高三物理高考题专题分析：专题十一 电磁感应中的图象与能量

第五课时电磁感应中的图象与能量问题【教学要求】1．理解电磁感应的过程实质就是能量转化的过程，学会从能量的角度分析电磁感应问题。

2．学会分析电磁感应中的图象问题【知识再现】一、电磁感应中的图象问题电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量ф、感应电动势E 和感应电流I随时间t变化的图像，即B-t图像，ф-t图像。

E-t 图像和I-t图像。

对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图像，即E-x图像和I-x图像．这些图像问题大体上可分为两类：由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像，或由给定的有关图像分析电磁感应过程，求解相应的物理量．二、电磁感应中能量转化问题电磁感应过程总是伴随着能量转化。

导体切割磁感线或磁通量发生变化在回路中产生感应电流，机械能或其他形式能量便转化为电能，具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发热，又可使电能转化为机械能或电阻的内能。

因此，中学阶段用能量转化观点研究电磁感应问题常是导体的稳定运动（匀速直线运动或匀变速运动）．对应的受力特点是合外力为零或者恒定不变，能量转化过程常是机械能转化为电阻内考点剖析能．知识点一电磁感应中的能量转化规律电磁感应现象中出现的电能，一定是由其他形式的能转化而来，具体问题中会涉及多种形式的能之间的转化，机械能和电能的相互转化、内能和电能的相互转化．分析时，应当牢牢抓住能量守恒这一基本规律，分析清楚有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量参与了相互转化，如有摩擦力做功，必然有内能出现；重力做功，就可能有机械能参与转化；安培力做负功就将其他形式能转化为电能（发电机），做正功将电能转化为其他形式的能（电动机）；然后利用能量守恒列出方程求解。

【应用1】光滑平行导轨水平放置，导轨左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连，一根质量为m的导体棒ab，用长为l的绝缘细线悬挂，悬线竖直时导体棒恰好与导轨良好接触且细线处于张紧状态，如图所示，系统空间有匀强磁场．当闭合开关S时，导体棒被向右摆出，摆到最大高度时，细线与竖直方向成θ角，则（）A．磁场方向一定竖直向下B．磁场方向竖直向下时，磁感应强度最小C．导体棒离开导轨前通过棒的电量为(1cos)mglEθ-D．导体棒离开导轨前电源提供的电能大于mgl(1 – cosθ)导示：选择：BD。

