高考物理二轮复习专项训练模型63 电磁感应+图像模型（解析版）

模型63电磁感应+图像模型1.（2023高考全国乙卷）一学生小组在探究电磁感应现象时，进行了如下比较实验。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。实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后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短【参考答案】A【命题意图】本题考查电磁阻尼及其相关知识点。【解题思路】强磁体从管的上端由静止释放，铝管本身和线圈都将对强磁体产生电磁阻尼，在铝管下落，强磁体做加速度减小的加速运动，图（c）是用玻璃管获得的图像，图（b）是用铝管获得的图像，A正确B错误；在玻璃管中下落，线圈中将产生感应电流，感应电流对小磁体下落产生电磁阻力，由安培力公式可知，电磁阻力与产生的感应电流成正比，所以在玻璃管中下落，小磁体受到的电磁阻力逐渐增大，C错误；由于在铝管中下落，受到的电磁阻力大于在玻璃管中下落，所以用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的长，D错误。【知识拓展】电磁阻尼的实质是受到了与运动方向相反的安培力作用。2（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【参考答案】AD【命题意图】本题考查法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、电磁阻尼、对电流I随时间t变化图像的理解及其相关知识点。【解题思路】由图（b）可知，强磁体通过每匝线圈时产生的感应电流最大值逐渐增大，根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律可知，小磁体通过每匝线圈时磁通量变化率越来越大，即小磁体在玻璃管内下降的速度越来越快，A正确；下落过程中，小磁体的N极、S极上下没有颠倒，B错误；小磁体下落过程中受到的电磁阻力实质就是安培力，根据安培力公式可知，下落过程中，小磁体受到的电磁阻力越来越大，C错误；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，D正确。3.（2023学业水平等级考试上海卷）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向里的匀强磁场中，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【参考答案】C【名师解析】对照安培力随时间变化图像可知，金属棒做匀变速直线运动，t0时刻速度减小到零，设加速度大小为a，所受安培力先向左后向右，金属棒速度方向先向右后向左。金属棒在匀强磁场中做切割磁感线运动，产生感应电动势和感应电流，I=BLv/R，v=v0-at。所受安培力FA=BIL=-SKIPIF1<0=-SKIPIF1<0=-F0+SKIPIF1<0，安培力随时间变化图像中SKIPIF1<0。根据牛顿第二定律，F+FA=-ma，解得F=-ma+SKIPIF1<0=F0-ma-SKIPIF1<0，对照各个选项图，可知C正确。4.（2023学业水平等级考试上海卷）如图（a）单匝矩形线框cdef放置在倾角θ=30°的斜面上，在宽度为D=0.4m的区域有垂直于斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B=0.5T，线框质量m=0.1kg，总电阻R=0.25Ω。现对线框施加一沿斜面向上的力F使线框向上运动，ed边离开磁场时撤去外力F，线框速度随时间变化的图像如图（b）。已知线框ef=0.4m，线框与斜面之间的动摩擦因数μ=SKIPIF1<0，g取9.8m/s2。求：（1）外力F的大小；（2）线框cf的长度L；（3）整个过程中线框产生的焦耳热Q。【参考答案】（1）1.48N（2）0.5m（3）0.4J【名师解析】（1）对线框受力分析如图所示。由牛顿第二定律，F-mgsinθ-f=ma，N=mgcosθ，f=μN。由速度图像可知，在0~0.4s内，a=SKIPIF1<0=5m/s2。联立解得：F=1.5N.（2）对线框受力分析如图所示。在线框匀速运动阶段，F=mgsinθ+f+FA，N=mgcosθ，f=μN。安培力FA=BIL，I=E/R,E=BLv，v=2.0m/s联立解得：L=0.5m（3）由I=E/R,E=BLv，可得I=2A，线框进入磁场时间和出磁场时间相等，都是t=ef/v=0.2s，由焦耳定律可得整个过程中线框产生的焦耳热Q=I2R（2t）=0.4J最新模拟题1.