专题09 电磁感应及综合应用（讲学案）-2022年高考物理二轮复习精品资料（原卷版）

1、PAGE24【2022考纲解读】电磁感应是电磁学中最为重要的内容，也是高考命题频率最高的内容之一。题型多为选择题、计算题。主要考查电磁感应、楞次定律、法拉第电磁感应定律、自感等知识。本部分知识多结合电学、力学部分出压轴题，其命题形式主要是电磁感应与电路规律的综合应用、电磁感应与力学规律的综合应用、电磁感应与能量守恒的综合应用。复习中要熟练掌握感应电流的产生条件、感应电流方向的判断、感应电动势的计算，还要掌握本部分内容与力学、能量的综合问题的分析求解方法。预测2022年的高考基础试题重点考查法拉第电磁感应定律及楞次定律和电路等效问题综合试题还是涉及到力和运动、动量守恒、能量守恒、电路分析、安培力

2、等力学和电学知识主要的类型有滑轨类问题、线圈穿越有界磁场的问题、电磁感应图象的问题等此除日光灯原理、磁悬浮原理、电磁阻尼、超导技术这些在实际中有广泛的应用问题也要引起重视。【重点知识梳理】一、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律的内容是感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比在具体问题的分析中，针对不同形式的电磁感应过程，法拉第电磁感应定律也相应有不同的表达式或计算式磁通量变化的形式表达式备注通过n匝线圈内的磁通量发生变化Eneqf,t1当S不变时，EnSeqfB,t2当B不变时，EnBeqfS,t导体垂直切割磁感线运动EBLv当vB时，E0导体绕过一端且垂直于磁场方向的转轴匀速转动E

3、eqf1,2BL2线圈绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动EnBSsint当线圈平行于磁感线时，E最大为EnBS，当线圈平行于中性面时，E0二、楞次定律与左手定则、右手定则1左手定则与右手定则的区别：判断感应电流用右手定则，判断受力用左手定则2应用楞次定律的关键是区分两个磁场：引起感应电流的磁场和感应电流产生的磁场感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化，“阻碍”的结果是延缓了磁通量的变化，同时伴随着能量的转化3楞次定律中“阻碍”的表现形式：阻碍磁通量的变化增反减同，阻碍相对运动来拒去留，阻碍线圈面积变化增缩减扩，阻碍本身电流的变化自感现象三、电磁感应与电路的综合电磁感应与电路的综

4、合是高考的一个热点内容，两者的核心内容与联系主线如图4121所示：1产生电磁感应现象的电路通常是一个闭合电路，产生电动势的那一部分电路相当于电源，产生的感应电动势就是电源的电动势，在“电源”内部电流的流向是从“电源”的负极流向正极，该部分电路两端的电压即路端电压，UeqfR,RrE2在电磁感应现象中，电路产生的电功率等于内外电路消耗的功率之和若为纯电阻电路，则产生的电能将全部转化为内能；若为非纯电阻电路，则产生的电能除了一部分转化为内能，还有一部分能量转化为其他能，但整个过程能量守恒能量转化与守恒往往是电磁感应与电路问题的命题主线，抓住这条主线也就是抓住了解题的关键在闭合电路的部分导体切割磁感

5、线产生感应电流的问题中，机械能转化为电能，导体棒克服安培力做的功等于电路中产生的电能说明：求解部分导体切割磁感线产生的感应电动势时，要区别平均电动势和瞬时电动势，切割磁感线的等效长度等于导线两端点的连线在运动方向上的投影【高频考点突破】考点一电磁感应中的图象问题电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量、感应电动势E、感应电流I、安培力F安或外力F外随时间t变化的图象,即Bt图、t图、Et图、It图、Ft图对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及感应电动势E和感应电流I随位移s变化的图象,即Es图、Is图等图象问题大体上可分为两类：1由给定的电磁感应过程选出或画出正确图象,此类问题要注

