原点O的距离为h;C是x轴上的一点，到O的距离为L.一质量为m,电荷量为q的带负电的粒子以某一初速度沿x轴方向从A点进入电场区域,继而通过C点进入磁场区域.并再次通过A点,此时速度方向与y

（1）粒子经过C点速度的大小和方向；

（2）磁感应强度的大小B.

【2006年高考Ⅰ卷电学试题】

17T.图中为一“滤速器”装置示意图.a、b为水平放置的平行金属板,一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间.为了选取具有某种特定速率的电子,可在a、b间加上电压,并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场,使所选电子仍能够沿水平直线OO'运动,由O【答案】AD

A.使a板电势高于b板,磁场方向垂直纸面向里

B.使a板电势低于b板,磁场方向垂直纸面向里

C.使a板电势高于b板,磁场方向垂直纸面向外

D.使a板电势低于b板,磁场方向垂直纸面向外

21T.如图所示,在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻R的直角形金属导轨aob（在纸面内）,磁场方向垂直纸面朝里,另有两根金属导轨c、d分别平行于oa、ob放置.保持导轨之间接触良好,金属导轨的电阻不计.现经历以下四个过程：

①以速率v移动d,使它与ob的距离增大一倍；②再以速率v移动c,使它与oa的距离减小一半；③然后,再以速率2v移动c,使它回到原处；④最后以速率2v移动d,使它也回到原处.设上述四个过程中通过电阻R的电量的大小依次为Q1、Q2、Q3和Q4,则【答案】A

A.Q1＝Q2＝Q3＝Q4B.Q1＝Q2＝2Q3＝2Q4

C.2Q1＝2Q2＝Q3＝Q4D.Q1≠Q2＝Q3≠Q4

25T.（20分）有个演示实验,在上下面都是金属板的玻璃盒内,放了许多锡箔纸揉成的小球,当上下板间加上电压后,小球就上下不停地跳动.现取以下简化模型进行定量研究.

如图所示,电容量为C的平行板电容器的极板A和B水平放置,相距为d,与电动势为ε、内阻可不计的电源相连.设两板之间只有一个质量为m的导电小球,小球可视为质点.已知：

若小球与极板发生碰撞,则碰撞后小球的速度立即变为零,带电状态也立即改变,改变后,小球所带电荷符号与该极板相同,电量为极板电量的α倍（α<<1）.不计带电小球对极板间匀强电场的影响.重力加速度为g.

（1）欲使小球能够不断地在两板间上下往返运动,电动势ε至少应大于多少？

（2）设上述条件已满足,在较长的时间间隔T内小球做了很多次往返运动.求在T时间内小球往返运动的次数以及通过电源的总电量.

【2006年高考Ⅱ卷电学试题】

17T.ab是长为l的均匀带电细杆,P1、P2是位于ab所在直线上的两点,位置如图所示.ab上电荷产生的静电场在P1处的场强大小为E1,在P2处的场强大小为E2.则以下说法正确的是【答案】D

A.两处的电场方向相同,E1＞E2B.两处的电场方向相反,E1＞E2

C.两处的电场方向相同,E1＜E2D.两处的电场方向相反,E1＜E2

20T.如图所示,位于同一水平面内的、两根平行的光滑金属导轨,处在匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨所在的平面,导轨的一端与一电阻相连；具有一定质量的金属杆ab放在导轨上并与导轨垂直.现用一平行于导轨的恒力F拉杆ab,使它由静止开始向右运动.杆和导轨的电阻、感应电流产生的磁场均可不计.用E表示回路中的感应电动势,i表示回路中的感应电流,在i随时间增大的过程中,电阻消耗的功率等于【答案】BD

A.F的功率B.安培力的功率的绝对值

C.F与安培力的合力的功率D.iE

25T.（20分）如图所示,在x＜0与x＞0的区域中,存在磁感应强度大小分别为B1与B2的匀强磁场,磁场方向均垂直于纸面向里,且B1＞B2.一个带负电荷的粒子从坐标原点O以速度v沿x轴负方向射出,要使该粒子经过一段时间后又经过O点,B1与B2的比值应满足什么条件？

2.近三年试题分析

试卷

选择题1的考点

选择题2的考点

计算题的考点

2008年Ⅰ卷

电磁感应

磁场变化

产生电流

图象识别

带电粒子先通过磁场

后通过电场

求电场

求时间

难度:

0.688

区分度:

0.528

难度:

0.156区分度:

0.605

有43.5%的考生得0分.

