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1、专题18 电磁感应第一部分 名师综述近年来高考对本考点内容考查命题频率极高的是感应电流的产生条件、方向判定和导体切割磁感线产生的感应电动势的计算，且要求较高几乎是年年有考；其他像电磁感应现象与磁场、电路和力学、电学、能量及动量等知识相联系的综合题及图像问题在近几年高考中也时有出现；另外，该部分知识与其他学科的综合应用也在高考试题中出现。试题题型全面，选择题、填空题、计算题都可涉及，尤其是难度大、涉及知识点多、综合能力强，多以中档以上题目出现来增加试题的区分度，而选择和填空题多以中档左右的试题出现，这类问题对学生的空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求，是考查考生
2、多项能力的极好载体，因此历来是高考的热点。第二部分 精选试题1【内蒙古赤峰市宁城县2016届高三第一次统一考试物理试题】如图所示，两根等高光滑的圆弧轨道，半径为r、间距为L，轨道电阻不计在轨道顶端连有一阻值为R的电阻，整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B现有一根长度稍大于L、电阻不计的金属棒从轨道最低位置cd开始，在拉力作用下以初速度v0向右沿轨道做匀速圆周运动至ab处，则该过程中A通过R的电流方向为由外向内B通过R的电流方向为由内向外CR上产生的热量为D流过R的电量为【答案】AC【解析】金属棒从轨道最低位置cd运动到ab处的过程中，穿过回路的磁通量减小，根据楞次定律判断得知通过
3、R的电流方向为由外向内，故A正确；B错误；金属棒做匀速圆周运动，回路中产生正弦式交变电流，可得产生的感应电动势的最大值为，有效值为，根据焦耳定律有：,C正确；通过R的电量由公式：,D错误；故选BC。【考点】：法拉第电磁感应定律。2【2016湖南省长沙市麓山国际实验学校高三一轮复习测试】利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，CD两侧面会形成电势差UCD下列说法中正确的是A电势差UCD仅与材料有关B若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD0 C仅增大磁感应强度时，电势差UCD可能不
4、变D在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平【答案】B 考点：霍尔效应及其应用、电势差。3【2016湖南省长沙市麓山国际实验学校高三一轮复习测试】如图所示，两平行的虚线间的区域内存在着有界匀强磁场，有一较小的三角形线框abc的ab边与磁场边界平行，现使此线框向右匀速穿过磁场区域，运动过程中始终保持速度方向与ab边垂直则下列各图中哪一个可以定性地表示线框在进入磁场的过程中感应电流随时间变化的规律A B C D【答案】D 【解析】开始时进入磁场切割磁感线，根据右手定则可知，电流方向为逆时针，当开始出磁场时，回路中磁通量减小，产生的感应电流为顺时针；不论进入磁场，还是出磁场时，由于切
5、割的有效长度变小，导致产生感应电流大小变小，故ABC错误，D正确；故选：D。考点：导体切割磁感线时的感应电动势。4【2016天津一中高三零月考】竖直平面内有一形状为抛物线的光滑曲面轨道，如图所示，抛物线方程是y=x2，轨道下半部分处在一个水平向外的非匀强磁场中，磁场的上边界是y=a的直线（图中虚线所示），一个小金属环（可视为质点）从抛物线上y=b（ba）处以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，金属环沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是（ ）A.mgb B.mgb +mv2 C.mg（b-a） D.mg（b-a）+mv2【答案】B 考点：能量守恒定律；电磁感应.5. 【浙江省嘉兴市第一中学2016