（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非常接近，但不接触，bc段与x轴平行，导轨右端接入一定值电阻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，忽略导轨与金属棒的电阻，下列图像可能正确的是（）A. B.C. D.【参考答案】B【名师解析】根据法拉第电磁感应定律，金属棒中产生的感应电动势SKIPIF1<0结合闭合电路欧姆定律，回路中的感应电流SKIPIF1<0可见SKIPIF1<0，则SKIPIF1<0，根据题意，金属棒向右运动的过程中，切割磁感线的长度SKIPIF1<0随时间先均匀增大，后不变，最后均匀减小，而电阻两端的电压等于电源电动势，故A错误，B正确；CD．金属棒所受安培力大小SKIPIF1<0则安培力的功率为SKIPIF1<0结合SKIPIF1<0随时间变化的规律可知P先按开口向上的抛物线规律增大，后不变，最后再按开口向下的抛物线规律减小，故CD错误。2.(2023北京海淀二模)如图所示，MN和PQ是竖直放置的两根平行光滑金属导轨，导轨足够长且电阻不计，MP间接有一定值电阻R，电阻为r的金属杆cd保持与导轨垂直且接触良好。杆cd由静止开始下落并开始计时，杆cd两端的电压U、杆cd所受安培力的大小F随时间t变化的图像，以及通过杆cd的电流I、杆cd加速度的大小a随杆的速率v变化的图像，合理的是（）A. B.C. D.【参考答案】D【名师解析】设杆长为L，杆下落过程中切割磁感线产生的感应电流大小为SKIPIF1<0故C错误；根据牛顿第二定律有SKIPIF1<0即SKIPIF1<0，故D正确；杆所受安培力的大小为SKIPIF1<0杆下落过程中先做加速度减小的加速运动，当加速度为零时，速度保持不变，所以安培力随速度先增大，后不变，其大小为mg，故B错误；导体杆两端的电压为SKIPIF1<0速度先增大，后不变，所以U先增大，后不变，且U增大的越来越慢，即图线的斜率减小，故A错误。。3．如图所示，在水平面内固定一个“∠”导轨ABC，导体棒DE垂直于AB边放置在光滑导轨上，棒与导轨接触良好，导体棒和导轨由相同材料、相同粗细的导体制成，匀强磁场垂直向下．导体棒在水平拉力作用下，向右匀速运动至B点的过程中，回路中产生的感应电动势E、感应电流i、焦耳热Q以及拉力F大小随时间t的变化图象中，正确的是（）A．B．C． D．【参考答案】．AC【名师解析】设“∠”型导轨的顶角为SKIPIF1<0，导体棒和导轨的电阻率为SKIPIF1<0，横截面积为s，AB的长度为SKIPIF1<0．A.由几何知识可知，有效长度SKIPIF1<0则感应电动SKIPIF1<0说明电动势随时间均匀减小，故A正确；B.由几何知识可知，回路BDE总长度为SKIPIF1<0所以总电阻为SKIPIF1<0根据闭合电路欧姆定律可知：SKIPIF1<0为一定值，故B错误；C.根据安培力SKIPIF1<0则有：SKIPIF1<0说明安培力随时间均匀减小，故C正确；D.根据SKIPIF1<0则有：SKIPIF1<0说明热量随时间不是均匀减小，故D错误．4.（2023湖北孝感重点高中期中联考）如图所示，导体棒沿两平行金属导轨从图中位置以速度v向右匀速通过一正方形磁场区域abcd，ac垂直于导轨且平行于导体棒，ac右侧的磁感应强度是左侧的2倍且方向相反，导轨和导体棒的电阻均不计，下列关于导体棒中感应电流和所受安培力随时间变化的图像正确的是（规定电流从M经R到N为正，安培力向左为正）（）A. B.C. D.【参考答案】AD【名师解析】导体棒由b运动到ac过程中，切割磁感线的有效长度l随时间t均匀增大，由E＝Blv可知，感应电动势E随时间t均匀增大，由闭合电路欧姆定律可知，感应电流I随时间t均匀增大，则导体棒受到的安培力大小F＝IlB随时间t增大得越来越快；由右手定则可知，感应电流的方向为由M经R到N，电流为正值，由左手定则可知，导体棒所受安培力水平向左，为正值。导体棒由ac运动到d的过程中，由题知E′＝2Blv＝2E则导体棒切割磁感线的有效长度l相同时I′＝2I导体棒切割磁感线的有效长度l随时间t均匀减小，则感应电流I′随时间t均匀减小，导体棒受到的安培力大小F′＝I′lB＝2F随时间t减小得越来越慢；由右手定则可知，感应电流的方向为由N经R到M，电流为负值，由左手定则可知，导体棒所受安培力水平向左，为正值。综上所述，AD正确，BC错误。5.(2022广东江门模拟)在绝缘的水平桌面上固定有MN、PQ两根平行的光滑金属导轨，导轨间距为l，电阻相同的金属棒ab和cd垂直放在导轨上，两棒正中间用一根长为l的绝缘细线相连，棒ab右侧有磁感应强度大小相等的匀强磁场I、Ⅱ，宽度也为l，磁场方向均垂直导轨，整个装置的俯视图如图所示。从图示位置在棒ab上加水平拉力，使金属棒ab和cd向右匀速穿过磁场区域，则金属棒ab中感应电流i和绝缘细线上的张力大小F随时间t变化的图像，可能正确的是（规定金属棒ab中电流方向由a到b为正）（）

