2020年高考物理一輪復(fù)習(xí)熱點題型專題27電磁感應(yīng)的電路圖像及動力學(xué)問題(原卷版)

2020屆高考物理一輪復(fù)習(xí)熱門題型歸納與變式演練專題27電磁感覺的電路、圖像及動力學(xué)識題【專題導(dǎo)航】目錄熱門題型一電磁感覺中的電路問題1（一）感生電動勢的電路解析2（二）動生電動勢的電路解析3熱門題型二電磁感覺中的圖象問題4（一）磁感覺強(qiáng)度變化的圖象問題5（二）導(dǎo)體切割磁感線的圖象問題5（三）電磁感覺中雙電源問題與圖象的綜合6熱門題型三電磁感覺中的均衡、動力學(xué)識題6（一）電磁感覺中的動力學(xué)識題7（二）電磁感覺中均衡問題9（三）電磁感覺中含電容器的動力學(xué)識題9【題型演練】10【題型歸納】熱門題型一電磁感覺中的電路問題1．電磁感覺中電路知識的關(guān)系圖2．解決電磁感覺中的電路問題三部曲（一）感生電動勢的電路解析【例1】(2019·濟(jì)南高三模擬

)在如圖甲所示的電路中，螺線管匝數(shù)

n＝1000匝，橫截面積

S＝20cm2，螺線管導(dǎo)線電阻r＝1.0Ω，R1＝4.0Ω，R2＝5.0Ω，C＝30μF。在一段時間內(nèi)，垂直穿過螺線管的磁場的磁感覺強(qiáng)度B的方向如圖甲所示，大小按如圖乙所示的規(guī)律變化，則以下說法中正確的選項是()A．螺線管中產(chǎn)生的感覺電動勢為1.2VB．閉合S，電路中的電流穩(wěn)固后，電容器下極板帶負(fù)電C．閉合S，電路中的電流穩(wěn)固后，電阻－2W1D．S斷開后，流經(jīng)R2的電量為1.8×10－2C【變式1】(2016·高考浙江卷)以以下圖，a、b兩個閉合正方形線圈用相同的導(dǎo)線制成，匝數(shù)均為10匝，邊長la＝3lb，圖示地域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，且磁感覺強(qiáng)度隨時間均勻增大，不考慮線圈之間的相互影響，則()A．兩線圈內(nèi)產(chǎn)生順時針方向的感覺電流

B．a(chǎn)、b線圈中感覺電動勢之比為

9∶1C．a(chǎn)、b線圈中感覺電流之比為

3∶4

D．a(chǎn)、b線圈中電功率之比為

3∶1【變式

2】如圖甲所示，一個圓形線圈的匝數(shù)

n＝100，線圈的面積

S＝200cm2，線圈的電阻

r＝1

Ω，線圈外接一個阻值R＝4Ω的電阻，把線圈放入一方向垂直線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場中，磁感覺強(qiáng)度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示．以下說法中正確的選項是()A．線圈中的感覺電流方向為順時針方向B．電阻R兩端的電壓隨時間均勻增大C．線圈電阻r耗費的功率為4×10－4WD．前4s內(nèi)經(jīng)過R的電荷量為4×10－4C（二）動生電動勢的電路解析【例2】在同一水平面的圓滑平行導(dǎo)軌P、Q相距l(xiāng)＝1m，導(dǎo)軌左端接有以以下圖的電路．此中水平擱置的平行板電容器兩極板M、N相距d＝10mm，定值電阻R1＝R2＝12Ω，R3＝2Ω，金屬棒ab的電阻r＝2Ω，其余電阻不計．磁感覺強(qiáng)度B＝0.5T的勻強(qiáng)磁場豎直穿過導(dǎo)軌平面，當(dāng)金屬棒ab沿導(dǎo)軌向右勻速運動時，懸浮于電容器兩極板之間，質(zhì)量m＝1×10－14－142kg，電荷量q＝－1×10C的微粒恰好靜止不動．g取10m/s，在整個運動過程中金屬棒與導(dǎo)軌接觸優(yōu)異．且速度保持恒定．試求：(1)勻強(qiáng)磁場的方向；(2)ab兩端的路端電壓；(3)金屬棒ab運動的速度．【變式1】(2019·焦作一模

)以以下圖，兩根足夠長的圓滑金屬導(dǎo)軌水平平行擱置，間距為

l＝1m，cd

間、de間、cf間分別接著阻值

R＝10

Ω的電阻．一阻值

R＝10

Ω的導(dǎo)體棒

ab

以速度

v＝4m/s

勻速向左運動，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸優(yōu)異；導(dǎo)軌所在平面存在磁感覺強(qiáng)度大小法中正確的選項是()

