2020高考物理二轮复习专题九电磁感应对对练含解析

2020高考物理二轮复习专题九电磁感应对对练含解析

高考总复习 电磁感应 ‎2020年高考必备 ‎2015年 ‎2016年 ‎2017年 ‎2018年 ‎2019年 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 考点一 电磁感应现象　楞次定律 法拉第电磁感应定律 ‎19‎ ‎15‎ ‎20‎ ‎18‎ ‎15‎ ‎19‎ ‎20‎ ‎14‎ 考点二 电磁感应中的电路和图象问题 ‎24‎ ‎20‎ ‎18‎ ‎20‎ ‎21‎ ‎19‎ 考点三 电磁感应中的动力学和能量问题 ‎24‎ ‎24‎ 考点一　电磁感应现象　楞次定律　法拉第电磁感应定律 命题角度1“三定则一定律”在电磁感应现象中的应用　‎ 高考真题体验·对方向 ‎1.(多选)(2018全国Ⅰ·19)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 - 11 -‎ 高考总复习 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 答案AD 解析如图甲所示,闭合开关瞬间右边线圈产生电流,左边线圈磁通量增强.由楞次定律可知,增反减同,左边线圈感应磁场方向向左.根据右手螺旋定则可得铁芯中电流方向为从南到北.由此可得铁芯上方磁场为垂直纸面向里,则磁针N极朝垂直纸面向里的方向转动,故A项正确.‎ 甲 开关闭合并保持一段时间后电路稳定,线圈中无磁通量变化,则铁芯中无电流,小磁针恢复南北指向,故B、C项错误;如图乙所示,开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,左边线圈磁通量减小,由增反减同得其感应磁场方向向右.由右手螺旋定则可得铁芯中电流由北到南,铁芯上方磁场为垂直纸面向外,则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,故D项正确.‎ 乙 ‎2.(2017全国Ⅲ·15)‎ 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(　　)‎ - 11 -‎ 高考总复习 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 D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向 答案D 解析金属杆从静止开始突然向右运动,产生感应电动势,感应电流从无到有,根据右手定则可知,感应电流的方向由Q指向P,PQRS中的电流沿逆时针方向;该感应电流在金属线框T中产生的磁通量向外,故穿过金属线框T向里的磁通量减小,根据楞次定律,T中感应电流沿顺时针方向,D正确.‎ ‎1.判断感应电流方向的两种方法 方法一　用楞次定律判断(“四步法”)‎ - 11 -‎ 高考总复习 方法二　用右手定则判断 该方法适用于闭合电路的部分导体切割磁感线产生的感应电流.判断时注意掌心、拇指、四指的方向:‎ ‎(1)掌心——磁感线垂直穿入;‎ ‎(2)拇指——指向导体运动的方向;‎ ‎(3)四指——指向感应电流的方向.‎ ‎2.“三定则一定律”的应用技巧 ‎(1)应用楞次定律时,一般要用到安培定则.‎ ‎(2)研究感应电流受到的安培力时,一般先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安培力方向,有时也可以直接应用楞次定律的推论确定.‎ 典题演练提能·刷高分 ‎1.(多选)有一个铜盘,与支架之间的阻力非常小,因此轻轻拨动它,就能长时间地绕轴自由转动.如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘边缘,但并不与铜盘接触,如图所示.下列说法正确的是(　　)‎ A.铜盘能够在较短的时间内停止转动 B.铜盘在转动过程中磁通量将不断减小 C.铜盘在转动过程中产生的感应电动势将不断减小 D.铜盘边缘的电势高于圆心的电势 - 11 -‎ 高考总复习 答案ACD 解析当铜盘转动时,切割磁感线,产生感应电动势,由于电路闭合,则出现感应电流,处于磁场中受到安培力作用,此力阻碍铜盘转动,铜盘能够在较短的时间内停止转动,故A正确;铜盘在转动过程中磁通量不变,选项B错误;铜盘在转动过程中,由于转动速度减小,则产生的感应电动势将不断减小,选项C正确;由右手定则可知,铜盘边缘的电势高于圆心的电势,选项D正确.故选ACD.‎ ‎2.(多选)如图所示,一根长1 m左右的空心铝管竖直放置(图甲),及同样竖直放置的一根长度相同但有竖直裂缝的铝管(图乙)和一根长度相同的空心塑料管(图丙).