2021年高考物理模拟题精练专题4.45,电磁感应中科技信息问题（解析版）

1、2021年高考物理模拟题精练专题4.45,电磁感应中科技信息问题（解析版） 2021 年高考物理 100 考点最新模拟题千题精练（选修 3-2 ） 第四部分 电磁感应 题 专题 4.45 电磁感应中的科技信息问题（基础篇） 一 选择题 1. （2021 北京平谷一模）有人做过这样一个实验：将一锡块和一个磁性很强的小永久磁铁叠放在一起，放入一个浅平的塑料容器中。往塑料容器中倒入液态氮，降低温度，使锡出现超导性。这时可以看到，小磁铁竟然离开锡块表面，飘然升起，与锡块保持一定距离后，便悬空不动了。产生该现象的原因是：磁场中的超导体能将磁场完全排斥在超导体外，即超导体内部没有磁通量（迈斯纳效应）。如果

2、外界有一个磁场要通过超导体内部，那么在磁场作用下，超导体表面就会产生一个无损耗感应电流。这个电流产生的磁场恰恰与外加磁场大小相等、方向相反，这就形成了一个斥力。当磁铁受到的向上的斥力大小刚好等于它重力大小的时候，磁铁就可以悬浮在空中。根据以上材料可知 a. 超导体处在恒定的磁场中时它的表面不会产生感应电流 b. 超导体处在均匀变化的磁场中时它的表面将产生恒定的感应电流 c. 将磁铁靠近超导体，超导体表面的感应电流增大，超导体和磁铁间的斥力就会增大 d. 将悬空在超导体上面的磁铁翻转 180，超导体和磁铁间的作用力将变成引力 【参考答案】c 【名师解析】超导体处在变化的磁场中时它的表面将产生感应

3、电流，选项 ab 错误；将磁铁靠近超导体，超导体表面的感应电流增大，超导体和磁铁间的斥力就会增大，导致磁铁悬浮，选项 c 正确；将悬空在超导体上面的磁铁翻转 180，超导体和磁铁间的作用力仍然为斥力，选项 d 错误。 2. （2021 福建泉州质检）如图为一种延时开关示意图，m 和 n 是绕在同一个铁芯上的两个线圈，其中 m 与电源 e、开关 s 构成回路，n 的两端用导线 ab 直接连起来。当闭合 s 后，铁芯吸住衔铁 a，开关触头 b就将高压电路接通；当断开 s 时，衔铁仍被铁芯吸住，一会儿后才被弹簧 c 拉上去，从而实现延时断开电路的目的。下列说法正确的是（ ） a. 起延时效果的主要部

4、件是线圈 m b. 闭合 s 电路稳定工作后，导线 ab 中有从 a 流向 b 的感应电流 c. 断开 s 瞬间，导线 ab 中有从 a 流向 b 的感应电流 d. 电源 e 的正负极对调接入后，该装置就没有延时效果 【参考答案】c 【名师解析】 分析电路可知，当闭合 s，m 线圈中产生电流，电流周围产生磁场，根据安培定则可知，铁芯下端为 n 极，产生由上向下的磁场，电路稳定后，磁场不变，n 线圈中不会产生感应电流，导线 ab 中没有电流， 当断开 s 时，线圈 m 中电流逐渐减小，直至消失，n 线圈中的磁通量由上向下逐渐减小，根据楞次定律可知，产生由上向下的感应磁场，根据安培定则可知，感应电

5、流方向由 a 到 b，铁芯下端为 n 极，故起到延时效果的主要部件是线圈 n，故 ab 错误，c 正确。 d、电源 e 的正负极对调接入后，断开 s，n 线圈中仍发生电磁感应现象，该装置仍具有延时效果，故 d 错误。 【关键点拨】图中有两个线圈，其中 m 有电源，接通电路后有电流通过，会产生磁性。 n 线圈无电源，开关闭合后没有电流，只有当 m 中的磁场发生变化时，根据电磁感应规律，n 线圈才会产生感应电流，起到延时效果。此题考查楞次定律与安培定则的应用，注意穿过闭合线圈的磁通量变化，线圈产生感应电流。 3.(2021北京海淀区期末)(多选)现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利

