2017年高考電磁感應試題的命題趨勢分析

浙江 王 勝

(作者單位：浙江省衢州市高級中學)

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2017年高考電磁感應試題的命題趨勢分析

高考對電磁感應部分的考查頻率極高，今年也一樣，每套試卷都涉及，且命題熱點也非常集中，主要表現在感應電流的產生、感應電動勢方向的判斷及大小的計算。以選擇題形式進行的命題，重在考查對基本知識、基本規律的理解與應用；以計算題，甚至是以壓軸題形式進行的命題，牽涉的知識很多，如運動學、牛頓運動定律、功能關系、動量沖量以及閉合電路等，綜合性強、難度較大。下面就今年全國各地高考物理試卷中，出現考查電磁感應現象的典型試題，進行歸納總結，探索命題特點、尋求解題良方、揣摩命題意圖，以期對廣大師生的備考有所啟發。

一、電磁感應現象的判斷

【例1】(2017·全國卷Ⅰ)掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動對STM的擾動，在圓底盤的周邊沿其徑向對稱地安裝若干對紫銅薄板，并施加磁場來快速衰減其微小振動，如圖1所示。無擾動時，按下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場；出現擾動后，對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是

( )

【解析】在振動時，若通過紫銅薄板的磁通量發生變化，則紫銅薄板中產生感應電流，其受安培力作用，該作用阻礙紫銅薄板的振動，即促使其振動衰減。方案A中，無論紫銅薄板上下振動還是左右振動，通過它的磁通量都會發生變化；方案B中，紫銅薄板上下振動時，通過它的磁通量可能不變，紫銅薄板向右振動時，通過它的磁通量不變；方案C中，紫銅薄板上下振動、左右振動，通過它的磁通量都可能不變；方案D中，紫銅薄板上下振動，通過它的磁通量都可能不變。故對于紫銅薄板做上下及左右振動時的衰減，最有效的方案是A。

【答案】A

【點評】對于能否產生電磁感應現象，理解磁通量的概念是基礎，判斷回路的磁通量是否發生了變化是關鍵?；芈反磐康淖兓饕憩F為磁變和切割，切要注意二者的區別。

二、楞次定律的理解及應用

【例2】(2017·全國卷Ⅲ)如圖2，在方向垂直于紙面向里的勻強磁場中有一U形金屬導軌，導軌平面與磁場垂直。金屬桿PQ置于導軌上并與導軌形成閉合回路PQRS，一圓環形金屬框T位于回路圍成的區域內，線框與導軌共面?，F讓金屬桿PQ突然向右運動，在運動開始的瞬間，關于感應電流的方向，下列說法正確的是

( )

A．PQRS中沿順時針方向，T中沿逆時針方向

B．PQRS中沿順時針方向，T中沿順時針方向

C．PQRS中沿逆時針方向，T中沿逆時針方向

D．PQRS中沿逆時針方向，T中沿順時針方向

【解析】因金屬桿PQ突然向右運動，則切割磁感線速度v方向向右，由右手定則可知，PQRS中有沿逆時針方向的感應電流。而對于圓環形金屬線框T，由于PQRS中感應電流產生向外的感應磁場，通過環形金屬線框T的磁場減弱，則T中的感應電流產生的磁場垂直紙面向里，所以T中的感應電流方向為順時針方向。故選項D正確，選項A、B、C錯誤。

【答案】D

【點評】感應電流方向的判定及由此產生的其他問題是電磁感應現象中的一個重難點，利用楞次定律和右手定則都可以判定感應電流方向。值得注意的是，在應用楞次定律判斷感應電流方向時，一般也要用到安培定則，所以楞次定律的應用顯得重要些、也會困難些。

三、法拉第電磁感應定律的簡單應用

【例3】(2017·全國卷Ⅱ)兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應強度方向與紙面垂直。邊長為0.1 m、總電阻為0.005 Ω的正方形導線框abcd位于紙面內，cd邊與磁場邊界平行，如圖3甲所示。已知導線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于t=0時刻進入磁場。線框中感應電動勢隨時間變化的圖線如圖3乙所示(感應電流的方向為順時針時，感應電動勢取正)。下列說法正確的是

( )

A．磁感應強度的大小為0.5 T

B．導線框運動的速度的大小為0.5 m/s

C．磁感應強度的方向垂直于紙面向外

D．在t=0.4 s至t=0.6 s這段時間內，導線框所受的安培力大小為0.1 N

【答案】BC

【點評】本題主要考查導體切割磁感線產生的感應電動勢公式，以及楞次定律的運用。解決本題的突破口，是能夠從E-t圖象中，獲取導線框在進入磁場過程中產生的感應電動勢的大小、方向以及運動時間等信息。

四、電磁感應的綜合應用

今年高考試題中的電磁感應的綜合應用問題，均以電磁感應現象為核心、以導體棒或線圈為載體，分析電磁感應現象對導體棒或線圈在磁場中運動的影響，綜合運用力學、電學知識來解決問題。下面就以浙江卷的第22題做個賞析：

【例4】(2017·4月浙江高考)間距為l的兩平行金屬導軌由水平部分和傾斜部分平滑連接而成，如圖4所示。傾角為θ的導軌處于大小為B1，方向垂直導軌平面向上的勻強磁場區間Ⅰ中。水平導軌上的無磁場區間靜止放置一質量為3m的“聯動雙桿”(有兩根長為l的金屬桿cd和ef，用長度為L的剛性絕緣桿連接構成)，在“聯動雙桿”右側存在大小為B2，方向垂直導軌平面向上的勻強磁場區間Ⅱ，其長度大于L。質量為m、長為l的金屬桿ab從傾斜導軌上端釋放，達到勻速后進入水平導軌(無能量損失)，桿ab與“聯動雙桿”發生碰撞，碰后桿ab和cd合在一起形成“聯動三桿”。“聯動三桿”繼續沿水平導軌進入磁場區間Ⅱ并從中滑出。運動過程中，桿ab、cd和ef與導軌始終接觸良好，且保持與導軌垂直。已知桿ab、cd和ef電阻均為R=0.02 Ω，m=0.1 kg，l=0.5 m，L=0.3 m，θ=30°，B1=0.1 T，B2=0.2 T。不計摩擦阻力和導軌電阻，忽略磁場邊界效應。求：

(1)桿ab在傾斜導軌上勻速運動時的速度大小v0；

(2)“聯動三桿”進入磁場區域Ⅱ前的速度大小為v；

(3)“聯動三桿”滑過磁場區域Ⅱ產生的焦耳熱Q。

【解析】(1)由題意可知，ab桿所受的安培力

因ab桿做勻速直線運動，由平衡條件得

(2)ab桿與“聯動雙桿”碰撞過程系統的動量守恒，取水平向右的方向為正方向。

由動量守恒定律得mv0=(m+3m)v

當“聯動三桿”離開B2磁場區，同樣有速度變化為

所以“聯動三桿”滑過B2磁場區后，其速度為

v′=v+2Δv=1.0 m/s

(作者單位：浙江省衢州市高級中學)