最新高中物理高频考点专题讲解《电磁感应》(附强化训练与答案解析)

最新高中物理高频考点专题讲解
《电磁感应》
一、考点汇总：
1、利用程序法和逆向推理法分析二次感应问题
2、加速度公式a=△v/△t在电磁感应中的应用
3、电磁感应在生活中的应用的有关问题
4、闭合线框从不同高度穿越磁场的问题
二、核心考点考向分析与例题讲解
【考点1】利用程序法和逆向推理法分析二次感应问题
1、考向分析
在电磁感应现象中，二次电磁感应问题在高考题中时常出现，解决该类问题的方法有程序法、逆向推理法等．
(一)程序法(正向推理法)
(二)逆向推理法
首先依据二次感应产生的效应，判断二次感应电流
的方向.
⇩
其次依据螺线管中感应电流的方向，应用安培定则，
判定二次感应电流产生的磁通量方向，明确它是阻
碍第一个感应磁场变化的.
⇩
然后依据楞次定律，得出第一个感应磁场的方向及
相应的变化的可能情况，从而得到引起磁场变化的
电流的方向与变化.
⇩
最后，依据电流的方向，判断导体切割磁感线运动的
方向与速度.
2、例题讲解
◆典例一：(多选)如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，MN的左边有一闭合电路，当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是()
A．向右加速运动B．向左加速运动
C．向右减速运动D．向左减速运动
【答案】BC
◆典例二:(多选)如图所示装置中，cd杆原来静止．当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动()
A．向右匀速运动B．向右加速运动
C．向左加速运动D．向左减速运动
【答案】BD
【技巧总结】
在二次感应现象中，“程序法”和“逆向推理法”的选择
1.如果要判断二次感应后的现象或结果，选择程序法.
【考点2】加速度公式a=△v/△t在电磁感应中的应用
1、考向分析
(1)在含容电路中某导体在恒力作用下做切割磁感线运动,Q=CU ，U=BLV ，则Q=CBLV,所以△Q=CBL △V,而t Q
I ∆∆=，由a=
t V ∆∆和牛顿第二定律F-BIL=ma 结合,求导体棒运动的加速度a=22F
m CB l +.
(2)加速度公式a=v t ∆∆和牛顿第二定律-BIL=ma 结合,求流过导体棒的电荷量q=0
mv Bl
(3)加速度公式a=v t ∆∆和牛顿第二定律-BIL=ma 即-22B l R x=m(0-v 0),求导
体棒的位移. (4)由牛顿第二定律和闭合电路欧姆定律,则有-BIL=ma,
而I=Blv
R ;若Δt→0,则有a=v t ∆∆;
联立解得-
22B l v
R Δt=m Δv 则有-22
B l R ∑v Δt=m∑Δv,即-22B l R x=m(0-v 0)解得x=022mv R
B l .
2、例题讲解
◆典例一： (多选)用一段横截面半径为r 、电阻率为ρ、密度为d 的均匀导体材料做成一个半径为R (r ≪R )的圆环。

