高考物理必备专题18之13 电磁感应的联系实际的新情景问题（原卷版）

专题13电磁感应的最新“联系实际的新情景问题”电磁感应是电磁学的重点，是高中物理中难度较大、综合性最强的部分，也是高考必考内容之一．高考命题有两个突出特点：一方面是考基础，如感应电流产生的条件、方向的判定、感应电动势的计算等等，一般以联系实际问题为情景以选项题的形式出现；另一方面考综合，电磁感应往往涉及力学知识（如牛顿运动定律、功、动能定理、能量守恒定律等）、电学知识（如电磁感应定律、楞次定律、直流电路知识、磁场知识等）等多个知识点的综合问题多为计算题形式出现，分值高，难度大，突出考查考生理解能力、分析综合能力，尤其从实际问题中抽象概括构建物理模型的创新能力。1.（2022·广东高州市二模）（生活类）疫情期间，为确保社区居家隔离观察人员管控技防措施有效发挥作用，工作人员启用了如图所示的门磁系统，强磁棒固定在门框上，线圈和发射系统固定在房门上，当房门关闭时穿过线圈的磁通量最大，当线圈中出现一定强度的电压、电流信号时，自动触发后面的信号发射系统，远程向后台发出报警信号，下列说法中正确是（）A．门磁系统的工作原理是利用了电流的磁效应B．当房门缓慢打开时门线圈中电压、电流较小C．房门不动时，线圈中会产生恒定的电流D．将强磁棒与线圈和发射系统交换位置后不能起到报警的作用2.（2022·吉林市高中毕业班第二次模拟）汽车自动控制刹车系统（ABS）的原理如图所示．铁质齿轮P与车轮同步转动，右端有一个绕有线圈的磁体（极性如图），M是一个电流检测器．当车轮带动齿轮P转动时，靠近线圈的铁齿被磁化，使通过线圈的磁通量增大，铁齿离开线圈时又使磁通量减小，从而能使线圈中产生感应电流，感应电流经电子装置放大后即能实现自动控制刹车．齿轮从图示位置开始转到下一个铁齿正对线圈的过程中，通过M的感应电流的方向是（）A.总是从左向右B.总是从右向左C.先从右向左，然后从左向右D.先从左向右，然后从右向左3.（2022·浙江省湖州、衢州、丽水三地市一模）（科技类）（多选）中国科学院科普云平台的格致论道栏目中，罗会仟老师演示了用超导线圈悬浮一个强磁铁的实验，如图所示，此时强磁铁N极朝上。当快速将磁铁从图示位置向下拔出，则（）A．俯视超导线圈，其电流的方向为顺时针B．俯视超导线圈，其电流的方向为逆时针C．将磁铁S极朝上再从下方靠近超导线圈，线圈受引力D．将磁铁S极朝上再从下方靠近超导线圈，线圈受斥力4.（2022·.广东汕头市三模）.图甲为某款“自发电”无线门铃按钮，其“发电”原理如图乙所示，按下门铃按钮过程磁铁靠近螺线管，松开门铃按钮磁铁远离螺线管回归原位置。下列说法正确的是（）A.按下按钮过程，螺线管端电势较高B.松开按钮过程，螺线管端电势较高C.按住按钮不动，螺线管没有产生感应电动势D.按下和松开按钮过程，螺线管产生大小相同的感应电动势5.（2022·湖北武汉二中模拟）（生活类）如图甲为手机及无线充电板。图乙为充电原理示意图。交流电源接充电板，对充电板供电，充电板内的送电线圈可产生交变磁场，从而使手机内的受电线圈产生交变电流，再经整流电路转变成直流电后对手机电池充电。为方便研究，现将问题做如下简化：设受电线圈的匝数为n，面积为S，若在到时间内，磁场垂直于受电线圈平面向上穿过线圈，其磁感应强度由均匀增加到。下列说法正确的是（）A．c点的电势高于d点的电势B．受电线圈中感应电流方向由d到cC．c、d之间的电势差为D．若想增大c、d之间的电势差，可以仅增加送电线圈中的电流的变化率6.（2022·江苏常州二模）（生活类）（多选）如图为带灯的自行车后轮的示意图金属轮框与轮轴之间均匀地连接四根金属条，每根金属条中间都串接一个阻值为小灯泡，车轮半径为0.3m，轮轴半径可以忽略。车架上固定一个强磁铁，可形成圆心角为扇形匀强磁场区域，磁感应强度大小为，方向垂直纸面（车轮平面）向里。若自行车后轮逆时针转动的角速度恒为，不计其它电阻，则（）A．通过每个小灯泡的电流始终相等B．当金属条在磁场中运动时，金属条中的电流从指向C．当金属条在磁场中运动时，电路的总电阻为D．当金属条在磁场中运动时，所受安培力大小为7.（2022·江苏省扬州市质检）我国新一代航母阻拦系统的研制引入了电磁阻拦技术，其基本原理如图所示，飞机着舰时关闭动力系统，通过绝缘阻拦索钩住轨道上的一根金属棒，飞机与金属棒瞬间获得共同速度v0=180km/h，在磁场中共同减速滑行至停下，已知歼-15舰载机质量M=2.71kg，金属棒质量m=31kg、电阻R=10欧姆，导轨间距L=50m，匀强磁场磁感应强度B=5T，导轨电阻不计，除安培力外飞机克服其它阻力做的功为1.51J，则下列说法中正确的是（）A．