有1.2%的考生得满分

2008年Ⅱ卷

平行板电容器

带电油滴沿电场线匀速运动

有变化的空气阻力

电磁感应,导体框通过磁场,产生电流,图象识别

导体棒切割磁感线

求感应电动势的平均值

求负载电阻上消耗的平均功率

难度:

0.612

区分度:

0.408

难度:

0.403

区分度:

0.294

难度:

0.417

区分度:

0.689

2007年Ⅰ卷

匀强电场

电势高低

电磁感应,导体框通过磁场,产生电流,图象识别

带电粒子先通过磁场

后通过电场

求轨迹边界

难度:

0.837

区分度:

0.260

难度:

0.501

区分度:

0.361

难度:

0.159

区分度:

0.612

2007年Ⅱ卷

带负电的质点在重叠的电场磁场中做匀速圆周运动,判断周期

电磁感应,导体框通过磁场,产生电动势,图象识别

带电粒子先通过电场平抛

后通过磁场匀圆

求磁场

难度:

0.494

区分度:

0.496

难度:

0.567

区分度:

0.284

难度:

0.287

区分度:

0.690

2006年Ⅰ卷

速度选择器

导体棒切割磁感线

判断电量

平行板电容器

带电油滴沿电场线匀加速运动

2006年Ⅱ卷

电场叠加判断

导体棒切割磁感线

判断电阻消耗的功率

带电粒子先通过强磁场,后通过弱磁场

通过分析可得出以下特点：

1.电学内容（实验除外）在试卷中所占比重较为稳定，基本上是两个选择题，一个计算题（压轴题）。

2.考察重点非常集中，每年均涉及带点粒子在电磁场中的运动和电磁感应，且带点粒子的运动均以压轴题形式出现。

3.计算题都未涉及到电磁感应,显示出一定的延续性和统一性。

4.电学必考题：

电磁感应；带电粒子运动（电场磁场）；

3.2008年全国各地高考试题：

选择题

计算题

全国卷Ⅱ

①匀强电场中电荷受力②感应电流图像

③电磁感应

北京

①交变电流②粒子在电磁场中运动

③电磁感应

江苏

①逻辑电路②电势差与电场强度③自感现象

④粒子在电磁场中运动⑤电磁感应

上海

①电势能与电场力做功②交变电流③电磁感应④带点粒子运动

⑤远距离输电⑥粒子在电场中运动⑦电磁感应

广东

①回旋加速器②交变电流③电路分析④粒子在电场中运动

⑤电磁感应

各地试卷的分析结果：

1.考察重点较为一致，还是以粒子在场中的运动和电磁感应现象作为核心内容。

2.值得注意的是几份试卷的计算题均有电磁感应内容，这是和全国卷I的较大区别。

3.选择题所涉及知识点较为分散，仅从08年试题看，对交变电流的考察次数较多。

4.电学试卷命题趋势

1.电学选择题的命题预期：

（1）高考选择题仍将注重物理学科的主干知识的考察、同时可能与生活实际相结合。

（2）交流电等问题可能会在选择题中出现。

毕竟作为高中物理的必要部分，交变电流已经连续几年没有在卷中出现,也有一定的出现概率。

2.电学计算题的命题预期：

（1）由带电粒子在电磁场中运动结合动力学、运动学知识构成一类题目。

（05、06、07、08全国卷I的25题均是如此）

（2）由电磁感应与直流电路、安培力、牛顿定律、能量守恒定律等知识构成另一类题目。

（2003、2004两年全国卷I的电学试题即如此）

二.注重试题编写、及时讲评与反馈，提高有效性

1.精心选择资料、筛选信息，把编写试题作为备课的切入点。

例如单根导体棒切割磁感线的习题编制,可选以下试题:

1.如图所示,平行长直金属导轨置于竖直平面内,间距为l，导轨上端接有阻值为R的电阻,质量为m的导体垂直跨放在导轨上,并搁在支架上.导轨和导体棒的电阻均不计,且接触良好,他们之间的摩擦不计.在导轨平面内有一矩形区域内存在着垂直向里的匀强电场,磁感应强度大小为B.开始时,导体棒静止.当磁场以速度v0匀速向上运动时,导体棒随之开始运动,并很快达到恒定的速度,此时导体棒仍处于磁场区域内.求

（1）导体棒所达到的恒定速度；

（2）导体棒以恒定速度运动时,电路中消耗的电功率是多少？

解：

（1）设导体棒所达到的恒定速度为v，则

感应电动势E=Bl（v1–v）

感应电流I=E/R

感应电流所受的安培力F=BIl=B2l2（v0-v）/R

根据二力平衡得B2l2（v0-v）/R=mg

解得v=v1-mgR/B2l2

（2）电路中消耗的电动势为P，

则P=I2R=B2l2（v0-v）2/R=m2g2R/B2l2

2.如图所示,为足够长的光滑导轨MN和PQ,导轨相距为L,上端MP之间连接的电阻为R,并处于垂直纸面向外的均匀磁场中,磁感应强度的大小B随时间t的变化规律B=kt,其中k为大于零的常数.质量为m的金属捧ab垂直导轨放在MP附近,从静止开始下滑,当下滑高度为h时速度恰好最大,此时磁感应强度大小为B1,设金属捧电阻为r,导轨电阻忽略不计.求金属捧能达到的最大速度.

