新高考物理一轮复习考点精讲精练第12章第56讲 电磁感应中的新情境问题（复习讲义）（2份，原卷版+解析版）

这是一份新高考物理一轮复习考点精讲精练第12章第56讲 电磁感应中的新情境问题（复习讲义）（2份，原卷版+解析版），共16页。
\l "_Tc203651334" 01考情解码·命题预警 PAGEREF _Tc203651334 \h 1
\l "_Tc203651335" 02体系构建·思维可视 PAGEREF _Tc203651335 \h 2
\l "_Tc203651336" 03核心突破·靶向攻坚 PAGEREF _Tc203651336 \h 3
\l "_Tc203651337" 考点 电磁感应中的新情境问题 PAGEREF _Tc203651337 \h 3
\l "_Tc203651338" 知识点1 电磁感应中的新情境问题 PAGEREF _Tc203651338 \h 3
\l "_Tc203651339" 知识点2 电磁感应中的新情境问题的求解思路 PAGEREF _Tc203651339 \h 3
\l "_Tc203651340" 考向1 电磁感应联系生活、生产实际的新情景问题 PAGEREF _Tc203651340 \h 5
\l "_Tc203651343" 考向2 电磁感应联系科技前沿实际的新情景问题 PAGEREF _Tc203651343 \h 13
\l "_Tc203651344" 04真题溯源·考向感知 PAGEREF _Tc203651344 \h 16

考点一 现代科技应用场景与对应模型
\l "_Tc25045" 知识点1 常见现代科技应用场景
1、电磁轨道炮：其发射原理涉及电磁感应中的单棒模型（电动式）。通电导体棒在磁场中受安培力加速，可结合动量定理分析其运动过程，需掌握安培力的冲量与动量变化的关系，以及电流、磁场强度等参数对发射速度的影响。
2、磁悬浮列车：利用电磁感应产生的排斥力实现悬浮，涉及电磁感应中的涡流效应等。在复习时，要理解涡流产生的条件和特点，以及如何通过动量和能量观点分析列车的悬浮和运动状态。
3、感应电动机：利用电磁感应使转子转动，可看作复杂的电磁感应模型。复习时要掌握其工作原理中涉及的电磁感应规律，以及如何用动量和能量知识分析电机的效率和功率。
4、电磁流量计：在化工、水利等行业用于测量流体流量。当导电液体在磁场中流动时，切割磁感线产生感应电动势，该电动势与液体流速、磁场强度及管道内径有关。通过测量感应电动势，可间接得到液体流量
5、感应加热设备：例如工业上的金属熔炼、热处理等。利用电磁感应原理，在被加热导体中产生感应电流（涡流），根据焦耳定律，电流通过导体产生热量，实现对物体的加热。在复习时，要了解影响涡流大小的因素，如磁场变化频率、导体电阻等，以及如何运用能量知识计算加热过程中的能量消耗。
……
\l "_Tc16775" 知识点2 \l "_Tc25045" 电磁感应中的新情境问题的求解思路
1.新情景的界定：不是学生课堂上学习过的，但与高中阶段所学的物理知识有一定联系，且能够通过临场阅读获取信息进行合理推理与分析的问题情境。
2.新情境问题的特点：题干文字量大、综合性较强、部分答案可以从题干信息从直接获取。
3.解题策略：
（1）仔细读题，构建物理模型
明确题中所给的物理情境要解决的问题，仔细分析该情境描述的研究对象。经历了什么过程？受哪些作用力？分析运动性质，遵循哪些规律？将此问题和学过的知识相关联，在大脑中调出所学过的关于这个问题所涉及的物理知识。
（2）挖掘破题关键解决实际问题，根据题目展示的物理情境，建立好物理模型之后，再看看我们需要解决什么问题，然后再次回到题目所给的信息中去挖掘破题关键信息，进行二次读题，最终查看问题是否得到解决。
（3）还有一些情境题为假情境，戴着情境的帽子，把这几句信息去掉对解题无影响，这样的题可以去掉情境，从中直接找出关键信息即可。
\l "_Tc17630" 考向1 电磁感应联系生活、生产实际的新情景问题
