2020年高考物理专题卷：专题09（电磁感应）答案与解析

2020年高考物理专题卷：专题09（电磁感应）答案与解析

‎2020年届专题卷物理专题九答案与解析 ‎1．【命题立意】本题主要考查磁通量的变化率和Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt的区别。‎ ‎【思路点拨】Φ表示穿过磁场中某个面的磁感线的条数，是状态量，由面积S、磁感应强度B以及它们的夹角决定，只有当面积S与磁感应强度B垂直时，Φ=BS才能成立，如果B与S的夹角为θ，则应把面积S沿与B垂直的方向投影，此时Φ=BSsinθ。磁通量变化量ΔΦ是指末态的Φ2与初态的Φ1的差，即ΔΦ=Φ2－Φ1，是过程量，它可以由有效面积的变化、磁场的变化而引起，且穿过闭合回路的磁通量发生变化是产生感应电动势的必要条件。‎ 磁通量变化率ΔΦ/Δt是表示单位时间内磁通量变化的大小，即磁通量变化快慢，感应电动势的大小与回路中磁通量变化率ΔΦ/Δt成正。‎ ‎【答案】C【解析】E=ΔΦ/Δt，ΔΦ与Δt的比值就是磁通量的变化率，所以只有C正确。‎ ‎2．【命题立意】本题主要考查自感现象和互感现象。‎ ‎【思路点拨】自感现象的应用：凡是有导线、线圈的设备中，只要有电流变化都有自感现象存在，但对于特殊的双线绕法要加以区别，因此在做题时要特别留心这一特殊情况。‎ ‎【答案】BD【解析】两线圈绕的方向相反，线圈产生的磁场方向相反。螺旋管内磁场和穿过螺旋管的磁通量都不发生变化，回路中一定没有自感电动势产生，正确答案选BD。‎ ‎3．【命题立意】本题考查感应电流产生的条件。‎ ‎【思路点拨】长度为L的导体，以速度v在磁感应强度为B的匀强磁场中做切割磁感线运动时，在B、L、v互相垂直的情况下，导体中产生的感应电动势的大小恒为：E=BLv，在M中产生恒定的感应电流，不会造成N中磁通量的变化，电流表无读数。‎ ‎【答案】D【解析】导体棒匀速向右运动的过程中，根据法拉第电磁感应定律可知，M中产生稳定的电流，则通过N中的磁通量保持不变，故N中无感应电流产生，选项D正确。‎ ‎4．【命题立意】本题主要考查感应电动势和感应电流的产生条件和楞次定律。‎ ‎【思路点拨】感应电动势和感应电流产生的条件是：穿过电路的磁通量发生变化，就一定有感应电动势产生，电路可以闭合也可以断开。只有同时满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，才能产生感应电流。‎ ‎【答案】B【解析】由右手定则可以判断开始时电流应为负值，其切割的有效长度是均匀增加的，当线框全部进入磁场到ad边离开磁场，再次利用右手定则可以判断此时电流应为正值，而其切割的有效长度是减小的，所以B项正确。‎ ‎5．【命题立意】本题主要考查感应电流方向的判断以及感应电动势的计算。‎ - 5 -‎ ‎【思路点拨】判断感应电流的方向可以利用楞次定律，也可以利用右手定则，求平均电动势的大小，应选公式。‎ ‎【答案】B【解析】在圆环进入磁场的过程中，通过圆环的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向，感应电动势E=Blv，有效长度先增大后减小，所以感应电流先增大后减小，同理可以判断出磁场时的情况，A错误；B正确；根据左手定则可以判断，进入磁场和出磁场受到的安培力都向左，C错误；进入磁场时感应电动势平均值，D错误。‎ ‎6．【命题立意】本题主要考查法拉第电磁感应定律的应用。‎ ‎【思路点拨】利用ΔΦ/Δt求磁通量的变化率，一般情况求的是磁通量的平均变化率，那么用E＝ΔΦ/Δt求得的则是平均电动势。‎ ‎【答案】BD【解析】当S1、S2闭合，S3断开时，有；同理，当S2、S3闭合，S1断开时有，当S1、S3闭合，S2断开时有。又R1∶R2∶R3＝1∶2∶3，设R1、R2、R3的电阻分别为R、2R、3R，又根据磁场的分布知E3＝E1＋E2，联系以上各式解得I3＝7I。且有E1＝＝＝3IR，E2＝＝＝25IR，则上下两部分磁场的面积之比为3∶25。‎ ‎7．