圆环竖直向下落入如图所示的径向磁场中，圆环的圆心始终在N 极的轴线上，圆环所在位置的磁感应强度大小均为B 。

圆环在加速下滑过程中某一时刻的速度为v ，忽略电感的影响，则( )
A ．此时在圆环中产生了(俯视)顺时针的感应电流
B ．圆环因受到了向下的安培力而加速下落
C ．此时圆环的加速度a ＝B 2v
ρd
D ．如果径向磁场足够长，则圆环的最大速度v m ＝ρdg
B 2
【答案】AD
【考点3】电磁感应在生活中的应用的有关问题
1、考向分析
电磁感应现象与生活密切相关，高考对这部分的考查更趋向于有关现代信息和STS 问题中信息题的考查．命题背景有电磁炉、电子秤、电磁卡、电磁焊接术、卫星悬绳发电、磁悬浮列车等．
2、例题讲解
◆典例一：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( )
【答案】A
【解析】由题图，对于紫铜薄板上下、左右振动时均能产生感应电流的为A，其产生的感应电流阻碍其振动，达到衰减振动的作用，即将机械能转化为焦耳热，A正确．
◆典例二: 随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的视线．小到手表、手机，大到电脑、电动汽车，都已经实现了无线充电从理论研发到实际应用的转化．如图所示为某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图．关于无线充电，下列说法正确的是()
A．无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”B．只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电
C．接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同D．只要有无线充电底座，所有手机都可以进行无线充电
【答案】C
【考点4】闭合线框从不同高度穿越磁场的问题
1、考向分析
闭合线框从不同高度穿越磁场时,可能做匀速直线运动、加速运动、减速运动,或先后多种运动形式交替出现,解决此类问题的三种思路:
(1)运动分析:分析线圈进磁场时安培力与重力的大小关系,判断其运动性质.
(2)过程分析:分阶段(进磁场前、进入过程、在磁场内、出磁场过程)分析.
(3)功能关系分析:必要时利用功能关系列方程求解.
2、例题讲解
◆典例一：如图所示,水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场,两个闭合线圈Ⅰ,Ⅱ分别用同种导线绕制而成,其中Ⅰ为边
长为L的正方形,Ⅱ是长2L、宽为L的矩形,将两个线圈同时从图示位置由静止释放.线圈下边进入磁场时,Ⅰ立即做了一段时间的匀速运动,已知两线圈在整个下落过程中,下边始终平行于磁场上边界,不计空气阻力,则()
A.下边进入磁场时,Ⅱ也立即做匀速运动
B.从下边进入磁场开始的一段时间内,线圈Ⅱ做加速度不断减小的加速运动
C.从下边进入磁场开始的一段时间内,线圈Ⅱ做加速度不断减小的减速运动
D.线圈Ⅱ先到达地面
【答案】C
◆典例二：（多选）如图所示，水平线MN上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外。

MN上方有一单匝矩形导线框abcd，其质量为m，电阻为R，ab边长为L1，bc边长为L2，cd边离MN的高度为h。

现将线框由静止释放，线框下落过程中ab边始终保持水平，且ab边离开磁场前已做匀速直线运动，不考虑空气阻力的影响，则从线框静止释放到完全离开磁场的过程中（）
A．离开磁场过程线圈中电流方向始终是adcba
B．匀速运动时回路中电流的热功率为
2
22
1 m gR B L
C．整个过程中通过导线截面的电荷量为 BL1L2/R
D
【答案】
AC
三、强化训练：
1. (多选)如图所示，通过水平绝缘传送带输送完全相同的铜线圈，线圈等距离排列，且与传送带以相同的速度匀速运动．为了检测出个别未闭合的不合格线圈，让传送带通过一固定匀强磁场区域，磁场方向
垂直于传送带运动方向，根据穿过磁场后线圈间的距离，就能够检测出不合格线圈．通过观察图形，判断下列说法正确的是()
A．若线圈闭合，进入磁场时，线圈中感应电流方向从上向下看为逆时针
B．若线圈闭合，传送带以较大速度匀速运动时，磁场对线圈的作用力增大
C．从图中可以看出，第2个线圈是不合格线圈
D．从图中可以看出，第3个线圈是不合格线圈
【答案】BD
【解析】若线圈闭合，进入磁场时，穿过线圈的磁通量增大，由楞次定律可知，线圈中的感应电流的磁场方向向下，所以感应电流的方向从上向下看是顺时针，故A错误；根据法拉第电磁感应定律，传送带以较大速度匀速运动时，线圈中产生的感应电动势较大，则感应电流较大，磁场对线圈的作用力增大，故B正确；由题图知1、2、4、5、6线圈都发生了相对于传送带的滑动，而第3个线圈没有滑动，则第3个线圈不闭合，没有产生感应电流，故C错误，D正确．
2.如图所示，PQQ2P2是由两个正方形导线方格PQQ1P1、P1Q1Q2P2构成的网络电路，方格每边长度l＝10 cm。

在x>0 的空间分布有磁感应强度随时间t均匀增加的匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面并指向
纸内。