A.B.C.D.【参考答案】AC【名师解析】ab棒进入磁场开始，由右手定则可知，金属棒ab中感应电流为SKIPIF1<0即为负，电动势为SKIPIF1<0感应电流为SKIPIF1<0当位移为l-2l时，cd棒也进入磁场，由右手定则可知，金属棒ab和cd均产生顺时针感应电流，即为正，设电路总电阻为R，感应电流为SKIPIF1<0当位移为2l-3l时，只有cd棒切割磁感线，根据右手定则，产生逆时针感应电流，即为负，大小为SKIPIF1<0故A正确，B错误；当位移为0-l时，只有ab受到向左的安培力，则细线张力为零。当位移为l-2l时，两棒均受到向左的安培力，对cd，根据平衡条件，细线拉力向右，大小为SKIPIF1<0当位移为2l-3l时，cd受到向左的安培力，对cd，根据平衡条件，细线拉力向右，大小为SKIPIF1<0故C正确，D错误。6.(2023河北衡水五模).如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨固定在同一水平面内，导轨上静止放置两根完全相同粗细均匀的导体棒ab、cd，整个装置处在竖直向上的匀强磁场中。现给ab棒一个平行于导轨的初速度并开始计时，不计电磁辐射及金属导轨的电阻，导体棒ab、cd始终与导轨垂直并接触良好，下列关于棒ab、cd中产生的感应电动势SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、回路中的感应电流i、导轨间的电压u与时间t的函数关系图像中，可能正确的是（）A. B. C. D.【参考答案】D【名师解析】设磁感应强度为B，两导体棒的质量均为m、接入电路的长度均为d、电阻均为R，导体棒SKIPIF1<0的初速度为SKIPIF1<0。某时刻t导体棒SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的速度分别为SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，回路的感应电流为i。由法拉第电磁感应定律有SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0两导体棒受到的安培力大小SKIPIF1<0与棒SKIPIF1<0的运动方向相反，与棒SKIPIF1<0的运动方向相同，所以棒SKIPIF1<0减速、棒SKIPIF1<0加速，当两棒速度相同时，回路中没有感应电流，两棒做匀速直线运动，由动量守恒定律SKIPIF1<0解得最终两棒的速度为SKIPIF1<0由于SKIPIF1<0减小、SKIPIF1<0增大，所以SKIPIF1<0减小，电流i减小，SKIPIF1<0减小，棒运动的加速度减小，即棒SKIPIF1<0做初速度为SKIPIF1<0、加速度逐渐减小的减速运动，所以SKIPIF1<0减小得越来越慢，最终SKIPIF1<0趋于SKIPIF1<0，故A错误；B．棒SKIPIF1<0做初速度为零、加速度逐渐减小的加速运动，所以SKIPIF1<0由零开始增加得越来越慢，最终趋于SKIPIF1<0，故B错误；C．由于SKIPIF1<0、i越来越小，最终SKIPIF1<0、i趋为零，故C错误。D．两导轨间的电压SKIPIF1<0对两棒由动量守恒有SKIPIF1<0联立得SKIPIF1<0故u恒定，D正确。7.（2023湖北部分名校联考）如图所示，MNQP是边长为L和2L的矩形，在其由对角线划分的两个三角形区域内充满磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场。边长为L的正方形导线框，在外力作用下水平向左匀速运动，线框左边始终与MN平行。设导线框中感应电流i逆时针流向为正。若SKIPIF1<0时左边框与PQ重合，则左边框由PQ运动到MN的过程中，下列SKIPIF1<0图像正确的是（）A. B.C. D.【参考答案】D【名师解析】SKIPIF1<0内是线框的左边框由PQ向左进入磁场，根据右手定则知感应电流为顺时针（负），而切割磁感线的有效长度随着水平位移而均匀减小，则感应电流的大小均匀减小；SKIPIF1<0内，线框的前后双边同向同速切割相反的磁场，双源相加为总电动势，电流方向为逆时针（正），两边的有效长度之和等于L，则电流大小恒定。故选D。8.（2023浙江台州部分重点高中联考）将一段导线绕成图甲所示的闭合回路，并固定在水平面（纸面）内。回路的SKIPIF1<0边置于垂直于纸面向里的匀强磁场I中。回路的圆环区域内有垂直于纸面的磁场II，以向里为磁场II的正方向，其磁感应强度B随时间变化的图像如图乙所示。用F表示SKIPIF1<0边受到的安培力，以水平向右为F的正方向，能正确反映F随时间t变化的图像是（）A. B.C. D.【