2018年高考考点完全题物理考点通关练：考点37 电磁感应规律的综合应用

这是一份2018年高考考点完全题物理考点通关练：考点37 电磁感应规律的综合应用，共22页。试卷主要包含了基础与经典，真题与模拟等内容，欢迎下载使用。
考点37　电磁感应规律的综合应用
考点名片
考点细研究：(1)电磁感应的图象；(2)电磁感应与电路；(3)电磁感应与动力学和能量等。其中考查到的如：2016年四川高考第7题、2016年上海高考第33题、2016年天津高考第12题、2016年浙江高考第24题、2015年福建高考第18题、2015年安徽高考第19题、2015年天津高考第11题、2015年四川高考第11题、2015年广东高考第35题、2014年天津高考第11题、2014年江苏高考第13题、2014年北京高考第29题、2014年福建高考第22题等。
备考正能量：电磁感应的计算题必定与电路、动力学、能量相结合，以单棒、双棒、线圈的电磁感应过程为模型，考查分析推理与计算能力，预计今后高考试题将会重点考查基本知识点。


一、基础与经典
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．一矩形线圈位于一个方向垂直线圈平面向里的磁场中，如图甲所示，磁感应强度B随t的变化规律如图乙所示。以I表示线圈中的感应电流，以图甲线圈上箭头所示方向的电流为正，则以下的i­t图中正确的是(　　)


答案　A
解析　在0～1 s内，据E＝S可知感应电动势恒定，感应电流恒定，由楞次定律可得电流为逆时针方向，在图象中方向为负；1～2 s内，B不变，i＝0；2～3 s内，同理，由E＝S知i恒定，方向为正。综合分析可知A正确。
2．如图，MN、PQ是间距为L的平行光滑金属导轨，置于磁感应强度为B，方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中，M、P间接有一阻值为R的电阻。一根与导轨接触良好、有效阻值为的金属棒ab垂直导轨放置，并在水平外力F作用下以速度v向右匀速运动，不计导轨电阻，则 (　　)

A．通过电阻R的电流方向为P→R→M
B．ab两点间的电压为BLv
C．a端电势比b端高
D．外力F做的功等于电阻R产生的焦耳热
答案　C
解析　由右手定则或楞次定律可判断出通过回路的电流方向为逆时针，即M→R→P，选项A错误。ab中产生的感应电动势为E＝BLv，感应电流I＝E/(1.5R)，ab两点间的电压为U＝IR＝BLv，选项B错误。导体棒为电源，a端电势比b端高，选项C正确。由能量守恒定律，外力F做的功等于整个回路(即电阻R和金属棒电阻)产生的焦耳热，选项D错误。
3．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v0刷卡时，在线圈中产生感应电动势，其E­t关系如图所示。如果只将刷卡速度改为，线圈中的E­t关系图可能是(　　)

答案　D
解析　若将刷卡速度改为，线圈切割磁感线运动时产生的感应电动势大小将会减半，周期将会加倍，故D项正确，其他选项错误。

4．如图，足够长的U形光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0GⅡ，所以Ⅱ进入磁场立即做加速度不断减小的减速运动，A、B错误，C正确；因线圈Ⅰ、Ⅱ进入磁场时速度相同，但此后Ⅰ匀速，Ⅱ减速，故Ⅱ后到达地面，D错误。
16．2016·四川联考] (多选)如图所示，固定的竖直光滑U形金属导轨，间距为L，上端接有阻值为R的电阻，处在方向水平且垂直于导轨平面、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m、电阻为r的导体棒与劲度系数为k的固定轻弹簧相连放在导轨上，导轨的电阻忽略不计。初始时刻，弹簧处于伸长状态，其伸长量为x1＝，此时导体棒具有竖直向上的初速度v0。在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。则下列说法正确的是(　　)