6、用感生电场使电子加速的设备。如图 11 所示，上面为侧视图，上、下为电磁铁的两个磁极，电磁铁线圈中电流的大小可以变化；下面为磁极之间真空室的俯视图。现有一电子在真空室中做圆周运动，从上往下看电子沿逆时针方向做加速运动。则下列判断正确的是( ) a.通入螺线管的电流在增强 b.通入螺线管的电流在减弱 c.电子在轨道中做圆周运动的向心力是电场力 d.电子在轨道中加速的驱动力是电场力 【参考答案】ad 【名师解析】 从上往下看电子沿逆时针方向做加速运动，表明感应电场沿顺时针方向。图示电磁铁螺线管电流产生的磁场方向竖直向上，根据楞次定律和右手定则，当磁场正在增强时，产生的感应电场沿顺时针方向，故选项

7、a 正确，b 错误；电子所受感应电场力方向沿切线方向，电子在轨道中做加速圆周运动是由电场力驱动的，选项 c 错误，d 正确。 4.自行车速度计利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率如图甲所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器会输出一个脉冲电压图乙为霍尔元件的工作原理图当磁场靠近霍尔元件时，导体内定向运动的自由电荷在磁场力作用下偏转，最终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，即为霍尔电势差下列说法正确的是（ ） a. 根据单位时间内的脉冲数和自行车车轮的半径即可获知车速大小 b. 自行车的车速越大，霍尔电势差越高 c. 图乙中霍尔元件的电流 i

8、 是由正电荷定向运动形成的 d. 如果长时间不更换传感器的电源，霍尔电势差将减小 【参考答案】a,d 【名师解析】根据单位时间内的脉冲数，可求得车轮转动周期，从而求得车轮的角速度，最后由线速度公式，结合车轮半径，即可求解车轮的速度大小故 a 正确 根据 qvb=q 得，u h = ，由电流的微观定义式：i=nesv，n 是单位体积内的电子数，e 是单个导电粒子所带的电量，s 是导体的横截面积，v 是导电粒子运动的速度整理得：v= 联立解得：u h = ，可知用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度，保持电流不变，霍尔电压 u h 与车速大小无关故 b 错误霍尔元件的电流 i 是由负电荷定向运动形成

9、的故 c 错误由公式 u h = ，若长时间不更换传感器的电源，那么电流 i 减小，则霍尔电势差将减小，故 d 正确； 【分析】依据单位时间内的脉冲数，即可知转动周期，再结合角速度与周期，与线速度与角速度关系，即可求解；根据左手定则得出电子的偏转方向，抓住电子所受的电场力和洛伦兹力平衡得出霍尔电压的表达式，从而进行分析 5电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的 a、b、c，流量计的两端与输送液体的管道相连接（图中虚线）。图中流量计的上下两面是

10、金属材料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感强度为 b 的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当导电液体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻 r 的电流表的两端连接，i 表示测得的电流值。已知流体的电阻率为 ，不计电流表的内阻，则可求得流量为( ) a ) (acbrbir + b ) (cbarbir + c ) (bacrbir + d ) (abcrbir + 【参考答案】a 【名师解析】设管中流体的流速为 v，则在 t 时间内流体在管中向前移动的距离为 vt，这样如下图画线的流体在 t 时间内都将流过横截面， 设此横截面积为 s，则画线的流体体积 v=

11、svt，除以时间 t，则得到流体在该管中的流量为q=v/t=sv.对于题干所给的流量计，横截面积 s=bc，故流过流量计的流量 q=vbc，对于给定的流量计，b 与 c 是常量，可见测流量实质上是测流速. 当可导电流体稳定地流经流量计，流体将切割磁感线，这样在流量计的上、下两面产生感应电动势 e=vbc，其中 b 是垂直于流量计前后两面的匀强磁场的磁感应强度， c 是流过流量计流体的厚度，v 是可导电流体在流量计中的流速.这样在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻 r 的电流表的两端连接，如下图所示，则将有电流流过闭合电路，这个闭合电路中的电动势就是由可导电流体沿流量计流动切割磁感线而产

