北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
版》
专题十一 电磁感应
备考篇
【考情探究】
课标解读
考情分析 备考指导
考点 内容
1.知道磁通量。通过实验,了解电磁感
应现象,了解产生感应电流的条件。
2.知道电磁感应现象的应用及其对现
代社会的影响。
电磁感应现 本专题主要内容有电磁感应现象的描
3.探究影响感应电流方向的因素,理解 考查的知识有:左手定则、安培定则、
象、楞次定律 述、感应电流方向的判断、感应电动势
楞次定律。 右手定则、楞次定律、法拉第电磁感
大小的计算、自感现象和涡流现象等。
4.了解发电机和电动机工作过程中的 应定律、闭合电路欧姆定律、平衡条
这部分是高考考查的重点内容。在高考
能量转化。认识电磁学在人类生活和 件、牛顿运动定律、函数图像、动能
中,电磁感应现象多与电路、力学、能量
社会发展中的作用。 定理和能量守恒定律等。高考既以选
等知识相结合,综合性较高,因此,在复习时
1.通过实验,理解法拉第电磁感应定 择题的形式命题,也以计算题的形式命
应深刻理解各知识点内容、注重训练和
律。 题。学好本专题,可以培养学生分析问
掌握综合性题目的分析思路和方法,还要
法拉第电磁感 2.通过实验,了解自感现象和涡流现 题、解决问题的能力,培养学生模型建
研究与实际生活、生产科技相结合的实
应定律 象。 构、科学推理和科学论证等物理核心
际应用问题,便于全面提高分析解决综合
3.能举例说明自感现象和涡流现象在 素养,以及建立正确的科学观。
性问题和实际应用问题的能力。
生产生活中的应用。
熟练掌握运动学、动力学、恒定电
电磁感应中的
流、电磁感应和能量等知识的综合应
综合应用
用。
【真题探秘】
命题立意
本题考查法拉第电磁感应定律、安培力、牛顿运动定律等知识,意在考查学生的模型建构能力、分析综合能力。体现了物理学科核心素养中运动
与相互作用观念、科学推理等要素。
解题指导
题目中金属框和导体棒同时运动,速度、加速度均在变化,运动一段时间后,达到稳定状态,稳定的含义是感应电流恒定,即所受安培力恒定,这样金属
框和导体棒最终都做匀变速直线运动,二者的加速度相等,保持稳定的速度差。答案解析见P334
拓展延伸
本题可拓展到金属框固定,导体棒在恒定的拉力作用下做加速度逐渐减小的变加速运动,直到达到最大速度后匀速;也可拓展到导体棒在变力作用下
做匀加速直线运动,求变力的变化情况;还可以拓展到双导体棒的切割问题,同向切割或反向切割;除此之外,还可以跟动量定理、动量守恒定律等知
识相结合形成综合性问题。
[教师专用题组]北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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真题多维细目表
考点
真题 涉分 电磁感应现 法拉第电磁 电磁感应中 题型 设题情境 学科素养
象、楞次定律 感应定律 的综合应用
2020课标Ⅲ,14 6 楞次定律 单选 线圈和圆环 模型建构、科学推理
电磁感应中的图像问
2020山东,12 4 多选 导体框切割磁感线 模型建构、科学推理
题
2019课标Ⅰ,20 6 感生电动势 多选 圆环与变化的匀强磁场 模型建构、科学推理
电磁感应与
2019课标Ⅱ,21 6 多选 双棒切割磁感线 模型建构、科学推理
图像综合
2019课标Ⅲ,14 6 楞次定律的理解 单选 能量观念
电磁感应与
2019课标Ⅲ,19 6 多选 双棒切割磁感线 科学推理
图像综合
2019北京理综,22 16 动生电动势 计算 线框进入磁场 模型建构、科学推理
电磁感应与电路、 线圈中磁场变化,
2019天津理综,11 18 计算 科学推理、科学论证
能量综合 导体棒切割磁感线
2019海南单科,14 16 电磁感应与力学综合 计算 双棒切割磁感线 运动观念、科学推理
2018课标Ⅰ,19 6 楞次定律 多选 通电螺线管 模型建构、科学推理
法拉第电磁 转动切割与变化
2018课标Ⅰ,17 6 单选 科学推理
感应定律 的匀强磁场
2018课标Ⅲ,20 6 感生电动势 多选 线圈与直线电流 模型建构、科学推理
2018课标Ⅱ,18 6 电磁感应中图像问题 单选 线框双边切割磁感线 模型建构、科学推理
2017课标Ⅰ,18 6 电磁阻尼 单选 扫描隧道显微镜 模型建构、科学推理
2017课标Ⅲ,15 6 楞次定律 单选 导轨与圆环 模型建构、科学推理