B＝0.5T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場．以下說A．導(dǎo)體棒

ab中電流的流向為由

b到

a

B．cd兩端的電壓為

1VC．de兩端的電壓為

1V

D．fe兩端的電壓為

1V【變式

2】以以下圖，一金屬棒

AC

在勻強(qiáng)磁場中繞平行于磁感覺強(qiáng)度方向的軸

(過

O點)勻速轉(zhuǎn)動，OA＝2OC＝2L，磁感覺強(qiáng)度大小為

B、方向垂直紙面向里，金屬棒轉(zhuǎn)動的角速度為

ω、電阻為

r，內(nèi)、外兩金屬圓環(huán)分別與

C、A優(yōu)異接觸并各引出一接線柱與外電阻

R相接(沒畫出

)，兩金屬環(huán)圓心皆為

O且電阻均不計，則()2A．金屬棒中有從A到C的感覺電流B．外電阻R中的電流為3BωLI＝2（R＋r）2C．當(dāng)r＝R時，外電阻耗費功率最小D．金屬棒AC間電壓為3BωLR2（R＋r）熱門題型二電磁感覺中的圖象問題1．電磁感覺中常有的圖象問題隨時間變化的圖象，如Bt圖象、Φt圖象、Et圖象、It圖象圖象類隨位移變化的圖象，如Ex圖象、Ix圖象(因此要先看坐標(biāo)軸：哪個物理量隨哪個物型理量變化要弄清)問題類(1)由給定的電磁感覺過程選出或畫出正確的圖象(畫圖象的方法)型(2)由給定的相關(guān)圖象解析電磁感覺過程，求解相應(yīng)的物理量(用圖象)四個左手定章、安培定章、右手定章、楞次定律規(guī)律ΔΦ均勻電動勢E＝nt應(yīng)用(2)平動切割電動勢E＝Blv知識六類(3)轉(zhuǎn)動切割電動勢12ωE＝2Bl公式E閉合電路的歐姆定律I＝R＋r安培力F＝BIl牛頓運動定律的相關(guān)公式等2.辦理圖象問題要做到“四明確、一理解”（一）磁感覺強(qiáng)度變化的圖象問題【例3】．(2019·河北唐山檢測)如圖甲所示，矩形導(dǎo)線框abcd固定在變化的磁場中，產(chǎn)生了如圖乙所示的電流(電流方向abcda為正方向)．若規(guī)定垂直紙面向里的方向為磁場正方向，可以產(chǎn)生如圖乙所示電流的磁場為()【變式】如圖甲所示，在水平面上固定一個匝數(shù)為10匝的等邊三角形金屬線框，總電阻為3Ω，邊長為0.4m．金屬框處于兩個半徑為0.1m的圓形勻強(qiáng)磁場中，極點A恰好位于左邊圓的圓心，BC邊的中點恰好與右邊圓的圓心重合．左邊磁場方向垂直紙面向外，右邊磁場垂直紙面向里，磁感覺強(qiáng)度的變化規(guī)律如圖乙所示，則以下說法中正確的選項是(π取3)()A．線框中感覺電流的方向是順時針方向B．t＝0.4s時，穿過線框的磁通量為0.005WbC．經(jīng)過t＝0.4s，線框中產(chǎn)生的熱量為0.3JD．前0.4s內(nèi)流過線框某截面的電荷量為0.2C（二）導(dǎo)體切割磁感線的圖象問題【例4】(2018·高考全國卷Ⅱ)如圖，在同一水平面內(nèi)有兩根平行長導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間存在挨次相鄰的矩形勻強(qiáng)磁場所區(qū)，地域?qū)挾染鶠閘，磁感覺強(qiáng)度大小相等、方向交替向上向下．一邊長為32l的正方形金屬線框在導(dǎo)軌上向左勻速運動．線框中感覺電流i隨時間t變化的正確圖線可能是()【變式】(2019·江西新余模擬)以以下圖，在座標(biāo)系xOy中，有邊長為L的正方形金屬線框abcd，其一條對角線ac和y軸重合、極點a位于坐標(biāo)原點O處．在y軸的右邊，在Ⅰ、Ⅳ象限內(nèi)有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁場的上界限與線框的ab邊恰好完整重合，左界限與框以恒定的速度v沿垂直于磁場上界限的方向穿過磁場所區(qū)．在線框穿過磁場所區(qū)的過程中，感覺電流i、ab間的電勢差（三）電磁感覺中雙電源問題與圖象的綜合