12、生的感应电动势，如下图所示，电阻包括外接的电阻 r 和可导电流体的电阻 r=c/ab，这样根据欧姆定律，得到闭合电路中的电流等于i=bcvcrabr + q= vbc = ) (acbrbir + ，选项 a 正确。 二计算题 1 （2021 成都调研）随着航空领域的发展，实现火箭回收利用，成为了各国都在重点突破的技术。其中有一技术难题是回收时如何减缓对地的碰撞，为此设计师在返回火箭的底盘安装了电磁缓冲装置。该装置的主要部件有两部分：缓冲滑块，由高强绝缘材料制成，其内部边缘绕有闭合单匝矩形线圈 abcd；火箭主体，包括绝缘光滑缓冲轨道 mn、pq 和超导线圈（图中未画出），超导线圈能产生方向垂

13、直于整个缓冲轨道平面的匀强磁场。当缓冲滑块接触地面时，滑块立即停止运动，此后线圈与火箭主体中的磁场相互作用，火箭主体一直做减速运动直至达到软着陆要求的速度，从而实现缓冲。现已知缓冲滑块竖直向下撞向地面时，火箭主体的速度大小为 v 0 ，经过时间 t 火箭着陆，速度恰好为零；线圈 abcd 的电阻为 r，其余电阻忽略不计；ab 边长为 l，火箭主体质量为 m，匀强磁场的磁感应强度大小为 b，重力加速度为 g，一切摩擦阻力不计，求： （1）缓冲滑块刚停止运动时，线圈 ab 边两端电势差 u ab （2）缓冲滑块刚停止运动时，火箭主体加速度大小 （3）火箭主体的速度从 v 0 减到零过程中系统产生的

14、电能 【参考答案】（1）034abu blv = ；（2）2 20b l va gmr= - ；（3）22021 2( ) 12m gr v gte mvb l+= + 【名师解析】 （1）ab 边产生电动势：eblv 0 ，因此 034abu blv = （2）安培力abf bil = ，电流为0blvir= ，对火箭主体受力分析可得： f ab mgma 解得 2 20b l va gmr= - （3）设下落 t 时间内火箭下落的高度为 h，对火箭主体由动量定理 mgtabf t 0mv 0 即 mgt2 2b l hr0mv 0 化简得 h02 2( ) mr v gtb l+ 根据能量

15、守恒定律，产生的电能为 e2021mgh mv + 代入数据可得 22021 2( ) 12m gr v gte mvb l+= + 2（10 分）（2021 浙江名校协作体二模）某中学科技小组的学生在进行电磁发射装置的课题研究，模型简化如下。在水平地面上固定着相距为 l 的足够长粗糙导轨 pq 及 mn ， pqnm 范围内存在可以调节的匀强磁场，方向竖直向上，如图所示，导轨左侧末端接有电动势为 e 、内阻为 r 的电源，开关 k 控制电路通断。质量为 m 、电阻同为 r 的导体棒 ab 垂直导轨方向静止置于上面，与导轨接触良好。电路中其余位置电阻均忽略不计。导轨右侧末端有一线度非常小的速度

16、转向装置，能将导体棒水平向速度转为与地面成 角且不改变速度大小。导体棒在导轨上运动时将受到恒定的阻力 f ，导轨棒发射后，在空中会受到与速度方向相反、大小与速度大小成正比的阻力，f 0 =kv，k 为比例常数。导体棒在运动过程中只平动，不转动。重力加速度为 g。调节磁场的磁感应强度，闭合开关 k ，使导体棒获得最大的速度。 (需考虑导体棒切割磁感线产生的反电动势) （1）求导体棒获得最大的速度 v m ； （2）导体棒从静止开始达到某一速度 v 1 ，滑过的距离为 x 0 ，导体棒 ab 发热量 q ，求电源提供的电能及通过电源的电量 q； （3）调节导体棒初始放置的位置，使其在到达 nq 时

17、恰好达到最大的速度，最后发现导体棒以 v 的速度竖直向下落到地面上。求导体棒自 nq 运动到刚落地时这段过程的平均速度大小。 【名师解析】（1）当棒达到最大速度时，棒受力平稳，即： f f =安 -1 分 f bil =安-1 分 2e blvir-= -1 分 综上可得： 222 1 1 fr evl b l b- = + 28mevfr= -1 分 （2）根据能量守恒得： 电热：2q-1 分 21 010 22w mv fx q = - + + -1 分 得：20 122fx mv e e e= + + -1 分 （3）水平方向列动量定理 xx x x xvkv m kv t m v k