专题十一电磁感应中的动力学、能量和动量问题考点一电磁感应中的动力学问题师生共研例1 如图所示，两平行且无限长光滑金属导轨MN、PQ与水平面的夹角为θ＝30°，两导轨之间的距离为L＝1 m，两导轨M、P之间接入电阻R＝0.2 Ω，导轨电阻不计，在abdc区域内有一个方向垂直于两导轨平面向下的磁场Ⅰ，磁感应强度B0＝1 T，磁场的宽度x1＝1 m；在cd连线以下区域有一个方向也垂直于导轨平面向下的磁场Ⅱ，磁感应强度B1＝0.5 T．一个质量为m＝1 kg的金属棒垂直放在金属导轨上，与导轨接触良好，金属棒的电阻r＝0.2 Ω，若金属棒在离ab连线上端x0处自由释放，则金属棒进入磁场Ⅰ恰好做匀速运动．金属棒进入磁场Ⅱ后，经过ef时又达到稳定状态，cd与ef之间的距离x2＝8 m．求(g取10 m/s2)：(1)金属棒在磁场Ⅰ运动的速度大小；(2)金属棒滑过cd位置时的加速度大小；(3)金属棒在磁场Ⅱ中达到稳定状态时的速度大小．【考法拓展1】在【例1】中，求金属棒从开始到刚离开磁场Ⅰ所经历的时间．【考法拓展2】在【例1】中，求金属棒由释放到ab连线滑过的距离x0.【考法拓展3】在【例1】中，求金属棒从开始到在磁场Ⅱ中达到稳定状态这段时间中电阻R产生的热量．练1 [2021·黑龙江大庆模拟](多选)在倾角θ＝30°的斜面上固定两根足够长的平行金属导轨MN、EF，间距为L，导轨处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下．有两根质量均为m、电阻均为R、长度均为L的金属棒ab、cd垂直导轨放置且与导轨接触良好，光滑的ab棒用平行于导轨的不可伸长的轻绳跨过光滑定滑轮与质量为2m的重物P连接，如图所示．初始时作用在ab棒上一个外力(题中未画出)使ab棒、重物P保持静止，cd棒也静止在导轨上且刚好不下滑．已知重力加速度大小为g，导轨电阻不计，最大静摩擦力等于滑动摩擦力．现撤去外力，ab棒和重物P从静止开始运动，到cd棒刚好要向上滑动的过程中，则( )A．重物P向下做加速度不断减小的加速运动B．cd棒刚好要向上滑动时，ab棒中的电流大小I＝C．cd棒刚好要向上滑动时，重物P的速度大小为v＝D．重物P减少的重力势能等于ab棒、重物P增加的动能与ab、cd棒产生的焦耳热之和练2 [2020·全国卷Ⅰ](多选)如图，U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上，ab和dc边平行，和bc边垂直．ab、dc足够长，整个金属框电阻可忽略．一根具有一定电阻的导体棒MN置于金属框上，用水平恒力F向右拉动金属框，运动过程中，装置始终处于竖直向下的匀强磁场中，MN与金属框保持良好接触，且与bc边保持平行．经过一段时间后( )A．金属框的速度大小趋于恒定值B．金属框的加速度大小趋于恒定值C．导体棒所受安培力的大小趋于恒定值D．导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值练3 如图所示，间距为L的两根平行金属导轨弯成“L”形，竖直导轨面与水平导轨面均足够长，整个装置处于竖直向上大小为B的匀强磁场中．质量均为m、阻值均为R的导体棒ab、cd均垂直于导轨放置，两导体棒与导轨间动摩擦因数均为μ，当导体棒cd在水平恒力作用下以速度v0沿水平导轨向右匀速运动时，释放导体棒ab，它在竖直导轨上匀加速下滑．某时刻将导体棒cd所受水平恒力撤去，经过一段时间，导体棒cd静止，此过程流经导体棒cd的电荷量为q(导体棒ab、cd与导轨间接触良好且接触点及金属导轨的电阻不计，已知重力加速度为g)，则下列判断错误的是( )A．导体棒cd受水平恒力作用时流经它的电流I＝B．导体棒ab匀加速下滑时的加速度大小a＝g－C．导体棒cd在水平恒力撤去后它的位移为s＝D．导体棒cd在水平恒力撤去后它产生的焦耳热为Q＝m－题后反思1．电磁感应中动力学问题的解题思路2．电磁感应中的动态分析导体受外力运动感应电动势感应电流导体受安培力―→合力变化加速度变化―→速度变化―→临界状态．考点二电磁感应中的能量问题多维探究1．能量转化2．求解焦耳热Q的三种方法3．解题的一般步骤(1)确定研究对象(导体棒或回路)；(2)弄清电磁感应过程中哪些力做功，以及哪些形式的能量相互转化；(3)根据功能关系或能量守恒定律列式求解．题型1|由焦耳定律求解焦耳热例 2 小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示，两根平行金属导轨相距l＝0.50 m，倾角θ＝53 °，导轨上端串接一个R＝0.05 Ω的电阻．在导轨间长d＝0.56 m的区域内，存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度B＝2.0 T．质量m＝4.0 kg的金属棒CD水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连．CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s＝0.24 m．一位健身者用恒力F＝80 N 拉动GH杆，CD棒由静止开始运动，上升过程中CD棒始终保持与导轨垂直．当CD棒到达磁场上边界时健身者松手，触发恢复装置使CD棒回到初始位置(重力加速度g取10 m/s2，sin 53°＝0.8，不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量)．求：(1)CD棒进入磁场时速度v的大小．(2)CD棒进入磁场时所受的安培力F A的大小．(3)在拉升CD棒的过程中，健身者所做的功W和电阻产生的焦耳热Q.题型2|由安培力做功求解焦耳热例3 如图所示，足够长的粗糙斜面与水平面成θ＝37°角放置，在斜面上虚线cc′和bb′与斜面底边平行，且两线间距为d＝0.1 m，在cc′、bb′围成的区域内有垂直斜面向上的有界匀强磁场，磁感应强度为B＝1 T；现有一质量为m＝10 g，总电阻为R＝1 Ω，边长也为d＝0.1 m的正方形金属线圈MNPQ，其初始位置PQ边与cc′重合，现让金属线圈以一定初速度沿斜面向上运动，当金属线圈从最高点返回到磁场区域时，线圈刚好做匀速直线运动．已知线圈与斜面间的动摩擦因数为μ＝0.5，取g＝10 m/s2，不计其他阻力，求：(取sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)(1)线圈向下返回到磁场区域时的速度大小；(2)线圈向上离开磁场区域时的动能；(3)线圈向下通过磁场区域过程中，线圈中产生的焦耳热．题型3|由能量守恒或功能关系求解焦耳热例4 [2021·广州市模拟]如图甲所示，空间存在B＝0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场，MN、PQ是水平放置的平行长直导轨，其间距L＝0.2 m，R是连在导轨一端的电阻，ab是跨接在导轨上质量m＝0.1 kg 的导体棒．从零时刻开始，对ab施加一个大小为F＝0.45 N、方向水平向左的恒定拉力，使其从静止开始沿导轨滑动，滑动过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好，图乙是棒的v ­ t图象，其中AO是图象在O 点的切线，AB是图象的渐近线．除R以外，其余部分的电阻均不计．设最大静摩擦力等于滑动摩擦力．已知当棒的位移为100 m时，其速度达到了最大速度10 m/s.求：(1)R的阻值；(2)在棒运动100 m过程中电阻R上产生的焦耳热．练4 [2020·济南模拟]如图所示，水平传送带上放置n个相同的正方形闭合导线圈，每个线圈的质量均为m，电阻均为R，边长均为L，线圈与传送带间的动摩擦因数均为μ，线圈与传送带共同以速度v0匀速向右运动．MN与PQ为匀强磁场的边界，平行间距为d(L<d)，速度v0方向与MN垂直．磁场的磁感应强度为B，方向竖直向下．当线圈右侧边进入磁场时与传送带发生相对运动，线圈的右侧边到达边界PQ 时又恰好与传送带的速度相同．设传送带足够长，且线圈在传送带上始终保持右侧边平行于磁场边界．已知重力加速度为g，线圈间不会相碰．求：(1)线圈的右侧边刚进入磁场时，线圈的加速度大小；(2)线圈右侧边从MN运动到PQ经过的时间t；(3)n个线圈均通过磁场区域到恢复和传送带共速，线圈释放的焦耳热．练5 [2021·石嘴山模拟]如图所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在竖直平面内，两导轨间的距离为L＝1 m，导轨间连接的定值电阻R＝3 Ω，导轨上放一质量为m＝0.1 kg的金属杆ab，金属杆始终与导轨接触良好，杆的电阻r＝1 Ω，其余电阻不计，AB位置下方存在磁感应强度为B＝1 T 的匀强磁场，磁场的方向垂直导轨平面向里．重力加速度g取10 m/s2.现让金属杆从AB水平位置由静止释放，忽略空气阻力的影响，求：(1)金属杆的最大速度．(2)若从金属杆开始下落到刚好达到最大速度的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q＝0.6 J，此时金属杆下落的高度为多少？(3)达到最大速度后，为使ab杆中不产生感应电流，从该时刻开始，磁感应强度B′应怎样随时间t 变化？推导这种情况下B′与t的关系式．考点三电磁感应与动量的综合问题多维探究题型1|动量定理在电磁感应中的应用在电磁感应中，动量定理应用于单杆切割磁感线运动，可求解变力的时间、速度、位移和电荷量．(1)求电荷量或速度：B lΔt＝mv2－mv1，q＝t.(2)求时间：Ft＝I冲＝mv2－mv1，I冲＝BIlΔt＝Bl(3)求位移：－BIlΔt＝－＝0－mv0，即－x＝m(0－v0)．例5 [2020·山东潍坊期末] (多选)如图所示，水平金属导轨P、Q间距为L，M、N间距为2L，P与M相连，Q与N相连，金属棒a垂直于P、Q放置，金属棒b垂直于M、N放置，整个装置处在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中．现给棒a一大小为v0、水平向右的初速度，假设导轨都足够长，两棒质量均为m，在棒a的速度由v0减小到0.8v0的过程中，两棒始终与导轨接触良好．以下说法正确的是( )A．俯视时感应电流方向为顺时针B．棒b的最大速度为0.4v0C．回路中产生的焦耳热为0.1mD．通过回路中某一截面的电荷量为题型2|动量守恒定律在电磁感应中的应用例6 [2019·全国卷Ⅲ，19](多选)如图，方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨，两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上．t＝0时，棒ab以初速度v0向右滑动．运动过程中，ab、cd始终与导轨垂直并接触良好，两者速度分别用v1、v2表示，回路中的电流用I表示．下列图象中可能正确的是( )练6 [2020·山东阳谷二中期末](多选)如图所示，在高为h的桌面上固定着两根平行光滑金属导轨，导轨左段弯曲，右段水平，两部分平滑连接，导轨间距为L，电阻不计，在导轨的水平部分有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B，ab、cd为两根相同的金属棒，质量均为m，长度均为L，电阻均为r.开始时cd静置于水平导轨上某位置，将ab从弯曲导轨上距离桌面高为h处由静止释放，cd离开导轨水平抛出，落地点ef距轨道末端的水平距离也为h，金属棒在运动过程中没有发生碰撞且与导轨接触良好，重力加速度为g.以下说法正确的是( )A．cd在导轨上的最大加速度为B．cd在导轨上的最大加速度为C．ab的落地点在ef的右侧D．电路中产生的热量为mgh练7 如图甲所示，两足够长且不计其电阻的光滑金属轨道，如图所示放置，间距为d＝1 m，在左端弧形轨道部分高h＝1.25 m处放置一金属杆a，弧形轨道与平面轨道以光滑圆弧连接，在平直轨道右端放置另一金属杆b.杆a、b电阻分别为R a＝2 Ω，R b＝5 Ω，在平直轨道区域有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B＝2 T．现杆b以大小5 m/s的初速度(设为v0)开始向左滑动，同时由静止释放杆a.杆a由静止滑到水平轨道的过程中，通过杆b的平均电流为0.3 A．