A．初始时刻导体棒受到的安培力大小F＝
B．初始时刻导体棒加速度的大小a＝2g＋
C．导体棒往复运动，最终将静止时弹簧处于压缩状态
D．导体棒开始运动直到最终静止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q＝mv＋
答案　BC
解析　由法拉第电磁感应定律得：E＝Blv0，由闭合电路的欧姆定律得：I＝，由安培力公式得：F＝，故A错误；初始时刻，F＋mg＋kx1＝ma，得a＝2g＋，故B正确；因为导体棒静止时没有安培力，只有重力和弹簧的弹力，故弹簧处于压缩状态，而且mg＝kx2，所以压缩量为x2＝＝x1，故C正确；因x2＝x1，分析可得弹性势能不变，根据能量守恒，减小的动能和重力势能全都转化为焦耳热Q总＝mv2＋mg(x1＋x2)＝mv2＋，但R上的焦耳热只是一部分，故D错误。
17．2016·唐山统考] (多选)如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上，存在着两个磁感应强度大小均为B的匀强磁场区域。区域Ⅰ的磁场方向垂直斜面向上，区域Ⅱ的磁场方向垂直斜面向下，磁场边界MN、PQ、GH均平行于斜面底边，MP、PG均为L。一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形导线框，由静止开始沿斜面下滑，下滑过程中ab边始终与斜面底边平行。t1时刻ab边刚越过GH进入磁场Ⅰ区域，此时导线框恰好以速度v1做匀速直线运动；t2时刻ab边下滑到PQ与MN的中间位置，此时导线框又恰好以速度v2做匀速直线运动。重力加速度为g，下列说法中正确的是(　　)

A．当ab边刚越过PQ时，导线框的加速度大小为a＝gsinθ
B．导线框两次做匀速直线运动的速度之比v1∶v2＝4∶1
C．从t1到t2的过程中，导线框克服安培力做的功等于机械能的减少量
D．从t1到t2的过程中，有机械能转化为电能
答案　BC
解析　线框在区域Ⅰ内做匀速直线运动，其合力为零，则mgsinθ－＝0；线框的ab边刚越过PQ时，两边都在切割磁感线，都受到沿斜面向上的安培力，则mgsinθ－4＝ma，a＝－3gsinθ，选项A错误；线框再次匀速时，其合力也为零，则mgsinθ－4＝0，则＝，选项B正确；从t1到t2的过程中，安培力做负功，重力做正功，根据能量守恒定律，可得WG－WF＝mv－mv，则克服安培力所做的功等于线框机械能的减少量，减少的动能和重力势能转化为电能，选项C正确，选项D错误。

一、基础与经典
18. 匀强磁场磁感应强度B＝0.2 T，磁场宽度L＝3 m，一正方形金属框边长ab＝l＝1 m，每边电阻R＝0.2 Ω，金属框以v＝10 m/s的速度匀速穿过磁场区，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如图所示。

(1)画出金属框穿过磁场区的过程中，金属框内感应电流I随时间t的变化图线；(规定电流方向逆时针为正)
(2)画出ab两端电压U­t的变化图线。(要求写出作图的依据)
答案　见解析
解析　本题考查电磁感应过程中的电路问题。
(1)金属框进入磁场区域时E1＝Blv＝2 V，I1＝＝2.5 A，方向沿逆时针，感应电流持续的时间t1＝＝0.1 s。
金属框完全进入磁场中运动时：E2＝0，I2＝0，无电流持续的时间t2＝＝0.2 s。
金属框穿出磁场区时：E3＝Blv＝2 V，I3＝＝2.5 A，方向沿顺时针，感应电流持续的时间t3＝＝0.1 s，得到I­t图线如图甲所示。

(2)cd边进入磁场区时，ab两端电压U1＝I1R＝2.5×0.2 V＝0.5 V。
金属框完全在磁场中运动时，ab两端电压等于感应电动势U2＝Blv＝2 V。
金属框出磁场时，ab两端电压：U3＝E3－I3R＝1.5 V，
由此得U­t图线如图乙所示。
二、真题与模拟
19．2016·上海高考] 如图，一关于y轴对称的导体轨道位于水平面内，磁感应强度为B的匀强磁场与平面垂直。一足够长，质量为m的直导体棒沿x方向置于轨道上，在外力F作用下从原点由静止开始沿y轴正方向做加速度为a的匀加速直线运动，运动时棒与x轴始终平行。棒单位长度的电阻为ρ，与电阻不计的轨道接触良好，运动中产生的热功率随棒位置的变化规律为P＝ky(SI)。求：