18、x m vtd- = - d = d - d = dd-1 分 2cos8m exk frq d = 竖直方向列动量定理： yy y y yvkv mg m kv t mg t m v k y mg t m vtd- - = - d - d = d - d - d = dd-1 分 2sin8evfrtgq +d = 得 22cossin 8xx mg evt k e frvqqd= =d + 3.（10 分）（2021 北京朝阳期末） 电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置，其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度。电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论：如图所示，将形状相同的两

19、根平行且足够长的铝条固定在光滑斜面上，斜面与水平方向夹角为 。一条形磁铁滑入两铝条间，恰好以速度 v 0 匀速下滑，穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定，其引起电磁感应的效果与磁铁不动、铝条相对磁铁运动相同。磁铁端面是底边为 2d，高为 d 的长方形，由于磁铁距离铝条很近，磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场，磁感应强度为 b ， 铝条的高度大于 d，宽度为 b，电阻率为 。为研究问题方便，铝条中只考虑与磁铁正对部分的电阻和磁场，其他部分电阻和磁场可忽略不计，假设磁铁进入铝条间以后，减少的机械能完全转化为铝条的内能，重力加速度为 g。 （1）求一侧铝条中与磁铁正对部分的感应电动势

20、 e； （2）求条形磁铁的质量 m； （3）在其他条件不变的情况下，仅将两铝条更换为宽度 b （ b b ）为的铝条，磁铁仍以速度 v 0 进入铝条间，请在图 2 中定性画出磁铁速度 v 随时间 t 变化关系的图线（规定沿斜面向下为正方向）。 图 2 【名师解析】（10 分） （1）一侧铝条中与磁铁正对部分的感应电动势 bq d2d 高b 0e bd = v （2 分） （2）根据电阻定律，一侧铝条与磁铁正对部分的电阻 2 2drdb brr = = 根据欧姆定律有，铝条正对部分中的电流 02bd eir r= =v b 一侧铝条受到的安培力 2 202b df idbr= =v b安 根据牛

21、顿第三定律有，一侧铝条对磁铁的作用力2 202b df fr= =v b安，此力阻碍磁铁的运动，方向沿斜面向上。取磁铁为研究对象，根据牛顿第二定律 2 sin 0 f mg q - = 所以 2 204sinb dmg r q=v b（5 分） （3）磁铁速度 v 随时间 t 变化关系的图线如图所示（3 分） 4（12 分）（2021 北京东城期末）图甲为洛伦兹力演示仪的实物照片，图乙为其工作原理图。励磁线圈为两个圆形线圈，线圈通上励磁电流 i（可由电流表示数读出）后，在两线圈间可得到垂直线圈平面的匀强磁场，其磁感应强度的大小和 i 成正比，比例系数用 k 表示，i 的大小可通过励磁电流调节旋

22、钮调节；电子从被加热的灯丝逸出（初速不计），经加速电压 u（可由电压表示数读出）加速形成高速电子束，u 的大小可通过加速电压调节旋钮调节。玻璃泡内充有稀薄气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹。请讨论以下问题： （1）调整灯丝位置使电子束垂直进入磁场，电子的径迹为圆周。若垂直线圈平面向里看电子的绕行方向为顺时针，那么匀强磁场的方向是怎样的？ （2）用游标瞄准圆形电子束的圆心，读取并记录电子束轨道的直径 d、励磁电流 i、加速电压 u。请用题目中的各量写出计算电子比荷qm的计算式。 （3）某次实验看到了图丙所示的电子径迹，经过调节励磁电流调节旋钮又看到了图丙所示的电子径迹，游标测量显示二者直径之

23、比为 2：1；只调节加速电压调节旋钮也能达到同样的效果。 a通过计算分别说明两种调节方法是如何操作的； b求通过调节励磁电流调节旋钮改变径迹的情况中，电子沿、轨道运动一周所用时间之比。 【名师解析】 （1）磁场方向垂直线圈平面向里 （2）设电子加速后的速度为 v，对电子从灯丝逸出后经加速电压 u 加速的过程应用动能定理，有221mv qu = 电子进入磁场后做匀速圆周运动运动，对其应用牛顿第二定律，有rvm bqv2= 其中 ki b =；2dr = ， 联立、解得：2 2 28i k dumq= （3）由可得出： d 正比于iu a为使直径 d 变为原来的21，两种调节方法分别是：保持加速电