例1 （2025·天津·一模）列车进站时，其刹车原理可简化如图所示，在车身下方固定一N匝闭合矩形线框abcd，利用线框进入磁场时所受的安培力，辅助列车刹车。已知列车的质量为m，车身长为s，线框的ab和cd长度均为L（L小于匀强磁场的宽度），线框的总电阻为R。站台轨道上匀强磁场区域足够长，磁感应强度的大小为B。车头的线框刚进入磁场的速度为v0，列车停止前所受铁轨阻力及空气阻力的合力恒为f。线框cd边刚进入磁场时，列车刚好停止。求：
(1)车头进入磁场瞬间，判断线框ab边产生的感应电流的方向及列车的加速度大小a。
(2)列车从进站到停下来的过程中线框产生的热量Q。
【变式训练1】（2025·广东省茂名市高三一模）图甲为工程师设计的传送带测速装置，图乙为其简化原理图，该测速装置固定有间距为L、长度为d的平行金属电极，电极间存在着磁感应强度为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，且接有电压表和阻值为R的电阻，测速装置上的绝缘橡胶带嵌有间距均为d的平行细金属条，金属条阻值为r且与电极接触良好，橡胶带运动时磁场中始终有且仅有一根金属条，不计金属电极和其余导线的电阻，电压表可视为理想电表。下列说法正确的是（ ）
A. 当金属条经过磁场区域时，受到的安培力方向与运动方向相同
B. 当电压表的读数为U时，传送带的速度大小为
C. 若将该电压表改装为传送带速度表，则速度表刻度均匀分布
D. 当金属条通过磁场区域时的速度为v时，电路的总发热功率为
【变式训练2】（2025·浙江嘉兴·三模）某自行车所装车灯发电机如图甲所示，其结构见图乙。绕有线圈的匚形铁芯开口处装有磁铁，车轮转动时带动与其接触的摩擦轮转动，摩擦轮又通过传动轴带动磁铁一起转动，从而使铁芯中磁通量发生变化。线圈两端、作为发电机输出端，通过导线与灯泡相连。假设车轮转动时，摩擦轮与轮胎间不打滑，则（ ）
A．磁铁从图示位置匀速转过的过程中，通过的电流方向为
B．磁铁从图示位置匀速转过的过程中，中的电流逐渐变小
C．车轮转速加倍时中的电流也加倍
D．自行车匀加速行驶时发电机输出电压随时间变化关系大致如图丙所示
【变式训练3】（2025·贵州黔东南·一模）汽车减震器可以有效抑制车辆振动。某电磁阻尼减震器的简化原理图如图所示。匀强磁场的宽度，匀强磁场的磁感应强度大小B=1T，方向竖直向下。一轻质弹簧处于原长，水平且垂直于磁场边界放置，弹簧右端固定，左端恰与磁场右边界平齐。另一宽度L=0.2m，足够长的单匝矩形硬质金属线框abcd水平固定在一塑料小车上（图中小车未画出），线框右端与小车右端平齐，二者的总质量m=0.5kg，线框电阻R=0.08Ω，使小车带着线框以的速度沿光滑水平面垂直于磁场边界正对弹簧向右运动，ab边向右穿过磁场右边界后小车开始压缩弹簧，弹簧始终在弹性限度内。下列说法正确的是（ ）
A．线框刚进入磁场左边界时，小车的加速度大小为
B．线框刚进入磁场左边界时，小车的加速度大小为
C．小车向右运动过程中弹簧获得的最大弹性势能为4J
D．小车向右运动过程中弹簧获得的最大弹性势能为2J
\l "_Tc16322" 考向2 电磁感应联系科技前沿实际的新情景问题
例2（2025·北京西城·一模）如图为某种“电磁弹射”装置的简化原理图。在竖直向下的匀强磁场中，两根光滑的平行长直导轨水平放置，一根导体棒放置在导轨上，与导轨垂直且接触良好。已知磁场的磁感应强度大小为B，导轨间距为L，导体棒的质量为m，电阻为R。开关S接1，导轨与恒流源相连，回路中的电流恒定为I，导体棒由静止开始做匀加速运动，一段时间后速度增大为v。此时，将开关S接2，导轨与定值电阻R0相连，导体棒开始做减速运动直至停止。不计导轨电阻及空气阻力。
(1)开关S接1后，求导体棒受到安培力的大小FA及其加速运动的时间t；
(2)开关S接2后，求导体棒速度为0.5v时加速度的大小a；
(3)求导体棒在加速运动阶段及减速运动阶段产生的焦耳热Q1和Q2.