y軸重合，右界限與y軸平行．t＝0時刻，線取沿a→b→c→d→a方向的感覺電流為正，則Uab隨時間t變化的圖線是以下圖中的()【例5】．以以下圖為兩個有界勻強(qiáng)磁場，磁感覺強(qiáng)度大小均為B，方向分別垂直紙面向里和向外，磁場寬度均為L，距磁場所區(qū)的左邊L處，有一邊長為L的正方形導(dǎo)體線框，總電阻為R，且線框平面與磁場方向垂直，現(xiàn)用外力F使線框以速度v勻速穿過磁場所區(qū)，以初始地點為計時起點，規(guī)定電流沿逆時針方向時的電動勢E為正，磁感線垂直紙面向里時磁通量Φ的方向為正，外力F向右為正．則以下關(guān)于線框中的磁通量Φ、感覺電動勢E、外力F和電功率P隨時間變化的圖象正確的選項是()【變式】(2019·新疆一測)以以下圖，用粗細(xì)均勻，電阻率也相同的導(dǎo)線繞制的直角邊長為l或2l的四個閉合導(dǎo)體線框a、b、c、d，以相同的速度勻速進(jìn)入右邊勻強(qiáng)磁場，在每個線框剛進(jìn)入磁場時，M、N兩點間的電壓分別為Ua、Ub、Uc和Ud，以下判斷正確的選項是()A．Ua<Ub<Uc<UdC．Ua＝Ub<Uc＝Ud

B．Ua<Ub<Ud<UcD．Ub<Ua<Ud<Uc熱門題型三電磁感覺中的均衡、動力學(xué)識題1．兩種狀態(tài)及辦理方法狀態(tài)特色辦理方法均衡態(tài)加快度為零依據(jù)均衡條件列式解析非均衡態(tài)加快度不為零依據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動向解析或聯(lián)合功能關(guān)系進(jìn)行解析2.力學(xué)對象和電學(xué)對象的互相關(guān)系3．動向解析的基本思路解決這種問題的要點是經(jīng)過運動狀態(tài)的解析，找尋過程中的臨界狀態(tài)，如速度、加快度最大或最小的條件．詳盡思路以下：（一）電磁感覺中的動力學(xué)識題【例6】(2018·高考江蘇卷)以以下圖，兩條平行的圓滑金屬導(dǎo)軌所在平面與水平面的夾角為θ，間距為d.導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場中，磁感覺強(qiáng)度大小為B，方向與導(dǎo)軌平面垂直．質(zhì)量為m的金屬棒被固定在導(dǎo)軌上，距底端的距離為s，導(dǎo)軌與外接電源相連，使金屬棒通有電流．金屬棒被松開后，以加快度a沿導(dǎo)軌勻加快下滑，金屬棒中的電流一直保持恒定，重力加快度為g.求下滑究竟端的過程中，金屬棒末速度的大小v.經(jīng)過的電流大小I.經(jīng)過的電荷量Q.【技巧總結(jié)】用“四步法”解析電磁感覺中的動力學(xué)識題解決電磁感覺中的動力學(xué)識題的一般思路是“先電后力”，詳盡思路以下：【變式1】(2017·高考上海卷)如圖，圓滑平行金屬導(dǎo)軌間距為L，與水平面夾角為θ，兩導(dǎo)軌上端用阻值為R的電阻相連，該裝置處于磁感覺強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面．質(zhì)量為m的金屬桿ab以沿導(dǎo)軌平面向上的初速度v0從導(dǎo)軌底端開始運動，而后又返回到出發(fā)地點．在運動過程中，ab與導(dǎo)軌垂直且接觸優(yōu)異，不計ab和導(dǎo)軌的電阻及空氣阻力．(1)求ab開始運動時的加快度a；解析并說明ab在整個運動過程中速度、加快度的變化狀況；解析并比較ab上滑時間和下滑時間的長短．【變式2】一空間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場B，兩條電阻不計的平行圓滑導(dǎo)軌豎直擱置在磁場內(nèi)，如圖所示，磁感覺強(qiáng)度B＝0.5T，導(dǎo)體棒ab、cd長度均為0.2m，電阻均為0.1Ω，重力均為0.1N，現(xiàn)用力向上拉動導(dǎo)體棒ab，使之勻速上漲(導(dǎo)體棒ab、cd與導(dǎo)軌接觸優(yōu)異)，此時cd靜止不動，則ab上漲時，以下說法正確的選項是()A．a(chǎn)b遇到的拉力大小為2NB．a(chǎn)b向上運動的速度為2m/sC．在2s內(nèi)，拉力做功，有0.4J的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能D．在2s內(nèi)，拉力做功為0.6J（二）電磁感覺中均衡問題【例7】(2016·高考全國卷Ⅰ)如圖，兩固定的絕緣斜面傾角均為θ，上沿相連．兩細(xì)金屬棒ab(僅標(biāo)出a端)和cd(僅標(biāo)出c端)長度均為L，質(zhì)量分別為2m和m；用兩根不行伸長的柔嫩輕導(dǎo)線將它們連成閉合回路abdca，并經(jīng)過固定在斜面上沿的兩圓滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上，使兩金屬棒水平．右斜面上存在勻強(qiáng)磁場，磁感覺強(qiáng)度大小為B，方向垂直于斜面向上．已知兩根導(dǎo)線恰好不在磁場中，回路電阻為R，兩金屬棒與斜面間的動摩擦因數(shù)均為μ，重力加快度大小為g.已知金屬棒ab勻速下滑．求：作用在金屬棒ab上的安培力的大小；金屬棒運動速度的大小．【變式】小明同學(xué)設(shè)計了一個“電磁天平”，如圖甲所示，等臂天平的左臂為掛盤，右臂掛有矩形線圈，兩臂均衡．線圈的水平邊長L＝0.1m，豎直邊長H＝0.3m，匝數(shù)為N1.線圈的下面處于勻強(qiáng)磁場內(nèi)，磁感覺強(qiáng)度B0＝1.0T，方向垂直線圈平面向里．線圈中通有可在