从杆a下滑到水平轨道时开始计时，a、b杆运动图象如图乙所示(以杆a运动方向为正)，其中m a＝2 kg，m b＝1 kg，g＝10 m/s2，求：(1)杆a在弧形轨道上运动的时间；(2)杆a在水平轨道上运动过程中通过其截面的电荷量；(3)在整个运动过程中杆b上产生的焦耳热．专题十一 电磁感应中的动力学、能量和动量问题考点突破例1 解析：(1)金属棒进入磁场Ⅰ做匀速运动，设速度为v 0，由平衡条件得mgsin θ＝F 安① 而F 安＝B 0I 0L ，② I 0＝B 0Lv 0R ＋r③代入数据解得v 0＝2 m/s.④(2)金属棒滑过cd 位置时，其受力如图所示．由牛顿第二定律得 mgsin θ－F ′安＝ma ，⑤ 而F ′安＝B 1I 1L ，⑥ I 1＝B 1Lv 0R ＋r，⑦代入数据可解得a ＝3.75 m/s 2.⑧(3)金属棒在进入磁场Ⅱ区域达到稳定状态时，设速度为v 1，则mgsin θ＝F ″安，⑨ 而F ″安＝B 1I 2L ○10 I 2＝B 1Lv 1R ＋r，⑪代入数据解得v 1＝8 m/s.⑫答案：(1)2 m/s (2)3.75 m/s 2 (3)8 m/s考法拓展1 解析：金属棒从静止开始到刚进入磁场Ⅰ的时间t 1＝v 0gsin θ＝0.4 s ，在磁场Ⅰ运动时间t 2＝x 1v 0＝0.5 s ，所以金属棒从开始到刚离开磁场Ⅰ所经历的时间为t ＝t 1＋t 2＝0.9 s.答案：0.9 s考法拓展2 解析：金属棒在未进入磁场前做初速度为0的匀加速直线运动a ＝gsin θ，由运动学公式得v 20＝2ax 0，代入数据解得x 0＝0.4 m. 答案：0.4 m考法拓展3 解析：金属棒从开始运动到在磁场Ⅱ中达到稳定状态过程中，根据能量守恒得 mg(x 0＋x 1＋x 2)sin θ＝Q ＋12mv 21，Q R ＝R R ＋r Q ＝7.5 J.答案：7.5 J练1 解析：本题考查电磁感应中的楞次定律，通过分析安培力判断物体的运动状态，回路中的电流以及焦耳热．重物P 和ab 棒是一个系统，重物P 的重力不变，ab 棒的重力沿斜面向下的分力不变，而ab 棒切割磁感线的速度在增大，则沿斜面向下的安培力随之增大，则ab 与P 的加速度变小，所以重物P 向下做加速度不断减小的加速运动，A 正确；cd 棒刚开始恰好不下滑，则有mgsin θ＝μmgcos θ，cd 棒刚好要向上滑动时，则有BIL ＝mgsin θ＋μmgcos θ，联立解得I ＝mgBL ，B 正确；cd 棒刚好要向上滑动时，ab 棒切割磁感线产生的感应电动势E ＝BLv ，感应电流I ＝BLv 2R ，可得v ＝2mgRB 2L 2，C 正确；由能量守恒定律可知，重物P 减少的重力势能等于ab 棒、重物P 增加的动能、ab 棒增加的重力势能与ab 、cd 棒产生的焦耳热之和，D 错误．答案：ABC练2 解析：用水平恒力F 向右拉动金属框，bc 边切割磁感线产生感应电动势，回路中有感应电流i ，bc 边受到水平向左的安培力作用，设金属框的质量为M ，加速度为a 1，由牛顿第二定律有F －BiL ＝Ma 1；导体棒MN 受到向右的安培力，向右做加速运动，设导体棒的质量为m ，加速度为a 2，由牛顿第二定律有BiL ＝ma 2.设金属框bc 边的速度为v 时，导体棒的速度为v ′，则回路中产生的感应电动势为E ＝BL(v －v ′)，由闭合电路欧姆定律i ＝E R ＝BL (v －v ′)R，F 安＝BiL ，可得金属框bc 边所受安培力和导体棒MN 所受的安培力均为F 安＝B 2L 2(v －v ′)R ，二者加速度之差Δa ＝a 1－a 2＝F －F 安M －F 安m ＝F M －F 安⎝ ⎛⎭⎪⎫1M ＋1m ，随着所受安培力的增大，二者加速度之差Δa 减小，当Δa 减小到零时，F M ＝B 2L 2(v －v ′)R ·⎝ ⎛⎭⎪⎫1M ＋1m ，之后金属框和导体棒的速度之差Δv ＝v －v ′＝FRmB 2L 2(m ＋M )，保持不变．由此可知，金属框的速度逐渐增大，金属框所受安培力趋于恒定值，金属框的加速度大小趋于恒定值，导体棒所受的安培力F 安＝B 2L 2(v －v ′)R 趋于恒定值，选项A 错误，BC 正确；导体棒到金属框bc 边的距离x ＝⎠⎛0t (v －v ′)dt ，随时间的增大而增大，选项D 错误．答案：BC练3 解析：cd 切割磁感线产生感应电动势为E ＝BLv 0，根据闭合电路欧姆定律得I ＝E 2R ＝BLv 02R ，故A 项错误．对于ab 棒：根据牛顿第二定律得mg －F f ＝ma ，又F f ＝μF N ，F N ＝BIL ，联立解得，加速度大小为a ＝g －μB 2L 2v 02mR ，故B 项正确．对于cd 棒，由公式q ＝ΔΦR 总得q ＝BLs 2R ，则得，s ＝2Rq BL，故C 项正确．设导体棒cd 在水平恒力撤去后产生的焦耳热为Q ，由于ab 的电阻与cd 相同，两者串联，则ab 产生的焦耳热也为Q.根据能量守恒得2Q ＋μmgs ＝12mv 20，又s ＝2Rq BL ，解得Q ＝14mv 20－μmgRqBL ，故D 项正确．综上所述，应选择A.答案：A例2 解析：(1)由牛顿第二定律a ＝F －mgsin θm ＝12 m/s 2进入磁场时的速度v ＝2as ＝2.4 m/s. (2)感应电动势E ＝Blv 感应电流I ＝BlvR安培力F A ＝IBl代入得F A ＝(Bl )2vR ＝48 N.(3)健身者做功W ＝F(s ＋d)＝64 J 由牛顿第二定律F －mgsin θ－F A ＝0 CD 棒在磁场区域做匀速运动 在磁场中运动的时间t ＝dv焦耳热Q ＝I 2Rt ＝26.88 J.答案：(1)2.4 m/s (2)48 N (3)64 J 26.88 J例3 解析：(1)金属线圈向下匀速进入磁场时，有mgsin θ＝μmgcos θ＋F 安 其中F 安＝BId ，I ＝ER，E ＝Bdv解得v ＝(mgsin θ－μmgcos θ)RB 2d2＝2 m/s. (2)设最高点离bb ′的距离为x ，线圈从最高点到开始进入磁场过程做匀加速直线运动，有v 2＝2ax ，mgsin θ－μmgcos θ＝ma 线圈从向上离开磁场到向下进入磁场的过程，根据动能定理有E k1－E k ＝μmgcos θ·2x ，其中E k ＝12mv 2得E k1＝12mv 2＋v 2μmgcos θgsin θ－μgcos θ＝0.1 J.(3)线圈向下匀速通过磁场区域过程中， 有mgsin θ·2d －μmgcos θ·2d ＋W 安＝0 Q ＝－W 安解得Q ＝2mgd(sin θ－μcos θ)＝0.004 J. 答案：(1)2 m/s (2)0.1 J (3)0.004 J例4 解析：(1)由图乙得ab 棒刚开始运动瞬间a ＝2.5 m/s 2， 则F －F f ＝ma ， 解得F f ＝0.2 N.ab 棒最终以速度v ＝10 m/s 匀速运动，则所受到拉力、摩擦力和安培力的合力为零，F －F f －F 安＝0.F 安＝BIL ＝BL Blv R ＝B 2L 2vR .联立可得R ＝B 2L 2vF －F f＝0.4 Ω.(2)由功能关系可得(F －F f )x ＝12mv 2＋Q ，解得Q ＝20 J.答案：(1)0.4 Ω (2)20 J练4 解析：(1)线圈刚进入磁场时有：E ＝BLv 0 根据闭合电路欧姆定律：I ＝ER所以安培力F ＝B 2L 2v 0R根据牛顿第二定律：F －μmg ＝ma. a ＝B 2L 2v 0mR －μg ，方向向左(2)根据动量定理，对线圈： μmgt －I 安＝0. 其中安培力的冲量：I 安＝F 安t ′＝B I －L ·t ′＝BLq q ＝ΔΦR ＝BL 2R .综上解得t ＝B 2L 3μmgR.(3)自线圈进入磁场到线圈右侧边到达PQ 过程中，对于单个线圈，根据动能定理得 μmgd －W 安＝0，所以克服安培力做功W 安＝μmgd单个线圈离开磁场的运动情况和进入磁场相同，W ′安＝W 安＝μmgd ， 所以对于n 个线圈有Q ＝2n μmgd答案：(1)B 2L 2v 0mR －μg (2)B 2L3μmgR(3)2n μmgd练5 解析：(1)设金属杆的最大速度为v m ，安培力与重力平衡，则有：F 安＝mg 又F 安＝BIL ，I ＝ER ＋r，E ＝BLv m 联立得：F 安＝B 2L 2v mR ＋r解得：v m ＝4 m/s(2)电路中产生的总焦耳热： Q 总＝R ＋r R Q ＝3＋13×0.6 J ＝0.8 J由能量守恒定律得：mgh ＝12mv 2m ＋Q 总解得：h ＝1.6 m(3)为使ab 杆中不产生感应电流，应使穿过回路平面的磁通量不发生变化， 在该时刻穿过回路平面的磁通量为： Φ1＝BLht 时刻的磁通量为： Φ2＝B ′L ⎝ ⎛⎭⎪⎫h ＋v m t ＋12gt 2 由Φ1＝Φ2得：B ′＝Bhh ＋v m t ＋12gt2代入数据解得：B ′＝ 1.65t 2＋4t ＋1.6T答案：(1)4 m/s (2)1.6 m (3)B ′＝ 1.65t 2＋4t ＋1.6T例5 解析：本题考查电磁感应中的电荷量、能量等物理量的计算．棒a 向右运动，回路面积减小，根据楞次定律可知，俯视时感应电流方向为逆时针，A 错误；在棒a 的速度由v 0减小到0.8v 0的过程中，棒a 减速，棒b 加速，对棒a ，由动量定理可得B I －·Lt ＝BqL ＝mv 0－0.8mv 0，对棒b ，由动量定理可得B I －·2Lt ＝mv ，联立可得v ＝0.4v 0，q ＝mv 05BL ，B 正确，D 错误；根据能量守恒定律可得Q ＝12mv 20－12m(0.8v 0)2＋12m(0.4v 0)2＝0.1mv 20，C 正确．答案：BC例6 解析：由楞次定律可知ab 棒做减速运动，cd 棒做加速运动，即v 1减小，v 2增加．回路中的感应电动势E ＝BL(v 1－v 2)，回路中的电流I ＝E R ＝BL (v 1－v 2)R ，回路中的导体棒ab 、cd 的加速度大小均为a ＝F m ＝BIL m ＝B 2L 2(v 1－v 2)mR ，由于v 1－v 2减小，可知a 减小，所以ab 与cd 的v ­ t 图线斜率减小，I 也非线性减小，所以A 、C 正确，B 、D 错误．答案：AC练6 解析：本题从动量和能量两个角度考查双棒问题．当cd 受到的安培力最大时，cd 在导轨上的加速度最大，即ab 刚进入磁场时，cd 在导轨上的加速度最大，设此时ab 的速度为v ，根据机械能守恒定律可得12mv 2＝mgh ，解得v ＝2gh ，此时回路中的感应电流I ＝BLv 2r ，cd 在导轨上的最大加速度a ＝BIL m ＝B 2L 22gh2mr，故A 正确，B 错误； 设cd 离开导轨时的速度为v 1，根据平抛运动规律可知，下落时间t ＝2h g ，则v 1＝h t＝gh2，设cd 离开导轨时ab 的速度为v ′，根据动量守恒定律可得mv ＝mv ′＋mv 1，解得v ′＝v 1＝gh2，所以ab 的落地点也在ef 处，故C 错误；电路中产生的热量Q ＝mgh －12mv ′2－12mv 21＝12mgh ，故D 正确．答案：AD练7 解析：(1)设杆a 刚滑到水平轨道时，杆b 的速度为v b ，杆a 在弧形轨道上运动的时间与杆b 从开始滑动到杆a 刚滑到水平轨道时所用时间相等，对杆b 应用动量定理有Bd I －t 1＝m b v b －m b v 0其中v 0＝－5 m/s ，v b ＝－2 m/s 解得t 1＝5 s.(2)设杆a 下滑到水平轨道时的速度为v a ，由杆a 下滑的过程中机械能守恒有 m a gh ＝12m a v 2a解得v a ＝5 m/s设两杆最后共同的速度为v ，两杆在水平轨道上运动过程中动量守恒，有 m a v a ＋m b v b ＝(m a ＋m b )v 解得v ＝83m/s对杆a 在水平轨道上运动过程应用动量定理有 －Bd I －t 2＝m a v －m a v a 又q ＝I －t 2解得q ＝73C.(3)由能量守恒定律得，两杆产生的总焦耳热Q 总＝m a gh ＋12m b v 20－12(m a ＋m b )v 2＝1616 J杆a 、b 串联，电流相等，则相同时间内产生的焦耳热与电阻成正比 故杆b 上产生的焦耳热Q ＝R b R a ＋R b Q 总＝1156J. 答案：(1)5 s (2)73 C (3)1156 J。