【命题立意】本题主要考查电磁感应中的电路问题以及能量问题。‎ ‎【思路点拨】处理此题首先要对金属棒进行受力分析，明确各力的做功情况；其次利用动能定理和功能关系列式解题。‎ ‎【答案】AC【解析】整个运动过程安培力始终做负功，金属杆的机械能减小，所以回到底端时的速度小于v0，A正确；上升过程中，由动能定理知B错；由能量转化和守恒得，减少的动能转化为金属杆的重力势能和电路的电能，电能又转化为电阻上的焦耳热，C正确；由于金属杆的机械能不断减小，所以上升过程经过某位置时的速度大于下滑过程经过该位置的速度，则上升时的电动势大，所以瞬时热功率大，D错误。‎ ‎8．【命题立意】本题主要考查电磁感应中的力学问题。‎ ‎【思路点拨】既然有感应电流产生，就有其它能转化为电能。又由于感应电流是由相对运动引起的，所以只能是机械能转化为电能，因此机械能减少。磁场力对物体做负功，是阻力，表现出的现象就是“阻碍”导体的相对运动。‎ ‎【答案】AB【解析】因为通过控制负载电阻使棒中的电流强度I保持不变，由F安=BIl恒定，又由于导体棒在水平方向不受其它力的作用，所以导体棒做匀减速运动，选项A正确；在导体棒的速度从v0减小至v1的过程中，平均速度为，导体棒中的平均感应电动势为，故选项B也正确；导体棒中消耗的功率为，所以负载电阻上消耗的平均功率为，故选项CD都不正确，所以正确选项为AB。‎ ‎9．【命题立意】本题主要考查楞次定律和安培力大小判断。‎ - 5 -‎ ‎【思路点拨】在闭合线圈进入磁场的过程中，首先判断穿过闭合电路的磁通量如何变化，进而利用楞次定律判断感应电流的方向；然后根据安培力公式判断力的增减变化，计算穿过线圈某个横截面的电荷量。‎ ‎【答案】AB【解析】在闭合线圈进入磁场的过程中，通过闭合线圈的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向一直为顺时针方向，A正确；导体切割磁感线的有效长度先变大后变小，感应电流先变大后变小，安培力也先变大后变小，B正确；导体切割磁感线的有效长度最大值为2r，感应电动势最大E=2Brv，C错误；穿过线圈某个横截面的电荷量为，D错误。‎ ‎10．【命题立意】本题考查电磁感应定律的综合应用。‎ ‎【思路点拨】本题综合性较强，做题时要从两个方面着手：从力的角度出发，分析ab杆受力情况，进而求出感应电流的大小；其次根据功率的公式求解功率的大小。‎ ‎【答案】D【解析】根据左手定则，导体棒上的电流从b到a，根据电磁感应定律可得A正确；根据共点力平衡知识，导体棒a、b受到的安培力大小等于重力沿导轨向下的分力，即mgsinθ，B正确；根据mgsinθ=B2Ld，解得，C正确；圆形导线的热功率等于，D错误。‎ ‎11．【命题立意】本题主要考查感应电流和电路。‎ ‎【思路点拨】本题着重从两个方面考虑问题：一是谁是电源，电动势是多少？二是谁是外电路，bd两端的电压是路端电压还是电动势的大小？‎ ‎【答案】（1）；（2）‎ ‎【解析】（1）U型框向右运动时，NQ边相当于电源，产生的感应电动势（1分）‎ U型框连同方框构成的闭合电路的总电阻为（1分）闭合电路的总电流为（1分）‎ NQ边受到的安培力为即拉动型框使它以速度v0垂直NQ边向右匀速运动的拉力为（1分）‎ ‎（2）根据闭合电路欧姆定律可知，bd两端的电势差为：（2分）‎ ‎12．【命题立意】本题主要考查计算感应电动势和线圈所受安培力。‎ ‎【思路点拨】求感应电动势的平均值用E＝nΔΦ/Δt公式，而导线切割磁感线运动产生感应电动势的瞬时值用公式E=BLv计算。在此基础上求感应电流、外力对线圈做的功。‎ ‎【答案】（1）；（2）‎ ‎【解析】（1）由题意可得：①（1分）②（1分）由①②联立解得：（1分）‎ ‎（2）线圈匀速离开磁场的过程中，线圈所受安培力为：（1分）‎ 由动能定理可得：（1分）由以上各式联立解得：（1分）‎ ‎13．【命题立意】本题主要考查电磁感应中的能量守恒问题。‎ - 5 -‎ ‎【思路点拨】求解时要注意分析导体的运动情况与受力情况，并注意结合力学中的相关规律。