2017课标Ⅱ,20 6 动生电动势 多选 线框穿过磁场 模型建构、科学推理
电磁感应与电路、
2017上海单科,20 16 计算 电路与单棒 模型建构、科学推理
能量综合
命题规律与探究
由统计规律可知,本专题主要考查楞次定律,电动势的计算,电磁感应与电路、能量的综合,以及电磁感应中动力学
问题。考查方向上倾向于电磁感应与电路、能量综合问题的考查。解题方法上以等效法、程序法、函数法、图像法
为主。多以电路的等效考查模型建构的素养,以原理的应用考查科学推理和科学论证的素养,同时体现考生严谨的科
学态度和实事求是的社会责任,以对研究对象受力和运动的分析及能量的转化与守恒考查运动与相互作用观念和能量
观念的素养。
多以选择题和计算题的形式考查,难度中等。2021年对本专题的考查,从各方面可能仍延续原来的形式及考点,只
是在原理应用方面可能会更多地联系现代科技发展和生产生活实际。
备考方法与策略
对本专题的复习,首先应以对概念、原理的理解,对规律的基本应用为主,打牢基础。如对磁通量相关概念的理解、
对楞次定律和法拉第电磁感应定律的各种形式的应用要熟练掌握。其次是对各种典型的模型建构、典型问题的处理
思想方法,了然于胸。如“电磁感应中的电路问题”、“电磁感应中的力学问题”、“电磁感应中的图像”、“电磁
感应中的能量转化与守恒”等,应能够抓住解决各种典型问题的关键,一击必中。最终都是为了培养学生分析问题、
解决问题的能力,培养学生模型建构、科学推理和科学论证等物理核心素养,建立正确的科学观,树立正确的人生观和
强烈的社会责任感!
备考篇
【基础集训】
考点一 电磁感应现象、楞次定律北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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1.如图所示,一个U形金属导轨水平放置,其上放有一个金属导体棒ab,有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨
道平面,且与竖直方向的夹角为θ。在下列各过程中,一定能在轨道回路里产生感应电流的是 ( )
A.ab向右运动,同时使θ减小
B.使磁感应强度B减小,θ角同时也减小
C.ab向左运动,同时增大磁感应强度B
D.ab向右运动,同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°)
答案 A
2.(2020山东聊城模拟)(多选)航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的。电磁驱动原理如图所示,当固定线圈上突
然通过直流电流时,线圈端点的金属环被弹射出去。现在固定线圈左侧同一位置,先后放入分别用横截面积相等的铜
和铝导线制成的形状、大小相同的两个闭合环,且电阻率ρ <ρ 。闭合开关S的瞬间 ( )
铜 铝
A.从左侧看环中感应电流沿顺时针方向
B.铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力
C.若将环放置在线圈右方,环将向左运动
D.电池正负极调换后,金属环不能向左弹射
答案 AB
考点二 法拉第电磁感应定律
1.(2019福建福州质检)(多选)如图甲所示,用一根导线做成一个半径为r的圆环,其单位长度的电阻为r,将圆环的右半
0
部分置于变化的匀强磁场中,设磁场方向垂直纸面向里为正,磁感应强度随时间做周期性变化的关系如图乙所示,则
( )
A.在t=π时刻,圆环中有顺时针方向的感应电流
π
B.在0~ 时间内圆环受到的安培力大小、方向均不变
2
C.在π~π时间内通过圆环横截面的电荷量为 B
0
r
2 2r
0
B2r3
D.圆环在一个周期内的发热量为
0
r
0
答案 AD北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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2.(2019上海闵行模拟)如图所示,在外力的作用下,导体杆OC可绕O轴沿半径为r的光滑的半圆形框架在匀强磁场中
以角速度ω匀速转动,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里,A、O间接有电阻R,导体杆和框架电阻不计,则所施外力
的功率为( )