高中物理学习材料金戈铁骑整理制作专题十一电磁感应高考试题考点一电磁感应现象楞次定律★★★1.(2013年新课标全国卷Ⅱ,19,6分)在物理学发展过程中,观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用.下列叙述符合史实的是( )A.奥斯特在实验中观察到电流的磁效应,该效应揭示了电和磁之间存在联系B.安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性,提出了分子电流假说C.法拉第在实验中观察到,在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中,会出现感应电流D.楞次在分析了许多实验事实后提出,感应电流应具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化解析:奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电和磁之间的关系,选项A正确;根据通电螺线管产生的磁场与条形磁铁的磁场相似性,安培提出了磁性是分子内环形电流产生的,即分子电流假说,选项B正确;法拉第探究磁产生电的问题,发现导线中电流“通、断”时导线附近的固定导线圈中出现感应电流,而导线中通有恒定电流时导线圈中不产生感应电流,选项C错误;楞次定律指出感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,选项D正确.答案:ABD2.(2012年山东理综,14,5分)以下叙述正确的是( )A.法拉第发现了电磁感应现象B.惯性是物体的固有属性,速度大的物体惯性一定大C.牛顿最早通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动的原因D.感应电流遵从楞次定律所描述的方向,这是能量守恒定律的必然结果解析:法拉第最早发现了电磁感应现象,A正确;惯性是物体的固有属性,质量是物体惯性大小的唯一量度,B 错误;伽利略通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动的原因,C错误;自然界任何过程都遵循能量守恒定律,D正确.答案:AD点评：本题难度不大,物理学史是近几年许多省高考的必考内容,也就要求今后在备考中要加强物理学史的学习,通过物理学史的学习使学生热爱科学,学习严谨的科学态度.3.(2011年海南卷,7,4分)自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的,很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献.下列说法正确的是( )A.奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系B.欧姆发现了欧姆定律,说明了热现象和电现象之间存在联系C.法拉第发现了电磁感应现象,揭示了磁现象和电现象之间的联系D.焦耳发现了电流的热效应,定量给出了电能和热能之间的转换关系解析:奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电与磁之间的联系,A正确;欧姆发现了欧姆定律,说明了纯电阻电路电流和电压之间存在联系,B错误;法拉第发现了电磁感应现象,揭示了磁现象和电现象之间的联系,C正确;焦耳发现了电流的热效应,定量给出了电能和热能之间的转换关系,D正确.答案:ACD4.(2011年上海卷,13,3分)如图,均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置,当a绕O点在其所在平面内旋转时,b中产生顺时针方向的感应电流,且具有收缩趋势,由此可知,圆环a( )A.顺时针加速旋转B.顺时针减速旋转C.逆时针加速旋转D.逆时针减速旋转解析:b中为顺时针电流,由安培定则知,感应电流的磁场方向垂直纸面向里;b环有收缩趋势,说明原磁场磁通量减少,方向垂直纸面向里,a环中的电流减小;a环带正电,由楞次定律知,a环顺时针减速运动.答案:B点评：本题综合考查了楞次定律和安培定则的应用,正确分析感应电流磁场方向及b环收缩的原因是解题的关键.考点二法拉第电磁感应定律自感★★★1.(2013年北京理综,17,6分)如图所示,在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动,MN中产生的感应电动势为E1;若磁感应强度增为2B,其他条件不变,MN中产生的感应电动势变为E2.则通过电阻R的电流方向及E1与E2之比E1∶E2分别为( )A.c→a,2∶1B.a→c,2∶1C.a→c,1∶2D.c→a,1∶2解析:根据右手定则或楞次定律,知通过电阻R的电流方向为a→c;由法拉第电磁感应定律E=Blv知E1=Blv,E2=2Blv,则E1∶E2=1∶2,故选项C正确,A、B、D错误.答案:C2.(2013年天津理综,3,6分)如图所示,纸面内有一矩形导体闭合线框abcd,ab边长大于bc边长,置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外,线框两次匀速地完全进入磁场,两次速度大小相同,方向均垂直于MN.第一次ab边平行MN进入磁场,线框上产生的热量为Q1,通过线框导体横截面的电荷量为q1;第二次bc边平行MN进入磁场,线框上产生的热量为Q2,通过线框导体横截面的电荷量为q2,则( )A.Q1>Q2,q1=q2B.Q1>Q2,q1>q2C.Q1=Q2,q1=q2D.Q1=Q2,q1>q2解析:设线框ab边长为L1,bc边长为L2,进入磁场的速度为v,电阻为R,ab边平行MN进入磁场时,根据能量守恒,线框进入磁场的过程中产生的热量等于产生的电能,即Q1=2221B L vR·2Lv=2212B L vLR,通过线框导体横截面的电荷量q 1=R ∆Φ=12BL L R ;同理得bc 边平行MN 进入磁场时,Q 2=222B L v R ·L 1,q 2=R ∆Φ=12BL L R,则q 1=q 2,由于L 1>L 2,因此Q 1>Q 2,选项A 正确.答案:A点评： 此题也可用安培力做功求解,线框中产生的热量等于克服安培力所做的功,注意安培力应为恒力;电荷量q 仅由回路电阻和磁通量变化决定,与磁通量发生变化的时间无关.3.(2013年浙江理综,15,6分)磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区,刷卡器中有检测线圈.当以速度v 0刷卡时,在线圈中产生感应电动势,其E t 关系如图所示.如果只将刷卡速度改为02v ,线圈中的E t 关系图可能是( )解析:由公式E=Blv 可知,当刷卡速度减半时,线圈中的感应电动势最大值减半,且刷卡所用时间加倍,故选项D 正确.答案:D4.(2012年新课标全国理综,19,6分)如图,均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框,半圆直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为B 0.使该线框从静止开始绕过圆心O 、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周,在线框中产生感应电流.现使线框保持图中所示位置,磁感应强度大小随时间线性变化.为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流,磁感应强度随时间的变化率B t∆∆的大小应为( )A.04πB ωB.02πB ωC.0πB ωD.02πB ω解析:当线框绕过圆心O 的转动轴以角速度ω匀速转动时,由于面积的变化产生感应电动势,从而产生感应电流,即I 1=E R =R t Φ∆∆=0B S R t ∆∆=202B r R ω,当线圈不动,磁感应强度变化时,I 2=R t Φ∆∆=BS R t∆∆=2π2B r R t ∆∆,因I 1=I 2,可得B t ∆∆=0πB ω,C 正确. 答案:C点评： 本题考查法拉第电磁感应定律的应用,涉及两种类型公式的选用.解题时关键是要求学生能利用公式得到电流的表达式,注意本题的动生电动势是直径切割磁感线,而不是半径.5.(2011年广东理综,15,4分)将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,关于线圈中产生的感应电动势和感应电流,下列表述正确的是( )A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关B.穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大C.穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同解析:根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小与线圈的匝数成正比,与磁通量的变化率成正比,与磁通量大小无关,故A 、B 错误,C 正确;根据楞次定律,感应电流产生的磁场方向可能与原磁场方向相同,也可能相反,D 错误.答案:C6.(2011年北京理综,19,6分)某同学为了验证断电自感现象,自己找来带铁芯的线圈L,小灯泡A,开关S 和电池组E,用导线将它们连接成如图所示的电路.检查电路后,闭合开关S,小灯泡发光;再断开开关S,小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象.虽经多次重复,仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象,他冥思苦想找不出原因.你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是( )A.电源的内阻较大B.小灯泡电阻偏大C.线圈电阻偏大D.线圈的自感系数较大解析:线圈L 要阻碍通过它的电流变化.断电时,要阻碍其中的电流减小,L 中电流要比断电前的电流小,并且通过灯泡形成一个回路,若L 中电流断电前比灯泡中电流大,此时L 中电流虽减小,但仍比灯泡断电前电流大,灯泡就会闪亮一下.要实现L 中电流比小灯泡电流大,根据欧姆定律可知,L 的电阻比小灯泡电阻要小,从而判定出C 正确.答案:C7.(2010年浙江理综,19,6分)半径为r 带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置,在圆环的缺口两端引出两根导线,分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接,两板间距为d,如图(甲)所示.有一变化的磁场垂直于纸面,规定向内为正,变化规律如图(乙)所示.在t=0时刻平板之间中心有一重力不计,电荷量为q 的静止微粒.则以下说法正确的是( )A.第2秒内上极板为正极B.第3秒内上极板为负极C.第2秒末微粒回到了原来位置D.第2秒末两极板之间的电场强度大小为0.2πr 2/d 解析:由题图(乙)知第2秒内,磁场向内并均匀减小,由楞次定律知,环中电流方向为顺时针,因而上极板带正电,A 项正确;第3秒内磁场向外且均匀增大.由楞次定律知,环中电流方向为顺时针,上极板仍带正电,B 项错误;同理,第1秒内上极板带负电,此微粒2秒内先做匀加速直线运动,再做匀减速直线运动,加速度大小不变,运动方向不变,C 项错误;由法拉第电磁感应定律知,电路中感应电动势为E 感=t Φ∆∆=0.1πr 2,场强为E=E d 感=0.1πr 2/d,D 项错误. 答案:A8.(2013年江苏卷,13,15分)如图所示,匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd,线圈平面与磁场垂直.已知线圈的匝数N=100,边长ab=1.0 m 、bc=0.5 m,电阻r=2 Ω.磁感应强度B 在0～1 s 内从零均匀变化到0.2 T.在1～5 s 内从0.2 T 均匀变化到-0.2 T,取垂直纸面向里为磁场的正方向.求:(1)0.5 s 时线圈内感应电动势的大小E 和感应电流的方向;(2)在1～5 s 内通过线圈的电荷量q;(3)在0～5 s 内线圈产生的焦耳热Q.解析:(1)感应电动势E 1=N 11t Φ∆∆, 磁通量的变化量ΔΦ1=ΔB 1S解得E 1=N 11B S t ∆∆, 代入数据得E 1=10 V,感应电流的方向为a →d →c →b →a.(2)同理可得E 2=N 22B S t ∆∆, 感应电流I 2=2E r ,电荷量q=I 2Δt 2 解得q=N 2B S r∆,代入数据得q=10 C. (3)0～1 s 内的焦耳热Q 1=21I r Δt 1,且I 1=1E r,1～5 s 内的焦耳热Q 2=22I r Δt 2 0～5 s 内焦耳热Q=Q 1+Q 2,代入数据得Q=100 J.答案:(1)10 V a →d →c →b →a(2)10 C (3)100 J考点三 电磁感应中的图像问题 ★★★1.(2013年新课标全国卷Ⅰ,17,6分)如图,在水平面(纸面)内有三根相同的均匀金属棒ab 、ac 和MN,其中ab 、ac 在a 点接触,构成“V ”字型导轨.空间存在垂直于纸面的均匀磁场.用力使MN 向右匀速运动,从图示位置开始计时,运动中MN 始终与∠bac 的平分线垂直且和导轨保持良好接触.下列关于回路中电流i 与时间t 的关系图线.可能正确的是( )解析:设开始时MN 距a 点距离为x 0,向右匀速运动的速度为v,金属棒电阻率为ρ,截面积为S,∠bac=2θ.在t 时刻MN 产生的感应电动势为:E=Blv=B ·2(x 0+vt)tan θ·v=2Bv(x 0+vt)tan θ,回路中电阻为R=ρ()22tancosx vtx vtSθθ+++=()2x vtS+1tancosθθ⎛⎫+⎪⎝⎭,由I=ER可得i=()sin1sinBvSθρθ+,即电流保持不变,故选项A正确.答案:A点评：本题将电磁感应、电阻定律及电路结合,考查考生对电阻定律和法拉第电磁感应定律的应用能力.2.(2013年新课标全国卷Ⅱ,16,6分)如图,在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框;在导线框右侧有一宽度为d(d>L )的条形匀强磁场区域,磁场的边界与导线框的一边平行,磁场方向竖直向下.导线框以某一初速度向右运动,t=0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合,随后导线框进入并通过磁场区域.下列v t图像中,可能正确描述上述过程的是( )解析:线框进入和离开磁场时,穿过线框的磁通量发生变化产生感应电流,磁场对线框的安培力阻碍线框运动,使线框速度减小,由E=BLv、I=ER及F=BIL=ma可知安培力减小,加速度减小,当线框完全进入磁场后穿过线框的磁通量不再变化,不产生感应电流,不受安培力,线框做匀速直线运动,故选项D正确.答案:D3.(2013年大纲全国卷,17,6分)纸面内两个半径均为R的圆相切于O点,两圆形区域内分别存在垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度大小相等、方向相反,且不随时间变化.一长为2R的导体杆OA绕过O点且垂直于纸面的轴顺时针匀速旋转,角速度为ω.t=0时,OA恰好位于两圆的公切线上,如图所示,若选取从O指向A的电动势为正,下列描述导体杆中感应电动势随时间变化的图像可能正确的是( )解析:当导体杆顺时针转动切割圆形区域中的磁感线时,由右手定则可知电动势由O指向A,即为正值,选项D错误;切割过程中产生的感应电动势E=BL v=12BL2ω,其中L=2Rsin ωt,如图所示,则E=2BωR2sin2ωt,由此可知选项A、B错误,选项C正确.答案:C点评：本题中导体杆切割磁感线,导体杆中一定产生感应电动势,电动势与电路是否闭合无关;电动势的方向可由右手定则加以判断,即认为电路闭合,判断导体杆内电流方向,即为电动势方向.4.(2013年山东理综,18,5分)将一段导线绕成图(甲)所示的闭合回路,并固定在水平面(纸面)内,回路的ab 边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中.回路的圆形区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ,以向里为磁场Ⅱ的正方向,其磁感应强度B 随时间t 变化的图像如图(乙)所示.用F 表示ab 边受到的安培力,以水平向右为F 的正方向,能正确反映F 随时间t 变化的图像是( )解析:0～2T 时间内,回路的圆环区域内垂直纸面的磁场Ⅱ的磁感应强度随时间先均匀减小后反向均匀增大,根据法拉第电磁感应定律及楞次定律可得回路的圆环区域产生大小恒定的、顺时针方向的感应电流,导线ab 中的电流方向由b →a,根据左手定则,ab 边在匀强磁场Ⅰ中受到水平向左的恒定的安培力;同理可得 2T ～T 时间内,ab 边在匀强磁场Ⅰ中受到水平向右的恒定的安培力,故选项B 正确. 答案:B点评： 考查电磁感应中的图像问题,并利用法拉第电磁感应定律及楞次定律、左手定则处理电磁感应问题的能力.5.(2012年福建理综,18,6分)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线始终保持重合.若取磁铁中心O 为坐标原点,建立竖直向下为正方向的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 变化的关系图像是( )解析:由条形磁铁的磁感线分布图知,从圆环下落处至O 点,磁场的水平分量先增加后减小至0,磁场的增加与减小都不是线性的,且磁场方向向外,从O 点以下,磁场的水平分量向里,先增加后减小,磁场的增加与减小也不是线性的,铜环加速下滑,由i=Blv R判定电流变化不是线性的,A 错误;关于O 点的对称点,下面的速度大于上面的速度,磁感应强度的水平分量B 大小相同,则下边的电流大于上边电流,B 正确.由于关于O 点的对称点速度大小不同,则电流不同,C 错误;在O 点的上方与下方,磁感应强度的水平分量方向相反,根据右手定则,电流方向也应该相反,D 错误.答案:B点评： (1)掌握常见磁体的磁感线分布是解此题的关键.(2)挖掘题目中的隐含条件,例如,磁感应强度的水平分量B关于O点对称,大小相等,方向相反;由于重力大于安培力,铜环加速下落.6.(2012年课标全国理综,20,6分)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,而线框中的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正方向与图中箭头所示方向相同,则i随时间t变化的图线可能是( )解析:因通电导线周围的磁场离导线越近磁场越强,而线框中左右两边电流的大小相同,而方向相反,所以受到的安培力方向相反,而导线框的左边受到的安培力大于导线框的右边受到的安培力,所以合力沿导线框左边受到的力的方向,因为线框受到的安培力的合力先水平向左,后水平向右,根据左手定则,导线框处的磁场方向先垂直纸面向里,后垂直纸面向外,根据右手螺旋定则,导线中的电流先为正,后为负,所以A正确,B、C、D错误.答案:A7.(2010年北京理综,19,6分)在如图(甲)所示的电路中,两个相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R.闭合开关S后,调整R,使L1和L2发光的亮度一样,此时流过两个灯泡的电流均为I.然后,断开S.若t′时刻再闭合S,则在t′前后的一小段时间内,正确反映流过L1的电流i1、流过L2的电流i2随时间t变化的图像是图(乙)中的( )解析:S闭合前,i1=0,i2=0,S闭合后,流过L1的电流从零缓慢增大到稳定值I.流过L2的电流立即增大到稳定值I.故B正确.答案:B8.(2011年海南卷,6,6分)如图所示,EOF和E′O′F′为空间一匀强磁场的边界,其中EO∥E′O′,FO∥F′O′,且EO⊥OF;OO′为∠EOF的角平分线,OO′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O′O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与时间t的关系图线可能正确的是( )解析:当线框左边进入磁场时,线框上的电流方向为逆时针,直至线框右边完全进入磁场;当右边一半进入磁场,左边一半开始出磁场,此后线圈中的电流方向为顺时针.当线框左边进入磁场时,切割磁感线的有效长度均匀增加,故感应电动势、感应电流均匀增加,当左边完全进入磁场,右边还没有进入时,感应电动势、感应电流达最大,且直到右边将要进入磁场这一段时间内均不变,当右边进入磁场时,左边开始出磁场,这时切割磁感线的有效长度均匀减小,感应电动势、感应电流均减小,且左、右两边在磁场中长度相等时为零,之后再反向均匀增加至左边完全出来,到右边到达左边界时电流最大且不变,直到再次减小,故B正确.答案:B考点四电磁感应中的力、电综合问题★★★★1.(2013年安徽理综,16,6分)如图所示,足够长平行金属导轨倾斜放置,倾角为37°,宽度为0.5 m,电阻忽略不计,其上端接一小灯泡,电阻为1 Ω.一导体棒MN垂直于导轨放置,质量为0.2 kg,接入电路的电阻为1 Ω,两端与导轨接触良好,与导轨间的动摩擦因数为0.5.在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为0.8 T.将导体棒MN由静止释放,运动一段时间后,小灯泡稳定发光,此后导体棒MN的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为(重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6)( )A.2.5 m/s 1 WB.5 m/s 1 WC.7.5 m/s 9 WD.15 m/s 9 W解析:小灯泡稳定发光时,导体棒MN匀速运动,所受合力为零,在沿斜面方向上:mgsin 37°-μmgcos 37°-BIL=0,I=BLvR总,R总=2 Ω,代入数据得v=5 m/s;闭合回路的总功率P=IE=IBLv,代入数据得P=2 W,小灯泡与导体棒的电阻相等,消耗的电功率相等,都为1 W,故选项B正确.答案:B2.(2013年四川理综,7,6分)如图所示,边长为L、不可形变的正方形导线框内有半径为r的圆形磁场区域,其磁感应强度B随时间t的变化关系为B=kt(常量k>0).回路中滑动变阻器R的最大阻值为R0,滑动片P位于滑动变阻器中央,定值电阻R 1=R 0、R 2=02R .闭合开关S,电压表的示数为U,不考虑虚线MN 右侧导体的感应电动势,则( ) A.R 2两端的电压为7UB.电容器的a 极板带正电C.滑动变阻器R 的热功率为电阻R 2的5倍D.正方形导线框中的感应电动势为kL 2解析:根据串、并联电路特点,虚线MN 右侧电路部分的总电阻R=R 0+02R +04R =74R 0.回路的总电流I=U R =047U R ,由于R 2=02R ,所以通过R 2的电流I 2=2I =027U R ,所以R 2两端电压U 2=I 2R 2=027U R ·02R =17U,选项A 正确;根据楞次定律可知,回路中的电流为逆时针方向,即流过R 2的电流方向向左,所以电容器b 极板带正电,选项B 错误;根据P=I 2R,滑动变阻器R 的热功率P=I 202R +22I ⎛⎫ ⎪⎝⎭02R =58I 2R 0,电阻R 2的热功率P 2=22I ⎛⎫ ⎪⎝⎭R 2=18I 2R 0=15P,选项C 正确;根据法拉第电磁感应定律得,线框中产生的感应电动势E=t Φ∆∆=B tS=k πr 2,选项D 错误. 答案:AC 点评： 本题考查知识点较多,涉及到楞次定律、法拉第电磁感应定律的计算、串并联电路的特点及电路中的欧姆定律和功率计算的知识,对学生基础知识的掌握以及推理能力的要求较高,但总体难度却不大,属于中档题.3.(2012年北京理综,19,6分)物理课上,老师做了一个奇妙的“跳环实验”.如图,她把一个带铁芯的线圈L 、开关S 和电源用导线连接起来后,将一金属套环置于线圈L 上,且使铁芯穿过套环.闭合开关S 的瞬间,套环立刻跳起.某同学另找来器材再探究此实验.他连接好电路,经重复试验,线圈上的套环均未动.对比老师演示的实验,下列四个选项中,导致套环未动的原因可能是( )A.线圈接在了直流电源上B.电源电压过高C.所选线圈的匝数过多D.所用套环的材料与老师的不同解析:套环跳起的原因是闭合开关的瞬间,套环中产生感应电流从而受到磁场力的作用,且磁场力大于套环的重力.该同学实验未成功的原因,可能是选用了非导体材料的套环.D 项正确.答案:D4.(2012年山东理综,20,5分)如图所示,相距为L 的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为θ,上端接有定值电阻R,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B.将质量为m 的导体棒由静止释放,当速度达到v 时开始匀速运动,此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,并保持拉力的功率恒为P,导体棒最终以2v 的速度匀速运动.导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨和导体棒的电阻,重力加速度为g.下列选项正确的是( )A.P=2mgvsin θB.P=3mgvsin θC.当导体棒速度达到2v 时加速度大小为2gsin θD.在速度达到2v 以后匀速运动的过程中,R 上产生的焦耳热等于拉力所做的功 解析:当导体棒以速度v 匀速下滑时,满足:22B L vR=mgsin θ 当导体棒以速度2v 匀速下滑时,满足: 222B L vR=mgsin θ+F两式联立解得:F=mgsin θ,则拉力F 的功率P=F ·2v=2mgvsin θ,A 正确,B 错误; 当导体棒以速度2v匀速下滑时, 由牛顿第二定律:mgsin θ-222B L vR=ma, 解得:a=2gsin θ,C 正确; 当导体棒以速度2v 匀速下滑时,由功能关系可知,F 做的功和重力做的功全部转化成电阻R 上产生的焦耳热,D 错误. 答案:AC点评： 本题是一道综合性比较强的考题,这类问题是每年高考的必考内容,考生在备考中要充分重视. 5.(2011年福建理综,17,6分)如图,足够长的U 型光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0<θ<90°),其中MN 与PQ 平行且间距为L,导轨平面与磁感应强度为B 的匀强磁场垂直,导轨电阻不计.金属棒ab 由静止开始沿导轨下滑,并与两导轨始终保持垂直且良好接触,ab 棒接入电路的电阻为R,当流过ab 棒某一横截面的电量为q 时,棒的速度大小为v,则金属棒ab 在这一过程中( )A.运动的平均速度大小为12v B.下滑的位移大小为qR BL。