6、意以下几点：1定性或定量地表示出所研究问题的函数关系;2在图象中E、I、B等物理量的方向通过正负值来反映;3画图象时要注意横、纵坐标的单位长度定义或表达2由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量不管是何种类型,电磁感应中的图象问题常需利用右手定则、左手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律进行分析解决例1如图所示,一有界区域内,存在着磁感应强度大小均为B,方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场,轴正方向匀加速通过磁场区域,若以逆时针方向为电流的正方向,能反映线框中感应电流变化规律的是【变式探究】如图所示,水平面内有一平行金属导轨,导轨光滑且电阻不计,的导体棒垂直于导轨静止放

7、置,且与导轨接触良好t0时,将开关S由1掷到、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度下列图象正确的是考点二电磁感应中的动力学问题1动力学问题的研究对象2解决电磁感应中动力学问题的具体思路电源电路受力情况功、能问题具体步骤为：1明确哪一部分电路产生感应电动势，则这部分电路就是等效电源；2正确分析电路的结构，画出等效电路图；3分析所研究的导体受力情况；4列出动力学方程或平衡方程并求解例2、如图所示,两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为的绝缘斜面上,放在导轨上,以下区域内,使它沿导轨匀速向上运动,处时,撤去拉力,a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动,处时,棒、b棒

8、和定值电阻的阻值均为R,b棒的质量为m,重力加速度为g,导轨电阻不计求:1a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中,a棒中的电流强度Ia与定值电阻R中的电流强度IR之比;2a棒质量ma；3a棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力F【变式探究】如图所示,两足够长的光滑金属导轨竖直放置,相距为L,一理想电流表与两导轨相连,、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放导体棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐减小,最终稳定为I整个运动过程中,导体棒与导轨接触良好,且始终保持水平,不计导轨的电阻求:1磁感应强度B的大小；2电流稳定后，导体棒运动速度v的大小；3流经电流表电流的最大值Im考点三电磁感应中的电路、

9、能量转化问题1电路问题1将切割磁感线导体或磁通量发生变化的回路作为电源，确定感应电动势和内阻2画出等效电路3运用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点，电功率公式，焦耳定律公式等求解2能量转化问题1安培力的功是电能和其他形式的能之间相互转化的“桥梁”，用框图表示如下：2明确功能关系,确定有哪些形式的能量发生了转化如有摩擦力做功,必有内能产生;有重力做功,重力势能必然发生变化;安培力做负功,必然有其他形式的能转化为电能3根据不同物理情景选择动能定理,能量守恒定律,功能关系,列方程求解问题例3、如图所示,宽度L的光滑金属框架MN处以v02m/s的初速度,沿轴负方向做a2m/s2的匀减速直线运动,运动中

10、金属棒仅受安培力作用求:1金属棒ab运动，框架产生的焦耳热Q；2框架中aN的金属棒与轨道垂直且接触良好,从轨道上端ab处由静止开始下滑至底端,在此过程中金属棒产生的焦耳热Q1取g10m/s2求:1金属棒在此过程中克服安培力的功W安；2金属棒下滑速度v2m/s时的加速度a；3为求金属棒下滑的最大速度vm,有同学解答如下:由动能定理,W重W安eqf1,2mveqoal2,m,由此所得结果是否正确若正确，说明理由并完成本小题；若不正确，给出正确的解答【经典考题精析】【2022上海24】1如图所示，一无限长通电直导线固定在光滑水平面上，金属环质量为0.02kg，在该平面上以、与导线成60角的初速度运动

11、，其最终的运动状态是_，环中最多能产生_J的电能。【2022浙江16】2如图所示为静电力演示仪，两金属极板分别固定于绝缘支架上，且正对平行放置。工作时两板分别接高压直流电源的正负极，表面镀铝的乒乓球用绝缘细线悬挂在金属极板中间，则A乒乓球的左侧感应出负电荷B乒乓球受到扰动后，会被吸在左极板上C乒乓球共受到电场力，重力和库仑力三个力的作用D用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触，放开后乒乓球会在两极板间来回碰撞【2022海南2】3如图所示，空间有一匀强磁场，一直金属棒与磁感应强度方向垂直，当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时，棒两端的感应电动势大小，将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折弯，

