新高考物理二轮复习讲练测课件专题13 电磁感应（含解析）

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考点一 电磁感应定律及其应用考向一 法拉第电磁感应定律的应用考向二 “三个定则、一个定律”的综合应用考向三 自感、涡流、电磁驱动和电磁阻尼考点二 电磁感应的综合问题考向一 电磁感应中的图像问题考向二 电磁感应中的电路问题
考点一 电磁感应定律及其应用
1. “三定则、一定律”的应用2. 自感问题归类
考向1 法拉第电磁感应定律的应用考向2 “三个定则、一个定律”的综合应用考向3 自感、涡流、电磁驱动和电磁阻尼
例1 (2023•江苏•高考真题) 如图所示，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，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φO、φA、φC，则（ ） A．φO > φC B．φC > φA C．φO = φA D．φO－φA = φA－φC
【考向】法拉第电磁感应定律的应用
右手定则，φO > φA
不在磁场中，不切割磁感线，电流为0，则φC = φA
例2 (2022•河北•高考真题) 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．5kS2 C．k(S1-5S2) D． k(S1+5S2)
大圆线圈产生的感应电动势E1=kS1
每个小圆线圈产生的感应电动E2=kS2
楞次定律可得大、小圆线圈产生的感应电动势方向相同
例3 (2022•广东•高考真题) (多选) 如图所示，水平地面（Oxy平面）下有一根平行于y轴且通有恒定电流I的长直导线。P、M和N为地面上的三点，P点位于导线正上方，MN平行于y轴，PN平行于x轴。一闭合的圆形金属线圈，圆心在P点，可沿不同方向以相同的速率做匀速直线运动，运动过程中线圈平面始终与地面平行。下列说法正确的有（　　）A．N点与M点的磁感应强度大小相等，方向相同B．线圈沿PN方向运动时，穿过线圈的磁通量不变C．线圈从P点开始竖直向上运动时，线圈中无感应电流D．线圈从P到M过程的感应电动势与从P到N过程的感应电动势相等
【考向】“三个定则、一个定律”的综合应用
右手螺旋定则,磁感线穿进与穿出在线圈中对称，磁通量为零,向N点平移过程中不再对称
磁感线穿进与穿出线圈对称，线圈的磁通量始终为零，没有发生变化
P点到M点所用时间较从P点到N点时间长，根据法拉第电磁感应定律，则两次的感应电动势不相等
例4 (2023•北京•高考真题) 如图所示，L是自感系数很大、电阻很小的线圈，P、Q是两个相同的小灯泡，开始时，开关S处于闭合状态，P灯微亮，Q灯正常发光，断开开关（ ） A．P与Q同时熄灭 B．P比Q先熄灭 C．Q闪亮后再熄灭 D．P闪亮后再熄灭
开关S闭合稳定后，通过Q灯的电流远大于通过P灯的电流。断开开关时，Q所在电路未闭合，立即熄灭。由于自感，L中产生感应电动势，与P组成闭合回路，故P灯闪亮后再熄灭
1）“三个定则”“一个定律”的比较
“三定则、一定律”的应用
2）“三个定则”和“一个定律”的因果关系 ①因电而生磁(I→B)→安培定则； ②因动而生电(v、B→I)→右手定则； ③因电而受力(I、B→F)→左手定则； ④因磁而生电(S、B→I)→楞次定律．3）解题思路 ①应用楞次定律时，一般要用到安培定则来分析原来磁场的分布情况． ②研究感应电流受到的安培力，一般先用右手定则确定电流方向，再用左手定则确定安培力的方向，或者直接应用楞次定律的推论确定． ③“三定则、一定律”中只要是涉及力的判断都用左手判断，涉及“电生磁”或“磁生电”的判断都用右手判断，即“左力右电”．
1）通电自感和断电自感的比较
2）自感中“闪亮”与“不闪亮”问题
1. (2023•浙江台州•统考模拟预测) 如图所示，在圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，AC导体棒的O点位于圆心，OA长度小于OB长度。在导体棒绕O点逆时针匀速转动的过程中，A、O、B、C点电势分别为φA 、φO 、φB、φC ，则（ ） A． φA > φO B． φB < φA C． φO < φB D． φB > φC