专题：电磁感应中的图象问题【教学目标】熟练运用右手定则和楞次定律判断感应电流及感应电动势的方向【教学重点】处理电磁感应图象问题【教学难点】处理电磁感应图象问题的方法和图像问题的类型【内容提要】1．图象类型(1)随时间变化的图象如B－t图象、Φ－t图象、E－t图象和i－t图象．(2)随位移x变化的图象如E－x图象和i－x图象．2．问题类型(1)由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象．(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量．(3)利用给出的图象判断或画出新的图象.3．解题关键弄清初始条件，正负方向的对应，变化范围，所研究物理量的函数表达式，进、出磁场的转折点是解决问题的关键．4．解决图象问题的一般步骤(1)明确图象的种类，即是B－t图象还是Φ－t图象，或者是E－t图象、I－t图象等；(2)分析电磁感应的具体过程；(3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系；(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式；(5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等．(6)画出图象或判断图象．5．电磁感应中图象类选择题的两个常见解法(1)排除法：定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化)，特别是物理量的正负，排除错误的选项．(2)函数法：根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图象作出分析和判断，这未必是最简捷的方法，但却是最有效的方法．【典型例题】【例1】将一段导线绕成图甲所示的闭合回路，并固定在水平面(纸面)内．回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中．回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ，以向里为磁场Ⅱ的正方向，其磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示．用F表示ab边受到的安培力，以水平向右为F的正方向，能正确反映F随时间t变化的图象是()【例2】如图所示，一个边长为2L的等腰直角三角形ABC区域内，有垂直纸面向里的匀强磁场，其左侧有一个用金属丝制成的边长为L的正方形线框abcd，线框以水平速度v匀速通过整个匀强磁场区域，设电流逆时针方向为正．则在线框通过磁场的过程中，线框中感应电流i随时间t变化的规律正确的是()【例3】如图所示，A是一个边长为L的正方形导线框，每边电阻为r.现维持线框以恒定速度v沿x轴运动，并穿过图中所示由虚线围成的匀强磁场区域．U bc＝φb－φc，线框在图示位置的时刻作为时间的零点，则b、c两点间的电势差随时间变化的图线应为( )【例4】如图所示，在水平面(纸面)内有三根相同的均匀金属棒ab、ac和MN，其中ab、ac在a 点接触，构成“V”字型导轨．空间存在垂直于纸面的均匀磁场．用力使MN向右匀速运动，从图示位置开始计时，运动中MN始终与∠bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触．下列关于回路中电流i与时间t的关系图线，可能正确的是()【限时训练】1．一闭合线圈固定在垂直于纸面的匀强磁场中，设向里为磁感应强度B的正方向，线圈中的箭头为感应电流i的正方向，如图(甲)所示。