把一枚磁场很强的小圆柱从上端管口放入管中后,小圆柱最终从下端管口落出.小圆柱在管内运动时,没有跟铝管内壁发生摩擦.设小圆柱在甲、乙、丙三条管中下落的时间分别为t1、t2、t3,则下列关于小圆柱在三管中下落的说法正确的是(　　)‎ A.t1最大,因为铝管中涡电流产生的磁场阻碍小圆柱的相对运动 B.t2=t3,因为有裂缝的铝管和塑料管中不会产生感应电流 C.小圆柱在乙管内下落的过程中,管中会产生感应电动势 D.铝管可看成一个个小圆环组成,在小圆柱下落过程中,小圆环中磁通量发生变化 答案ACD 解析甲管为无缝铝管,强磁体下落时,产生电磁感应,阻碍强磁体的运动,乙是有竖直裂缝的铝管,则小圆柱在铝管中下落时,在侧壁也产生涡流,但对磁体产生向上的阻力较小,下落的加速度小于g.丙管为绝缘体,不产生电磁感应,强磁体没有阻碍作用.所以磁体穿越甲管的时间比穿越乙管的时间长,磁体穿越乙管的时间比穿越丙管的时间长.故AC正确,B错误.小圆柱是强磁体,当它通过完整铝管时,导致铝管的磁通量发生变化,从而产生感应电流,故D正确,故选ACD.‎ - 11 -‎ 高考总复习 ‎3.如图甲所示.在同一平面内有两个绝缘金属细圆环A、B,两环重叠部分的面积为圆环A面积的一半,圆环B中电流i随时间t的变化关系如图乙所示,以甲图圆环B中所示的电流方向为负,则A环中(　　)‎ A.没有感应电流 B.有逆时针方向的感应电流 C.有顺时针方向的感应电流 D.感应电流先沿顺时针方向,后沿逆时针方向 答案B 解析由于A环中磁通量变化,所以A环中有感应电流,A错误;根据楞次定律,A环中产生逆时针方向的感应电流,B正确,CD错误.‎ 命题角度2楞次定律及推论的应用　‎ 高考真题体验·对方向 ‎　(2019全国Ⅲ·14)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现?(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A.电阻定律 B.库仑定律 ‎ C.欧姆定律 D.能量守恒定律 答案D 解析增反减同,来拒去留,都反映了电磁感应现象中安培力做负功,把其他形式的能转化为电能,楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现,A、B、C错误,D正确.‎ 楞次定律推论的应用技巧 - 11 -‎ 高考总复习 ‎1.线圈(回路)中磁通量变化时,感应电流产生的磁场阻碍原磁通量的变化——“增反减同”;‎ ‎2.导体与磁体间有相对运动时,感应电流产生的效果阻碍相对运动——“来拒去留”;‎ 当回路可以形变时,感应电流可使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”;‎ ‎4.自感现象中,感应电动势阻碍原电流的变化——“增反减同”.‎ 典题演练提能·刷高分 ‎1.(多选)(2019山东潍坊二模)如图,螺线管内有平行于轴线的外加磁场,以图中箭头所示方向为其正方向.螺线管与导线框abcd相连,导线框内有一闭合小金属圆环,圆环与导线框在同一平面内.当螺线管内的磁感应强度B随时间按图所示规律变化时(　　)‎ A.在0~t1时间内,环有收缩趋势 B.在t1~t2时间内,环有扩张趋势 C.在t1~t2时间内,环内有逆时针方向的感应电流 D.在t2~t3时间内,环内有逆时针方向的感应电流 答案BC 解析在0~t1时间内,B均匀增加,则在线圈中产生恒定不变的感生电动势,则在导线框dcba中形成稳定的电流,则此时环中无感应电流产生,环也没有收缩趋势,选项A错误;在t1~t2时间内,B的变化率逐渐减小,则螺线管中的感应电流的磁场方向为从下到上且逐渐减小,在导线框abcd中的磁通量为向外减小,穿过环的磁通量向外减小,根据楞次定律可知,环内有逆时针方向的感应电流,且有扩张趋势,选项BC正确;在t2~t3时间内,B的方向向下,且B的变化率逐渐减小,则螺线管中的感应电流的磁场方向为从上到下且逐渐减小,在导线框abcd中的磁通量为向里减小,穿过环的磁通量向里减小,根据楞次定律可知,环内有顺时针方向的感应电流,选项D错误.‎ ‎2.(2019安徽蚌埠二模)同一平面内固定有一长直导线PQ和一带缺口的刚性金属圆环,在圆环的缺口两端引出两根导线,分别与两块垂直于圆环所在平面固定放置的平行金属板MN连接,如图甲所示.