第13讲.电磁感应（原卷版）-2024高考二轮复习

2024高考二轮复习二十五讲第13讲、电磁感应第一部分织网点睛，纲举目张1．楞次定律中“阻碍”的四种表现形式(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”。(2)阻碍相对运动——“来拒去留”。(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”。(4)阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”。2．“三定则、肯定律”的应用安培定则推断运动电荷、电流产生的磁场方向左手定则推断磁场对运动电荷、电流的作用力的方向右手定则推断部分导体切割磁感线产生的感应电流的方向楞次定律推断闭合电路磁通量发生变化产生的感应电流的方向3．推断感应电流方向的两种方法(1)利用右手定则推断(适用切割磁感线的运动)。(2)利用楞次定律推断(适用回路磁通量变化状况)。二、法拉第电磁感应定律1．求解感应电动势常用的四种方法表达式E＝neq\f(ΔΦ,Δt)E＝BLvsinθE＝eq\f(1,2)BL2ωE＝NBSω·sin(ωt＋φ0)情景图争辩对象回路(不肯定闭合)一段直导线(或等效成直导线)绕一端转动的一段导体棒绕与B垂直的轴转动的导线框意义一般求平均感应电动势，当Δt→0时求的是瞬时感应电动势一般求瞬时感应电动势，当v为平均速度时求的是平均感应电动势用平均值法求瞬时感应电动势求瞬时感应电动势适用条件全部磁场(匀强磁场定量计算、非匀强磁场定性分析)匀强磁场匀强磁场匀强磁场2.感应电荷量的计算磁通量变化迁移的电荷量：q＝I·Δt＝eq\f(E,R)·Δt＝neq\f(ΔΦ,RΔt)·Δt＝neq\f(ΔΦ,R)，q仅由回路电阻R和磁通量的变化量ΔΦ打算。3．电磁感应电路中产生的焦耳热(1)当电路中电流恒定时，可用焦耳定律计算。(2)当电路中电流变化时，则用功能关系或能量守恒定律计算。其次部分实战训练，高考真题演练1.（2023高考全国乙卷）一同学小组在探究电磁感应现象时，进行了如下比较试验。用图（a）所示的缠绕方式，将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上，漆包线的两端与电流传感器接通。两管皆竖直放置，将一很小的强磁体分别从管的上端由静止释放，在管内下落至管的下端。试验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图（b）和图（c）所示，分析可知（）A.图（c）是用玻璃管获得的图像B.在铝管中下落，小磁体做匀变速运动C.在玻璃管中下落，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变D.用铝管时测得的电流第一个峰到最终一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短2.（2023高考湖北卷）近场通信（NFC）器件应用电磁感应原理进行通讯，其天线类似一个压平的线圈，线圈尺寸从内到外渐渐变大。如图所示，一正方形NFC线圈共3匝，其边长分别为、和，图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘。若匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度变化率为，则线圈产生的感应电动势最接近（）A. B. C. D.3（2023高考全国甲卷）一有机玻璃管竖直放在地面上，管上有漆包线绕成的线圈，线圈的两端与电流传感器相连，线圈在玻璃管上部的5匝均匀分布，下部的3匝也均匀分布，下部相邻两匝间的距离大于上部相邻两匝间的距离。如图（a）所示。现让一个很小的强磁体在玻璃管内沿轴线从上端口由静止下落，电流传感器测得线圈中电流I随时间t变化如图（b）所示。则A.小磁体在玻璃管内下降的速度越来越快B.下落过程中，小磁体的N极、S极上下颠倒了8次C.下落过程中，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变D.与上部相比，小磁体通过线圈下部的过程中，磁通量变化率的最大值更大4.（2023高考海南卷）汽车测速利用了电磁感应现象，汽车可简化为一个矩形线圈abcd，埋在地下的线圈分别为1、2，通上顺时针（俯视）方向电流，当汽车经过线圈时（）A.线圈1、2产生的磁场方向竖直向上B.汽车进入线圈1过程产生感应电流方向为abcdC.汽车离开线圈1过程产生感应电流方向为abcdD.汽车进入线圈2过程受到的安培力方向与速度方向相同5.（2023高考江苏学业水平选择性考试）如图所示，圆形区域内有垂直纸面对里的匀强磁场，OC导体棒的O端位于圆心，棒的中点A位于磁场区域的边缘。现使导体棒绕O点在纸面内逆时针转动。O、A、C点电势分别为φ0、φA、φC，则（）A.φO>φC B.φC>φA C.φO=φA D.φO－φA=φA－φC6．（2023年6月高考浙江选考科目）如图所示，质量为M、电阻为R、长为L的导体棒，通过两根长均为l、质量不计的导电细杆连在等高的两固定点上，固定点间距也为L。