2008年高考物理试题解析-电磁感应
2008年高考试题分类汇编之《电磁感应》
(全国卷1)20.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。
(全国卷2)21. 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
a 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b 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
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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。
(全国卷2)24.(19分)如图,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v
。在棒的运动速度由v减小至v的001
过程中,通过控制负载电阻的阻值使棒中的电流强度I保持恒
定。导体棒一直在磁场中运动。若不计导轨电阻,求此过程中
导体棒上感应电动势的平均值和负载电阻上消耗的平均功率。
解析:导体棒所受的安培力为:F=BIl………………? (3分)
由题意可知,该力的大小不变,棒做匀减速运动,因此在棒的速度从v减小到v的过01
1程中,平均速度为:v,(v,v)……………………? (3分) 012
当棒的速度为v时,感应电动势的大小为:E=Blv………………? (3分)
棒中的平均感应电动势为:………………? (2分) E,Blv
1综合??式可得:E,Blv,v,,………………? (2分) 012
2导体棒中消耗的热功率为:P,Ir………………? (2分) 1
负载电阻上消耗的热功率为:P,EI,P…………? (2分) 21
12由以上三式可得:,,,PBl,,vvIr…………? (2分) 2012
(北京卷)22.(16分)均匀导线制成的单位正方形闭合线框abcd,每边长为L,总电阻为R,总质量为m。将其置于磁感强度为B的水平匀强磁场上方h处,如图所示。线框由静止自由下落,线框平面保持在竖直平面内,且cd边始终与水平的磁场边界平行。当cd边刚进入磁场时,
(1)求线框中产生的感应电动势大小;
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(2)求cd两点间的电势差大小;
(3)若此时线框加速度恰好为零,求线框下落的高度h所应满足的条件。
解析:(1)cd边刚进入磁场时,线框速度v= 2gh
线框中产生的感应电动势E=BLv=BL 2gh
E(2)此时线框中电流 I= R
33cd两点间的电势差U=I(R)= Blgh244
22BLgh2(3)安培力 F=BIL= R
根据牛顿第二定律mg-F=ma,由a=0
22mgR解得下落高度满足 h= 442BL
(天津卷)25.(22分)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λ,最大值为B,如图2所示,金属框同一长边上各处的磁感应强度相0
同,整个磁场以速度v沿Ox方向匀速平移。设在短暂时间内,MN、0
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(v
V,所以在时间内MN边扫过磁场的面积 ,t0
s=(v),,vlt 0
在此时间内,MN边左侧穿过S的磁通移进金属框而引起框内磁通量变化 ,t
,,,,,Blvvt() ? MN00
同理,该时间内,PQ边左侧移出金属框的磁通引起框内磁通量变化 ,t
,,,,,Blvvt() ? PQ00
故在内金属框所围面积的磁通量变化 ,t
,,,,,,,, ? PQMN
根据法拉第电磁感应定律,金属框中的感应电动势大小
,, ? E,,t
根据闭合电路欧姆定律有
E ? I,R
根据安培力公式,MN边所受的安培力
FBIl, MN0
PQ边所受的安培力
FBIl, PQ0
根据左手定则,MN、PQ边所受的安培力方向相同,此时列车驱动力的大小
FFFBIl,,,2 (7) MNPQ0
联立解得
224()Blvv,00 F, (8) R
(四川卷)17.在沿水平方向的匀强磁场中,有一圆形金属线圈可绕沿其直径的竖直轴
自由转动。开始时线圈静止,线圈平面与磁场方向既不平行也不垂直,所成的锐角为α。在
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磁场开始增强后的一个极短时间内,线圈平面
A.维持不动
B.将向使α减小的方向转动
C.将向使α增大的方向转动
D.将转动,因不知磁场方向,不能确定α会增大还是会减小 答案:B
解析:由楞次定律可知,当磁场开始增强时,线圈平面转动的效果是为了减小线圈磁通
量的增加,而线圈平面与磁场间的夹角越小时,通过的磁通量越小,所以将向使,减小的方
向转动.
