2017年高考电磁感应试题的命题趋势分析

浙江 王 胜

(作者单位：浙江省衢州市高级中学)

归类品味高考真题，强化理解知识、掌握思想方法！

2017年高考电磁感应试题的命题趋势分析

高考对电磁感应部分的考查频率极高，今年也一样，每套试卷都涉及，且命题热点也非常集中，主要表现在感应电流的产生、感应电动势方向的判断及大小的计算。以选择题形式进行的命题，重在考查对基本知识、基本规律的理解与应用；以计算题，甚至是以压轴题形式进行的命题，牵涉的知识很多，如运动学、牛顿运动定律、功能关系、动量冲量以及闭合电路等，综合性强、难度较大。下面就今年全国各地高考物理试卷中，出现考查电磁感应现象的典型试题，进行归纳总结，探索命题特点、寻求解题良方、揣摩命题意图，以期对广大师生的备考有所启发。

一、电磁感应现象的判断

【例1】(2017·全国卷Ⅰ)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘的周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图1所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是

( )

【解析】在振动时，若通过紫铜薄板的磁通量发生变化，则紫铜薄板中产生感应电流，其受安培力作用，该作用阻碍紫铜薄板的振动，即促使其振动衰减。方案A中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，通过它的磁通量都会发生变化；方案B中，紫铜薄板上下振动时，通过它的磁通量可能不变，紫铜薄板向右振动时，通过它的磁通量不变；方案C中，紫铜薄板上下振动、左右振动，通过它的磁通量都可能不变；方案D中，紫铜薄板上下振动，通过它的磁通量都可能不变。故对于紫铜薄板做上下及左右振动时的衰减，最有效的方案是A。

【答案】A

【点评】对于能否产生电磁感应现象，理解磁通量的概念是基础，判断回路的磁通量是否发生了变化是关键。回路磁通量的变化主要表现为磁变和切割，切要注意二者的区别。

二、楞次定律的理解及应用

【例2】(2017·全国卷Ⅲ)如图2，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

( )

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

【解析】因金属杆PQ突然向右运动，则切割磁感线速度v方向向右，由右手定则可知，PQRS中有沿逆时针方向的感应电流。而对于圆环形金属线框T，由于PQRS中感应电流产生向外的感应磁场，通过环形金属线框T的磁场减弱，则T中的感应电流产生的磁场垂直纸面向里，所以T中的感应电流方向为顺时针方向。故选项D正确，选项A、B、C错误。

【答案】D

【点评】感应电流方向的判定及由此产生的其他问题是电磁感应现象中的一个重难点，利用楞次定律和右手定则都可以判定感应电流方向。值得注意的是，在应用楞次定律判断感应电流方向时，一般也要用到安培定则，所以楞次定律的应用显得重要些、也会困难些。

三、法拉第电磁感应定律的简单应用

【例3】(2017·全国卷Ⅱ)两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直。边长为0.1 m、总电阻为0.005 Ω的正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场边界平行，如图3甲所示。已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t=0时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图3乙所示(感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正)。下列说法正确的是

( )

A．磁感应强度的大小为0.5 T

B．导线框运动的速度的大小为0.5 m/s

C．磁感应强度的方向垂直于纸面向外

D．在t=0.4 s至t=0.6 s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1 N

【答案】BC

【点评】本题主要考查导体切割磁感线产生的感应电动势公式，以及楞次定律的运用。解决本题的突破口，是能够从E-t图象中，获取导线框在进入磁场过程中产生的感应电动势的大小、方向以及运动时间等信息。

四、电磁感应的综合应用

今年高考试题中的电磁感应的综合应用问题，均以电磁感应现象为核心、以导体棒或线圈为载体，分析电磁感应现象对导体棒或线圈在磁场中运动的影响，综合运用力学、电学知识来解决问题。下面就以浙江卷的第22题做个赏析：

【例4】(2017·4月浙江高考)间距为l的两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成，如图4所示。倾角为θ的导轨处于大小为B1，方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间Ⅰ中。水平导轨上的无磁场区间静止放置一质量为3m的“联动双杆”(有两根长为l的金属杆cd和ef，用长度为L的刚性绝缘杆连接构成)，在“联动双杆”右侧存在大小为B2，方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间Ⅱ，其长度大于L。质量为m、长为l的金属杆ab从倾斜导轨上端释放，达到匀速后进入水平导轨(无能量损失)，杆ab与“联动双杆”发生碰撞，碰后杆ab和cd合在一起形成“联动三杆”。“联动三杆”继续沿水平导轨进入磁场区间Ⅱ并从中滑出。运动过程中，杆ab、cd和ef与导轨始终接触良好，且保持与导轨垂直。已知杆ab、cd和ef电阻均为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。不计摩擦阻力和导轨电阻，忽略磁场边界效应。求：

(1)杆ab在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小v0；

(2)“联动三杆”进入磁场区域Ⅱ前的速度大小为v；

(3)“联动三杆”滑过磁场区域Ⅱ产生的焦耳热Q。

【解析】(1)由题意可知，ab杆所受的安培力

因ab杆做匀速直线运动，由平衡条件得

(2)ab杆与“联动双杆”碰撞过程系统的动量守恒，取水平向右的方向为正方向。

由动量守恒定律得mv0=(m+3m)v

当“联动三杆”离开B2磁场区，同样有速度变化为

所以“联动三杆”滑过B2磁场区后，其速度为

v′=v+2Δv=1.0 m/s

(作者单位：浙江省衢州市高级中学)