解:

金属捧达到最大速度时,由于金属棒切割磁感线而产生的感应电动势为E1=B1Lv

由于磁感应强度的变化而产生的感应电动势为E2=

=

=

=kS=kLh

电流强度为I=

当重力和安培力平衡时,加速度为零,速度达到最大值mg=B1IL

mg=B1

L

vm=

－

3.质量为m的金属杆ab,以一定的初速度v0从一光滑平行金属导轨底端向上滑行,导轨平面与水平面成θ角,两导轨之间用一电阻R相连,如图.若有磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过轨道平面,导轨与杆电阻不计,金属杆上行到某一高度后又返回下行,则上行与下行回到底端的两个过程比较【答案】BCD

A.所用时间上行大于下行

B.电阻R产生的热量上行时小于初动能,下行时小于最大重力势能

C.电阻R上通过的电荷量上行等于下行

D.金属杆ab受到磁场力的冲量大小上行等于下行

解:

由楞次定律知,感应电流阻碍导体相对磁场的运动,因此,上行时导体所受安培力沿轨道平面向下；下行时安培力沿轨道平面向上.由牛顿第二定律可知,上行时加速度较大,又上、下行位移等大,所以t上＜t下,A错误；

根据能量守恒,上行有Eko=mghm+Q上,下行时mghm=Eko′+Q下,B正确；

上行时,q1=

.同理,下行时,q2=

C正确；

上行时,对任一小段时间有,It=BIlt=Blqt,对整个过程有I=ΣIt=Blq,结合C选项知,选项D正确.

4.如图所示,磁感应强度为B的匀强磁场与水平面垂直,导轨电阻不计,质量为m,长为l,电阻为R的直导线AB可以在导轨上无摩擦地自由滑动,设导轨足够长,且与水平面夹角为α.求在导线从静止开始下滑的过程中最大速度是多少?

解:

mgsinα=BIL·cosα=B

L·cosα

∴vm=

2.精心选择专题，把握重点主干知识。

【电场和磁场】专题要点

（1）常见电场、磁场的分布及特征：

场强和电势的关系（电场线和等势线的关系）

（2）带电粒子在电场的加速，电场、磁场中的偏转、偏转角、侧位移、圆心、半径、圆心角、运动时间的计算

（3）带电粒子的运动：

①在有界场中的运动（临界问题：

轨迹的边界）

②在组合场和交变场中的运动（分段处理过程，连接点）

③在复合场的运动：

a.运动性质判定：

（直线运动,圆周运动）

b.能量流向、动量变化

『电磁感应和电路』专题要点

（1）电路分析（动态分析、含容电路分析、电路中的能量转化、导体的伏安特性、传感器及其应用，关键是电路结构，注意内外电路）。

（2）感应电动势的计算及方向判断（动生和感生、平动和转动、平均值和瞬时值）－电磁感应图象

（3）交流的产生（瞬时值、有效值、最大值、平均值），变压器的原理、电压比电流比公式的简单应用，远距离输电中的电能损失（电路结构）。

（4）电磁感应综合问题：

注意：

①等效电路图中电源和外电路

②力与运动分析的υ－f安的关系

③动量和能量分析中安培力的冲量和感应电量，安培力的功与机械能和电能的关系。

（2）练习与试题编写要求①目的明确②精选精编③收集学生错题，分析原因，归纳类型，寻找相应对策，并通过错题集中测试进行矫正。

3.及时讲评与反馈，提高有效性。

处理好教师讲解与学生自我反思的关系

（1）选择典型例题，加深对概念规律的理解

（2）选择典型例题作定性与半定量分析的示范，强调解决问题过程，带领学生讨论、思考、推理、表述。

引导学生学会反思怎样进行物理分析推理

（3）作业与试卷讲评要注意“八有”：

有认真批改、有数据统计、有课堂设计、有重点突破、有难点解剖、有提炼总结、有矫正练习、有师生互动。