(江苏卷)8.如图所示的电路中,三个相同的灯泡a、b、c和电感L、L与直流电源连12
接,电感的电阻忽略不计.电键K从闭合状态突然断开时,下列判断正确的有
A.先变亮,然后逐渐变暗 a
B.b先变亮,然后逐渐变暗
C.c先变亮,然后逐渐变暗
D.b、c都逐渐变暗
答案:AD
解析:考查自感现象。电键K闭合时,电感L和L的电流均等于三个灯泡的电流,断12开电键K的瞬间,电感上的电流i突然减小,三个灯泡均处于回路中,故b、c灯泡由电流
i逐渐减小,B、C均错,D对;原来每个电感线圈产生感应电动势均加载于灯泡a上,故
灯泡a先变亮,然后逐渐变暗,A对。本题涉及到自感现象中的“亮一下”现象,平时要注
意透彻理解。
(江苏卷)15.(16分)如图所示,间距为L的两条足够长的平行金属导轨与水平面的夹角为θ,导轨光滑且电阻忽略不计.场强为B的条形匀强磁场方向与导轨平面垂直,磁场区
域的宽度为d,间距为d.两根质量均为m、有效电阻均为R的导体棒a和b放在导轨上,并与12
导轨垂直. (设重力加速度为g)
(1)若a进入第2个磁场区域时,b以与a同
样的速度进入第1个磁场区域,求b穿过第1个
磁场区域过程中增加的动能?E. k
(2)若a进入第2个磁场区域时,b恰好离开
第1个磁场区域;此后a离开第2个磁场区域时,
b 又恰好进入第2个磁场区域.且a.b在任意
一个磁场区域或无磁场区域的运动时间均
相.求b穿过第2个磁场区域过程中,两导体棒
产生的总焦耳热Q.
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v(3)对于第(2)问所述的运动情况,求a穿出第k个磁场区域时的速率
(1),E,mgdsin,穿过地1个磁场区域过程中增加的动能; bk1(2)Q,mg(d,d)sin,; 12
224mgRdBld21(3) ,,,vsin228mRBld1
(1) a和b不受安培力作用,由机械能守恒定律知,
,E,mgdsin, „„? k1
(2) 设导体棒刚进入无磁场区域时的速度为v刚离开无磁场区域时的速度为v, 12
由能量守恒知:
1122在磁场区域中, „„? mv,Q,mv,mgdsin,12122
1122在无磁场区域中, „„? mv,Q,mv,mgdsin,21222
解得 Q,mg(d,d)sin, „„? 12
(3) 在无磁场区域:
根据匀变速直线运动规律 v,v,gtsin, „„? 21
v,vd212 且平均速度 , „„? 2t
有磁场区域:
棒a受到的合力 F,mgsin,,BIl „„?
感应电动势 „„? ,,Blv
, 感应电流 , „„? I2R
22Bl 解得 F,mgsin,,v „„? 2R
根据牛顿第二定律,在t到t+?t时间内
F ,v,,t „„? ,,m
22Blv则有 ,v,[gsin,,],t „„? ,,2mR
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22Bl,v,v,gtsin,d 解得 „„? 1212mR
电磁感应和能量关系
第(2)小问的题目比较长,不容易看懂,要耐心审题
电磁感应和能量关系运动是整个物理学的核心,在每年的压轴题经常会出
现。通常有多个问,一般第(1)小问不难,后面的几问比较难,但不要放弃,要有分部得
分意识,因此在复习中要培养学生分析物理问题的能力和分部得分意识。
(重庆卷)18.如题18图,粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈.当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时,若线圈始终不动,则关于线圈受到的支
持力F
及在水平方向运动趋势的正确判断是 N
A. F先小于mg后大于mg,运动趋势向左 N
B. F先大于mg后小于mg,运动趋势向左 N
C. F先大于mg后大于mg,运动趋势向右 N
D. F先大于mg后小于mg,运动趋势向右 N
答案:D
解析:本题考查电磁感应有关的知识,本题为中等难度题目。条形磁铁从线圈正上方等
高快速经过时,通过线圈的磁通量先增加后又减小。当通过线圈磁通量增加时,为阻碍其增
加,在竖直方向上线圈有向下运动的趋势,所以线圈受到的支持力大于其重力,在水平方向
上有向右运动的趋势,当通过线圈的磁通量减小时,为阻碍其减小,在竖直方向上线圈有向
上运动的趋势,所以线圈受到的支持力小于其重力,在水平方向上有向右运动的趋势。综上
所述,线圈所受到的支持力先大于重力后小于重力,运动趋势总是向右。
(宁夏卷)16.如图所示,同一平面内的三条平
行导线串有两个最阻R和r,导体棒PQ与三条导线
接触良好;匀强磁场的方向垂直纸面向里。导体棒
