2023新教材高考物理二轮专题复习专题十三电磁感应规律的应用课件

专题十三

电磁感应规律的应用高频考点·能力突破素养培优·情境命题命

题

热

点常

考

题

型(1)楞次定律与法拉第电磁感应定律的应用；(2)电磁感应中的图像问题；(3)电磁感应中的动力学与能量问题；(4)动量观点在电磁感应中的应用；(5)电磁感应规律在生活、生产、科技中的应用．选择题计算题高频考点·能力突破

答案：C

例2[2022·全国乙卷]如图，一不可伸长的细绳的上端固定，下端系在边长为l＝0.40m的正方形金属框的一个顶点上．金属框的一条对角线水平，其下方有方向垂直于金属框所在平面的匀强磁场．已知构成金属框的导线单位长度的阻值为λ＝5.0×10－3Ω/m；在t＝0到t＝3.0s时间内，磁感应强度大小随时间t的变化关系为B(t)＝0.3－0.1t(SI)．求(1)t＝2.0s时金属框所受安培力的大小；(2)在t＝0到t＝2.0s时间内金属框产生的焦耳热．

预测1

[2022·北京石景山一模]安培曾做过如图所示的实验：把绝缘导线绕制成线圈，在线圈内部悬挂一个用薄铜片做成的圆环，圆环所在平面与线圈轴线垂直，取一条形磁铁置于铜环的右侧，条形磁铁的右端为N极．闭合开关，电路稳定后，发现铜环静止不动，安培由此错失发现电磁感应现象的机会．实际上，在电路闭合的瞬间(

)A．从右侧看，铜环中有逆时针的感应电流B．从右侧看，铜环中有顺时针的感应电流C．铜环仍保持不动D．铜环会远离磁铁答案：A解析：根据楞次定律，当接通开关瞬间时，导致穿过线圈的磁通量向左增大，则从右侧看，线圈的感应电流逆时针，故A正确，B错误；当线圈中有逆时针方向的电流时，可等效为右侧为N极的磁体，则当处于左侧是S极的条形磁铁的磁场中，铜环会靠近磁铁，故C、D错误．故选A.预测2

[2022·河北卷]将一根绝缘硬质细导线顺次绕成如图所示的线圈，其中大圆面积为S1，小圆面积均为S2，垂直线圈平面方向有一随时间t变化的磁场，磁感应强度大小B＝B0＋kt，B0和k均为常量，则线圈中总的感应电动势大小为(

)A．kS1 B．5kS2C．k(S1－5S2) D．k(S1＋5S2)答案：D

考点二电磁感应中的图像问题1．掌握两个技法，快速解答图像问题(1)排除法：根据选择题的特点，定性地分析电磁

最快捷感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化)，特别是物理量的正负，排除错误的选项．(2)函数法：根据题目所给条件定量地写出两处物

最有效理量之间的函数关系，然后由函数关系对图像作出分析和判断．2．三个关注例3[2022·河北卷](多选)如图，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，一根导轨位于x轴上，另一根由ab、bc、cd三段直导轨组成，其中bc段与x轴平行，导轨左端接入一电阻R.导轨上一金属棒MN沿x轴正向以速度v0保持匀速运动，t＝0时刻通过坐标原点O，金属棒始终与x轴垂直．设运动过程中通过电阻的电流强度为i，金属棒受到安培力的大小为F，金属棒克服安培力做功的功率为P，电阻两端的电压为U，导轨与金属棒接触良好，忽略导轨与金属棒的电阻．下列图像可能正确的是(

)答案：AC

预测3

[2022·福建押题卷]如图所示，两条相距L的平行虚线间存在一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里．现将一个上底为L、下底为3L、高为2L的等腰梯形闭合线圈，从图示位置以垂直于磁场边界的速度向右匀速穿过磁场，取逆时针方向为感应电流正方向，则该过程线圈中感应电流i随位移x变化的图像是(