B2ω2r2 B2ω2r4 B2ω2r4 B2ω2r4
A. B. C. D.
R R 4R 8R
答案 C
考点三 电磁感应中的综合应用
1.(多选)如图甲所示,间距为L的光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B,导轨左侧连接一定值电
阻R。垂直导轨的导体棒ab在水平外力F作用下沿导轨运动,F随t变化的规律如乙图所示。在0~ t 时间内,棒从静止
0
开始做匀加速直线运动。乙图中t、F、F 为已知,棒和导轨的电阻不计。则 ( )
0 1 2
A.在t 以后,导体棒一直做匀加速直线运动
0
B.在t 以后,导体棒先做加速直线运动,最后做匀速直线运动
0
2(F -F )R
C.在0~t 0 时间内,导体棒的加速度大小为 2 1
B2L2t
0
(F -F )t
D.在0~t 时间内,通过导体棒横截面的电荷量为 2 1 0
0
2BL
答案 BD
2.(多选)如图甲所示,半径为1 m的带缺口刚性金属圆环导轨固定在水平面内,在导轨上垂直放置一质量为0.1 kg、电
阻为1 Ω的直导体棒,其长度恰好等于金属圆环的直径,导体棒初始位置与圆环直径重合,且与导轨接触良好。已知导
体棒与导轨间的动摩擦因数为0.3,不计金属圆环的电阻,导体棒受到的最大静摩擦力等于其滑动摩擦力,取重力加速度
g=10 m/s2。现若在圆环内加一垂直于纸面向里的变化磁场,变化规律如图乙所示,则 ( )
A.导体棒中的电流是从b到a
B.通过导体棒的电流大小为0.5 A
C.0~2 s内,导体棒产生的热量为0.125 J
D.t=π s时,导体棒受到的摩擦力大小为0.3 N
答案 AC
综合篇北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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【综合集训】
拓展一 楞次定律的理解及应用
1.(2020辽宁大连质检)(多选)如图所示,圆形导体线圈a平放在绝缘水平桌面上,在a的正上方固定一竖直螺线管b,二者
轴线重合,螺线管、电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向上滑动,下列说法中正确
的有 ( )
A.穿过线圈a的磁通量增大
B.线圈a对水平桌面的压力小于其重力
C.线圈a中将产生俯视逆时针方向的感应电流
D.线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流
答案 BD
2.(2020河北衡水期末)(多选)如图甲所示,开关S闭合后电流表指针由中央向左偏,当把一个线圈A和这个电流表串联
起来(图乙)后,将一个条形磁铁B插入或拔出线圈时,线圈中会产生感应电流,经观察发现,电流表指针由中央位置向右
偏,这说明( )
A.如果磁铁的下端是N极,则磁铁正在远离线圈
B.如果磁铁的下端是S极,则磁铁正在远离线圈
C.如果磁铁的下端是N极,则磁铁正在靠近线圈
D.如果磁铁的下端是S极,则磁铁正在靠近线圈
答案 AD
拓展二 通电自感与断电自感的比较
1.(2019河北唐山五校联考,5,4分)图示是演示自感现象的两个电路图,L 和L 是带铁芯的线圈,其电阻忽略不计,A、A
1 2 1 2
与A 是三个完全相同的灯泡,D是理想二极管,R为定值电阻。下列说法正确的是 ( )
3
A.S 闭合瞬间,A 不亮;S 闭合瞬间,A 不亮、A 亮
1 1 2 2 3
B.S 闭合瞬间,A 立即亮;S 闭合瞬间,A、A 同时亮
1 1 2 2 3
C.S 断开瞬间,A 突然闪亮,随后逐渐变暗;S 断开瞬间,A 闪亮一下,然后逐渐熄灭
1 1 2 2
D.S 断开瞬间,A 突然闪亮,随后逐渐变暗;S 断开瞬间,A 逐渐熄灭
1 1 2 3北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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答案 C
2.(2020天津静海统考)(多选)在如图所示的甲、乙电路中,电阻R和灯泡A的阻值相等,自感线圈L的电阻值可认为是
0,在接通开关S时,则 ( )
A.在电路甲中,灯泡A将渐渐变亮
B.在电路甲中,灯泡A将先变亮,然后渐渐变暗
C.在电路乙中,灯泡A将渐渐变亮
D.在电路乙中,灯泡A将先变亮,然后渐渐变暗,最后熄灭
答案 AD