【变式训练1】（2025·浙江·模拟预测）随着社会的发展，新能源汽车已经成为我们日常生活中非常普遍的交通工具之一。电机系统是新能源汽车核心技术之一，当前新能源汽车主要使用的电机包括永磁同步电机和交流感应电机（如图1）。交流感应电动机就是利用电磁驱动工作的，其原理是利用配置的三个线圈连接到三相电源上，产生旋转磁场，磁场中的导线框也就随着转动，就这样，电动机把电能转化成机械能。其原理类似于如图2所示的高中教材中的演示实验。为方便理解图1中交流感应电动的工作原理，我们将其简化等效为如图3所示的模型（俯视图），其中单匝线圈abcd处于辐向磁场中，ab、cd所处的磁感应强度相同，大小均为B=0.1T，两无磁场区域夹角均为θ=60°，已知导线框abcd的边长均为为L=2cm，线框总电阻为R=0.01Ω。两边ab,cd质量均为为m=0.01kg，在磁场中转动时，受到的阻力均为f=kv，其中比例系数k=B2L22R,v为线速度，其余两边ad,bc质量和所受阻力不计，无磁场区域一切阻力忽略不计。现让磁场以恒定角速度ω0=10rad/s顺时针转动，线框初始静止锁定，t0时刻解锁如图3所示的正方形导线框abcd，导线框由静止开始转动。π=3
(1)判断t0时刻，线框abcd中的电流方向（用字母abcd表示）；
(2)求线框稳定转动时的角速度、及线框中电流的有效值；
(3)系统稳定转动后某时刻磁场停止转动，求ab边还能转过的最大路程。
【变式训练2】（2025·广东深圳·一模）下面是一种电动汽车能量回收系统简化结构图。行驶过程，电动机驱动车轮转动。制动过程，电动机用作发电机给电池充电，进行能量回收，这种方式叫“再生制动”。某电动汽车4个车轮都采用轮毂电机驱动，轮毂电机内由固定在转子上的强磁铁形成方向交替的等宽辐向磁场，可视为线圈处于方向交替的匀强磁场中，磁感应强度大小为。正方形线圈固定在定子上，边长与磁场宽度相等均为，每组线圈匝数均为，每个轮毂上有组线圈，4个车轮上的线圈串联后通过换向器（未画出）与动力电池连接。已知某次开始制动时线圈相对磁场速率为，回路总电阻为，下列说法正确的有（ ）
A．行驶过程，断开，闭合
B．制动过程，断开，闭合
C．开始制动时，全部线圈产生的总电动势为
D．开始制动时，每组线圈受到的安培力为
【变式训练3】（2024·宁夏银川·模拟预测）如图甲所示，光滑金属导轨abc和deO电阻不计，abed为边长为d的正（2025·江苏·一模）电动汽车刹车时利用储能装置储蓄能量，其原理如图所示，矩形金属框部分处于匀强磁场中，磁场方向垂直金属框平面向里，磁感应强度大小为B，金属框的电阻为r，ab边长为L。刹车过程中ab边垂直切割磁感线，某时刻ab边相对磁场的速度大小为v，金属框中的电流为I。此时刻：
(1)判断ab边中电流的方向，并求出感应电动势大小E；
(2)求储能装置两端的电压U和金属框的输出电功率P。
【变式训练4·变考法】电磁弹射是我国最新研究的重大科技项目，原理可用下述模型说明。如图(a)所示，虚线MN右侧存在一个竖直向上的匀强磁场，一边长为L的正方形n匝导线框abcd放在光滑水平面上，质量为m，单位长度电阻为R0，ab边在磁场外侧紧靠MN虚线边界处。从t＝0时起磁感应强度B随时间t的变化规律是B＝B0＋kt(k为大于零的常数)，空气阻力忽略不计，则下列说法正确的是( )
A．t＝0时导线框中的电流为eq \f(kL,4R0)
