三年高考2019高考物理试题分项版解析 专题11 电磁感应（含解析） 15页

1 专题 11 电磁感应 【2018 高考真题】 1．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 的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动，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. 【来源】2018 年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国 II 卷） 【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 2 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 电流的大小为 ，方向是逆时针 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。 2．如图，导体轨道 OPQS 固定，其中 PQS 是半圆弧，Q 为半圆弧的中心，O 为圆心。轨道的电阻忽略不计。 OM 是有一定电阻。可绕 O 转动的金属杆。M 端位于 PQS 上，OM 与轨道接触良好。空间存在半圆所在平面垂 直的匀强磁场，磁感应强度的大小为 B，现使 OQ 位置以恒定的角速度逆时针转到 OS 位置并固定（过程Ⅰ）； 再使磁感应强度的大小以一定的变化率从 B 增加到 B'（过程Ⅱ）。在过程Ⅰ、Ⅱ中，流过 OM 的电荷量相等， 则 等于（ ） 3 A. B. C. D. 2 【来源】2018 年全国普通高等学校招生统一考试物理（新课标 I 卷） 【答案】 B 【点睛】此题将导体转动切割磁感线产生感应电动势和磁场变化产生感应电动势有机融合，经典中创新。 3．（多选）如图所示，竖直放置的 形光滑导轨宽为 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 4mgd D. 释放时距磁场Ⅰ上边界的高度 h 可能小于 【来源】2018 年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷） 【答案】 BC 4 Q1=mg．2d，所以穿过两个磁场过程中产生的热量为 4mgd，选项 C 正确；若金属杆进入磁场做匀速运动，则 ，得 ，有前面分析可知金属杆进入磁场的速度大于 ，根据 得金属杆进入磁 场的高度应大于 ，选项 D 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。 4．（多选）如图（a），在同一平面内固定有一长直导线 PQ 和一导线框 R，R 在 PQ 的右侧。导线 PQ 中通有 正弦交流电流 i，i 的变化如图（b）所示，规定从 Q 到 P 为电流的正方向。导线框 R 中的感应电动势 A. 在 时为零 B. 在 时改变方向 C. 在 时最大，且沿顺时针方向 D. 在 时最大，且沿顺时针方向 【来源】2018 年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国 III 卷） 【答案】 AC 5 点睛 此题以交变电流图象给出解题信息，考查电磁感应及其相关知识点。解答此题常见错误主要有四方 面：一是由于题目以交变电流图象给出解题信息，导致一些同学看到题后，不知如何入手；二是不能正确 运用法拉第电磁感应定律分析判断；三是不能正确运用楞次定律分析判断，陷入误区。 5．（多选）如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北 方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于 静止状态。下列说法正确的是（ ） A. 开关闭合后的瞬间，小磁针的 N 极朝垂直纸面向里的方向转动 B. 开关闭合并保持一段时间后，小磁针的 N 极指向垂直纸面向里的方向 C. 开关闭合并保持一段时间后，小磁针的 N 极指向垂直纸面向外的方向 D. 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的 N 极朝垂直纸面向外的方向转动 【来源】2018 年全国普通高等学校招生统一考试物理（新课标 I 卷） 【答案】 AD 【解析】 本题考查电磁感应、安培定则及其相关的知识点。 开关闭合的瞬间，左侧的线圈中磁通量变化，产生感应电动势和感应电流，由楞次定律可判断出直导线中 电流方向为由南向北，由安培定则可判断出小磁针处的磁场方向垂直纸面向里，小磁针的 N 极朝垂直纸面 向里的方向转动，选项 A 正确；开关闭合并保持一段时间后，左侧线圈中磁通量不变，线圈中感应电动势 和感应电流为零，直导线中电流为零，小磁针恢复到原来状态，选项 BC 错误；开关闭合并保持一段时间后 再断开后的瞬间，左侧的线圈中磁通量变化，产生感应电动势和感应电流，由楞次定律可判断出直导线中 电流方向为由北向南，由安培定则可判断出小磁针处的磁场方向垂直纸面向外，小磁针的 N 极朝垂直纸面 向外的方向转动，选项 D 正确。 