拓展三 导体棒切割磁感线产生电动势的分析与计算
1.(2020湖北黄冈一模)如图所示,两根间距为l的光滑平行金属导轨与水平面夹角为α,图中虚线下方区域内存在磁感应
强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直于导轨平面向上。两金属杆质量均为m,电阻均为R,垂直于导轨放置。开始时金属
杆ab处在距磁场上边界一定距离处,金属杆cd处在导轨的最下端,被与导轨垂直的两根小柱挡住。现将金属杆ab由
静止释放,金属杆ab刚进入磁场便开始做匀速直线运动。已知重力加速度为g,导轨电阻忽略不计,则 ( )
A.金属杆ab进入磁场时感应电流的方向为由a到b
2mgRsinα
B.金属杆ab进入磁场时速度大小为
B2l2
mgsinα
C.金属杆ab进入磁场后产生的感应电动势为
Bl
D.金属杆ab进入磁场后,金属杆cd对两根小柱的压力大小为零
答案 B
2.(2019山东日照一模,20)(多选)半径分别为r和2r的同心半圆光滑导轨MN、PQ固定在同一水平面内,一长为r、电
阻为R、质量为m且质量分布均匀的导体棒AB置于半圆轨道上,BA的延长线通过导轨的圆心O,装置的俯视图如图所
示。整个装置位于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中,在N、Q之间接有一阻值为R的电阻。导体棒
AB在水平外力作用下,以角速度ω绕O顺时针匀速转动,在转动过程中始终与导轨保持良好接触。导轨电阻不计,则
( )
3
A.导体棒AB两端的电压为 Br2ω
2
B.电阻R中的电流方向从Q到N北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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9B2r4ω2
C.外力的功率大小为
8R
D.若导体棒不动,要产生同方向的电流,磁感应强度应该减小
答案 BCD
拓展四 电磁感应中的图像问题
1.(2020湖北武汉二模)(多选)如图甲所示,闭合矩形导线框abcd固定在匀强磁场中,磁场的方向与导线框所在平面垂直,
磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示,规定垂直纸面向外为磁场的正方向,线框中顺时针的电流方向为感应电
流的正方向,水平向右为安培力的正方向。关于线框中的感应电流i与ad边所受的安培力F随时间t变化的图像,下列
选项中正确的是( )
答案 AC
2.(2020河北石家庄统考)如图a所示,在水平面上固定有平行直金属导轨ab、cd,bd端接有电阻R,导体棒ef垂直放置在
光滑导轨上,导轨电阻不计。导轨右端区域存在垂直导轨面的匀强磁场,且磁感应强度B随时间t的变化规律如图b所
示。在t=0时刻,导体棒以速度v 从导轨的左端开始向右运动,经过时间2t 开始进入磁场区域,取磁场方向竖直向下为
0 0
磁感应强度的正方向,导体回路中顺时针方向为电流正方向,则导体回路中的电流随时间t的变化规律图像可能是
( )北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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答案 A
[教师专用题组]
【综合集训】
1.(2019广东七校联考,18)(多选)如图为地磁场磁感线的示意图,在北半球地磁场的竖直分量向下。飞机在我国上空匀
速巡航。机翼保持水平,飞行高度不变。由于地磁场的作用,金属机翼上有电势差。设飞机左方机翼末端处的电势为
φ,右方机翼末端处的电势为φ,下列说法正确的是( )
1 2
A.若飞机从西往东飞,φ 比φ 高
1 2
B.若飞机从东往西飞,φ 比φ 高
2 1
C.若飞机从南往北飞,φ 比φ 高
1 2
D.若飞机从北往南飞,φ 比φ 高
2 1
答案 AC 本题考查了右手定则,体现了物理学科科学思维素养。
我国处在北半球,地磁场的竖直分量方向竖直向下,感应电流的方向由低电势指向高电势,由右手定则可知,在北半
球,不论飞机沿何方向水平飞行,都是飞机的左方机翼电势高,右方机翼电势低,即总有φ 比φ 高,故A、C正确,B、D错
1 2
误。
2.(2018广东梅州二模,19)(多选)如图所示,在平面上有两条相互垂直且彼此绝缘的长通电直导线,以它们为坐标轴构成
一个平面直角坐标系。四个相同的闭合圆形线圈在四个象限中完全对称放置,两条长直导线中电流大小与变化情况相