B．导线框穿出磁场过程中，通过导线框横截面的电荷量为eq \f(B0L,4R0)
C．若在导线框上加一质量为M的负载物，如图(b)所示，已知dc边穿出磁场时速度为v，穿出磁场所用时间为t，则安培力对导线框做的功为eq \f(nB02L3,4R0t)＋eq \f(1,2)(M＋m)v2
D．若在导线框上加一质量为M的负载物，如图(b)所示，已知dc边穿出磁场时速度为v，穿出磁场所用时间为t，则安培力对导线框做的功为eq \f(m2L3t,4R0)＋eq \f(1,2)(M＋m)v2
1.（2025·陕晋青宁卷·高考真题）电磁压缩法是当前产生超强磁场的主要方法之一，其原理如图所示，在钢制线圈内同轴放置可压缩的铜环，其内已“注入”一个初级磁场，当钢制线圈与电容器组接通时，在极短时间内钢制线圈中的电流从零增加到几兆安培，铜环迅速向内压缩，使初级磁场的磁感线被“浓缩”，在直径为几毫米的铜环区域内磁感应强度可达几百特斯拉。此过程，铜环中的感应电流（ ）
A．与钢制线圈中的电流大小几乎相等且方向相同
B．与钢制线圈中的电流大小几乎相等且方向相反
C．远小于钢制线圈中的电流大小且方向相同
D．远小于钢制线圈中的电流大小且方向相反
2.（2025·河南·高考真题）手机拍照时手的抖动产生的微小加速度会影响拍照质量，光学防抖技术可以消除这种影响。如图，镜头仅通过左、下两侧的弹簧与手机框架相连，两个相同线圈c、d分别固定在镜头右、上两侧，c、d中的一部分处在相同的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。拍照时，手机可实时检测手机框架的微小加速度a的大小和方向，依此自动调节c、d中通入的电流和的大小和方向（无抖动时和均为零），使镜头处于零加速度状态。下列说法正确的是（ ）
A．若沿顺时针方向，，则表明a的方向向右
B．若沿顺时针方向，，则表明a的方向向下
C．若a的方向沿左偏上，则沿顺时针方向，沿逆时针方向且
D．若a的方向沿右偏上，则沿顺时针方向，沿顺时针方向且
3.（2025·浙江·高考真题）新能源汽车日趋普及，其能量回收系统可将制动时的动能回收再利用，当制动过程中回收系统的输出电压（U）比动力电池所需充电电压（U0）低时，不能直接充入其中。在下列电路中，通过不断打开和闭合开关S，实现由低压向高压充电，其中正确的是（ ）
A．B．
C．D．
4．（2025·甘肃·高考真题）在自动化装配车间，常采用电磁驱动的机械臂系统，如图，ab、cd为两条足够长的光滑平行金属导轨，间距为L，电阻忽略不计。导轨置于磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，导轨上有与之垂直并接触良好的金属机械臂1和2，质量均为m，电阻均为R。导轨左侧接有电容为C的电容器。初始时刻，机械臂1以初速度向右运动，机械臂2静止，运动过程中两机械臂不发生碰撞。系统达到稳定状态后，电流为零，两机械臂速度相同。
(1)求初始时刻机械臂1的感应电动势大小和感应电流方向；
(2)系统达到稳定状态前，若机械臂1和2中的电流分别为和，写出两机械臂各自所受安培力的大小；若电容器两端电压为U，写出电容器电荷量的表达式；
(3)稳系统达到稳定状态后两机械臂的速度。若要两机械臂不相撞，二者在初始时刻的间距至少为多少？