6 【点睛】此题中套在一根铁芯上的两个线圈，实际上构成一个变压器。 【2017 高考真题】 1．【2017·新课标Ⅰ卷】扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离 外界振动对 STM 的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微 小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下 及左右振动的衰减最有效的方案是 【答案】A 【考点定位】感应电流产生的条件 【名师点睛】本题不要被题目的情景所干扰，抓住考查的基本规律，即产生感应电流的条件，有感应电流 产生，才会产生阻尼阻碍振动。 2．【2017·新课标Ⅲ卷】如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一 U 形金属导轨，导轨平面与磁场 垂直。金属杆 PQ 置于导轨上并与导轨形成闭合回路 PQRS，一圆环形金属线框 T 位于回路围成的区域内，线 框与导轨共面。现让金属杆 PQ 突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的 是 A．PQRS 中沿顺时针方向，T 中沿逆时针方向 B．PQRS 中沿顺时针方向，T 中沿顺时针方向 C．PQRS 中沿逆时针方向，T 中沿逆时针方向 7 D．PQRS 中沿逆时针方向，T 中沿顺时针方向 【答案】D 【解析】因为 PQ 突然向右运动，由右手定则可知，PQRS 中有沿逆时针方向的感应电流，穿过 T 中的磁通量 减小，由楞次定律可知，T 中有沿顺时针方向的感应电流，D 正确，ABC 错误。 【考点定位】电磁感应、右手定则、楞次定律 【名师点睛】解题关键是掌握右手定则、楞次定律判断感应电流的方向，还要理解 PQRS 中感应电流产生的 磁场会使 T 中的磁通量变化，又会使 T 中产生感应电流。 3．【2017·天津卷】如图所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻 R。金属棒 ab 与两导 轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时 间均匀减小，ab 始终保持静止，下列说法正确的是 A．ab 中的感应电流方向由 b 到 a B．ab 中的感应电流逐渐减小 C．ab 所受的安培力保持不变 D．ab 所受的静摩擦力逐渐减小 【答案】D 方向静摩擦力 f 与安培力 F 等大反向，安培力减小，则静摩擦力减小，故 D 正确。 【考点定位】楞次定律，法拉第电磁感应定律，安培力 【名师点睛】本题应从电磁感应现象入手，熟练应用法拉第电磁感应定律和楞次定律。 4．【2017·新课标Ⅱ卷】两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直。边长为 0.1 m、 总电阻为 0.005 Ω的正方形导线框 abcd 位于纸面内，cd 边与磁场边界平行，如图（a）所示。已知导线框 一直向右做匀速直线运动，cd 边于 t=0 时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图（b）所示 （感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正）。下列说法正确的是 8 A．磁感应强度的大小为 0.5 T B．导线框运动速度的大小为 0.5 m/s C．磁感应强度的方向垂直于纸面向外 D．在 t=0.4 s 至 t=0.6 s 这段时间内，导线框所受的安培力大小为 0.1 N 【答案】BC 【考点定位】法拉第电磁感应定律；楞次定律；安培力 【名师点睛】此题是关于线圈过磁场的问题；关键是能通过给出的 E–t 图象中获取信息，得到线圈在磁场 中的运动情况，结合法拉第电磁感应定律及楞次定律进行解答。此题意在考查学生基本规律的运用能力以 及从图象中获取信息的能力。 5．【2017·北京卷】图 1 和图 2 是教材中演示自感现象的两个电路图，L1 和 L2 为电感线圈。实验时，断开 开关 S1 瞬间，灯 A1 突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关 S2，灯 A2 逐渐变亮，而另一个相同的灯 A3 立即变亮， 最终 A2 与 A3 的亮度相同。下列说法正确的是 A．图 1 中，A1 与 L1 的电阻值相同 B．图 1 中，闭合 S1，电路稳定后，A1 中电流大于 L1 中电流 C．图 2 中，变阻器 R 与 L2 的电阻值相同 D．图 2 中，闭合 S2 瞬间，L2 中电流与变阻器 R 中电流相等 【答案】C 9 【考点定位】自感 【名师点睛】线圈在电路中发生自感现象，根据楞次定律可知，感应电流要“阻碍”使原磁场变化的电流 变化情况。