2. (2023•湖北•襄阳四中校联考模拟预测) 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，小圆面积为S2，不规则形状的面积为S，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均为大于零的常量。则线圈中总的感应电动势大小为（　　） A．k(S3-S2) B． k(S3+S1-S2) C． k(S3-S1-S2) D． k(S3+S2-S1)
3. (2024•山东•模拟预测) 现代汽车中有一种先进的制动系统——防抱死（ABS）系统，它让车轮在制动时不是完全刹死，而是仍有一定的滚动，其原理如图所示。铁质齿轮P与车轮同步转动。右端有一个绕有线圈的磁体，M是一个电流检测器。当车轮带动齿轮转动时，线圈中会产生感应电流。这是由于齿靠近线圈时被磁化，使线圈中的磁场增大，齿离开线圈时又使线圈中磁场减小，从而能使线圈中产生感应电流。这个电流经电子装置放大后能控制制动机构。齿轮P从图示位置按顺时针方向转过α 角的过程中，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．先从左向右，然后从右向左 D．先从右向左，然后从左向右
【考向】自感、涡流、电磁驱动和电磁阻尼
4. (2024•全国•模拟预测) (多选) 如图所示的甲、乙电路中，A1 、A2为两盏完全相同的灯泡，L1、L2是自感系数很大、直流电阻值大于灯泡阻值的自感线圈，E为电源，S1、S2为开关，在演示自感现象的过程中，下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S1时，通过A1电流突然增大，然后逐渐减小达到稳定B．闭合开关S2时，通过A2电流突然增大，然后逐渐减小达到稳定C．断开开关S1时，通过A1电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变D．断开开关S2时，通过A2电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变
考点二 电磁感应的综合问题
1. 电磁感应中的图像问题2. 电磁感应中的电路问题
考向1 电磁感应中的图像问题考向2 电磁感应中的电路问题
【考向】电磁感应中的图像问题
例1 (2023•全国•高考真题) 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
例2 (2023•辽宁•高考真题) 如图，空间中存在水平向右的匀强磁场，一导体棒绕固定的竖直轴OP在磁场中匀速转动，且始终平行于OP。导体棒两端的电势差u随时间t变化的图像可能正确的是（　　） A． B． C． D．
导体棒垂直磁感线方向的分速度为v⊥=vcsθ
根据左手定则可知，导体棒经过B点和B点关于P点的对称点时，电流方向发生变化
例3 (2022•河北•高考真题) (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（　　） A． B． C． D．
例4 (2021•浙江•高考真题) 嫦娥五号成功实现月球着陆和返回，鼓舞人心。小明知道月球上没有空气，无法靠降落伞减速降落，于是设计了一种新型着陆装置。如图所示，该装置由船舱、间距为l的平行导轨、产生垂直船舱导轨平面的磁感应强度大小为B的匀强磁场的磁体和“∧”型刚性线框组成，“∧”型线框ab边可沿导轨滑动并接触良好。船舱、导轨和磁体固定在一起，总质量为m1整个装置竖直着陆到月球表面前瞬间的速度大小为v0，接触月球表面后线框速度立即变为零。经过减速，在导轨下方缓冲弹簧接触月球表面前船舱已可视为匀速。已知船舱电阻为3r，“∧”型线框的质量为m2，其7条边的边长均为l，电阻均为r；月球表面的重力加速度为g/6。整个运动过程中只有ab边在磁场中，线框与月球表面绝缘，不计导轨电阻和摩擦阻力。
【考向】电磁感应中的电路问题
(1)求着陆装置接触到月球表面后瞬间线框ab边产生的电动势E；(2)通过画等效电路图，求着陆装置接触到月球表面后瞬间流过ab型线框的电流I0；(3)求船舱匀速运动时的速度大小v；(4)同桌小张认为在磁场上方、两导轨之间连接一个电容为C的电容器，在着陆减速过程中还可以回收部分能量，在其他条件均不变的情况下，求船舱匀速运动时的速度大小v'和此时电容器所带电荷量q。