5.（2025·河北·高考真题）某电磁助推装置设计如图，超级电容器经调控系统为电路提供1000A的恒定电流，水平固定的平行长直导轨处于垂直水平面的匀强磁场中，a可视为始终垂直导轨的导体棒，b为表面绝缘的无人机。初始时a静止于MM′处，b静止于a右侧某处。现将开关S接1端，a与b正碰后锁定并一起运动，损失动能全部储存为弹性势能。当a运行至NN′时将S接2端，同时解除锁定，所储势能瞬间全部转化为动能，a与b分离。已知电容器电容C为10F，导轨间距为0.5m，磁感应强度大小为1T，MM′到NN′的距离为5m，a、b质量分别为2kg、8kg，a在导轨间的电阻为0.01Ω。碰撞、分离时间极短，各部分始终接触良好，不计导轨电阻、摩擦和储能耗损，忽略电流对磁场的影响。
（1）若分离后某时刻a的速度大小为10m/s，求此时通过a的电流大小。
（2）忽略a、b所受空气阻力，当a与b的初始间距为1.25m时，求b分离后的速度大小，分析其是否为b能够获得的最大速度；并求a运动过程中电容器的电压减小量。
（3）忽略a所受空气阻力，若b所受空气阻力大小与其速度v的关系为f = kv2（k = 0.025N·s2/m2），初始位置与（2）问一致，试估算a运行至NN′时。a分离前的速度大小能否达到（2）问中分离前速度的99%，并给出结论。（0.992 = 0.980l）
6.（2024·福建·高考真题）拓扑结构在现代物理学中具有广泛的应用。现有一条绝缘纸带，两条平行长边镶有铜丝，将纸带一端扭转180°，与另一端连接，形成拓扑结构的莫比乌斯环，如图所示。连接后，纸环边缘的铜丝形成闭合回路，纸环围合部分可近似为半径为R的扁平圆柱。现有一匀强磁场从圆柱中心区域垂直其底面穿过，磁场区域的边界是半径为r的圆（r < R）。若磁感应强度大小B随时间t的变化关系为B = kt（k为常量），则回路中产生的感应电动势大小为（ ）
A．0B．kπR2C．2kπr2D．2kπR2
7．（2024·湖南·高考真题）某电磁缓冲装置如图所示，两足够长的平行金属导轨置于同一水平面内，导轨左端与一阻值为R的定值电阻相连，导轨段与段粗糙，其余部分光滑，右侧处于竖直向下的匀强磁场中，一质量为m的金属杆垂直导轨放置。现让金属杆以初速度沿导轨向右经过进入磁场，最终恰好停在处。已知金属杆接入导轨之间的阻值为R，与粗糙导轨间的摩擦因数为，。导轨电阻不计，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．金属杆经过的速度为
B．在整个过程中，定值电阻R产生的热量为
C．金属杆经过与区域，金属杆所受安培力的冲量相同
D．若将金属杆的初速度加倍，则金属杆在磁场中运动的距离大于原来的2倍
8.（2024·甘肃·高考真题）工业上常利用感应电炉冶炼合金，装置如图所示。当线圈中通有交变电流时，下列说法正确的是（ ）
A．金属中产生恒定感应电流B．金属中产生交变感应电流
C．若线圈匝数增加，则金属中感应电流减小D．若线圈匝数增加，则金属中感应电流不变
9.（2024·广东·高考真题）电磁俘能器可在汽车发动机振动时利用电磁感应发电实现能量回收，结构如图甲所示。两对永磁铁可随发动机一起上下振动，每对永磁铁间有水平方向的匀强磁场，磁感应强度大小均为B．磁场中，边长为L的正方形线圈竖直固定在减震装置上。某时刻磁场分布与线圈位置如图乙所示，永磁铁振动时磁场分界线不会离开线圈。关于图乙中的线圈。下列说法正确的是（ ）