导线PQ中通有正弦交变电流i,i的变化如图乙所示,规定从Q到P为电流的正方向,则在1~2 s内(　　)‎ - 11 -‎ 高考总复习 A.M板带正电,且电荷量增加 B.M板带正电,且电荷量减小 C.M板带负电,且电荷量增加 D.M板带负电,且电荷量减小 答案A 解析在1~2 s内,穿过金属圆环的磁场垂直于纸面向里,磁感应强度变小,穿过金属圆环的磁通量变小,磁通量的变化率变大,假设环闭合,由楞次定律可知感应电流磁场与原磁场方向相同,即感应电流磁场方向垂直于纸面向里,然后由安培定则可知感应电流沿顺时针方向,由法拉第电磁感应定律可知感应电动势增大,由此可知M板电势高,带正电,电荷量增加,故A正确,B、C、D错误.故选A.‎ ‎3.一条形磁铁平放在水平桌面上,一闭合线圈保持在竖直平面内,从条形磁铁探出桌面的一端的左上方竖直下落,线圈平面垂直于磁铁(如图).在线圈通过磁铁截面的过程中磁铁一直静止,关于磁铁的受力分析正确的是(　　)‎ A.线圈中感应电流的方向不会变化 B.磁铁受桌面的支持力一直大于重力 C.磁铁受到桌面的摩擦力一直向右 D.磁铁受到桌面的摩擦力一直向左 答案B - 11 -‎ 高考总复习 解析线圈向下运动的过程中穿过线圈的磁通量先增大后减小,根据楞次定律可知,线圈产生的感应电流的方向一定会发生变化,故A错误;根据楞次定律可知,线圈向下运动的过程中,产生的感应电流对线圈一直存在阻碍作用,即磁铁对线圈一直有向上的作用力,根据牛顿第三定律可知,线圈对磁铁一直有向下的作用力,所以磁铁受桌面的支持力一直大于重力,故B正确;根据楞次定律,线圈在桌面以上时,线圈对磁铁的作用力的方向为向右下方,所以磁铁还要受到向左的摩擦力;而线圈在桌面以下时,线圈对磁铁的作用力的方向为向左下方,所以磁铁还要受到向右的摩擦力,故CD错误.故选B.‎ 命题角度3感应电动势大小的计算　‎ 高考真题体验·对方向 ‎1.(多选)(2018全国Ⅲ·20)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中通有正弦式交变电流i,i的变化如图(b)所示,规定从Q到P为电流正方向.导线框R中的感应电动势(　　)‎ A.在t=T‎4‎时为零 B.在t=T‎2‎时改变方向 C.在t=T‎2‎时最大,且沿顺时针方向 D.在t=T时最大,且沿顺时针方向 答案AC 解析PQ中的电流在导线框R中产生变化的磁场,所以线框R中的磁通量变化规律和PQ中电流的变化规律相同,PQ中电流在T‎4‎时刻变化率为零,即线框R中的磁通量的变化率为零,线框中R产生的感应电动势为零,A选项正确;T‎2‎时刻PQ中电流变化最快,即线框R中磁通量变化最快,斜率正负没有发生变化,所以感应电动势的方向没有发生变化,B选项错误;在T‎2‎时刻,线框R中的磁通量从向内减弱变为向外增强,感应电流的磁场方向垂直纸面向里,感应电动势为顺时针方向,C选项正确;在T时刻,线框R中的磁场从垂直纸面向外减弱变为垂直纸面向里增强,感应电流的磁场方向垂直纸面向外,感应电动势为逆时针方向,D选项错误.‎ ‎2.(多选)(2016全国Ⅱ·20)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.圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中.圆盘旋转时,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是(　　)‎ - 11 -‎ 高考总复习 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 解析根据右手定则,转动过程中产生电流的方向只与圆盘转动方向有关,C选项错误;当圆盘顺时针转动时,圆盘中电流方向应由P到圆心,通过电阻的电流方向为a→b,B选项正确;设圆盘半径为r,则圆盘产生的感应电动势大小为E=Br‎2‎‎2‎ω,I=ER总∝ω,A选项正确;电流在R上产生的热功率P=I2R=ER总‎2‎·R∝ω2,角速度为原来的2倍,热功率应为原来的4倍,D选项错误.‎ ‎1.应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤 - 11 -‎ 高考总复习 ‎(1)分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况;‎ ‎(2)利用楞次定律确定感应电流的方向;‎ ‎(3)灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解.‎ ‎2.几点注意 ‎(1)公式E=nΔΦΔt是求解回路某段时间内平均电动势的最佳选择.‎ ‎(2)用公式E=nSΔBΔt求感应电动势时,S为线圈在磁场范围内的有效面积.‎ ‎(3)通过某一回路截面的电荷量q仅与n、ΔΦ和回路总电阻R总有关,与时间长短无关.推导如下:q=‎ - 11 -‎