高考电磁学线圈问题归类分析

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1、高考电磁学线圈问题归类分析近十年的高考物理试题和理科综合中，线圈问题复现率很高，既有选择题也有分值较大的计算题，是高考中的重点、难点，也是热点、焦点。为何线圈问题频繁出现，原因是线圈穿越有界磁场或在匀强磁场（或非匀强磁场）中运动的问题，是高中物理电磁学中常用的最典型的物理模型。往往要涉及到力学、热学以及电磁学中楞次定律、磁场对电流的作用、法拉第电磁感应定律、闭合电路的计算以及交变电流等电磁学知识，可综合多个高考物理知识点，其显著特点就是题型繁多、物理过程比较复杂、综合性强。有利于考查考生综合运用所学的知识、方法，从多角度、多层面、全方位分

2、析问题解决问题的能力。关于线圈在磁场中运动问题主要有以下几种情形：一、线圈平动穿越有界磁场1231、线圈运动问题线圈运动问题一般分为：平衡型和运动型。对于平衡型问题：要求考生运用所学的力学中的平衡知识来解答。对于运动型问题，则要求运用牛顿运动定律、动量定理以及能量守恒定律结合在一起，加以分析、讨论并正确解答。例1、（1995，上海，二5）如图所示，通有恒定电流的螺线管竖直放置，铜环R沿螺线管的轴线加速下落。在下落过程中，环面始终保持水平，铜环先后经过轴线上1、2、3位置时的加速度分别为a1、a2、a3，位置2处于螺线管中心，位置1、3与位

3、置2等距离（）A、a1

4、穿出匀强磁场的过程中，磁通量发生变化才产生电流，其中在磁场中做切割磁感线运动的一边相当于电源，其余部分相当于外电路，若整个线圈在匀强磁场中运动，由于穿过回路的磁通量没有变化，因而回路中无感应电流，但有感应电动势，整个线圈相当于断路时的电源。例2、匀强磁场磁感应强度B=0.2T，磁场宽度L=3m，一正方形B金属框边长ab=l=1m，其电阻r=0.2，金属框以v=10m/s的速度ad穿过磁场，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如图所示，求（1）画出金属框穿过磁场的过程中，金属框内感应电流的I-t图象bc（2）画出ab两端电压U-t的图象L分析与

5、解：此题主要考查线圈进入与穿出匀强磁场的过程中，磁通量发生变化才产生电流，运用闭合电路欧姆定律画出感应电流与时间的图像；再一个在磁场中做切割磁感线运动的一边相当于电源，其余部分相当于外电路，运用部分电路欧姆定律画出ab边两端电压与时间的图象。dcal（1）金属线框进入磁场时adbbct/sIA200.30.4方向沿逆时针，即a-b-c-d-a，感应电流持续时间为线框在磁场中运动时：-2无电流的持续时间：线框穿出磁场是；方向为顺时针，即a-d-c-b-a，规定电流方向逆时针为正，画出I-t图象。（2）将线框的运动过程分为三个阶段：第一阶段a

6、b为外电路，第二段ab为相当于开路时的电源；第三阶段ab相当于电源。t/sU/V2100.30.4线框进入磁场，ab两端电压；线框在磁场中运动时，ab两端电压等于感应电动势：线框穿出磁场时，ab两端电压3、线圈生电问题c/例3（2001，全国，5）如图所示，虚线框abcd内为一矩形匀强磁场区域，，磁场方向垂直于纸面，实线框a/b/c/d是一正方形导线框，ab与a/b/边平行。若将导线框匀速地拉离磁场区域，以W1表示a/c/d/abdcBd/沿平行于ab的方向拉出过程中外力所做的功，W2表示以同样的速率沿平行于bc的方向拉出过程中所做的功，

7、则（）A、W1=W2B、W2=2W1C、W1=2W2D、W2=4W1分析与解：此题一方面考查从法拉第电磁感应定律可推导出部分导体切割磁感线运动时产生的感应电动势，另一方面，考查了力学中物体平衡知识，即物体做匀速运动，所受合外力必为零。涉及电磁学、力学，有一定综合性。因为导线框做匀速运动，所以外力做功与克服安培力做功相同。而安培力，克服安培力做功，同理，因为是匀强磁场区域的面积，所以。故正确选项为B。例4、一根很长的竖直放置的圆柱形磁铁，产生一个辐射状的磁场（磁场方向水平向外），磁感应强度为B，一个与磁铁同轴半径为R的铝环由静止开始下落。（

8、保持圆环平面始终水平）如图所示，铝环的横截面的半径为r，密度为D，电阻率为。试求：（1）、铝环下落的速率为v时的电功率表达式；（2）、铝环下落的最终速率。分析与解：（1）铝环下落时切割磁感线，