细杆通过开关S可与直流电源E0或抱负二极管串接。在导体棒所在空间存在磁感应强度方向竖直向上、大小为B的匀强磁场，不计空气阻力和其它电阻。开关S接1，当导体棒静止时，细杆与竖直方向的夹角固定点；然后开关S接2，棒从右侧开头运动完成一次振动的过程中（）A．电源电动势B．棒消耗的焦耳热C．从左向右运动时，最大摆角小于D．棒两次过最低点时感应电动势大小相等7.（2023学业水公平级考试上海卷）如图所示，左侧连接有电阻R的光滑平行导轨处于垂直纸面对里的匀强磁场中，一金属棒置于导轨上，对其施加外力使其运动，所受安培力变化如图所示，取向右为正方向，则外力随时间变化的图像正确的是8.（2023高考山东高中学业水公平级考试）足够长U形导轨平置在光滑水平绝缘桌面上，宽为，电阻不计。质量为、长为、电阻为的导体棒MN放置在导轨上，与导轨形成矩形回路并始终接触良好，I和Ⅱ区域内分别存在竖直方向的匀强磁场，磁感应强度分别为和，其中，方向向下。用不行伸长的轻绳跨过固定轻滑轮将导轨CD段中点与质量为的重物相连，绳与CD垂直且平行于桌面。如图所示，某时刻MN、CD同时分别进入磁场区域I和Ⅱ并做匀速直线运动，MN、CD与磁场边界平行。MN的速度，CD的速度为且，MN和导轨间的动摩擦因数为0.2。重力加速度大小取，下列说法正确的是（）A.的方向向上 B.的方向向下 C. D.第三部分思路归纳，内化方法在应用楞次定律时需留意的两点(1)利用楞次定律推断的电流方向也是电路中感应电动势的方向，利用右手定则推断的电流方向也是做切割磁感线运动的导体上感应电动势的方向。若电路为开路，可假设电路闭合，应用楞次定律或右手定则确定电路中假想电流的方向即为感应电动势的方向。(2)在分析电磁感应现象中的电势凹凸时，肯定要明确产生感应电动势的那部分电路相当于电源，在电源内部，电流方向从低电势处指向高电势处。2.解决线框模型问题的两大关键(1)分析电磁感应状况：弄清线框在运动过程中是否有磁通量不变的阶段，线框进入和穿出磁场的过程中，才有感应电流产生，结合闭合电路欧姆定律列方程解答。(2)分析线框的受力以及运动状况，选择合适的力学规律处理问题：在题目中涉及电荷量、时间以及安培力为变力时应选用动量定理处理问题；假如题目中涉及加速度的问题时选用牛顿运动定律解决问题比较便利。第四部分最新模拟集萃，提升应试力量1.（2024江西红色十校9月联考）如图所示，间距为L的足够长光滑平行金属导轨MN、PQ固定在绝缘水平面上，质量均为m的金属棒ab、cd垂直放在导轨上，两金属棒接入电路的电阻均为R，垂直于导轨的虚线ef左侧有垂直于导轨平面对上的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，虚线ef的右侧没有磁场，给金属棒ab一个水平向右的初速度v0，已知cd棒到达ef前已匀速运动，ab、cd棒不会发生相碰，两金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，ab棒出磁场时速度刚好为零，则下列说法正确的是（）A.cd棒最终速度为零B.cd棒从静止运动到ef过程中通过电荷量为C.整个过程，金属棒ab中产生的焦耳热为D.整个过程，金属棒ab克服安培力做的功为2.（2024江西红色十校9月联考）边长为L的单匝正方形线框处在匀强磁场中，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度随时间变化规律如图所示（前半个周期为正弦波形的一半），线框的电阻为R，则线框中感应电流的功率为（）A. B. C. D.3.（2024山西三重教育联盟9月联考）如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨M、N被固定在水平面上，导轨间距L=1m，其左端并联接入R1和R2的电阻，其中R1=R2=2Ω。整个装置处在垂直纸面对里，磁感应强度大小为B=2T的匀强磁场中。一质量：m=4kg、电阻r=1Ω的导体棒ab在恒力F=5N的作用力下从静止开头沿导轨向右运动，运动了L0=4m时导体棒ab恰好匀速运动，导体棒垂直于导轨放置且与两导轨保持良好接触，导轨电阻不计。求：（1）导体棒的最大速度；（2）电阻R1上产生的焦耳热；（3）此过程中通过R2的电荷量。5.（2024南京六校联合体调研）如图所示，在光滑绝缘的水平面上，有一长为、宽为的金属矩形线圈，其电阻为，质量为，线圈的右侧以虚线为界存在垂直纸面对里的范围足够大的匀强磁场，磁感应强度大小为B。现使线圈以垂直磁场边界大小为的速度向右运动，线圈从开头运动到静止的过程中，线圈通过的位移用表示，通过线圈的电荷量用表示。转变初速度v0大小，、与线圈的初速度v0间的关系图像正确的是（）A. B. C. D.6.（2024辽宁十校联合体）如图所示，xOy平面的第一、三象限内布满垂直纸面对外的匀强磁场。边长为L的正方形金属框始终在O点的顶点环绕，在xOy平面内以角速度ω顺时针匀速转动，时刻，金属框开头进入第一象限，已知匀强磁场的磁感应强度为B，金属框的总电阻为R，规定顺时针方向为电流的正方向，不考虑自感影响，关于金属框中感应电流i随时间t变化的图像正确的是（）A. B.C. D.6.