今令网络电路PQQ2P2以恒定的速度v＝5 cm/s沿x轴正方向运动并进入磁场区域，在运动过程中方格的边PQ始终与y轴平行。

若取PQ与y轴重合的时刻为t＝0，在以后任一时刻t磁场的磁感应强度为B＝B0＋bt，式中t的单位为s，B0、b为已知恒量。

t＝2.5 s时刻，方格PQQ1P1中的感应电动势是E1，方格P1Q1Q2P2中的感应电动势是E2。

E1、E2的表达式正确的是()
A．E1＝B0lv B．E1＝bl2
C．E2＝bl2
4D．E2＝(B0＋2.5b)lv
【答案】B
3．(多选)在倾角为θ足够长的光滑斜面上，存在着两个磁感应强度大小相等的匀强磁场，磁场方向一个垂直斜面向上，另一个垂直斜面向下，宽度均为L，如图所示．一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形线框在t＝0时刻以速度v0进入磁场，恰好做匀速直线运动，若经过时间t0，线框ab边到达gg′与ff′中间位置时，线框又恰好做匀速运动，则下列说法正确的是()
A ．当ab 边刚越过ff ′时，线框加速度的大小为g sin θ
B ．t 0时刻线框匀速运动的速度为v 04
C ．t 0时间内线框中产生的焦耳热为32mgL sin θ＋1532mv 20
D ．离开磁场的过程中线框将做匀速直线运动
【答案】BC
4. (多选)如图所示，水平放置的光滑平行金属导轨，左端通过开关S 与内阻不计、电动势为E 的电源相连，右端与半径为L ＝20 cm 的光滑圆弧导轨相接。

导轨宽度为20 cm ，电阻不计。

导轨所在空间有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度B ＝0.5 T 。

一根垂直导轨放置的质量m ＝60 g 、电阻R ＝1 Ω、长为L 的导体棒ab ，用长也为20 cm 的绝缘细线悬挂，导体棒恰好与导轨接触。

当闭合开关S 后，导体棒沿圆弧摆动，摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状
态。

当导体棒ab速度最大时，细线与竖直方向的夹角θ＝53°(sin 53°＝0.8，g＝10 m/s2)，则()
A．磁场方向一定竖直向上
B．电源的电动势E＝8.0 V
C．导体棒在摆动过程中所受安培力F＝8 N
D．导体棒摆动过程中的最大动能为0.08 J
【答案】BD
5．如图甲所示，在列车首节车厢下面安装一电磁铁，电磁铁产生垂直于地面的匀强磁场，首节车厢经过安放在两铁轨间的线圈时，线圈中产生的电脉冲信号传到控制中心．图乙为某时控制中心显示屏上的电脉冲信号，则此时列车的运动情况是()
A ．匀速运动
B ．匀加速运动
C ．匀减速运动
D ．变加速运动
【答案】C
6.磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区，刷卡器中有检测线圈，当以速度v 0刷卡时，在线圈中产生感应电动势．其E
－t 关系如图所示．如果只将刷卡速度改为v 02，线圈中的E －t 关系图
可能是( )
【答案】D
7． 1831年，法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机(图甲)．它是利用电磁感应原理制成的，是人类历史上第一台发电机．图
乙是这个圆盘发电机的示意图：铜盘安装在水平的铜轴上，它的边缘正好在两磁极之间，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘良好接触．使铜盘转动，电阻R中就有电流通过．若所加磁场为匀强磁场，回路的总电阻恒定，从左往右看，铜盘沿顺时针方向匀速转动，CRD 平面与铜盘平面垂直，下列说法正确的是()
A．电阻R中没有电流流过
B．铜片C的电势高于铜片D的电势
C．保持铜盘不动，磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场，
则铜盘中有电流产生
D．保持铜盘不动，磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场，
则CRD回路中有电流产生
【答案】C
8.实验小组想要探究电磁刹车的效果，在遥控小车底面安装宽为L、长为2.5L的N匝矩形线框abcd，总电阻为R，面积可认为与小车底面相同，其平面与水平地面平行，小车总质量为m.如图所示是简化的俯视图，小车在磁场外以恒定的功率做直线运动，受到地面阻力恒
为f，进入磁场前已达到最大速度v，车头(ab边)刚要进入磁场时立即撤去牵引力，车尾(cd边)刚出磁场时速度恰好为零．已知有界磁场宽度为2.5L，磁感应强度为B，方向竖直向下．求：
(1) 进入磁场前小车所受牵引力的功率P；
(2) 车头刚进入磁场时，感应电流的大小I；
(3) 电磁刹车过程中产生的焦耳热Q.
【答案】
(1)P＝fv.
(2)
(3) Q＝1
2mv2－5fL.
【解析】.
(1) 小车达最大速度v后，小车做匀速直线运动，牵引力大小等于摩擦力F＝f
小车功率与牵引力的关系P＝Fv
解得P＝fv
(3) 根据能量守恒1
2mv2＝Q＋f·5L
解得Q＝1
2mv2－5fL
9．如图所示，用水平绝缘传送带输送一正方形单匝闭合铜线框，在输送中让线框随传送带通过一固定的匀强磁场区域，铜线框在进入磁场前与传送带的速度相同，穿过磁场的过程中将相对于传送带滑动。