电流突然增大时，会感应出逐渐减小的反向电流，使电流逐渐增大；电流突然减小时，会感应 出逐渐减小的正向电流，使电流逐渐减小。 【2016 高考真题】 1．【2016·上海卷】磁铁在线圈中心上方开始运动时，线圈中产生如图方向的感应电流，则磁铁 A．向上运动 B．向下运动 C．向左运动 D．向右运动 【答案】B 【解析】据题意，从图示可以看出磁铁提供的穿过线圈原磁场的磁通量方向向下，由安培定则可知线圈中 感应电流激发的感应磁场方向向上，即两个磁场的方向相反，则由楞次定律可知原磁场通过线圈的磁通量 的大小在增加，故选项 B 正确。 【考点定位】楞次定律和安培定则 【方法技巧】通过安培定则判断感应磁场方向，通过楞次定律判断磁铁的运动情况。 2．【2016·北京卷】如图所示，匀强磁场中有两个导体圆环 a、b，磁场方向与圆环所在平面垂直。磁感应 强度 B 随时间均匀增大。两圆环半径之比为 2:1，圆环中产生的感应电动势分别为 Ea 和 Eb。不考虑两圆环间 的相互影响。下列说法正确的是 A．Ea:Eb=4:1，感应电流均沿逆时针方向 B．Ea:Eb=4:1，感应电流均沿顺时针方向 C．Ea:Eb=2:1，感应电流均沿逆时针方向 10 D．Ea:Eb=2:1，感应电流均沿顺时针方向 【答案】B 【解析】根据法拉第电磁感应定律可得 = BE St t      ，根据题意可得 4 1 a b S S  ，故 : 4:1a bE E  ，感应 电流产生的磁场要阻碍原磁场的增大，即感应电流产生向里的感应磁场，根据楞次定律可得，感应电流均 沿顺时针方向。 【考点定位】法拉第电磁感应定律、楞次定律的应用 【方法技巧】对于楞次定律，一定要清楚是用哪个手判断感应电流方向的，也可以从两个角度理解，一个 是增反减同，一个是来拒去留，对于法拉第电磁感应定律，需要灵活掌握公式，学会变通。 3．【2016·海南卷】如图，一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直平面内，环的圆心与两导线 距离相等，环的直径小于两导线间距。两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流。若 A．金属环向上运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向 B．金属环向下运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向 C．金属环向左侧直导线靠近，则环上的感应电流方向为逆时针方向 D．金属环向右侧直导线靠近，则环上的感应电流方向为逆时针方向 【答案】D 【考点定位】楞次定律 【名师点睛】解决本题的关键会用安培定则判断电流周围磁场的方向，以及学会根据楞次定律来确定感应 电流的方向。 4．【2016·浙江卷】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 la=3lb， 图示区域内有垂直纸面向里的均强磁场，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 11 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 3:4 D．a、b 线圈中电功率之比为 3:1 【答案】B 【解析】根据楞次定律可知，两线圈内均产生逆时针方向的感应电流，选项 A 错误；因磁感应强度随时间 【考点定位】法拉第电磁感应定律；楞次定律；闭合电路欧姆定律；电功率。 【名师点睛】此题是一道常规题，考查法拉第电磁感应定律、以及闭合电路的欧姆定律；要推导某个物理 量与其他物理量之间的关系，可以先找到这个物理量的表达式，然后看这个物理量和什么因素有关；这里 线圈的匝数是容易被忽略的量。 5．【2016·全国新课标Ⅱ卷】法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片 P、 Q 分别与圆盘的边缘和铜轴接触，关于流过电阻 R 的电流，下列说法正确的是 A．若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定 B．若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿 a 到 b 的方向流动 C．若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化 D．若圆盘转动的角速度变为原来的 2 倍，则电流在 R 上的热功率也变为原来的 2 倍 【答案】AB 【解析】由电磁感应定律得 20 2 2 l BlE Bl    ， EI R  ，故 一定时，电流大小恒定，选项 A 正确； 由右手定则知圆盘中心为等效电源正级，圆盘边缘为负极，电流经外电路从 a 经过 R 流到 b，选项 B 正确； 圆盘转动方向不变时，等效电源正负极不变，电流方向不变，故选项 C 错误； 2 2 4 2 4 E B lP R R   ，角速度 加倍时功率变成 4 倍，选项 D 错误，故选 AB。 