24、压调节旋钮的位置不变，调节励磁电流调节旋钮使励磁电流 i 变为原来的 2 倍；或保持励磁电流调节旋钮的位置不变，调节加速电压旋钮 使加速电压 u 变为原来的41。 b电子在磁场中做匀速圆周运动，周期vrtp 2= ，与式联立得bqmtp 2= 通过调节励磁电流调节旋钮 改变径迹的情况中，轨迹从变为，是因为励磁电流改变从而改变了磁场大小，因此电子沿、轨道运动一周所用时间之比12121221= = =iibbtt （或由周期vrtp 2= ，通过调节励磁电流调节旋钮改变径迹的情况中，加速电压调节旋钮保持不变说明电压 u 不变，即电子速率 v 不变，因此可得：122121= =rrtt） 5在生产线

25、框的流水线上，为了检测出个别不合格的未闭合线框，让线框随传送带通过一固定匀强磁场区域（磁场方向垂直于传送带平面向下），观察线框进入磁场后是否相对传送带滑动就能够检测出未闭合的不合格线框。其物理情景简化如下：如图所示，通过绝缘传送带输送完全相同的正方形单匝纯电阻铜线框，传送带与水平方向夹角为 ，以恒定速度 v 0 斜向上运动。已知磁场边界 mn、pq 与传送带运动方向垂直，mn 与 pq 间的距离为 d，磁场的磁感应强度为 b。线框质量为 m，电阻为 r，边长为 l（ ）,线框与传送带间的动摩擦因数为 ，重力加速度为 。闭合线框在进入磁场前相对传送带静止，线框刚进入磁场的瞬间，和传送带发生相对滑

26、动，线框运动过程中上边始终平行于 mn，当闭合线框的上边经过边界 pq 时又恰好与传送带的速度相同。设传送带足够长，且线框在传送带上始终保持上边平行于磁场边界。求 （1）闭合线框的上边刚进入磁场时所受安培力 f 安 的大小； （2）从闭合线框上边刚进入磁场至刚要出磁场所用的时间 t； （3）从闭合线框上边刚进入磁场到穿出磁场后又相对传送带静止的过程中，电动机多消耗的电能 e。 【名师解析】（1）根据安培力公式得：f 安 =bil 根据闭合电路欧姆定律得：i=e/r 根据法拉第电磁感应定律得：e=blv 0 由式联立解得：f 安 =2 2b l vr （2）线框刚进入磁场至线框刚要出磁场的过程，

27、 根据动量定理：mgsint+ ft -mgcost=0 根据安培力公式得：f=bil 根据闭合电路欧姆定律得：i=e/r 根据法拉第电磁感应定律得：e=blv 根据运动学公式得：l=vt 由得：t=( ) cos sinblmgr m a a -=10s （3）线框刚进入磁场至线框刚要出磁场的过程， 根据动能定理得：（mgcos-mgsin）d+w 安 1 =0 根据功能关系得：q 电 1 =-w 安 1 根据功能关系得：q f1 =mgcos（v 0 t-d） 从线框上边刚进入磁场到穿出磁场后又相对传送带静止的过程中： 根据能量守恒得：e=2mgsind+2q 电 1 +2q f1 得：e

28、=( )2 coscos sinvblrm am a a - 6.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甲所示，虚线 mn 右侧存在一个竖直向上的匀强磁场，一边长 l 的正方形单匝金属线框 abcd 放在光滑水平面上，电阻为 r，质量为 m，ab 边在磁场外侧紧靠 mn 虚线边界t=0 时起磁感应强度 b 随时间 t 的变化规律是 b=b 0 +kt（k 为大于零的常数），空气阻力忽略不计 （1）求 t=0 时刻，线框中感应电流的功率 p； （2）若线框 cd 边穿出磁场时速度为 v，求线框穿出磁场过程中，安培力对线框所做的功 w 及通过导线截面的电荷量 q； （3）若用相同的金属线绕制相同大小的 n 匝线框，如图乙所示，在线框上加一质量为 m 的负载物，证明:载物线框匝数越多，t=0 时线框加速度越大 【名师解析】 （1）t=0 时刻线框中的感应电动势 20be ltd=d（2 分） 功率 20epr= （1 分） 解得2 4k lpr= （2 分） （2）由动能定理有kw e = d （1 分） 解得2