同,电流方向如图所示,当两条导线中的电流都开始均匀增大时,四个线圈a、b、c、d中感应电流的情况是 ( )
A.线圈a中有感应电流
B.线圈b中有感应电流
C.线圈c中有顺时针方向的感应电流
D.线圈d中有逆时针方向的感应电流
答案 AC 由右手螺旋定则可判定通电导线产生磁场的方向,一、三象限磁场不为零,a中磁场垂直纸面向里,当电流
增大时,线圈a中有逆时针方向的感应电流,故A正确;二、四象限的磁场为零,当电流变化时不可能产生感应电流,故
B、D错误。一、三象限磁场不为零,c中磁场垂直纸面向外,当电流增大时,线圈c中有顺时针方向的感应电流,故C正
确;故选AC。
3.(2020广东一模,17)如图是生产中常用的一种延时继电器,铁芯上有两个线圈P和Q,线圈P与电源连接,线圈Q与电
流表 连接,分别构成闭合回路。下列说法正确的是 ( )北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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A.闭合S瞬间,线圈P具有延时作用
B.断开S瞬间,线圈Q具有延时作用
C.闭合S瞬间,Q中感应电流的方向为a→ →b
D.断开S瞬间,Q中感应电流的方向为b→ →a
答案 B 试题以延时继电器为情境,考查楞次定律等必备知识,主要考查理解能力、推理能力、模型建构能力,体现
了科学推理的学科素养,突出对应用性考查要求。
由题意可知,当S接通后,线圈P中产生磁场,线圈P不具有延时作用,故A错误;将S断开,导致穿过线圈Q的磁通
量减小,根据楞次定律可知,Q中产生感应电流,Q具有延时作用,故B正确;闭合S瞬间,线圈P中产生磁场,穿过线圈Q
的磁通量也要增加,根据楞次定律:增反减同,结合右手螺旋定则可知,Q中产生的感应电流方向为b→ →a,故C错误;
断开S瞬间,穿过线圈Q的磁通量减小,根据楞次定律可知,Q中产生的感应电流的方向为a→ →b,故D错误。
4.(2020安徽“江南十校”联考)在家庭电路中,为了安全,一般在电能表后面的电路中安装一个漏电保护器,如图所示。
当漏电保护器的ef两端没有电压时,脱扣开关S能始终保持接通;当ef两端一旦有电压时,脱扣开关立即会自动断开,以
起到保护作用。关于这个电路的工作原理,下列说法中正确的是 ( )
A.当站在绝缘物上的人双手分别接触b和d线时,脱扣开关会自动断开
B.当用户家的电流超过一定值时,脱扣开关会自动断开
C.当火线和零线之间电压太高时,脱扣开关会自动断开
D.当站在地面上的人触及b线时,脱扣开关会自动断开
答案 D 漏电保护器是指火线进来的电流应该与零线回去的电流相等,则说明没有漏电,脱扣开关不会断开,一旦进
去的电流与出来的电流不相等了,则该开关就会闭合,所以当站在绝缘物上的人双手分别接触b和d线时,人相当于一
个用电器,火线与零线中的电流增大,但是没有漏电,所以脱扣开关不会自动断开,选项A错误;当电路中的电流超过一定
值时或者电压太高时,只要火线与零线中的电流相等,就不会发生漏电,脱扣开关不会自动断开,选项B、C错误;当站在
地面上的人触及b线时,有一部分电流会通过人体流入大地,而不会通过零线回去,故发生漏电现象,则脱扣开关会自动
断开,选项D正确。
5.(2020北京通州一模)如图1所示,把一铜线圈水平固定在铁架台上,其两端连接在电流传感器上,能得到该铜线圈中的
电流随时间变化的图线。利用该装置可探究条形磁铁在穿过铜线圈的过程中,产生的电磁感应现象。两次实验中分别
得到了如图2、3所示的电流-时间图线(两次用同一条形磁铁,在距铜线圈上端不同高度处,由静止沿铜线圈轴线竖直
下落,始终保持直立姿态,且所受空气阻力可忽略不计),下列说法正确的是 ( )北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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A.条形磁铁的磁性越强,产生的感应电流峰值越大
B.条形磁铁距铜线圈上端的高度越小,产生的感应电流峰值越大
C.条形磁铁穿过铜线圈的过程中损失的机械能越大,产生的感应电流峰值越大
D.两次实验条形磁铁穿过铜线圈的过程中所受的磁场力都是先向上后向下
答案 C 如果在相同的高度处下落,则条形磁铁的磁性越强,产生的感应电动势的最大值也就越大,即感应电流的峰
值越大,而现在没有说明是在相同的高度下落的,故选项A错误;条形磁铁距铜线圈上端的高度越小,落到下端时的速度