母题11 电磁感应中的图象与能量【母题来源一】 2018年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国II卷）【母题原题】如图，在同一平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域，区域宽度均为l,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下.一边长为线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是（）A. B.C. D.【答案】 D【解析】试题分析：找到线框在移动过程中谁切割磁感线，并根据右手定则判断电流的方向，从而判断整个回路中总电流的方向.要分过程处理本题.第一过程从①移动②的过程中然后从③到④的过程中，左边切割产生的电流方向逆时针，而右边切割产生的电流方向也是逆时针，所以当线框再向左运动时，左边切割产生的电流方向顺时针，右边切割产生的电流方向是逆时针，此时回路中电流表现为零，故线圈在运动过程中电流是周期性变化，故D正确；故选D点睛：根据线圈的运动利用楞次定律找到电流的方向，并计算电流的大小从而找到符合题意的图像.【母题来源二】 2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷）【母题原题】（多选）如图所示，L，矩形匀强磁场Ⅰ、Ⅱ的高和间距均为d，磁感应强度为B．质量为m的水平金属杆由静止释放，进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等．金属杆在导轨间的电阻为R，与导轨接触良好，其余电阻不计，重力加速度为g．金属杆（）A. 刚进入磁场Ⅰ时加速度方向竖直向下B. 穿过磁场Ⅰ的时间大于在两磁场之间的运动时间C. 穿过两磁场产生的总热量为4mgdD. 释放时距磁场Ⅰ上边界的高度h可能小于【答案】 BCD错误.点睛：本题以金属杆在两个间隔磁场中运动时间相等为背景，考查电磁感应的应用，解题的突破点是金属棒进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等，而金属棒在两磁场间运动时只受重力是匀加速运动，所以金属棒进入磁场时必做减速运动.【命题意图】考查法拉第电磁感应定律的应用，涉及图象问题，意在考查考生分析问题，通过图象获取有用信息的能力和应用数学知识解决问题的能力.电磁感应中的电路、法拉第电磁感应定律、能量转换及电量的计算等知识点，意在考查考生对电磁感应电路的分析以及对电磁感应中功能关系的正确理解和应用. 【考试方向】 电磁感应中常涉及B —t 图象、Φ—t 图象、E —t 图象、I —t 图象、F —t 图象和v —t 图象，还涉及E —x 图象、I —x 图象等，这类问题既要用到电磁感应的知识，又要结合数学知识求解，对考生运用数学知识解决物理问题的能力要求较高.主要以选择题的形式单独命题，有时也会以信息给予的方式命制计算题.电磁感应与能量的综合，涉及到的考点有：法拉第电磁感应定律、楞次定律、闭合电路欧姆定律、功和功率、焦耳定律、能量守恒定律、功能关系、动能定理等，主要以选择题和计算题的形式考查. 【得分要点】应注意“抓住两个定律，运用两种观点，分析三种电路”.两个定律是指楞次定律和法拉第电磁感应定律；两种观点是指动力学观点和能量观点；三种电路是指直流电路、交流电路和感应电路.1、电磁感应中涉及的图线大体上可分为两大类：由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像，或由给定的有关图像分析电磁感应过程，求解相应的物理量.对图象问题，首先要看两坐标轴代表的物理量，然后再从图线的形状、点、斜率、截距、图线与横轴所围的面积的意义等方面挖掘解题所需的信息.除了从图象上寻找解题信息外，还要结合楞次定律、右手定则判断感应电流的方向，根据法拉第电磁感应定律判断感应电动势大小，结合闭合电流欧姆定律计算感应电流的大小，进而计算安培力大小，或根据电路知识求解其他量.如果线圈或导体做匀速运动或匀变速运动，还有用到平衡条件和牛顿第二定律等知识.2、安培力做的功是电能和其他形式的能之间相互转化的“桥梁”，安培力做的功是电能与其他形式的能转化的量度.安培力做多少正功，就有多少电能转化为其他形式的能；安培力做多少负功，就有多少其他形式的能转化为电能.3、当一个闭合回路中的磁通量的改变量为Φ∆时，通过回路中导体横截面的电量为：RΦt tR Φt R E t I q ΔΔ=∆⋅∆=∆⋅=∆=或者R Φn q Δ=（n 匝线圈时），它与磁场是否均匀变化、线框的运动状况以及线框的形状无关.【母题1】．如图所示，PQ 、MN 是放置在水平面内的光滑导轨，GH 是长度为L 、电阻为r 的导体棒，其中点与一端固定的轻弹簧连接，轻弹簧的劲度系数为k .导体棒处在方向向下、磁感应强度为B 的匀强磁场中.图中E 是电动势为E 、内阻不计的直流电源，电容器的电容为C .闭合开关，待电路稳定后，下列选项正确的是A.B.C.D.【答案】 D【点睛】电路稳定后电容器相当于断路，根据欧姆定律求导体棒中的电流，由Q=CU求电容器的带电量．【母题2】超导体的电阻为零，现有一个本来无电流的固定的超导体圆环如图所示，虚线为其轴线，在其右侧有一个条形永磁体，当永磁体从右侧远处沿轴线匀速穿过该圆环直至左侧远处的过程中，下列I-t图所反映的电流情况合理的是哪个？假设磁体中心刚好处于圆环中心为零时刻，从右向左看逆时针电流规定为正方向( )A. AB. BC. CD. D【答案】 A【解析】条形磁铁从右向左插入线圈时，根据楞次定律可知，线圈中产生从右向左看逆时针电流，当线圈位于磁铁中心位置时，磁通量最大，磁通量的变化率也最大，感应电流最大；当磁铁从左边离开磁场时，根据楞次定律可知，线圈中产生从右向左看逆时针电流；故选项A正确，BCD错误；故选A.【母题3】如图所示，螺线管与电阻R相连，磁铁从螺线管的正上方由静止释放，向下穿过螺线管，下列说法正确的是A. 磁铁刚离开螺线管时的加速度等于重力加速度B. 通过电阻的电流方向先由a到b，后由b到aC. 磁铁减少的重力势能等于回路产生的热量与磁铁增加的动能之和D. 图中a点的电势始终低于b点的电势【答案】 C【点睛】考查了楞次定律的应用，重点是根据磁通量的变化判断出感应电流的有无和方向，能根据来拒去留的判断口诀分析在各点的受力情况.【母题4】如图所示，在同一水平面内有两根光滑平行金属导轨MN和PQ，在两导轨之间竖直放置通电螺线管，ab和cd是放在导轨上的两根金属棒，它们分别放在螺线管的左右两侧，保持开关闭合，最初两金属棒处于静止状态．当滑动变阻器的滑动触头向右滑动时，ab和cd两棒的运动情况是A. ab、cd都向左运动B. ab、cd都向右运动C. ab向左，cd向右D. ab向右，cd向左【答案】 D【点睛】两棒将线圈围在中间，则穿过两棒所围成的面积的磁场方向是竖直向下．原因是线圈内部磁场方向向下，而外部磁场方向向上，且向下强于向上．【母题5】如图甲所示，在倾角a=370的光滑平行导轨上，有一长度恰等于导轨宽度的均匀导体棒AB，平行于斜面底边CD由静止释放.导轨宽度L=10cm，在AB以下距离AB为x1的区域内有垂直于导轨的匀强磁场，该区域面积S=0.3m2,匀强磁场的磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示，导体棒AB在t=1s时进入磁场区域，并恰好做匀速直线运动，已知导体棒AB的电阻r等于电阻R=6Ω，导轨足够长，重力加速度g=10m/s2，则A. 异体棒AB在磁场外运动时没有感应电流产生B. 位移x1为3m xk/wC. 导体棒AB进入磁场后感应电动势为0.6VD. 在前2s内电路中产生的内能为0.15J【答案】 B【解析】A. 导体棒没有进入磁场区域时穿过回路的磁感应强度不断增大，闭合回路的磁通量发生变化，回路产生感应电流，故A错误；B. 导体棒没有进入磁场前, 由牛顿第二定律得：mg sinα=ma, 解得：a=6m/s2, 导体棒进入磁场前做初速度为零的匀加速直线运动, ，故B正确；C. 导体棒进入磁场时的速度：v=at=6×1=6m/s，由图 2 所示图象可知，导体棒进入磁场后磁场的磁感应强度B=2T C错误；D然后磁场不变，导体棒在磁场中做匀速运动，由于该区域的面积为S=0.3m2,所以有磁场的斜面长度为3m，导体棒在磁场中运动了，产生的热量为在1.5s-2s时间内导体棒已经离开了磁场，所以回路中不产生内能，故在前2s内电路中产生的内能为0.09J，故D错误；故选B【母题6】如图示，在平行于水平地面的匀强磁场上方有两个竖直放置的正方形闭合线圈，两线圈用相同的金属材料制成,匝数相同，边长相同，a线圈的导线比b线线圈的粗.若磁场高度大于线圈边长，将两线圈从相同的高度由静止开始同时释放，则下列说法正确的是A. a、b线圈将同时落地B. a线圈将先落地C. a线圈将后落地D. 无法判断谁先落地【答案】 A点睛：本题的关键在于分析两线圈的加速度与横截面积无关，要将质量和电阻细化，根据表达式来分析加速度的关系，从而得出它们运动情况的关系．【母题7】（多选）在如图甲所示的电路中，电阻R1=R2=2R，圆形金属线圈半径为r1，线圈导线的电阻为R，半径为r2（r2<r1）的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示，图线与横、纵轴的交点坐标分别为t0和B0，其余导线的电阻不计.闭合S，至t1时刻，电路中的电流已稳定，下列说法正确的是（）A.B. 电容器下极板带正电C.D.【答案】 BCD点睛：本题是法拉第电磁感应定律、欧姆定律的综合应用，应用法拉第定律时要注意s是有效面积，并不等于线圈的面积；注意分清电源的内外电路.【母题8】（多选）如图，光滑斜面PMNQ的倾角为θ，斜面上放置一矩形导体线框abcd，其中ab边长为l1，bc边长为l2，线框质量为m、电阻为R，有界匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于斜面向上，ef为磁场的边界，且ef∥MN.线框在恒力F作用下从静止开始运动，其ab边始终保持与底边MN平行，F沿斜面向上且与斜面平行.已知线框刚进入磁场时做匀速运动，则下列判断正确的是A.B.C. 线框进入磁场时有a→d→c→b→a方向的感应电流D. 线框进入磁场的过程中产生的热量为(F－mg sinθ)l2【答案】 ABDA正确；线框刚进入磁场B正确；线框进入磁场时，穿过线框的磁通量增加，根据楞次定律判断知，线框中感应电流方向为a→b→c→d→a，C错误；由D错误．【母题9】如图所示，倒“凸”字形硬质金属线框质量为m，总电阻为R，相邻各边相互垂直，且处于同一竖直平面内，ab、bc、cd、ef、fg、gh、ha边长均为l，ef边长3l，ab与ef平行.匀强磁场区域的上下边界均水平，磁场方向垂直纸面向内，磁场区域高度大于3l，磁感应强度大小为B.线框由静止开始从ab边ghcd边进入磁场时，线框恰好做匀速运动，当ab边穿出磁场下边界时线框也做匀速运动，重力加速度为g，求：（1）ghcd边刚刚进入磁场时的速度大小v；（2）线框完全进入磁场过程中产生的热量Q；（3）磁场区域高度H.【答案】（123线框进入磁场后，穿过线圈磁通量不变，没有感应电流，只受到重力，加速度为g点睛：根据线框做匀速运动，受重力和安培力平衡，求出匀速运动的速度；根据能量守恒定律求出产生的热量；线框完全进入磁场后做加速度为g 的匀加速运动，根据匀变速运动的规律可求下落的高度.【母题10】如图所示，两根粗细均匀的金属杆AB 和CD 的长度均为L ，电阻均为R ，质量均为m ，用两等长的、质量和电阻均不计的、不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路，悬跨在绝缘的、水平光滑的圆棒两侧，AB 和CD 处于水平.在金属杆AB 的下方有高度为H 的水平匀强磁场，磁感强度的大小为B ，方向与回路平面垂直，此时CD 处于磁场中.现从静止开始释放金属杆AB 施加F ＝2mg 的恒力，AB 下落一段距离h 后，在AB 即将进入磁场的上边界时，其加速度为零，此时金属杆CD 还处于磁场中，重力加速度为g ，试求：（1）金属杆AB 即将进入磁场上边界时的速度v 1；（2）在此过程中金属杆AB 上产生的焦耳热Q 和通过导线截面的电量q ；（3）设金属杆AB 在磁场中运动的速度为v 2，通过计算说明v 2大小的可能范围；（4）依据第（3）问的结果，请定性画出金属杆AB 在穿过整个磁场区域的过程中可能出现的速度－时间图象（v －t ）图（任画一个可能图象）.【答案】 （1）224mgR B L （2）3224433162m g R QB L RmgB L +（3）222224mgR mgR v B L B L << （4）四种可能性：【解析】（1）AB杆达到磁场边界时，加速度为零，系统处于平衡状态，对AB杆：3mg＝2T对CD杆：2T＝mg＋BIL又F＝BIL＝221 2B L vR（3）AB杆与CD杆都在磁场中运动，直到达到匀速，此时系统处于平衡状态，对AB杆：3mg＝2T＋BIL对CD杆：2T＇＝mg＋BIL又F＝BIL＝222 B L v R解得： 222mgR v B L =所以222224mgR mgR v B L B L<< （4）AB 杆以速度v 1进入磁场，系统受到安培力（阻力）突然增加，系统做加速度不断减小的减速运动，接下来的运动情况有四种可能性：点睛：本题考查了电磁感应与电路、力学和能量的综合，关键要正确分析导体棒的受力情况，能熟练推导安培力的表达式22B L v F R =和感应电荷量q R Φ=总．在平时的学习中需加强这方面的训练，熟练掌握.。