A．穿过线圈的磁通量为
B．永磁铁相对线圈上升越高，线圈中感应电动势越大
C．永磁铁相对线圈上升越快，线圈中感应电动势越小
D．永磁铁相对线圈下降时，线圈中感应电流的方向为顺时针方向
10.（2023·重庆·高考真题）某小组设计了一种呼吸监测方案：在人身上缠绕弹性金属线圈，观察人呼吸时处于匀强磁场中的线圈面积变化产生的电压，了解人的呼吸状况。如图所示，线圈P的匝数为N，磁场的磁感应强度大小为B，方向与线圈轴线的夹角为θ。若某次吸气时，在t时间内每匝线圈面积增加了S，则线圈P在该时间内的平均感应电动势为（ ）

A．B．
C．D．
11.（2023·湖北·高考真题）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，线圈尺寸从内到外逐渐变大。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．
12.（2024·浙江·高考真题）如图1所示，扫描隧道显微镜减振装置由绝缘减振平台和磁阻尼减振器组成。平台通过三根关于轴对称分布的相同轻杆悬挂在轻质弹簧的下端O，弹簧上端固定悬挂在点，三个相同的关于轴对称放置的减振器位于平台下方。如图2所示，每个减振器由通过绝缘轻杆固定在平台下表面的线圈和固定在桌面上能产生辐向磁场的铁磁体组成，辐向磁场分布关于线圈中心竖直轴对称，线圈所在处磁感应强度大小均为B。处于静止状态的平台受到外界微小扰动，线圈在磁场中做竖直方向的阻尼运动，其位移随时间变化的图像如图3所示。已知时速度为，方向向下，、时刻的振幅分别为，。平台和三个线圈的总质量为m，弹簧的劲度系数为k，每个线圈半径为r、电阻为R。当弹簧形变量为时，其弹性势能为。不计空气阻力，求
（1）平台静止时弹簧的伸长量；
（2）时，每个线圈所受到安培力F的大小；
（3）在时间内，每个线圈产生的焦耳热Q；
（4）在时间内，弹簧弹力冲量的大小。
考点要求
考察形式
2025年
2024年
2023年
电磁感应联系生活、生产实际问题
选择题
非选择题
甘肃卷T15
广东卷T9
甘肃卷·T4
湖南卷T8
浙江卷1月卷·T9
湖北卷·T5
重庆卷·T2
电磁感应联系科技前沿实际问题
选择题
非选择
2025·陕晋青宁卷T6
河南卷·T5
河北卷T15
广东卷·T4
浙江6月卷T21
考情分析：
1.命题形式：单选题非选择题
2.命题分析：高考命题强调创新性，其创新性是通过情境和情境活动两类载体来实现的。电磁感应中的情境创新问题一直是高考的热点和难点，试题难度中等偏上，有时也作为压轴题出现。
3.备考建议：熟练掌握动力学问题与电磁感应结合的综合问题处理，多注意模型归类的训练如单棒模型、线框模型，掌握能量转化的定量计算。多关注“真实问题解决能力”复习需紧扣 “力-电-能”三环联动，强化模型化归和数学工具应用。
4.命题情境：试题常取材于利用磁场加速和利用磁场减速这两类新情境，重点考查学生的物理建模能力和逻辑思维能力
5.常用方法：模型转化、类比迁移
复习目标：
复习目标：
目标1：能将上述现代科技应用转化为对应的电磁感应单棒或双棒模型，提取关键物理量，如磁场强度、电流、导体棒长度等。
目标2：结合功能关系和能量守恒定律知识，分析科技应用中电磁感应过程的能量转化，明确能量守恒定律的应用，提高对实际问题的分析和解决能力。