【考点定位】电磁感应定律 12 【名师点睛】法拉第圆盘是课本上介绍的装置，在历次考试中多次出现；解题时要会进行电源的等效：相 当于一条半径旋转切割磁感线，记住求解感应电动势的公式 21 2E Bl  ，并能搞清整个电路的结构。 6．【2016·江苏卷】电吉他中电拾音器的基本结构如图所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时， 在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发出声音，下列说法正确的有 A．选用铜质弦，电吉他仍能正常工作 B．取走磁体，电吉他将不能正常工作 C．增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势 D．弦振动过程中，线圈中的电流方向不断变化 【答案】BCD 【考点定位】考查电磁感应 【方法技巧】本题学生极易错选 A 选项，在于不知道铜是不能被磁化的，可见现在高考考查知识越来越细， 越来越全面。 7．【2016·上海卷】如图（a），螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场，以图中箭头所示方向为其正方向。 螺线管与导线框 abcd 相连，导线框内有一小金属圆环 L，圆环与导线框在同一平面内。当螺线管内的磁感 应强度 B 随时间按图（b）所示规律变化时 A．在 t1~t2 时间内，L 有收缩趋势 B．在 t2~t3 时间内，L 有扩张趋势 C．在 t2~t3 时间内，L 内有逆时针方向的感应电流 D．在 t3~t4 时间内，L 内有顺时针方向的感应电流 【答案】AD 13 【考点定位】楞次定律、安培定则 【方法技巧】线圈内通有非均匀变化的磁场，导线框内产生变化的电流，该电流激发出变化的磁场，才可 以使圆环产生感应电流；线圈内通有均匀变化的磁场，导线框内产生稳定的电流，该电流激发出的是稳定 的磁场，不会使圆环产生感应电流。 8．【2016·四川卷】如图所示，电阻不计、间距为 l 的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为 B、方向 竖直向下的匀强磁场中，导轨左端接一定值电阻 R。质量为 m、电阻为 r 的金属棒 MN 置于导轨上，受到垂 直于金属棒的水平外力 F 的作用由静止开始运动，外力 F 与金属棒速度 v 的关系是 F=F0+kv（F0、k 是常量）， 金属棒与导轨始终垂直且接触良好。金属棒中感应电流为 i，受到的安培力大小为 FA，电阻 R 两端的电压为 UR，感应电流的功率为 P，它们随时间 t 变化图像可能正确的有 【答案】BC 【解析】根据牛顿定律可知，某时刻金属棒的加速度为 2 2 2 2 0 0 B L v B LF kv kF F Fr R r Ra vm m m m        安 ，若 2 2 0B Lk r R   ，则金属棒做加速度增加的加速运动，其 v-t 图像如图 1 所示；导体的电流 BLvI r R   可知 I 与 v 成正比，则 I-t 图线应该和 v-t 线形状相同；根据 2 2 A B L vF r R   可知 FA 与 v 成正比，则 FA-t 图线应该 和 v-t 线形状相同，选项 B 正确；根据 R BLRvU r R   可知 UR 与 v 成正比，则 UR-t 图线应该和 v-t 线形状相 同；根据 2 2 2 2E B L vP R r R r    可知 P 与 v2 成正比，则 P-t 图线不应该是直线；同理若 2 2 0B Lk r R   ，则金 属 棒 14 考点：电磁感应现象；安培力；闭合电路欧姆定律；电功率 【名师点睛】此题是电磁感应问题的图像问题，考查了力、电、磁、能等全方位知识；首先要能从牛顿第 二定律入手写出加速度的表达式，然后才能知道物体可能做的运动性质；题目中要定量与定性讨论相结合， 灵活应用数学中的函数知识讨论解答. 9．【2016·全国新课标Ⅲ卷】如图，M 为半圆形导线框，圆心为 OM；N 是圆心角为直角的扇形导线框，圆心 为 ON；两导线框在同一竖直面（纸面）内；两圆弧半径相等；过直线 OMON 的水平面上方有一匀强磁场，磁场 方向垂直于纸面。现使线框 M、N 在 t=0 时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面、且过 OM 和 ON 的轴，以相同 的周期 T 逆时针匀速转动，则 A．两导线框中均会产生正弦交流电 B．两导线框中感应电流的周期都等于 T C．在 时，两导线框中产生的感应电动势相等 D．两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等 【答案】BC 15 【考点定位】考查了楞次定律的应用、导体切割磁感线运动 【方法技巧】在分析导体切割磁感线运动、计算电动势时，一定要注意导体切割磁感线的有效长度，在计 算交变电流的有效值时，一定要注意三个相同：相同电阻，相同时间，相同热量。