分析受力时不能忘记安培力，在应用能量守恒定律时不能局限于机械能，还要考虑内能和电能。‎ ‎【答案】（1） （2） （3）‎ ‎【解析】（1）设ab棒在导轨之间的长度为l，根据法拉第电磁感应定律可得：E=Blv0（1分）‎ 由闭合电路欧姆定律得：（2分）‎ ‎（2）导体棒ab第一次经过O点前，通过它的电量为（1分）‎ 而，（1分）故（2分）‎ ‎（3）裸导线最终只能静止于O点，故其动能全部转化为焦耳热，即（1分）‎ 因为导轨与ab构成等腰三角形，三边电阻总是相等的，所以三边产生的热量总是相等的。即有（2分）‎ ‎14．【命题立意】本题主要考查电磁感应与电场、直流电路综合问题。‎ ‎【思路点拨】解题时求感应电动势是解题的关键，可根据题设条件选取电动势的计算公式。除此之外，还要掌握电路的串并联规律、电阻定律、闭合电路欧姆定律和电功、电功率计算等知识。‎ ‎【答案】（1）（2）‎ ‎【解析】（1）根据图乙纸带上打出的点迹可看出，金属棒最终做匀速运动，且速度最大，最大值为vm=2s/T，达到最大速度时，则有mgsinα=F安（1分）F安＝ILB（1分） 其中R总＝6R（1分）‎ 所以mgsinα= （1分）解得 （2分）‎ ‎（2）由能量守恒知，放出的电热Q=2S0sinα- （2分）‎ 代入上面的vm值，可得 （2分）‎ ‎15．【命题立意】本题主要考查电磁感应与能量守恒综合问题 ‎【思路点拨】对于电磁感应中的能量转化问题，应弄清在过程中有哪些能量参与了转化，什么能量减少了，什么能量增加了，由能的转化和守恒定律即可求出转化的能量。能量的转化和守恒是通过做功来实现的，安培力做功是联系电能与其他形式的能相互转化的桥梁。因此，也可由功能关系（或动能定理）计算安培力的功，从而确定电能与其他形式的能相互转化的量。‎ ‎【答案】（1）1T （2）0.9s （3）vt=4m/s ‎【解析】（1）线框的ab边刚进入磁场时，感应电流（1分）‎ 线框恰好做匀速运动，有F=mg+IBl（2分）代入数据解得B=1T（2分）‎ ‎（2）设线框进入磁场做匀速运动的时间为，有（1分）‎ - 5 -‎ 线框全部进入磁场后做竖直上抛运动，到最高点时所用时间（1分）‎ 线框从开始进入磁场运动到最高点，所用时间t=t1+t2=0.9s（2分）‎ ‎（3）线框从最高点回到到磁场边界时速度大小不变，线框所受安培力大小也不变，则IBl=mg（1分）因此，线框穿出磁场过程还是做匀速运动，离开磁场后做竖直上抛运动，由机械能守恒定律可得（2分）代入数据解得线框落地时的速度vt=4m/s（2分）‎ ‎16．【命题立意】本题本题结合图象考查电磁感应的综合应用。‎ ‎【思路点拨】本题是力学、电磁学与图象的综合题。做题时要用到楞次定律判断感应电流的方向、法拉第电磁感应定律求电动势，对金属棒受力分析求电流强度的大小，在此基础上利用匀变速直线运动公式求时间，用焦耳定律求热量。‎ ‎【答案】（1）通过cd棒的电流方向d→c，区域I内磁场方向为垂直于斜面向上 （2） ‎ ‎（3）3l （4）4mglsinθ ‎【解析】（1）通过cd棒的电流方向 d→c （1分）区域I内磁场方向为垂直于斜面向上（1分）‎ ‎（2）对cd棒，F安=BIl=mgsinθ，所以通过cd棒的电流大小I = （1分）‎ 当ab棒在区域II内运动时cd棒消耗的电功率P=I2R=（1分）‎ ‎（3）ab棒在到达区域II前做匀加速直线运动，a==gsinθ（1分）‎ cd棒始终静止不动，ab棒在到达区域II前、后，回路中产生的感应电动势不变，则ab棒在区域II中一定做匀速直线运动，可得；（1分）=Blgsinθtx （1分）所以（1分）‎ ab棒在区域II中做匀速直线运动的速度（1分）‎ 则ab棒开始下滑的位置离EF的距离h=atx2+2l=3 l（1分）‎ （4） ab棒在区域II中运动的时间t2==（1分） ‎ ab棒从开始下滑至EF的总时间t= tx+t2=2（1分）‎ ε=Blvt =Bl（1分） ab棒从开始下滑至EF的过程中闭合回路中产生的热量：Q=εIt=4mglsinθ（1分） ‎ - 5 -‎