的电阻可忽略。当导体棒向左滑动时,下列说法正
确的是
A.流过R的电流为由d到c,流过r的电流为
由b到a
B.流过R的电流为由c到d,流过r的电流为由b到a
C.流过R的电流为由d到c,流过r的电流为由a到b
D.流过R的电流为由c到d,流过r的电流为由a到b
答案:B
:本题考查右手定则的应用。根据右手定则,可判断PQ作为电源,Q端电势高,
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在PQcd回路中,电流为逆时针方向,即流过R的电流为由c到d,在电阻r的回路中,电流为顺时针方向,即流过r的电流为由b到a。当然也可以用楞次定律,通过回路的磁通量
的变化判断电流方向。
22两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L ,底端接阻值为R 的电阻。将质量为m的金属棒悬挂在一个固定
的轻弹簧下端,金属棒和导轨接触良好,导轨所在平面与磁感应
强度为B 的匀强磁场垂直,如图所示。除电阻R 外其余电阻不
计。现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放.则
A.释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度g
B.金属棒向下运动时,流过电阻R 的电流方向为a?b
C.金属棒的速度为v时.所受的安培力大小为F =
D.电阻R 上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少
AC
A
baB
vEBlv,
22BLvF,,CFBIL,R
D
(上海卷)10.如图所示,平行于y轴的导体棒以速度v向右匀速直线运动,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ε与导体棒位置x关系的图像是
答案:A
解析:在x=R左侧,设导体棒与圆的交点和圆心的连线与x轴正方向成θ角,则导
体棒切割有效长度L=2Rsinθ,电动势与有效长度成正比,故在x=R左侧,电动势与x
的关系为正弦图像关系,由对称性可知在x=R右侧与左侧的图像对称。
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(上海卷)24.(14分)如图所示,竖直平面内有一半径为r、内阻为R、粗细均匀的1
光滑半圆形金属球,在M、N处与相距为2r、电阻不计的平行光滑金属轨道
ME、NF相接,EF之间接有电阻R,已知R=12R,R=4R。在MN上方及212CD下方有水平方向的匀强磁场I和II,磁感应强度大小均为B。现有质量为m、电阻不计的导体棒ab,从半圆环的最高点A处由静止下落,在下落过程
中导体棒始终保持水平,与半圆形金属环及轨道接触良好,高平行轨道中够
长。已知导体棒ab下落r/2时的速度大小为v,下落到MN处的速度大小为1
v。 2
(1)求导体棒ab从A下落r/2时的加速度大小。
(2)若导体棒ab进入磁场II后棒中电流大小始终不变,求磁场I和II之间的距离h和R上的电功率P。 22
(3)若将磁场II的CD边界略微下移,导体棒ab刚进入磁场II时速度大小为v,3
要使其在外力F作用下做匀加速直线运动,加速度大小为a,求所加外力F随时间变化
的关系式。
解析:(1)以导体棒为研究对象,棒在磁场I中切割磁感线,棒中产生产生感应电动势,导体棒ab从A下落r/2时,导体棒在策略与安培力作用下做加速运动,由牛顿第二定律,
得
mg-BIL=ma,式中l=3r
Blv1I, R总
844RRR,(+)式中 =4R R=总844RRR+(+)
223Brv1由以上各式可得到ag=- 4mR
(2)当导体棒ab通过磁场II时,若安培力恰好等于重力,棒中电流大小始终不变,
即
22BrvBrv,,24tt mgBIrBr,,,,,,22RR并并
124RR,式中 RR==3 并124RR+
mgR3mgR并解得 v,, t222244BrBr
导体棒从MN到CD做加速度为g的匀加速直线运动,有
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22vvgh,,2 2t
2229mgrv2得 h,, 44322Brg
此时导体棒重力的功率为
223mgRPmgv,, 22Gt4Br
根据能量守恒定律,此时导体棒重力的功率全部转化为电路中的电功率,即
223mgRPPPP,,,= 2212G电4Br
229mgR3所以,= PP,222G16Br4
(3)设导体棒ab进入磁场II后经过时间t的速度大小为,v,此时安培力大小为 t
22,4Brvt,F, 3R
由于导体棒ab做匀加速直线运动,有,vvat,, t3根据牛顿第二定律,有