(1)导体轨道的轨道方程y＝f(x)；
(2)棒在运动过程中受到的安培力Fm随y的变化关系；
(3)棒从y＝0运动到y＝L过程中外力F的功。
答案　(1)y＝2x2　(2)Fm＝ y
(3) L2＋maL
解析　(1)设棒运动到某一位置时与轨道接触点的坐标为(±x，y)，安培力F＝BIl＝B··l＝＝，
安培力的功率P＝Fv＝＝ky，
棒做匀加速运动，所以v2＝2ay，R＝2ρx，
联立得y＝2x2。轨道形状为抛物线。
(2)安培力Fm＝ v＝，
将轨道方程代入得：Fm＝ y。
(3)由动能定理有W＝Wm＋mv2，
克服安培力做功
Wm＝m·L＝·L＝ L2，
棒在y＝L处的动能为mv2＝maL，
外力做功W＝ L2＋maL。
20. 2016·浙江高考]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＝10 m/s2，sin53°＝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FA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。
答案　(1)2.4 m/s　(2)48 N　(3)64 J　26.88 J
解析　(1)由牛顿定律a＝＝12 m/s2，
进入磁场时的速度v＝＝2.4 m/s。
(2)感应电动势E＝Blv，
感应电流I＝，
安培力FA＝IBl，
代入得FA＝＝48 N。
(3)健身者做功W＝F(s＋d)＝64 J，
进入磁场后CD棒所受的合外力F合＝F－mgsinθ－FA＝0，
所以CD棒在磁场区做匀速运动，
在磁场中运动时间t＝，
焦耳热Q＝I2Rt＝26.88 J。
21．2017·北京海淀模拟]如图虚线框内为某种电磁缓冲车的结构示意图，在缓冲车的底板上沿车的轴线固定有两个足够长的平行绝缘光滑导轨PQ、MN，在缓冲车的底部还安装有电磁铁(图中未画出)，能产生垂直于导轨平面的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B。在缓冲车的PQ、MN导轨内有一个由高强度材料制成的缓冲滑块K，滑块K可以在导轨上无摩擦地滑动，在滑块K上绕有闭合矩形线圈abcd，线圈的总电阻为R，匝数为n，ab的边长为L。缓冲车的质量为m1(不含滑块K的质量)，滑块K的质量为m2。为保证安全，要求缓冲车厢能够承受的最大水平力(磁场力)为Fm，设缓冲车在光滑的水平面上运动。

(1)如果缓冲车以速度v0与障碍物碰撞后滑块K立即停下，请判断滑块K的线圈中感应电流的方向，并计算感应电流的大小；
(2)如果缓冲车与障碍物碰撞后滑块K立即停下，为使缓冲车厢所承受的最大磁场力不超过Fm。求缓冲车运动的最大速度；
(3)如果缓冲车以速速v匀速运动时，在它前进的方向上有一个质量为m3的静止物体C，滑块K与物体C相撞后粘在一起，碰撞时间极短。设m1＝m2＝m3＝m，在cd边进入磁场之前，缓冲车(包括滑块K)与物体C已达到相同的速度，求相互作用的整个过程中线圈abcd产生的焦耳热。
答案　(1)abcda(或逆时针)　　(2)
(3)mv2
解析　(1)由右手定则(或楞次定律)判断出感应电流的方向是abcda(或逆时针)，缓冲车以速度v0碰撞障碍物后滑块K静止，滑块相对磁场的速度大小为v0，线圈中产生的感应电动势E0＝nBLv0，线圈中感应电流I＝，解得I＝。
(2)设缓冲车的最大速度为vm，碰撞后滑块K静止，滑块相对磁场的速度大小为vm，线圈中产生的感应电动势E1＝nBLvm，线圈中的电流I1＝，线圈ab边受到的安培力F1＝nBI1L，依据牛顿第三定律，缓冲车厢受到的磁场力F1′＝F1，依题意F1′＝Fm，解得vm＝。
(3)设K、C碰撞后共同运动的速度为v1，由动量守恒定律m2v＝(m2＋m3)v1，设缓冲车与物体C共同运动的速度为v2，由动量守恒定律(m1＋m2)v＝(m1＋m2＋m3)v2，设线圈abcd产生的焦耳热为Q，依据能量守恒Q＝m1v2＋(m2＋m3)v－(m1＋m2＋m3)v，解得Q＝mv2。