0～2.0A

范圍內(nèi)調(diào)理的電流

I.掛盤放上待測物體后，調(diào)理線圈中電流使得天均勻衡，測出電流即可測得物體的質(zhì)量．

(重力加快度

g取10m/s2)(1)為使電磁天平的量程達(dá)到

0.5kg，線圈的匝數(shù)

N1最少為多少？(2)進(jìn)一步研究電磁感覺現(xiàn)象，另選

N2＝100匝、形狀相同的線圈，總電阻

R＝10

Ω，不接外電流，兩臂平衡，如圖乙所示，保持

B0不變，在線圈上部另加垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，且磁感覺強(qiáng)度

B隨時間均勻變大，磁場所區(qū)寬度

d＝0.1m．當(dāng)掛盤中放質(zhì)量為

0.01kg

的物體時，天均勻衡，求此時磁感覺強(qiáng)度的變化率Bt.（三）電磁感覺中含電容器的動力學(xué)識題【例8】(2019·常州檢測)以以下圖，水平面內(nèi)有兩根足夠長的平行導(dǎo)軌L1、L2，此間距d＝0.5m，左端接有容量C＝2000μF的電容器．質(zhì)量m＝20g的導(dǎo)體棒可在導(dǎo)軌上無摩擦滑動，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻不計．整個空間存在著垂直導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場，磁感覺強(qiáng)度B＝2T．現(xiàn)用一沿導(dǎo)軌方向向右的恒力F1＝0.44N作用于導(dǎo)體棒，使導(dǎo)體棒從靜止開始運動，經(jīng)t時間后抵達(dá)B處，速度v＝5m/s.此時，忽然將拉力方向變?yōu)檠貙?dǎo)軌向左，大小變成F2，又經(jīng)2t時間后導(dǎo)體棒返回到初始地點A處，整個過程電容器未被擊穿．求：導(dǎo)體棒運動到B處時，電容器C上的電荷量；t的大?。籉2的大?。咀兪健?(多項選擇)(2019·重慶質(zhì)檢)如圖，兩根足夠長且圓滑平行的金屬導(dǎo)軌PP′、QQ′傾斜擱置，勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌平面，導(dǎo)軌的上端與水平擱置的兩金屬板M、N相連，板間距離足夠大，板間有一帶電微粒，金屬棒ab水平跨放在導(dǎo)軌上，下滑過程中與導(dǎo)軌接觸優(yōu)異．現(xiàn)同時由靜止開釋帶電微粒和金屬棒ab，則以下說法中正確的選項是()A．金屬棒ab最后可能勻速下滑B．金屬棒ab向來加快下滑C．金屬棒ab下滑過程中M板電勢高于N板電勢D．帶電微粒不行能先向N板運動后向M板運動【題型演練】1．以下四個選項圖中，虛線上方空間都存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場．A、B中的導(dǎo)線框為正方形，C、D中的導(dǎo)線框為直角扇形．各導(dǎo)線框均繞垂直紙面的軸O在紙面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方向如箭頭所示，轉(zhuǎn)動周期均為T.從線框處于圖示地點時開始計時，以在OP邊上從P點指向O點的方向為感覺電流i的正方向．則在以以下圖的四個情形中，產(chǎn)生的感覺電流i隨時間t的變化規(guī)律以以下圖的是()2．(2019·昌模擬南)如圖甲所示，在水平面上固定有平行長直金屬導(dǎo)軌ab、cd，bd端接有電阻R.導(dǎo)體棒ef垂直軌道擱置在圓滑導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌電阻不計．導(dǎo)軌右端地域存在垂直導(dǎo)軌面的勻強(qiáng)磁場，且磁感覺強(qiáng)度隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示．在t＝0時刻，導(dǎo)體棒以速度v0從導(dǎo)軌的左端開始向右運動，經(jīng)過時間