就越小,产生的感应电动势也就越小,即产生的感应电流峰值越小,选项B错误;根据能量守恒,条形磁铁穿过铜线圈的过
程中损失的机械能都转化成了焦耳热,而焦耳热越大,需要的电流就会越大,则产生的感应电流峰值也会越大,选项C正
确;根据楞次定律知,两次实验条形磁铁穿过铜线圈的过程中所受的磁场力都是向上的,故选项D错误。
6.(2019广东佛山七校联考,20)(多选)如图所示,半径为2r的弹性螺旋线圈内有垂直纸面向外的圆形匀强磁场区域,磁场
区域的半径为r,已知弹性螺旋线圈的电阻为R,线圈与磁场区域共圆心,则以下说法中正确的是 ( )
A.保持磁场不变,线圈的半径由2r变到0.5r的过程中,有逆时针方向的电流
B.保持磁场不变,线圈的半径由2r变到3r的过程中,有顺时针方向的电流
kπr2
C.保持半径不变,使磁场随时间按B=kt变化,线圈中的电流为
R
2kπr2
D.保持半径不变,使磁场随时间按B=kt变化,线圈中的电流为
R
答案 AC 本题考查了楞次定律与法拉第电磁感应定律和考生的理解分析能力,体现了物理学科科学思维等素养。
根据磁通量的定义可知,当线圈的半径由2r变到0.5r的过程中,穿过线圈的磁通量减小,根据楞次定律可知,线圈内
产生逆时针方向的感应电流,故A正确;同理,保持磁场不变,线圈的半径由2r变到3r的过程中,穿过线圈的磁通量不变,
根据感应电流的产生条件可知,线圈内没有感应电流,故B错误;保持半径不变,使磁场随时间按B=kt变化,根据法拉第
ΔB kπr2
电磁感应定律可知,E= ·πr2=kπr2,根据闭合电路欧姆定律可知,线圈中的电流I= ,故C正确,D错误。
Δt R
7.(2020广东潮州调研,20)(多选)如图,半径为L的半圆弧轨道PQS固定,电阻忽略不计,O为圆心。OM是可绕O转动的
金属杆,M端位于PQS上,OM与轨道接触良好,OM金属杆的电阻与OP金属杆电阻阻值相同。空间存在如图的匀强磁
场,磁感应强度的大小为B。现使OM从OQ位置以恒定的角速度ω逆时针转到OS位置,则该过程 ( )
1
A.M、O两点间的电压U = BL2ω
MO
2
1
B.M、O两点间的电压U =- BL2ω
MO
4
C.回路中电流方向沿M-Q-P-O
D.回路中电流方向沿M-O-P-Q
答案 BD 试题以半圆弧轨道PQS为情境,考查右手定则与法拉第电磁感应定律的应用等必备知识,主要考查理解
能力、推理能力,体现了科学推理的学科素养,突出对基础性考查要求。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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1 1
OM杆转动切割磁感线产生的感应电动势为:E=BLv=BL× Lω= BL2ω,由于OM金属杆的电阻与OP金属杆电阻
2 2
1 1
阻值相同,O点电势高,则M、O两点的电压为:U =- E=- BL2ω,故A错误,B正确。OM从OQ位置以恒定的角速度ω
MO
2 4
逆时针转到OS位置,根据右手定则可知回路中电流方向沿M-O-P-Q,故C错误,D正确。
8.(2020广东六校第一次联考,18)如图,空间中存在一匀强磁场区域,磁场方向与竖直面(纸面)垂直,磁场的上、下边界(虚
线)均为水平面;纸面内磁场上方有一个正方形导线框abcd,其上、下两边均与磁场边界平行,边长小于磁场上、下边界
的间距。若线框自由下落,从ab边进入磁场时开始,到ab边到达磁场下边界为止,线框下落的速度大小可能 ( )
A.始终减小 B.始终不变
C.始终增加 D.先增加后减小
答案 C 试题考查电磁感应中动力学问题等必备知识,主要考查理解能力、推理能力,体现了科学推理的学科素养,
突出对基础性考查要求。
线框开始做自由落体运动,ab边以一定的速度进入磁场,ab边切割磁感线产生感应电流,根据左手定则可知ab边
受到向上的安培力,当安培力大于重力时,线框做减速运动,若cd边进入磁场前瞬间,ab边受到的安培力仍大于重力,当
线框完全进入磁场后,线框中不产生感应电流,此时只受重力,做加速运动,故线框先减速后加速,同理,cd边进入磁场前,
ab边受到的安培力等于重力,线框匀速运动,线框完全进入磁场后,线框做加速运动,故线框先减速后匀速最后加速;当
ab边进入磁场后安培力等于重力时,线框做匀速运动,当线框完全进入磁场后,线框中不产生感应电流,此时只受重力,做
加速运动,故先匀速后加速;当ab边进入磁场后安培力小于重力时,线框做加速运动,若cd边进入磁场前瞬间,ab边受到