6、届高三上学期期中考试物理试题】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，质量分别为3m和m，用两根等长的、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，经过一段时间（AB、CD始终水平），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，在此过程中金属杆AB上产生的焦耳热为Q. 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v1.（2）
7、在此过程中金属杆CD移动的距离h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v2，通过计算说明v2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像（vt图）.【答案】见解析（2）以AB、CD棒组成的系统在此过程中，根据能的转化与守恒有：（3m-m）gh-2Q=解得金属杆CD移动的距离： 通过导线截面的电量：q=It=（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又安培力F=BIL= 解得： 所以v2 （4）AB杆以速度v1进入磁
8、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：考点：导体切割磁感线时的感应电动势；功能关系；闭合电路的欧姆定律6【2016贵州省遵义航天高级中学高三第四次模拟】（18分）如图所示，宽为L=2m、足够长的金属导轨MN和MN放在倾角为=30的斜面上，在N和N之间连有一个阻值为R=1.2的电阻，在导轨上AA处放置一根与导轨垂直、质量为m=0.8kg、电阻为r=0.4的金属滑杆，导轨的电阻不计。用轻绳通过定滑轮将电动小车与滑杆的中点相连，绳与滑杆的连线平行于斜面，开始时小车位于滑轮的正下方水平面上的P处（小车可视为质点），滑轮离小车的高度H=4.0m
9、。在导轨的NN和OO所围的区域存在一个磁感应强度B=1.0T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场，此区域内滑杆和导轨间的动摩擦因数为=，此区域外导轨是光滑的。电动小车沿PS方向以v=1.0m/s的速度匀速前进时，滑杆经d=1m的位移由AA滑到OO位置。（g取10m/s2）求：（1）请问滑杆AA滑到OO位置时的速度是多大？（2）若滑杆滑到OO位置时细绳中拉力为10.1N，滑杆通过OO位置时的加速度？（3）若滑杆运动到OO位置时绳子突然断了，则从断绳到滑杆回到AA位置过程中，电阻R上产生的热量Q为多少？（设导轨足够长，滑杆滑回到AA时恰好做匀速直线运动。）【答案】（1）0.6m/s；（2）2m/s2；（
10、3）0.81J.（3）设滑杆返回运动到AA位置后做匀速运动的速度为v2，有：mgsin=mgcos+（2分）带入数据，可得v2=0.4m/s（2分）由功能关系：Q=m（v12-v22）+ mgdsin-mgcos带入数据，可得Q=1.08J所以，由串联电路特点可得QR=0.81J. （2分）考点：法拉第电磁感应定律、能量守恒定律7.【广东华南师大附中2015届高三综合测试理科综合】如图所示，在竖直平面内有宽度为L足够长的金属导轨，导轨间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B0，导轨上有一导体棒在外力作用下以速度v0向左匀速运动；P、Q为竖直平面内两平行金属板，分别用导线和M、N相连，P、
11、Q板长为d，间距也为d， P、Q板间虚线右侧为垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。现有一电量为q的带正电小球，从P、Q左边界的中点水平射入，进入磁场后做匀速圆周运动，重力加速度取g。求：v0MNPQdvL（1）带电小球的质量m；（2）能够打在P板上的带电小球在磁场中运动的最短时间；（3）能够打在P板上的带电小球速度v的取值范围。【答案】（1）；（2）；（3）v（2）如图，圆心为O2的轨迹对应在磁场中运动的时间最短：Tmin=T/4，又T=小球在磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供：qvB=m，联立得：tmin=。（3）如图，能打在P板上的两个临界轨迹分别为圆心O1和O2，由几何知