12、置于磁感应强度相垂直的平面内，当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时，棒两端的感应电动势大小为，则等于A1/2BC1D【2022上海20】5如图，光滑平行金属导轨固定在水平面上，左端由导线相连，导体棒垂直静置于导轨上构成回路。在外力F作用下，回路上方的条形磁铁竖直向上做匀速运动。在匀速运动过程中外力F做功，磁场力对导体棒做功，磁铁克服磁场力做功，重力对磁铁做功，回路中产生的焦耳热为Q，导体棒获得的动能为。则ABCD【2022重庆4】6题4图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图，线圈匝数为，面积为若在到时间内，匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈，其磁感应强度大小由均匀增加到，则该段时间线圈

13、两端a和b之间的电势差A恒为B从0均匀变化到C恒为D从0均匀变化到【2022全国新课标15】7如图，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc。已知bc边的长度为l。下列判断正确的是AUaUc，金属框中无电流BUbUc，金属框中电流方向沿a-b-c-aCUbc=-1/2Bl，金属框中无电流DUbc=1/2Blw，金属框中电流方向沿a-c-b-a【2022全国新课标19】81824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬

14、挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示。实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法正确的是A圆盘上产生了感应电动势B圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动【2022福建18】9如图，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中。一接入电路电阻为R的导体棒的正方形，其有效电阻为此时在整个空间加方向与水平面成30角且与金属杆垂直的匀强磁场，磁感应强度随

15、时间变化规律是BT，图示磁场方向为正方向框、挡板和杆不计形变则At1s时，金属杆中感应电流方向从C到DBt3s时，金属杆中感应电流方向从D到CCt1s时，金属杆对挡板且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面，BA的延长线通过圆导轨中心O，装置的俯视图如图所示整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向竖直向下在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻图中未画出直导体棒在水平外力作用下以角速度绕O逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为，导体棒和导轨的电阻均可忽略重力加速度大小g求1通过电阻R的感应电流的方向和大小：2外力的功率1

16、2【2022安徽卷】16分如图1所示，匀强磁场的磁感应强度B为，其方向垂直于倾角为30的斜面向上绝缘斜面上固定有“A”形状的光滑金属导轨的M以MN中点O为原点、，长度d为3m，质量m为1g、电阻R为，在拉力F的作用下，从MN处以恒定速度v1m/s在导轨上沿轴正向运动金属杆与导轨接触良好g取10m/s2图1图21求金属杆CD运动过程中产生的感应电动势E及运动到处电势差UCD；2推导金属杆CD从MN处运动到、长度L，感应电流I，假设一个原子贡献一个自由电子，计算导线MN中电子沿导线长度方向定向移动的平均速率ve下表中列出一些你可能会用到的数据；阿伏伽德罗常数NA1023mol1元电荷e1019C导

17、线MN的摩尔质量102g/mol3经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动的自由电子和金属离子即金属原子失去电子后的剩余部分的碰撞展开你想象的翅膀，给出一个合理的自由电子的运动模型；在此基础上，求出导线MN中金属离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用力f的表达式14【2022江苏卷】如图所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为L，长为3d，导轨平面与水平面的夹角为，在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直质量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦

18、，接在两导轨间的电阻为R，其他部分的电阻均不计，重力加速度为g求：1导体棒与涂层间的动摩擦因数；2导体棒匀速运动的速度大小v；3整个运动过程中，电阻产生的焦耳热Q15【2022天津卷】如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角30的斜面上，导轨电阻不计，间距L导轨所在空间被分成区域和，两区域的边界与斜面的交线为MN，中的匀强磁场方向垂直斜面向下，中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁场感应度大小均为B在区域中，将质量m1，电阻R1的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑然后，在区域中将质量m2，电阻R2的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑cd在滑动过程中始终处于区域的磁场中，ab、cd