的安培力小于重力,当线框完全进入磁场后,线框中不产生感应电流,此时只受重力,故线框一直做加速运动,同理,若cd
边进入磁场前,ab边受到安培力等于重力,线框匀速运动,线框完全进入磁场后,线框做加速运动,故线框先加速后匀速最
后加速,故C正确,A、B、D错误。
归纳总结 电磁感应中动力学问题的基本思路
9.(2020广东茂名一模,21)(多选)如图甲所示,两根足够长的平行光滑金属导轨固定在水平面内,导轨间距L=1.0 m,左端
连接阻值R=4.0 Ω的电阻,匀强磁场磁感应强度B=0.5 T、方向垂直导轨所在平面向下。质量m=0.2 kg、长度l=1.0
m、电阻r=1.0 Ω的金属杆置于导轨上,向右运动并与导轨始终保持垂直且接触良好,t=0时对杆施加一平行于导轨方向
的外力F,杆运动的v-t图像如图乙所示,其余电阻不计,则 ( )
A.t=0时刻,外力F水平向右,大小为0.7 N
B.3 s内,流过R的电荷量为3.6 C
C.从t=0开始,金属杆运动距离为5 m时电阻R两端的电压为1.6 V
D.在0~3.0 s内,外力F大小随时间t变化的关系式是F=0.1+0.1t(N)北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
版》
答案 CD 试题考查电磁感应的综合应用等必备知识,主要考查理解能力、推理能力,体现了科学推理的学科素养,
突出对综合性考查要求。
Δv 0-6.0
根据v-t图像可以知道金属杆做匀减速直线运动,加速度为a= = m/s2=-2 m/s2,当t=0时刻,设向右为正
Δt 3.0
E BLv
方向,根据牛顿第二定律有F-BIL=ma,根据闭合电路欧姆定律和法拉第电磁感应定律有I= = 0,联立以上各式
r+R r+R
ΔΦ q E ΔΦ BΔS
代入数据可得F=-0.1 N,负号表示方向水平向左,故A错误;根据E= ,I= = ,联立可得q= = ,又因
Δt Δt R+r R+r R+r
1
为v-t图线与坐标轴围成的面积表示通过的位移,所以有ΔS= ×6.0×3.0×1.0 m2=9 m2,故代入数据可解得q=0.9 C,故B
2
E
错误;设杆运动了5 m时速度为v,则有v2-v2=2as,此时金属杆产生的感应电动势E=BLv,回路中产生的电流I= 1 ,
1 1 0 1 1 1 1 R+r
电阻R两端的电压U=IR,联立以上几式结合A选项可得U=1.6 V,故C正确;设在t时刻金属杆的速度为v,杆产生的感
1
E'
应电动势为E',回路中电流为I',则有F-BI'L=ma,v=v+at,E'=BLv,I'= ,联立以上各式可得F=-(0.1+0.1t) N,负号表示方
0 R+r
向水平向左,外力F大小随时间t变化的关系式为F=0.1+0.1t (N),故D正确。
1
10.(2019广东茂名化州二模,20)(多选)如图所示,两根等高、光滑的 圆弧轨道,半径为r、间距为L,轨道电阻不计。在
4
轨道顶端连有一阻值为R的电阻,整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。现有一根长度稍大于
L、电阻不计的金属棒从轨道最低位置cd开始,在拉力作用下以初速度v 向右沿轨道做匀速圆周运动至ab处,则该过
0
程中 ( )
A.通过R的电流方向为由内向外
B.通过R的电流方向为由外向内
C.R上产生的热量为πrB2L2v
0
4R
πBLr
D.流过R的电荷量为
2R
答案 BC 本题考查了电磁感应中的能量转化,体现了物理学科的物理观念与科学思维素养。
由右手定则知,金属棒切割磁感线产生的电流由内向外,则R中的电流方向为由外向内, A错误, B正确。金属棒做
匀速圆周运动,把v 分解为水平速度v cos ωt和竖直速度v sin ωt,只有水平速度切割磁感线产生感应电流,金属棒做匀
0 0 0
√2
E
速圆周运动,回路中产生正弦式交变电流,可得产生的感应电动势的最大值为E =BLv,电流的有效值I= 2 m=
m 0
R
πr ΔΦ
√2BLv √2BLv πrB2L2v BLr
0,R上产生的热量Q=I2Rt=( 0)2R 2 = 0, C正确。流过R的电荷量q=IΔt= Δt Δt= ,
2R 2R 4R R
v R
0
D错误。
11.(2020广东深圳第一次线上统一考试,24)(14分)如图所示,金属圆环轨道MN、PQ竖直放置,两环之间ABDC内(含边