金属棒中感应电流方向a到bB．飞机着舰瞬间金属棒中感应电流大小为C．金属棒中产生的焦耳热D．金属棒克服安培力做功为W=1.51J8.（2022·广东省深圳市一模）（多选）磁悬浮列车是高速低耗交通工具，如图（a）所示，它的驱动系统简化为如图（b）所示的物理模型。固定在列车底部的正方形金属线框的边长为L。匝数为N。总电阻为R；水平面内平行长直导轨间存在磁感应强度均为B、方向交互相反、边长均为L的正方形组合匀强磁场。当磁场以速度v匀速向右移动时，可驱动停在轨道上的列车，则（）A.图示时刻线框中感应电流沿逆时针方向B.列车运动的方向与磁场移动的方向相同C.列车速度为v'时线框中的感应电动势大小为D.列车速度为v'时线框受到的安培力大小为9.（2022·广东省广州市培正中学模拟）（生活类）（多选）一跑步机的原理图如图所示，该跑步机水平底面固定有间距L＝0.8m的平行金属电极，电极间充满磁感应强度大小B＝0.5T、方向竖直向下的匀强磁场，且接有理想电压表和阻值为的定值电阻R，匀速运动的绝缘橡胶带上镀有电阻均为的平行细金属条，金属条间距等于电极长度d且与电极接触良好。某人匀速跑步时，电压表的示数为0.8V。下列说法正确的是（）A.通过电阻R的电流为0.08AB.细金属条的速度大小为2.5m/sC.人克服细金属条所受安培力做功的功率为0.2WD.每2s内通过电阻R的电荷量为0.2C10.（2022湖南长沙明德中学模拟）图甲为手机及无线充电板，图乙为充电原理示意图。充电板接交流电源，对充电板供电，充电板内的送电线圈可产生交变磁场，从而使手机内的受电线圈产生交变电流，再经整流电路转变成直流电后对手机电池充电。为方便研究，现将问题做如下简化：设受电线圈的匝数为n，面积为S，磁场视为匀强磁场。若在t1到t2时间内，磁场垂直于受电线圈平面向上穿过线圈，其磁感应强度由B1增加到B2，则这段时间内，线圈中产生的平均感应电动势的大小和感应电流方向（俯视）为（）A.顺时针 B.逆时针C.逆时针 D.顺时针11.（改编）如图甲所示为某探究小组设计的玩具小车电磁驱动系统的示意图，ABCD是固定在小车下方的单面矩形金属线框，其阻值为r、长度为d、宽度为L，用两条不计电阻的导线与智能输出系统（可输出大小和方向变化的电流）组成回路。如图乙所示，小车沿水平直轨道运动，轨道上依次间隔分布着方向垂直纸面向里的磁场，其磁感应强度大小为B、宽度为L、长度及磁场间的距离均为d。小车与附件整体质量为m、运动过程中受到的摩擦阻力大小恒为f。则（）玩具小车进入水平直轨道时刻线框中感应电流沿顺时针方向B.让小车以恒定加速度a运动，智能输出系统输出的电流大小为；C.智能输出系统提供的功率为P，小车的最大运行速度大小为D.若小车速度达到时，智能输出系统立即切换电路后停止工作，此时相当于E、F直接用电阻不计的导线连接，经时间t后小车的速度减为0，t时间内通过ABCD金属框的电量为12.（2022北京海淀二模）加速性能、电能利用率、动能回收等是电动汽车电机的重要指标。如图所示，甲、乙分别是目前被广泛采用的两种电机的简化原理示意图，它们的相同点是利用作为定子的电磁铁（二组线圈，图中1和4；2和5；3和6所示）交替产生磁场，实现了电磁铁激发的磁场在平面内沿顺时针方向转动的效果，以驱动转子运动；不同的是甲图所示电机的转子是一个永磁铁，而乙图所示电机的转子是绕在软铁上的闭合线圈。通过电磁驱动转子转动，可以为电动汽车提供动力。假定两种电机的每组电磁铁中电流变化周期和有效值均相同，下列说法正确的是（）A.电机稳定工作时，乙电机转子的转速与电磁铁激发磁场的转速相同B.电机稳定工作时，乙电机产生的焦耳热相对较少C.电机稳定工作时，乙电机转子的转速越接近电磁铁激发磁场的转速，其所受安培力就越大D.刹车（停止供电）时，甲电机转子由于惯性旋转，可以通过反向发电从而回收动能13.（2022山东济南重点高中高二质检）如图甲所示，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v0刷卡时，在线圈中产生感应电动势，其E—t关系如图乙所示。如果只将刷卡速度改为2v0，线圈中E—t的关系可能是（）A. B. C. D.14.（2022湖北新高考协作体高三质检）关于课本中下列图片的解释错误的是（）A.真空冶炼炉利用涡流通过金属产生的热量使金属融化B.使用电磁炉加热食物时使用陶瓷锅也可以C.用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的涡流D.