已知传送带以恒定速度v0运动，当线框的右边框刚刚到达边界PQ时速度又恰好等于v0。

若磁场边界MN、PQ与传送带运动方向垂直，MN 与PQ的距离为d，磁场的磁感应强度为B，铜线框质量为m，电阻均为R，边长为L(L<d)，铜线框与传送带间的动摩擦因数为μ，且在传送带上始终保持前后边框平行于磁场边界MN，试求：
(1)线框的右边框刚进入磁场时所受安培力的大小；
(2)线框在进入磁场的过程中运动加速度的最大值以及速度的最小值；
(3)从线框右边框刚进入磁场到穿出磁场后又相对传送带静止的过程中，传送带对闭合铜线框做的功。

【答案】(1)B 2L 2v 0R
(2)B 2L 2v 0mR －μg v 2
0－2μg （d －L ） (3)2μmgd
(2)线框以速度v 0进入磁场，在进入磁场的过程中，受安培力和摩擦力的共同作用做变减速运动；进入磁场后，在摩擦力作用下做匀加速运动，当其右边框刚刚到达PQ 时速度又恰好等于v 0。

因此，线框在刚进入磁场时，所受安培力最大，加速度最大，设为a m ；线框全部进入磁场的瞬间速度最小，设此时线框的速度为v 。

线框刚进入磁场时，根据牛顿第二定律有F －μmg ＝ma m ，
解得a m ＝B 2L 2v 0mR －μg ，
在线框刚刚完全进入磁场又匀加速运动到达边界PQ 的过程中，根据
动能定理有μmg (d －L )＝12mv 20－12mv 2，
解得最小速度v min ＝v 20－2μg （d －L ）
11．如图所示，两根足够长的光滑直金属导轨MN 、PQ 平行固定在倾角θ＝37°的绝缘斜面上，两导轨间距L ＝1 m ，导轨的电阻可忽略．M 、P 两点间接有阻值为R 的电阻．一根质量m ＝1 kg 、电阻r ＝0.2 Ω的均匀直金属杆ab 放在两导轨上，与导轨垂直且接触良
好．整套装置处于磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨向下．自图示位置起，杆ab受到大小为F＝0.5v＋2(式中v为杆ab运动的速度，力F的单位为N)、方向沿导轨向下的拉力作用，由静止开始运动，测得通过电阻R的电流随时间均匀增大．g取10 m/s2，sin 37°＝0.6.
(1)试判断金属杆ab在匀强磁场中做何种运动，并写出推理过程；
(2)求电阻R的阻值；
(3)求金属杆ab由静止开始下滑通过位移x＝1 m所需的时间t
【答案】
(1) 匀加速直线运动；I＝
E
R＋r＝
BLv
R＋r，由于通过R的电流I随时间均
匀增大，故金属杆的速度v随时间均匀增大，即金属杆的加速度为恒量，所以金属杆做匀加速直线运动．
(2) R＝0.3 Ω；
(3) t＝0.5 s.
【解析】
(1)通过电阻R的电流I＝
E
R＋r＝
BLv
R＋r，
由于通过R的电流I随时间均匀增大，故金属杆的速度v随时间均匀增大，即金属杆的加速度为恒量，所以金属杆做匀加速直线运动．
因为a 与v 无关，所以a ＝2＋mg sin θm
＝8 m/s 2 由0.5－B 2L 2
R ＋r ＝0得R ＝0.3 Ω
(3)由x ＝12at 2得，所需时间t ＝ 2x a ＝0.5 s.。