2023年高考物理热点复习：电磁感应中的电路与图象问题【2023高考课标解读】1．对电磁感应中电源的理解2．解决电磁感应电路问题的基本步骤【2023高考热点解读】一、电磁感应中的电路问题1．内电路和外电路(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于电源。

(2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的内阻，其余部分是外电路。

2．电源电动势和路端电压(1)电动势：E＝Blv或E＝nΔΦΔt。

(2)路端电压：U＝IR＝E－Ir。

【拓展提升】1．电磁感应中电路知识的关系图2．解决电磁感应中的电路问题三步曲二、电磁感应中的图象问题电磁感应中常见的图象问题图象类型(1)随时间变化的图象，如B­t图象、Φ­t图象、E­t图象、I­t图象(2)随位移变化的图象，如E­x图象、I­x图象(所以要先看坐标轴：哪个物理量随哪个物理量变化要弄清)问题类型(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象(画图象)(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量(用图象)应用知识四个规律左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律六类公式(1)平均电动势E＝nΔΦΔt(2)平动切割电动势E＝Blv(3)转动切割电动势E＝12Bl2ω(4)闭合电路欧姆定律I＝ER＋r(5)安培力F＝BIl(6)牛顿运动定律的相关公式等例1.如图所示，a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，边长l a＝3l b，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则()A．两线圈内产生顺时针方向的感应电流B．a、b线圈中感应电动势之比为9∶1 C．a、b线圈中感应电流之比为3∶4D．a、b线圈中电功率之比为3∶1【答案】B【解析】当磁感应强度变大时，由楞次定律知，线圈中感应电流的磁场方向垂直纸面向外，由安培定则知，线圈内产生逆时针方向的感应电流，选项A错误；由法拉第电磁感应定律E＝SΔBΔt及S a∶S b＝9∶1知，E a＝9E b，选项B正确；由R＝ρLS′知两线圈的电阻关系为R a＝3R b，其感应电流之比为I a∶I b＝3∶1，选项C错误；两线圈的电功率之比为P a∶P b＝E a I a∶E b I b＝27∶1，选项D错误。

电磁感应中的能量问题1.思路：从能量转化和守恒着手，运用动能定理或能量守恒定律。

①根本思路：受力分析→弄清哪些力做功，正功还是负功→明确有哪些形式的能量参与转化，哪些增哪些减→由动能定理或能量守恒定律列方程求解．②能量转化特点：其它能〔如：机械能〕−−−−−−→安培力做负功电能−−−−−→电流做功内能〔焦耳热〕 2.电能求解的三种方法：①功能关系：电磁感应过程产生的电能等于该过程克制安培力所做功：Q ＝-W 安②能量守恒：电磁感应过程中产生的电能等于该过程中其他形式能的减少量：Q ＝ΔE 其他③利用电流做功：电磁感应过程中产生的电能等于通过电路中电流所做的功:Q=I 2Rt 【例1】如下图，平行金属导轨与水平面间的倾角为θ，导轨电阻不计，与阻值为R 的定值电阻相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面，磁感应强度为B .有一质量为m 长为l 的导体棒从ab 位置获得平行于斜面的，大小为v 的初速度向上运动，最远到达a ′b ′的位置，滑行的距离为s ，导体棒的电阻也为R ，与导轨之间的动摩擦因数为μ.那么( )A ．上滑过程中导体棒受到的最大安培力为B 2l 2vRB ．上滑过程中电流做功发出的热量为12mv 2－mgs sin θC ．上滑过程中导体棒克制安培力做的功为12mv 2D ．上滑过程中导体棒损失的机械能为12mv 2－mgs sin θ【例2】如下图，AB 、CD 为两个平行的水平光滑金属导轨，处在方向竖直向下，磁感应强度为B 的匀强磁场中．AB 、CD 的间距为L ，左右两端均接有阻值为R 的电阻．质量为m 长为L 且不计电阻的导体棒MN 放在导轨上，与导轨接触良好，并与轻质弹簧组成弹簧振动系统．开场时，弹簧处于自然长度，导体棒MN 具有水平向左的初速度v 0，经过一段时间，导体棒MN 第一次运动到最右端，这一过程中AC 间的电阻R 上产生的焦耳热为Q ，那么( C )A ．初始时刻导体棒所受的安培力大小为B 2L 2v 0RB ．从初始时刻至导体棒第一次到达最左端的过程中，整个回路产生的焦耳热为2Q 3C ．当导体棒第一次到达最右端时，弹簧具有的弹性势能为12mv 20－2QD ．当导体棒再次回到初始位置时，AC 间电阻R 的热功率为B 2L 2v 20R【例3】如下图，在倾角为θa b 边到达gg ’与ff ’中间位置时，线框又恰好做匀速运动，那么：(1)当a b 边刚越过ff ′时，线框加速度的值为多少?(2)求线框开场进入磁场到a b 边到达gg ′与ff ′中点的过程中产生热量是多少?【例4】如下图，空间分布着水平方向的匀强磁场，磁场区域的水平宽度d=，，竖直方向足够长，磁感应强度B ＝0.5T 。

2021年高考物理二轮复习难点突破11 电磁感应中能量问题的分析新人教版1．过程分析(1)电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能量的转化过程．(2)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中受到安培力的作用，此过程中外力克服安培力做功，其他形式的能转化为电能．外力克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能．(3)当感应电流通过用电器时，电能转化为其他形式的能．安培力做功的过程，是电能转化为其他形式能的过程．安培力做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能．2．求解思路(1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及W＝UIt或Q＝I2Rt直接进行计算．(2)若电流变化，则：①利用安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功；②利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能．【典例】如图所示，相互平行的光滑金属导轨固定在倾角为θ＝30°的绝缘斜面上，相距为L，导轨下端连接一个定值电阻R1，上端通过开关S(S是闭合的)也连接一个定值电阻R2.导体棒ab放在导轨上靠近下端的位置，与导轨垂直并良好接触．在斜面上虚线MN以下的区域内，存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场，磁感应强度为B.现对ab棒施以平行导轨斜向上的恒定拉力F，使它沿导轨先向上加速运动，在到达虚线MN之前，导体棒ab已经开始做匀速运动．当导体棒到达MN 时，立即撤去拉力，导体棒向上运动一段后又向下滑动，进入磁场后又做匀速运动．已知R 1＝R 2＝R ，导体棒ab 的阻值为r ＝R2，质量为m ，重力加速度为g ，拉力做的功为W ，导轨电阻不计．(1)求拉力F 的大小和导体棒ab 匀速运动时的速度v ；(2)当导体棒ab 匀速运动时，电阻R 1的发热功率P 1多大？从导体棒ab 开始运动到回到初始位置的过程中电阻R 1产生了多少热量Q 1?(3)若在导体棒ab 再次进入磁场时断开开关S ，则导体棒ab 将如何运动？【解析】 (1)导体棒运动时受力如图所示，由牛顿第二定律可得F －F A －mg sin θ＝ma ①其中，导体棒受到的安培力F A ＝BIL ＝B 2L 2v R② 当导体棒加速度a ＝0时开始做匀速运动，因此联立①②有F －B 2L 2v R－mg sin θ＝0③ 导体棒在MN 上方运动时只受重力，机械能守恒，因此当导体棒再次进入磁场时速度也为v ，匀速运动时受力如图所示， 有mg sin θ－B 2L 2v R＝0④由④解得v ＝mgR 2B 2L 2⑤ 由③④得F ＝mg .⑥(2)由于R 1与R 2并联后电阻值等于R2，因此P r ＝2P 1，有 P 1＝14P 总＝14F A v ⑦由②⑤⑦联立得P 1＝m 2g 2R 16B 2L2⑧ 从导体棒ab 开始运动到回到初始位置，重力做功为0，由功能关系得 W －Q ＝12mv 2－0⑨Q 1＝14Q ⑩由⑤⑨⑩解得Q 1＝14(W －m 3g 2R 28B 4L4)． (3)当开关S 断开时，回路的电阻增大，通过导体棒ab 的电流减小，安培力减小，导体棒ab 先加速，当mg sin θ－B 2L 2v ′3R /2＝0时，导体棒ab 开始以v ′＝3mgR 4B 2L2的速度做匀速运动． 【答案】 (1)mg mgR 2B 2L 2 (2)m 2g 2R 16B 2L 2 14(W －m 3g 2R 28B 4L4) (3)见解析如图所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd ，ab 边长大于bc 边长，置于垂直纸面向里、边界为MN 的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN .第一次ab 边平行MN 进入磁场，线框上产生的热量为Q 1，通过线框导体横截面的电荷量为q 1；第二次bc 边平行MN 进入磁场，线框上产生的热量为Q 2，通过线框导体横截面的电荷量为q 2，则( )A ．Q 1>Q 2，q 1＝q 2B ．Q 1>Q 2，q 1>q 2C ．Q 1＝Q 2，q 1＝q 2D ．Q 1＝Q 2，q 1>q 2解析：设线框ab 边长为L 1，bc 边长为L 2，进入磁场的速度为v ，电阻为R ，ab 边平行MN 进入磁场时，根据功能关系，线框进入磁场的过程中产生的热量等于克服安培力做的功，即Q 1＝B 2L 21v R ·L 2，通过线框导体横截面的电荷量q 1＝ΔΦR ＝BL 1L 2R，同理得bc 边平行MN 进入磁场时，Q 2＝B 2L 22v R ·L 1，q 2＝ΔΦR ＝BL 1L 2R，q 1＝q 2，由于L 1>L 2，因此Q 1>Q 2，A 项正确． 答案：A两根足够长的光滑平行直导轨MN 、PQ 与水平面成θ角放置，两导轨间距为L ，M 、P 两点间接有阻值为R 的电阻．一根质量为m 的均匀直金属杆ab 放在两导轨上，并与导轨垂直．整套装置处于磁感应强度为B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向上，导轨和金属杆接触良好，它们的电阻不计，现让ab 杆由静止开始沿导轨下滑．(1)求ab 杆下滑的最大速度v m ；(2)ab 杆由静止释放至达到最大速度的过程中，电阻R 产生的焦耳热为Q ，求该过程中ab 杆下滑的距离x 及通过电阻R 的电荷量q .解析：(1)根据法拉第电磁感应定律和安培力公式有：E ＝BLv ，而I ＝E R，F A ＝BIL 根据牛顿第二定律有：mg sin θ－F A ＝ma联立得a ＝g sin θ－B 2L 2v mR当杆ab 的加速度a 为零时，速度v 达到最大，速度最大值v m ＝mgR sin θB 2L 2. (2)根据能量守恒定律有mgx sin θ＝12mv 2m ＋Q 所以x ＝Qmg sin θ＋m 2R 2g sin θ2B 4L 4根据法拉第电磁感应定律有E ＝ΔΦΔt ，根据闭合电路欧姆定律有I ＝E R而电荷量q ＝I t ＝ΔΦR ＝BLx R， 即q ＝BLQ mgR sin θ＋m 2Rg sin θ2B 3L 3. 答案：(1)mgR sin θB 2L 2(2)Qmg sin θ＋m 2R 2g sin θ2B 4L 4 BLQ mgR sin θ＋m 2Rg sin θ2B 3L 321343 535F 卟36970 906A 遪 ,cl26085 65E5 日30997 7915 礕33398 8276 艶31166 79BE 禾31974 7CE6 糦22598 5846 塆a35993 8C99 貙。