F+mg-F′=ma
224()Brvat,3即 Fmgma,,, 3R
由以上各式解得
2222224Brv44BrBra3Fatvmgatmamg,,,,,,,,()() 3333RRR
(海南卷)1、法拉第通过静心
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
的一系列试验,发现了电磁感应定律,将历史上
认为各自独立的学科“电学”与“磁学”联系起来.在下面几个典型的实验设计思想中,
所作的推论后来被实验否定的是
A.既然磁铁可使近旁的铁块带磁,静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷,那么
静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流
B.既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势,那么稳恒电流也可在近旁运动
的线圈中感应出电流
C.既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流,那么静止的磁铁也可在近
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旁运动的导体中感应出电动势
D.既然运动的磁铁可在近旁的导体中感应出电动势,那么运动导线上的稳恒电流
也可在近旁的线圈中感应出电流
答案:A
解析:对A选项,静止的导线上的稳恒电流附近产生稳定的磁场,通过旁边静止的线
圈不会产生感应电流,A被否定;稳恒电流周围的稳定磁场是非匀强磁场,运动的线圈可能
会产生感应电流,B符合事实;静止的磁铁周围存在稳定的磁场,旁边运动的导体棒会产生
感应电动势,C符合;运动的导线上的稳恒电流周围产生运动的磁场,即周围磁场变化,在
旁边的线圈中产生感应电流,D符合。
(海南卷)10、一航天飞机下有一细金属杆,杆指向地心.若仅考虑地磁场的影响,则
当航天飞机位于赤道上空
A.由东向西水平飞行时,金属杆中感应电动势的方向一定由上向下
B.由西向东水平飞行时,金属杆中感应电动势的方向一定由上向下
C.沿经过地磁极的那条经线由南向北水平飞行时,金属杆中感应电动势的方向一定由
下向上
D.沿经过地磁极的那条经线由北向南水平飞行时,金属杆中一定没有感应电动势
答案:AD
解析:如图,设观察方向为面向北方,左西右东,则
地磁场方向平行赤道表面向北,若飞机由东向西飞行时,
由右手定则可判断出电动势方向为由上向下,若飞机由西
向东飞行时,由右手定则可判断出电动势方向为由下向
上,A对B错;沿着经过地磁极的那条经线运动时,速度西 东
方向平行于磁场,金属杆中一定没有感应电动势,C错D对。
(广东卷)18.(17分)如图(a)所示,水平放置的两根平行金属导轨,间距
L=0.3m.导
轨左端连接R=0.6 的电阻,区域abcd内存在垂直于导轨平面B=0.6T的匀强磁场,磁,
场区域宽D=0.2 m.细金属棒A和A用长为2D=0.4m的轻质绝缘杆连接,放置在导轨平面上,12
并与导轨垂直,每根金属棒在导轨间的电阻均为t=0.3 ,导轨电阻不计,使金属棒以恒定,
速度r=1.0 m/s沿导轨向右穿越磁场,计算从金属棒A进入磁场(t=0)到A离开磁场的时12
间内,不同时间段通过电阻R的电流强度,并在图(b)中画出.
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解析:0-t(0-0.2s) 1
A产生的感应电动势: E,BDv,0.6,0.3,1.0,0.18V1
R,r电阻R与A并联阻值: R,,0.2,2并R,r
R0.2并所以电阻R两端电压 U,E,,0.18,0.072,R,r0.2,0.3并
U0.072通过电阻R的电流: I,,,0.12A1R0.6
t-t(0.2-0.4s) 12
E=0, I=0 2
t-t(0.4-0.6s) 同理:I=0.12A 233
(上海卷理科综合)6.老师做了一个物理小实验让学生观察:一轻质横杆两侧各固定一
金属环,横杆克绕中心点自由转动,老师拿一条形磁铁插向其中一个小环,后又取出插向另
一个小环,同学们看到的现象是( )
A.磁铁插向左环,横杆发生转动
B.磁铁插向右环,横杆发生转动 C.无论磁铁插向左环还是右环,横杆都不发生转动 D. 无论磁铁插向左环还是右环,横杆都发生转动 答案:B
解析:左环没有闭合,在磁铁插入过程中,不产生感应电流,
故横杆不发生转动。右环闭合,在磁铁插入过程中,产生感应电流,横杆将发生转动。
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