12、识得：r1=d/4；r2=d/2。由以上可知：r=，联立得：v1=；v2=。故v。【考点】法拉第电磁感应定律；带电粒子在匀强磁场中的运动.8.【唐山一中2015年高考仿真试卷】磁悬浮列车的运动原理如图所示，在水平面上有两根很长的平行直导轨，导轨间有与导轨垂直且方向相反的匀强磁场B1和B2，B1和B2相互间隔，导轨上有金属框abcd。当磁场B1和B2同时以恒定速度沿导轨向右匀速运动时，金属框也会沿导轨向右运动。已知两导轨间距L1=0. 4 m，两种磁场的宽度均为L2，L2=ab，B1B2=B=1.0T。金属框的质量m=0.1 kg，电阻R=2.0。设金属框受到的阻力与其速度成正比，即f=kv，比
13、例系数k=0. 08 kg/s。求：（1）若金属框达到某一速度时，磁场停止运动，此后某时刻金属框的加速度大小为a=6.0m/s2，则此时金属框的速度v1多大？（2）若磁场的运动速度始终为v0=5m/s，在线框加速的过程中，某时刻线框速度v=2m/s，求此时线框的加速度a的大小（3）若磁场的运动速度始终为v0=5m/s，求金属框的最大速度v2为多大？此时装置消耗的功率为多大？B1B2abcdL2L1L2【答案】（1）；（2）；（3），。得此时金属框的速度（2）根据楞次定律可知金属框与磁场同向运动，感应电动势感应电流左右两边受到的安培力都为根据牛顿第二定律解得此时金属框的加速度【考点】法拉第电磁感
14、应定律；电功率9.【天津市和平区2015届高三下学期第四次模拟考试】电磁阻尼制动是一种利用电磁感应原理工作的新型制动方式，它的基本原理如图甲所示。水平面上固定一块铝板，当一竖直方向的条形磁铁在铝板上方几毫米高度上水平经过时，铝板内感应出的电流会对磁铁的运动产生阻碍作用。电磁阻尼制动是磁悬浮列车在高速运行时进行制动的一种方式，某研究所制成如图乙所示的车和轨道模型来定量模拟磁悬浮列车的制动过程。车厢下端安装有电磁铁系统，能在长为L1=0.6m，宽L2=0.2m的矩形区域内产生竖直方向的匀强磁场，磁感应强度可随车速的减小而自动增大（由车内速度传感器控制），但最大不超过B1=2T，将铝板简化为长大于L
15、1，宽也为L2的单匝矩形线圈，间隔铺设在轨道正中央，其间隔也为L2，每个线圈的电阻为R1=0.1，导线粗细忽略不计。在某次实验中，模型车速度为v0=20m/s时，启动电磁铁系统开始制动，车立即以加速度a1=2m/s2做匀减速直线运动，当磁感应强度增加到B1时就保持不变，直到模型车停止运动。已知模型车的总质量为m1=36kg，空气阻力不计。不考虑磁感应强度的变化引起的电磁感应现象以及线圈激发的磁场对电磁铁产生磁场的影响。（1）电磁铁的磁感应强度达到最大时，模型车的速度v1为多大？（2）模型车的制动距离为多大？（3）某同学受到上述装置的启发，设计了进一步提高制动效果的方案如下，将电磁铁换成多个并在
16、一起的永磁铁组，两个相邻的磁铁磁极的极性相反，且将线圈改为连续铺放，相邻线圈接触紧密但彼此绝缘，如图丙所示，若永磁铁激发的磁感应强度恒定为B2，模型车质量m1及开始减速的初速度v0均不变，试通过必要的公式分析这种设计在提高制动能力上的合理性。【答案】（1）5m/s；（2）106.25m （3）见解析.（2） 由第（1）问的方法同理得到磁感应强度达到最大以后任意速度v时，安培力的大小为 对速度v1后模型车的减速过程用动量定理得 由并代入数据得 （3）完全进入永磁铁的每个线圈，当模型车的速度为v时，每个线圈中产生的感应电动势为 每个线圈中的感应电流为每个磁铁受到的阻力为 n个磁铁受到的阻力为 【考