用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷的探雷器是利用涡流工作的15．（2022·广东揭阳市·高三月考）如图是公路上安装的一种测速“电子眼”。在“电子眼”前方路面下间隔一段距离埋设两个通电线圈，当车辆通过线圈上方的道路时，会引起线圈中电流的变化，系统根据两次电流变化的时间及线圈之间的距离，对超速车辆进行抓拍。下列判断正确的是（）A．汽车经过线圈会产生感应电流B．线圈中的电流是由于汽车通过线圈时发生电磁感应引起的C．“电子眼”测量的是汽车经过第二个线圈的瞬时速率D．如果某个线圈出现故障，没有电流，“电子眼”还可以正常工作16.(2022北京朝阳模拟)现在科学技术研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图甲所示，上、下为两个电磁铁，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室内做圆周运动。电磁铁线圈电流的大方向可以变化，在两极间产生一个变化的磁场，这个变化的磁场又在真空室内激发感生电场，其电场线是在同一平面内的一系列同心圆，产生的感生电场使电子加速。图甲中上部分为侧视图、下部分为俯视图。如果从上往下看，电子沿逆时针方向运动。已知电子质量为m、电荷量为e，初速度为零，电子圆形轨道的半径为R．穿过电子圆形轨道面积的磁通量Φ随时间t的变化关系如图乙所示，在t0时刻后，电子轨道处的磁感应强度为B0，电子加速过程中忽略相对论效应。（1）求在t0时刻后，电子运动的速度大小；（2）求电子在整个加速过程中运动的圈数；（3）为了约束加速电子在同一轨道上做圆周运动，电子感应加速器还需要加上“轨道约束”磁场，其原理如图丙所示。两个同心圆，内圆半径为R，内圆内有均匀的“加速磁场”B1，方向垂直纸面向外。另外在两圆面之间有垂直纸面向外的“轨道约束”磁场B2，B1之值恰好使电子在二圆之间贴近内圆面B2在磁场中做逆时针的圆周运动（圆心为0，半径为R）。现使B1随时间均匀变化，变化率＝k（常数）为了使电子保持在同一半径R上做圆周运动，求磁场B2的变化率。17．（2022·江苏苏州市·高三开学考试）列车进站时的电磁制动可借助如图所示模型来理解，在站台轨道下方埋一励磁线圈，通电后形成竖直向上的匀强磁场，磁感应强度的大小为。在车身下方固定一由粗细均匀导线制成的矩形线框，利用线框进入磁场时所受的安培力进行制动，已知列车的总质量为，车身长为，线框的短边和分别安装在车头和车尾，长度为（小于匀强磁场的宽度），站台轨道上匀强磁场区域大于车长，车头进入磁场瞬间的速度为。(1)当列车速度减为初速度的一半时，求两端的电压；(2)实际列车制动过程中，还会受铁轨及空气阻力设其合力大小恒为，车尾进入磁场瞬间，列车恰好停止，求列车从车头进入磁场到停止，线框中产生的焦耳热。18（2022湖南永州三模）如图（甲），超级高铁（Hyperloop）是一种以“真空管道运输”为理论核心设计的交通工具。如图（乙），己知管道中固定着两根平行金属导轨、，两导轨间距为；材料不同的运输车一、二的质量都为，横截面都是半径为的圆。运输车一、二上都固定着有间距为、与导轨垂直的两根相同导体棒1和2，每根导体棒的电阻都为，每段长度为的导轨的电阻也都为。其他电阻忽略不计，重力加速度为。（1）在水平导轨上进行实验，此时不考虑摩擦及空气阻力。当运输车一进站时，管道内依次分布磁感应强度大小为，宽度为的匀强磁场，且相邻的匀强磁场的方向相反。求运输车一以速度从如图（丙）位置通过距离时的速度；（2）如图（丁），当管道中的导轨平面与水平面成时，运输车一恰好能无动力地匀速下滑。求运输车一与导轨间的动摩擦因数；（3）如图（丁），当管道中的导轨平面与水平面成时，此时导体棒1、2均处于磁感应强度为（以指向为轴正方向，，，为坐标原点），垂直导轨平面向上的磁场中，运输车二恰好能以速度无动力匀速下滑。求运输车二与导轨间的动摩擦因数。（、都是已知量）19．（14分）（2022山东烟台重点高中期末）随着航空领域的发展，实现火箭回收利用，成为了各国都在重点突破的技术。其中有一技术难题是回收时如何减缓对地的碰撞，为此设计师在返回火箭的底盘安装了电磁缓冲装置。该装置的主要部件有两部分：①缓冲滑块，由高强绝缘材料制成，其内部边缘绕有闭合单匝矩形线圈abcd；②火箭主体，包括绝缘光滑缓冲轨道MN、PQ和超导线圈(图中未画出)，超导线圈能产生方向垂直于整个缓冲轨道平面的匀强磁场。当缓冲滑块接触地面时，滑块立即停止运动，此后线圈与火箭主体中的磁场相互作用，火箭主体一直做减速运动直至达到软着陆