19、始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g10m/s2，问1cd下滑的过程中，ab中的电流方向；2ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大；3从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离，此过程中ab上产生的热量Q是多少16【2022浙江卷】某同学设计一个发电测速装置，工作原理如图所示一个半径为R的圆形金属导轨固定在竖直平面上，一根长为R的金属棒OA，A端与导轨接触良好，O端固定在圆心处的转轴上转轴的左端有一个半径为reqfR,3的圆盘，圆盘和金属棒能随转轴一起转动圆盘上绕有不可伸长的细线，下端挂着一个质量为m的铝块在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场，磁感应强度Ba点与

20、导轨相连，b点通过电刷与O端相连测量a、b两点间的电势差U可算得铝块速度铝块由静止释放，下落h时，测得U细线与圆盘间没有滑动，金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计，重力加速度g取10m/s2第16题图1测U时，与a点相接的是电压表的“正极”还是“负极”2求此时铝块的速度大小；3求此下落过程中铝块机械能的损失17（2022上海）（14分）如图，水平面内有一光滑金属导轨，其MN、1m=2kg,电阻不计的足够长直导体棒搁在导轨上，并与M4m/s，求棒在GH处所受的安培力大小FA。（2）若初速度v2=s，求棒向左移动距离2m到达EF所需时间t。（3）在棒由GH处向左移动2m到达EF处的过程中，外力做功

21、W=7J,求初速度v3。（2022新课标卷）17如图在水平面纸面内有三根相同的均匀金属棒ab、ac和MN，其中ab、ac在a点接触，构成“V”字型导轨。空间存在垂直于纸面的均匀磁场。用力使MN向右匀速运动，从图示位置开始计时，运动中MN始终与bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触。下列关于回路中电流i与时间t的关系图线可能正确的是（2022新课标II卷）16如图，在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框；在导线框右侧有一宽度为d（dL）的条形匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的一边平行，磁场方向竖直向下。导线框以某一初速度向右运动，t=0时导线框的的右边恰与磁场的左边界重合，随后导线

22、框进入并通过磁场区域。下列v-t图像中，可能正确描述上述过程的是（2022天津卷）3、如图所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd，ab边长大于bc边长，置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN。第一次ab边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为，通过线框导体横截面积的电量为；第二次bc边平行于MN进入磁场，线框上产生的热量为，通过线框导体横截面的电荷量为，则（）（2022大纲卷）17纸面内两个半径均为R的圆相切于O点，两圆形区域内分别存在垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度大小相等、方向相反，且不随时间变化。一长为2R的导体杆OA绕过O

23、点且垂直于纸面的轴顺时针匀速旋转，角速度为，t0时，OA恰好位于两圆的公切线上，如图所示。若选取从O指向A的电动势为正，下列描述导体杆中感应电动势随时间变化的图像可能正确的是（）OAOAtEAtEOBtEOCtEOD（2022四川卷）7如图所示，边长为L、不可形变的正方形导线框内有半径为r的圆形磁场区域，其磁感应强度B随时间t的变化关系为B=t常量0。回路中滑动变阻器R的最大阻值为R。，滑动片左右IcbccacIcIcBO0.2m，0处磁场的磁感应强度B0。一根质量m、电阻r的金属棒置于导轨上，并与导轨垂直。棒在外力作用下从0处以初速度v02m/s沿导轨向右运动，运动过程中电阻上消耗的功率不变。求：左右IcbccacIcIcBO2金属棒在2m处的速度；3金属棒从0运动到2m过程中安培力做功的大小；4金属棒从0运动到2m过程中外力的平均功率。（2022天津卷）12、（20分）超导体现象是20世纪人类重大发现之一，目前我国已研制出世界传输电流最大的高温超导电缆并成功示范运行。（1）超导体在温度特别低时电阻可以降到几乎为零，这种性质可以通过实验研究。将一个闭合超导金属圆环水平放置在匀强磁场中，磁感线垂直于圆环平面向上，逐渐降低温度使环发