17、点】法拉第电磁感应定律；电功率10【2016河南省洛阳市第一高级中学第4次周练】如图所示，足够长的光滑金属导轨与水平面的夹角为，两导轨间距为L，在导轨上端接入电源和滑动变阻器，电源电动势为E，内阻为r一质量为m的导体棒ab与两导轨垂直并接触良好，整个装置处于磁感应强度为B，垂直于斜面向上的匀强磁场中，导轨与导体棒的电阻不计（1）若要使导体棒ab静止于导轨上，求滑动变阻器的阻值应取何值；（2）若将滑动变阻器的阻值取为零，由静止释放导体棒ab，求释放瞬间导体棒ab的加速度；（3）求第（2）问所示情况中导体棒ab所能达到的最大速度的大小【答案】（1）（2）（3） 【解析】（2）当变阻器的阻值为零时，
18、回路中的电流大于使导体棒ab静止时的电流，安培力大于使导体棒ab静止时的安培力，因此，由静止开始释放的瞬间，导体棒的加速度方向沿斜面向上由牛顿第二定律：F安mgsin=ma，其中F安=BIL，由闭合电路欧姆定律：，解得释放瞬间导体棒ab的加速度（3）当重力下滑分力与安培力相等时，导体棒ab达到最大速度vm，即当mgsin=BIL时，达到最大速度此时导体棒中由于切割产生的E=BLvm，由闭合电路欧姆定律，此时回路中的电流解得考点：法拉第电磁感应定律；牛顿第二定律；闭合电路的欧姆定律.11【2016北京市清华附中高三4月综合能力测试（四）】如图所示，MN、PQ为竖直放置的两根足够长平行光滑导轨，相
19、距为d=0.5m，M、P之间连一个R=1.5的电阻，导轨间有一根质量为m=0.2kg，电阻为r=0.5的导体棒EF，导体棒EF可以沿着导轨自由滑动，滑动过程中始终保持水平且跟两根导轨接触良好。整个装置的下半部分处于水平方向且与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B=2T。取重力加速度g=10m/s2，导轨电阻不计。（1）若导体棒EF从磁场上方某处沿导轨下滑，进入匀强磁场时速度为v=2m/s，a求此时通过电阻R的电流大小和方向b求此时导体棒EF的加速度大小（2） 若导体棒EF从磁场上方某处由静止沿导轨自由下滑，进入匀强磁场后恰好做匀速直线运动，求导体棒EF开始下滑时离磁场的距离。【答案】（1）
20、a1A、由P指向M b a=5m/s2（2）0.8m（2）（8分）由于匀速：mg=BId I=E/(R+r) E=Bdv v=mg(R+r)/B2d2 v=4m/s 由自由落体公式：v2=2gh h=v2/2g=0.8m 考点：考查了导体切割磁感线运动12【2016北京市清华附中高三4月综合能力测试（四）】如图所示，线圈焊接车间的传送带不停地传送边长为L，质量为4kg，电阻为5的正方形单匝金属线圈，线圈与传送带之间的滑动摩擦系数=。传送带总长8L，与水平面的夹角为 =30，始终以恒定速度2m/s匀速运动。在传送带的左端虚线位置将线圈无初速地放到传送带上，经过一段时间，线圈达到与传送带相同的速度
21、，线圈运动到传送带右端掉入材料筐中（图中材料筐未画出）。已知当一个线圈刚好开始匀速运动时，下一个线圈恰好放到传送带上。线圈匀速运动时，相邻两个线圈的间隔为L。线圈运动到传送带中点开始以速度2m/s 通过一固定的匀强磁场，磁感应强度为5T、磁场方向垂直传送带向上，匀强磁场区域宽度与传送带相同，沿传送带运动方向的长度为3L。重力加速度g=10m/s2。求：(1) 正方形线圈的边长L；(2) 每个线圈通过磁场区域产生的热量Q；(3) 在一个线圈通过磁场的过程，电动机对传送带做功的功率P。【答案】（1）0.8m（2）10.24J（3）P=202.8w【解析】 (1)每个线圈从投放到相对传送带静止，运动
22、的距离是一样的。设投放时间间隔为T，则v-t图如图所示。在T时间内，传送带位移为x传vT，线圈加速过程位移为x线可得2LvT vaT线圈加速过程：由，可得：； 线圈匀速运动时，相邻两个线圈的间隔为L与线圈的边长相等，由图可以看出线圈的边长与线圈加速过程走过的距离相同，所以线圈的边长为0.8m。(2) 每个线圈穿过磁场过程中有电流的运动距离为2L，t穿 ; EBLv ; P 产生热量QPt穿 解得Q =10.24J 第3问解法二：分析某一导线框穿过磁场过程知：t穿 =1.6s,其中有的时间传送带上有5个导线框，其中1个相对滑动，4个相对静止，则该段时间内电动机做功为：其中有的时间传送带上有4个导线框，其中1个相对滑动，3个相对静止，则在该段时间内电动机做功为：由P t穿=W1+W2，得：P=202.8w考点： 考查了电磁感应与电路