)答案：A

预测4如图(a)所示，电阻R1、电阻R2和长直导线与波动高压电源相连．在长导线的中间有一线圈，其中心与长直导线的距离r＝0.1m，线圈的横截直径为0.02m，如图(b)所示．线圈的两端连接一个电阻R3＝90Ω与电容器C，线圈电阻为10Ω，匝数N＝2×103.接通高压电源后，在长直导线回路中产生电流I，大小如图(c)所示，线圈一开始产生的感应电流方向从A到B.在t＝2×10－3时，电容器所带的电荷量等于流过电阻R3的电荷量，且此时电容器恰好饱和．

考点三电磁感应中的动力学与能量问题电磁感应中的动力学和能量问题的分析思路：

重力加速度大小取g＝10m/s2，求：(1)ab边进入磁场前，线框在水平方向和竖直方向的加速度大小；(2)磁场的磁感应强度大小和线框进入磁场的整个过程中回路产生的焦耳热；(3)磁场区域的水平宽度．解析：(1)ab边进入磁场前，对线框进行受力分析，在水平方向有Fcosθ＝max代入数据有ax＝20m/s2在竖直方向有Fsinθ－mg＝may代入数据有ay＝10m/s2.(2)ab边进入磁场开始，ab边在竖直方向切割磁感线；ad边和bc边的上部分也开始进入磁场，且在水平方向切割磁感线．但ad和bc边的上部分产生的感应电动势相互抵消，则整个回路的等效电源为ab，根据右手定则可知回路的电流为adcba，则ab边进入磁场开始，ab边受到的安培力竖直向下，ad边的上部分受到的安培力水平向右，bc边的上部分受到的安培力水平向左，则ad边和bc边的上部分受到的安培力相互抵消，故线框abcd受到的安培力的合力为ab边受到的竖直向下的安培力．

预测5

[2022·历城二中测评]如图所示，ef、gh为两光滑的导轨，两导轨分别与平行金属板CC′、DD′相连，导轨和金属板的间距均为d，在导轨间有方向垂直于导轨所在平面、宽度相等的两个匀强磁场．一金属杆PQ与两导轨垂直，在外力作用下保持v0向右匀速运动，金属杆PQ进入磁场的同时，有一带电粒子以平行于金属板的速度v1沿着板的中心轴线飞入，当PQ离开两个磁场时，带电粒子恰好从轴线飞出电场．金属板长为L，粒子的电量为q，质量为m，金属杆PQ与导轨始终接触良好，不计电容器充、放电时间，忽略粒子重力，求：(1)每个磁场的宽度；(2)两个磁场的磁感应强度大小关系；(3)为保证带电粒子能飞出电场，第一个磁场的磁感应强度的最大值．

预测6如图所示，宽度为2L，磁感应强度大小为B的匀强磁场垂直于倾角为θ的绝缘光滑斜面，方向向上．一电阻不计、宽为L的U形光滑金属框静止放在斜面上，ab边距磁场上边界为2L；电阻为R、长为L的金属棒cd平行于ab边静止放到金属框上面，且与金属框导电良好．某时刻同时由静止释放U形框和棒cd，ab边进入磁场后恰好做匀速运动；ab边到达磁场下边界时，棒cd正好进入磁场，并匀速穿过磁场．运动过程中棒cd始终平行于ab边，不计其他电阻和摩擦阻力，斜面足够长，重力加速度取g，求：(1)U形金属框的质量m；(2)棒cd中产生的焦耳热；(3)棒cd在U形框上面运动的总时间．