a M bQ N F R P 电压传感器接电脑t/s U/V 0 0.5 1.0 1.5 0.1 0.2 高三物理电磁感应图像专题分析1.1.如图所示如图所示如图所示,,质量为m,m,边长为边长为L 的正方形线框的正方形线框,,在有界匀强磁场上方h 高处由静止自由下落高处由静止自由下落,,线框的总线框的总电阻电阻为R,R,磁感应强度磁感应强度为B 的匀强磁场宽度为2L.2L.线框下落过程中线框下落过程中线框下落过程中,ab ,ab 边始终与磁场边界平行且处于水平方向边界平行且处于水平方向..已知ab 边刚穿出磁场时线框恰好做匀速运动边刚穿出磁场时线框恰好做匀速运动..求: （1）cd 边刚进入磁场时线框的速度边刚进入磁场时线框的速度. . （2）线框穿过磁场的过程中）线框穿过磁场的过程中,,产生的焦耳热产生的焦耳热. .2、（房山）如图甲所示，（房山）如图甲所示， 光滑且足够长的平行光滑且足够长的平行金属金属导轨MN 、PQ 固定在同一水固定在同一水平面平面上，两导轨间距L =0.3m =0.3m。

导轨电阻忽略不计，其间连接有固定电阻。

导轨电阻忽略不计，其间连接有固定电阻R =0.4Ω。

导轨上停放一质量m =0.1kg =0.1kg、、电阻r =0.2Ω的金属杆ab ，整个装置处于磁感应强度B =0.5T 的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。

利用一外力F 沿水平方向拉金属杆ab ，使之由静止开始运动，，使之由静止开始运动，电压电压传感器可将R 两端的电压U 即时采集并输入电脑，获得电压U 随时间t 变化的关系如图乙所示。

变化的关系如图乙所示。

（1）试分析金属杆做何运动？）试分析金属杆做何运动？（2）求第2s 末外力F 的瞬时功率；的瞬时功率； （3）如果水平外力从静止开始拉动杆）如果水平外力从静止开始拉动杆做加速度为1m/s 2的匀加速直线运动，的匀加速直线运动，则力F 在2.0S 内的内的冲量冲量甲 乙C D E M N × × × ×× × × × × × × × × × × ×B 甲 乙与导轨始终保持良好的接触，导轨电阻不计与导轨始终保持良好的接触，导轨电阻不计))．求：．求：(1)(1)棒棒ab 在离开磁场右边界时的速度．在离开磁场右边界时的速度．[[来源来源::学科网ZXXK] (2)(2)棒棒ab 通过磁场区的过程中整个回路所消耗的电能．通过磁场区的过程中整个回路所消耗的电能． (3)(3)试分析讨论试分析讨论ab 棒在磁场中棒在磁场中((匀速成直线运动匀速成直线运动))之前可能的运动情况．之前可能的运动情况．O v tt 0 v 0 P3．（朝阳）如图甲所示，CDE 是固定在绝缘水平面上的光滑是固定在绝缘水平面上的光滑金属金属导轨，CD =DE =L ，∠CDE =600，CD 和DE 单位长度的单位长度的电阻电阻均为r 0，导轨处于，导轨处于磁感应强度磁感应强度为B 、竖直向下的匀强磁场中。

电磁感应的基本原理、公式及图像分析1. 电磁感应的基本原理电磁感应现象是指在导体周围存在变化的磁场时，导体中会产生电动势，从而产生电流。

这一现象是由英国物理学家迈克尔·法拉第于1831年发现的，是电磁学的基础之一。

电磁感应现象可以用楞次定律（Lenz’s Law）来解释，楞次定律指出：导体中感应电动势的方向总是这样的，它所产生的电流的磁效应恰好抵消引起感应电动势的磁效应。

换句话说，感应电流的产生是为了阻止磁通量的变化。

2. 电磁感应的公式电磁感应的主要公式是法拉第电磁感应定律，表述为：[ E = - ]•( E ) 是感应电动势（单位：伏特，V）•( _B ) 是磁通量（单位：韦伯，Wb）•( ) 是磁通量随时间的变化率磁通量 ( _B ) 可以用以下公式表示：[ _B = B A () ]•( B ) 是磁场强度（单位：特斯拉，T）•( A ) 是导体所跨越的面积（单位：平方米，m²）•( ) 是磁场线与导体面积法线之间的夹角根据楞次定律，感应电动势 ( E ) 还与感应电流的方向有关，可以用右手法则来确定。

3. 电磁感应的图像分析为了更好地理解电磁感应现象，可以通过图像进行分析。

3.1 磁通量变化图像一个常见的电磁感应图像展示了磁通量随时间的变化。

假设一个矩形线圈在垂直于其平面的均匀磁场中转动，线圈的面积与磁场方向垂直。

当线圈从垂直于磁场方向开始旋转，磁通量 ( _B ) 随着线圈与磁场方向的相对角度的变化而变化。

3.2 感应电动势图像感应电动势 ( E ) 与磁通量变化率 ( ) 成正比。

因此，感应电动势的图像可以表示为磁通量变化图像的导数。

在磁通量-时间图像中，感应电动势的曲线是磁通量曲线的切线，其斜率代表了感应电动势的大小。

3.3 感应电流图像根据欧姆定律，感应电流 ( I ) 等于感应电动势 ( E ) 除以线圈的电阻 ( R )。

因此，感应电流的图像可以由感应电动势的图像向下平移电阻 ( R ) 的值得到。

高中物理专题：电磁感应中的图像和能量问题【母题来源一】普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅰ卷）1. 【母题原题】(多选)(全国Ⅰ卷)如图,U 形光滑金属框abcd 置于水平绝缘平台上,ab 和dc 边平行,和bc 边垂直。

ab 、dc 足够长,整个金属框电阻可忽略,一根具有一定电阻的导体棒MN 置于金属框上,用水平恒力F 向右拉动金属框,运动过程中,装置始终处于竖直向下的匀强磁场中,MN 与金属框保持良好接触,且与bc 边保持平行。

经过一段时间后 ()A.金属框的速度大小趋于恒定值B.金属框的加速度大小趋于恒定值C.导体棒所受安培力的大小趋于恒定值D.导体棒到金属框bc 边的距离趋于恒定值 【答案】BC【解析】由bc 边切割磁感线产生电动势,形成电流,使得导体棒MN 受到向右的安培力,向右做加速运动,bc 边受到向左的安培力,向右做加速运动。

当MN 运动时,金属框的bc 边和导体棒MN 一起切割磁感线,设导体棒MN 和金属框的速度分别为v 1、v 2,则电路中的电动势E=BL(v 2-v 1),导体棒中的电流21()BL v v E I R R -==,金属框受到的安培力2221()=B L v v F R -安框,与运动方向相反,导体棒MN 受到的安培力2221()=MN B L v v F R -安,与运动方向相同。

设导体棒MN 和金属框的质量分别为m 1、m 2,则对导体棒MN 根据牛顿第二定律有222111()B L v v m a R -=,对金属框abcd 根据牛顿第二定律有222122()B L v v F m a R --=。

因初始速度均为零,则a 1从零开始逐渐增加,a 2从2Fm 开始逐渐减小,当a 1=a 2时,解得金属框相对金属棒的速度为1212212()FRm v v B L m m -=+,则v2-v1大小恒定,结合222111()B L v vm aR-=、2221()=MNB L v vFR-安可知,金属框的加速度大小趋于恒定值,导体棒所受安培力大小也趋于恒定值,故选项B、C正确;整个运动过程可用速度-时间图像描述,如图,则金属框的速度会一直增大,导体棒到金属框bc边的距离也会一直增大,故选项A、D错误。

物理总复习：电磁感应中的电路及图像问题 编稿：李传安 审稿：【考纲要求】1、理解电磁感应中的电路问题2、理解磁感应强度随时间的变化规律图像3、理解感应电动势（路端电压）随时间的变化规律图像4、理解感应电流随时间的变化规律图像5、理解安培力随时间的变化规律图像【考点梳理】考点、电磁感应中的电路及图像问题要点诠释：电磁感应现象中图像问题的分析，要抓住磁通量的变化，从而推知感应电动势（电流） 大小变化的规律，用楞次定律判断出感应电动势（或电流）的方向，从而确定其正负，以及 在坐标中的范围。

分析回路中的感应电动势或感应电流的大小及其变化规律，要利用法拉第电磁感应定律 来分析。

有些问题还要画出等效电路来辅助分析。

另外，要正确解决图像问题，必须能根据图像的定义把图像反映的规律对应到实际过程 中去，又能根据实际过程的抽象规定对应到图像中去，最终根据实际过程的物理规律进行判 断，这样，才抓住了解决图像问题的根本。

解决这类问题的基本方法：（1）明确图像的种类，是B t -图像还是t φ-图像，E t -图像，或者I t -图像。

对于切割 磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E 和感应电流I 随线圈位移 x 变化的图像，即E －x 图像和I －x 图像。

（2）分析电磁感应的具体过程。

（3）结合楞次定律、法拉第电磁感应定律、左手定则、右手定则、安培定则、欧姆定律、牛顿运动定律等规律判断方向、列出函数方程。

（4）根据函数方程，进行数学分析，如斜率及其变化、两轴的截距等。

（5）画图像或判断图像。

【典型例题】类型一、根据B t -图像的规律，选择E t -图像、I t -图像电磁感应中线圈面积不变、磁感应强度均匀变化，产生的感应电动势为S B E nn nSk t t φ∆∆===∆∆，磁感应强度的变化率B k t∆=∆是定值，感应电动势是定值， 感应电流E I R r =+就是一个定值，在I t -图像上就是水平直线。