1）解题关键：弄清初始条件、正负方向的对应变化范围、所研究物理量的函数表达式、进出磁场的转折点等是解决此类问题的关键．另外，要正确解决图像问题，必须能根据图像的意义把图像反映的规律对应到实际过程中去，又能根据实际过程的抽象规律对应到图像中去，最终根据实际过程的物理规律进行判断. 2）解题步骤①明确图象的种类，即是B－t图还是Φ－t图，或者E－t图、I－t图等；对切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及E－x图象和i－x图象；②分析电磁感应的具体过程；③用右手定则或楞次定律确定方向的对应关系；④结合法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出相应的函数关系式；⑤根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等；⑥画图象或判断图象．
3）常用方法①排除法：定性地分析电磁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)，特别是分析物理量的正负，以排除错误的选项．②函数法：根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图象进行分析和判断．
在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，将它们接上电容器，便可使电容器充电;将它们接上电阻等用电器，便可对用电器供电，在回路中形成电流.因此，电磁感应问题往往与电路问题联系在一起1）电源与电阻①电源：做切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的回路相当于电源， Ⅰ、动生问题(棒切割磁感线)产生的电动势E=BLv,方向由右手定则判断. Ⅱ、感生问题(磁感应强度的变化)的电动势 ,方向由楞次定律判断.而电流方向都是由等效电源内部负极流向正极的方向. ②电阻：产生感应电动势的导体或回路的电阻相当于电源的内阻，其余部分的电阻是外电阻
③路端电压：U=IR或E=U-Ir ④感应电流： ，r为电源部分内阻.⑤通过回路截面的电荷量q:仅与n、ΔΦ和回路电阻R有关,与时间Δt长短无关,与Φ是否均匀变化无关.推导如下: .
3）解题思路①“源”的分析：用法拉第电磁感应定律算出E的大小，用楞次定律或右手定则确定感应电流的方向(感应电流方向是电源内部电流的方向)，从而确定电源正负极，明确内阻r.②“路”的分析：根据“等效电源”和电路中其他各元件的连接方式画出等效电路．③根据E=BLv或 ，结合闭合电路欧姆定律、串并联电路知识、电功率、焦耳定律等相关关系式联立求解．
4）电磁感应中电路知识的关系图
1. (2023•河南•校联考模拟预测) (多选) 如图所示，两电阻为零的光滑导轨水平放置在垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，导轨间距最窄处为一狭缝（狭缝宽度不计），取狭缝所在处O点为坐标原点，狭缝右侧两导轨与x轴夹角均为θ，导轨左端通过单刀双掷开关S可以与电容C或电阻R相连，导轨上有一足够长且不计电阻的金属棒与x轴垂直，在外力F（大小未知）的作用下从O点开始以速度v向右匀速运动，若某时刻开关S接1，外力用F1表示，通过金属棒电流的大小用I1表示；若某时刻开关S接2，外力用 表示，通过金属棒电流的大小用F2表示。关于外力、电流大小随时间变化的图象关系正确的是（ ） A． B． C． D．
2. (2023•山西•校联考模拟预测) 如图1所示，光滑水平桌面上有竖直向下、宽度为L的匀强磁场，正方形闭合导线框abcd的边长为l，放在桌面上，bc边与磁场边界平行，L>l。让导线框在沿ab方向的恒力F作用下穿过匀强磁场，导线框的v-t图像如图2所示。以下判断正确的是（　　） A．t1~t2时间内，导线框受到的安培力逐渐增大 B．t1~t2时间内， F对导线框做的功等于其动能的增加量 C．t3~t4时间内， v-t图中阴影部分的面积表示磁场的宽度L D．t3~t4时间内，导线框产生的焦耳热大于Fl
3. (2024•海南•校联考一模) 如图所示，由两根完全相同的导线制作的单匝正方形和圆形闭合线圈固定在与线圈平面垂直的磁场中，当磁场的磁感应强度随时间均匀变化时，正方形线圈与圆形线圈中产生的感应电流大小之比为（　　） A． B． C． D．
4. (2023•广东•模拟预测) 将一根涂有绝缘层的细导线绕成如图所示的线圈，再将线圈和阻值为R的定值电阻构成闭合回路，线圈内部存在方向垂直纸面向外的变化磁场，已知细导线的电阻为r，闭合回路所构成的矩形的面积为S1，两个线圈构成的小圆的面积均为S2，磁感应强度大小随时间变化的规律为B=B0+kt， B0和k均为大于零的常数，下列说法正确的是（　　） A．定值电阻中的电流方向为a流向b B．闭合回路中的感应电动势为 C．定值电阻两端的电流大小为 D．定值电阻两端的电压为