2．与动量守恒定律的结合相互平行的水平轨道间的双棒做切割磁感线运动问题，由于这两根导体棒所受的安培力等大反向，合外力为零，若不受其他外力，两导体棒的总动量守恒，解决此类问题往往要应用动量守恒定律．例5[2022·浙江1月]如图所示，水平固定一半径r＝0.2m的金属圆环，长均为r、电阻均为R0的两金属棒沿直径放置，其中一端与圆环接触良好，另一端固定在过圆心的导电竖直转轴OO′上，并随轴以角速度ω＝600rad/s匀速转动，圆环内左半圆存在磁感应强度大小为B1的匀强磁场．圆环边缘、与转轴良好接触的电刷分别与间距l1的水平放置的平行金属轨道相连，轨道间接有电容C＝0.09F的电容器，通过单刀双掷开关S可分别与接线柱1、2相连．电容器左侧存在宽度也为l1、长度为l2、磁感应强度大小为B2的匀强磁场区域．在磁场区域内靠近左侧边缘处垂直轨道放置金属棒ab，磁场区域外有间距也为l1的绝缘轨道与金属轨道平滑连接，在绝缘轨道的水平段上放置“[”形金属框fcde.棒ab长度和“[”形框的宽度也均为l1、质量均为m＝0.01kg，de与cf长度均为l3＝0.08m，已知l1＝0.25m，l2＝0.068m，B1＝B2＝1T、方向均为竖直向上；棒ab和“[”形框的cd边的电阻均为R＝0.1Ω，除已给电阻外其他电阻不计，轨道均光滑，棒ab与轨道接触良好且运动过程中始终与轨道垂直．开始时开关S和接线柱1接通，待电容器充电完毕后，将S从1拨到2，电容器放电，棒ab被弹出磁场后与“[”形框粘在一起形成闭合框abcd，此时将S与2断开，已知框abcd在倾斜轨道上重心上升0.2m后返回进入磁场．

(1)求电容器充电完毕后所带的电荷量Q，哪个极板(M或N)带正电？(2)求电容器释放的电荷量ΔQ；(3)求框abcd进入磁场后，ab边与磁场区域左边界的最大距离x.

答案：AC

素养培优·情境命题电磁感应规律在生活、生产、科技中的应用随着现代科技的发展，生活中的很多应用都涉及电磁感应现象．例如生活应用中、现代传感器应用中、交通运输中．分析这些问题都要用到电磁感应的原理．情境1

(多选)安检门是一种用于安全检查的“门”，如图所示，“门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警．以下关于这个安检门的说法正确的是(

)A．这个安检门也能检查出毒品携带者B．这个安检门只能检查出金属物品携带者C．如果这个“门框”内的线圈中通上恒定电流，也能检查出金属物品携带者D．这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应答案：BD解析：这个安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出金属物品携带者，A错误，B正确；若“门框”内的线圈中通上恒定电流，只能产生恒定磁场，它不能使金属物品内产生涡流，因而不能检查出金属物品携带者，C错误；安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应，D正确．情境2零刻度在表盘正中间的电流计非常灵敏，通入电流后，线圈所受安培力和螺旋弹簧的弹力达到平衡时，指针将在示数附近摆动，很难停下，使读数变得困难．在指针转轴下方装上扇形铝框或扇形铝板，并在合适区域加上磁场，可以解决此问题．下列方案合理的是(

)答案：D解析：A、C方案中，当指针向左偏转时，铝框或铝板向右偏转，可能会离开磁场，处于磁场区域外，产生不了感应电流，故起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，A、C方案不合理，选项A、C错误；B方案中磁场在铝框中间，当指针偏转角度较小时，铝框不能切割磁感线(穿过铝框的磁通量不变)，不会产生感应电流，故起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，B方案不合理，选项B错误；D方案中磁场分布在铝板中间区域，无论指针在偏转范围内的偏转角度如何，都会在铝板中产生感应电流，起到电磁阻尼的作用，指针会很快停下，以便于读数，D方案合理，选项D正确．情境3

(多选)如图是公路上安装的一种测速“电子眼”的原理示意图，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．车辆经过线圈时有感应电流产生B．“电子眼”测量的是车辆经过第二个线圈时的瞬时速率C．线圈中电流的变化是车辆经过线圈时发生电磁感应引起的