（2024黑龙江大庆第一次质检）如图所示，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，另一根导轨由ab、bc、cd三段直导轨组成，其中a点与x轴的坐标原点O格外接近，但不接触，bc段与x轴平行，导轨右端接入肯定值电阻R。导轨上一金属棒沿x轴正向以速度v0做匀速直线运动，t=0时刻通过坐标原点O，金属棒始终与轴x垂直。设运动过程中通过电阻的电流为i，金属棒克服安培力做功的功率为P、导轨均与金属棒接触良好，忽视导轨与金属棒的电阻，下列图像可能正确的是（）A. B.C. D.7.（2024贵州遵义重点高中期末）.如图所示，在水平地面上方固定两根足够长的光滑金属导轨，两导轨平行且位于同一水平面内，间距为L。导轨右侧水平地面上固定一倾角为θ的斜面，斜面底端位于导轨右端正下方。在导轨上放置两根相距较远的金属棒ab和cd，两棒质量均为m，长度均为L，电阻均为R。金属导轨间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。开头时cd棒静止，给ab棒一个水平向右的瞬时初速度v0，一段时间后ab棒和cd棒共速，之后cd棒离开导轨无转动地做平抛运动，cd棒落在斜面上时速度恰好与斜面垂直。两棒在导轨上运动过程中均与导轨垂直且接触良好，不计导轨的电阻和空气阻力，重力加速度为g。求：（1）开头时cd棒的安培力大小；（2）cd棒做平抛运动的时间；（3）在两棒共速前，当cd棒的速度为时（），回路中电流I'的大小。8.（2024贵州遵义重点高中期末）近场通信（NFC）器件依据电磁感应原理进行通信，其内部装有类似于压扁的线圈作为天线。如图所示，这种线圈从内到外渐渐扩大，构成正方形。在这个正方形NFC线圈中，共有3圈，它们的边长分别为a、b、c（），需要留意的是，图中线圈接入内部芯片时与芯片内部线圈绝缘，从而能够正确地连接到内置芯片。若匀强磁场垂直穿过该线圈时，磁感应强度随时间变化规律为（k为常数）。则整个线圈产生的感应电动势最接近（）A. B.C. D.9.（2024年1月江苏期末）如图甲所示,在足够长的光滑斜面上放置着矩形金属线框,整个斜面内存在垂直于斜面方向的匀强磁场.匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化的关系如图乙所示(垂直斜面对上为正方向).t=0时刻将线框由静止释放,在线框下滑的过程中,下列说法中正确的 ()甲乙A.线框MN边受到的安培力方向沿斜面对下B.线框MN边受到的安培力方向沿斜面对上C.经时间t,线框的速度大小为gtsinθD.由于有阻力作用,经时间t,线框的速度小于gtsinθ10.（2023福建漳州三模）如图甲，两根电阻不计、足够长的导轨MN、PQ平行放置，与水平面问夹角α＝37°，间距为0.8m，上端连接一电阻R＝0.1Ω。两导轨之间存在方向垂直导轨平面对上的均匀分布的磁场，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。t＝0时刻，一电阻不计，质量为0.02kg的导体棒ab从导轨上且在MP下方0.5m处由静止释放。取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，ab与导轨间的动摩擦因数为0.5，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不考虑t＝4.25s时磁感应强度突变产生的电磁感应现象。则（）A.0~4.25s内ab中感应电流方向从a到bB.t＝0s时ab中感应电流I0＝0.4AC.0~4.25s内R中消耗的热功率为0.016WD.ab的最大速度值为0.625m/s10.(2024重庆名校1月质检)如图所示，两根间距为、电阻不计的足够长光滑平行金属导轨与水平面夹角为，导轨底端接有两定值电阻，整个空间存在垂直于导轨平面对上大小为的匀强磁场。在导轨上垂直于导轨放置一质量为、电阻为的金属杆。现给金属杆一沿斜面对上的初速度使金属杆从点上升到最高点，该过程中通过电阻的电荷量为，当金属杆从最高点返回到（和中点）时速度为。重力加速度为，下列说法正确的是（）A.电阻两端最大电压为B.金属杆从最高点返回到过程所用的时间为C.金属杆从上升到最高点过程克服安培力做的功为D.金属杆从最高点返回到过程电阻产生的热量为。11.（2024安徽名校联盟第一次大联考）如图所示，水平固定放置的足够长光滑平行金属导轨，左端与电阻相连，直导体质量为，电阻为，长度与导轨宽度相同，有匀强磁场垂直穿过导轨平面。作用一水平向右的恒力，使直导体由静止开头向右运动，当直导体始终加速到速度为时，撤除拉力，直导体再经相同的位移停止。对直导体经受的两个过程，描述正确的是（）A.撤除后做匀减速运动B.加速阶段的运动时间小于减速阶段的运动时间C.拉力的冲量大小等于D.拉力做的功大于12（2024湖北名校联考）如图所示，两平行金属导轨MN、PQ固定在倾角的斜面上，相距为L，导轨间存在方向垂直于导轨平面对下的磁场，整个磁场由n个宽度皆为的条形匀强磁场区域1、2……组成，从上到下依次排