界)有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,AB水平且与圆心等高,DC竖直且延长线过圆心。电阻为r、长
0北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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为2l的轻质金属杆,一端套在内环MN上,另一端连接质量为m的带孔金属球,球套在外环PQ上,且都与轨道接触良好。
内圆环半径r=l,外圆环半径r=3l,PM间接有阻值为R的电阻,让金属杆从AB处无初速度释放,恰好到达EF处,FE到圆
1 2
心的连线与竖直方向成θ角。其他电阻不计,忽略一切摩擦,重力加速度为g。求:
(1)这一过程中通过电阻R的电流方向和通过R的电荷量q;
(2)金属杆第一次即将离开磁场时,金属球的速率v和电阻两端的电压U。
答案 (1)电流方向为M→P
2πl2B
0
R+r
(2) 4B lR√6gl(1-cosθ)
√6gl(1-cosθ) 0
3(R+r)
解析 试题考查电磁感应定律的综合应用等必备知识,主要考查理解能力、模型建构能力,体现了科学思维的学科素
养,突出对综合性考查要求。
(1)金属杆从AB处无初速度释放,向下转动的过程中切割磁感线,根据右手定则可知通过杆的电流方向B→A,则通
过R的电流方向由M指向P;
金属杆从AB处滑动到CD处的过程中,通过R的电荷量q=I·Δt,
E
根据闭合电路欧姆定律可得:I= ,
R+r
1
ΔΦ B ·ΔS π(r2-r2)B 2πl2B
该过程的平均感应电动势:E= = 0 =4 2 1 0= 0,
Δt Δt Δt
Δt
则通过R的电荷量q=2πl2B
;
0
R+r
(2)设金属杆离开磁场时金属杆的角速度为ω,第一次离开磁场到EF,对金属球,由动能定理得:
1
-mg·3l(1-cos θ)=0- mv2,
2
解得:v=√6gl(1-cosθ),
√6gl(1-cosθ)
又v=3lω,解得ω= ;
3l
ωr +ωr
金属杆第一次离开磁场瞬间产生电动势为:E=B·2lv=B·2l· 1 2,
0 0
2
根据闭合电路欧姆定律可得U= E ·R=4B lR√6gl(1-cosθ) 。
0
R+r 3(R+r)
12.新一代航母采用全新的电磁阻拦技术,它的阻拦技术原理是,飞机着舰时利用电磁作用力使它快速停止。为研究问
题的方便,我们将其简化为如图所示的模型。在磁感应强度为B、方向如图所示的匀强磁场中,两根平行金属轨道
MN、PQ固定在水平面内,相距为L,电阻不计。轨道端点M、P间接有阻值为R的电阻。一个长为L、质量为m、阻
值为r的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上,与轨道接触良好。质量为m 的飞机以水平速度v 迅速钩住导体
0 0北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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棒ab,钩住之后关闭动力系统并立即获得共同的速度。假如忽略摩擦等次要因素,飞机和金属棒系统仅在安培力作用
下很快停下来。求:
(1)飞机钩住金属棒后,它们获得的共同速度v的大小。
(2)飞机在阻拦减速过程中获得的加速度a的最大值。
(3)从飞机钩住金属棒到它们停下来的整个过程中运动的距离x。
m B2L2m v m v (R+r)
答案 (1) 0 v (2) 0 0 (3) 0 0
0
m +m (R+r)(m +m)2 B2L2
0 0
解析 (1)以飞机和金属导体棒为研究对象
根据动量守恒定律,有mv=(m+m)v
0 0 0
m
解得它们共同的速度v= 0 v 0 。
m +m
0
(2)飞机钩住金属导体棒后,它们以速度v开始在安培力的作用下做减速运动,所以当它们速度为v时安培力最大,
此时由安培力产生的加速度也最大
根据牛顿第二定律,有BIL=(m+m)a
0
BLv
根据闭合电路欧姆定律,有I=
R+r
B2L2m v
联立解得a= 0 0 。
(R+r)(m +m)2
0
(3)以飞机和金属导体棒为研究对象,根据动量定理,有-BIL·Δt=0-(m+m)v
0
ΔΦ BLx
根据电磁感应定律得E= =
Δt Δt
E
根据闭合电路欧姆定律,有I=
R+r
B2L2
联立得 x=(m+m)v=mv
R+r 0 0 0
m v (R+r)
解得x= 0 0 。
B2L2