B2t0開始進(jìn)入磁場所區(qū)，取磁場方向垂直紙面向里為磁感覺強(qiáng)度

B的正方向，回路中順時針方向為電流正方向，則回路中的電流隨時間t的變化規(guī)律圖象可能是

(

)3.(2019

·饒二模上

)在以以下圖的豎直平面內(nèi)，

在水平線

MN

的下方有足夠大的勻強(qiáng)磁場，

一個等腰三角形金屬線框極點C與MN重合，線框由靜止開釋，沿軸線DC方向豎直落入磁場中．忽視空氣阻力，從開釋到線框完整進(jìn)入磁場過程中，關(guān)于線框運動的v-t圖象，可能正確的選項是()4.以以下圖，等腰三角形內(nèi)分布有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場，它的底邊在

x軸上且長為

2L，高為

L，紙面內(nèi)一邊長為L的正方形導(dǎo)線框沿x軸正方向做勻速直線運動穿過勻強(qiáng)磁場所區(qū)，在t＝0時刻恰好位于如圖所示的地點，以順時針方向為導(dǎo)線框中電流的正方向，下面四幅圖中可以正確表示導(dǎo)線框中的電流－位移(I-x)關(guān)系的是()5.以以下圖，兩圓滑平行金屬導(dǎo)軌間距為L，直導(dǎo)線MN垂直跨在導(dǎo)軌上，且與導(dǎo)軌接觸優(yōu)異，整個裝置處在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，磁感覺強(qiáng)度為B.電容器的電容為C，除電阻R外，導(dǎo)軌和導(dǎo)線的電阻均不計．現(xiàn)給導(dǎo)線MN一初速度，使導(dǎo)線MN向右運動，當(dāng)電路穩(wěn)固后，MN以速度v向右做勻速運動時()A．電容器兩端的電壓為零B．電阻兩端的電壓為BLvC．電容器所帶電荷量為CBLvD．為保持MN勻速運動，需對其施加的拉力大小為B2L2vR6．(2019?！ざM)以以下圖為有理想界限的兩個勻強(qiáng)磁場，磁感覺強(qiáng)度均為B＝0.5T，兩界限間距s＝0.1m，一邊長L＝0.2m的正方形線框abcd由粗細(xì)均勻的電阻絲圍成，總電阻為R＝0.4Ω，現(xiàn)使線框以v＝2m/s的速度從地點Ⅰ勻速運動到地點Ⅱ，則以下能正確反響整個過程中線框a、b兩點間的電勢差Uab隨時間t變化的圖線是()7.(2019

·北三校聯(lián)考東

)以以下圖，

M、N

為同一水平面內(nèi)的兩條平行長直導(dǎo)軌，左端串接電阻

R，金屬桿

ab垂直導(dǎo)軌擱置，金屬桿和導(dǎo)軌的電阻不計，桿與導(dǎo)軌間接觸優(yōu)異且無摩擦，整個裝置處于豎直方向的勻強(qiáng)磁場中．現(xiàn)對金屬桿施加一個與其垂直的水平方向的恒力F，使金屬桿從靜止開始運動．在運動過程中，金屬桿的速度大小為v，R上耗費的總能量為E，則以下關(guān)于v、E隨時間變化的圖象可能正確的選項是()8.(2019·西高三二模山)電磁緩沖車是利用電磁感覺原理進(jìn)行制動緩沖，它的緩沖過程可以等效為：小車底部安裝有電磁鐵(可視為勻強(qiáng)磁場)，磁感覺強(qiáng)度大小為B，方向豎直向下。水平川面埋著