高考物理复习专题四电路与电磁感应第2讲电磁感应规律及综合应用市赛课公开课一等奖省名师获奖

第2讲电磁感应规律及综合应用1/81网络构建2/81备考策略3/813.抓住“两个定律”、利用“两种观点”、分析“一个电路” “两个定律”是指楞次定律和法拉第电磁感应定律；“两种观点”是指动力学观点和能量观点；“一个电路”是指电磁感应电路。

4/81【典例1】

(·全国卷Ⅲ，15)如图1，在方向垂直于纸面向里匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直，金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成区域内，线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动，在运动开始瞬间，关于感应电流方向，以下说法正确是(

)楞次定律和法拉第电磁感应定律应用

楞次定律应用5/81图1A.PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向6/81解析金属杆PQ突然向右运动，由右手定则可知，PQRS中有沿逆时针方向感应电流，穿过圆环形金属线框T中磁通量减小，由楞次定律可知，T中有沿顺时针方向感应电流，故选项D正确，A、B、C错误。答案D7/81【典例2】

(多项选择)(·全国卷Ⅰ，19)如图2，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈经过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内直导线连接成回路。将一磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态。以下说法正确是(

)图28/81A.开关闭合后瞬间，小磁针N极朝垂直纸面向里方向转动B.开关闭合并保持一段时间后，小磁针N极指向垂直纸面向里方向C.开关闭合并保持一段时间后，小磁针N极指向垂直纸面向外方向D.开关闭合并保持一段时间再断开后瞬间，小磁针N极朝垂直纸面向外方向转动9/81解析由电路可知，开关闭合瞬间，右侧线圈正面围绕部分电流向下，由安培定则可知，直导线在铁芯中产生向右磁场，由楞次定律可知，左侧线圈正面围绕部分产生向上电流，则直导线中电流方向由南向北，由安培定则可知，直导线在小磁针所在位置产生垂直纸面向里磁场，则小磁针N极朝垂直纸面向里方向转动，A正确；开关闭合并保持一段时间后，穿过左侧线圈磁通量不变，则左侧线圈中感应电流为零，直导线不产生磁场，则小磁针静止不动，B、C错误；开关闭合并保持一段时间再断开后瞬间，穿过左侧线圈向右磁通量降低，则由楞次定律可知，左侧线圈正面围绕部分产生向下感应电流，则流过直导线电流方向由北向南，直导线在小磁针所在处产生垂直纸面向外磁场，则小磁针N极朝垂直纸面向外方向转动，D正确。答案AD10/81【典例3】

(多项选择)(·全国卷Ⅲ，20)如图3(a)，在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R，R在PQ右侧。导线PQ中通有正弦交流电i，i改变如图(b)所表示，要求从Q到P为电流正方向。导线框R中感应电动势(

)图311/8112/81答案AC13/81法拉第电磁感应定律应用14/81答案B15/81【典例5】

(多项选择)(·全国卷Ⅱ，20)法拉第圆盘发电机示意图如图5所表示。铜圆盘安装在竖直铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上匀强磁场B中。圆盘旋转时，关于流过电阻R电流，以下说法正确是(

)图516/81A.若圆盘转动角速度恒定，则电流大小恒定B.若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b方向流动C.若圆盘转动方向不变，角速度大小发生改变，则电流方向可能发生改变D.若圆盘转动角速度变为原来2倍，则电流在R上热功率也变为原来2倍17/81答案AB18/811.(·河南濮阳一模)如图6甲所表示，光滑“∠”形金属支架ABC固定在水平面上，支架处于垂直于水平面向下匀强磁场中，一金属导体棒EF放在支架上，用一轻杆将导体棒与墙固定连接，磁感应强度随时间改变规律如图乙所表示，取垂直于水平面向下为正方向，则以下说法中正确是(

)图619/81A.t1时刻轻杆对导体棒作用力最大B.t2时刻轻杆对导体棒作用力最大C.t2到t3时间内，轻杆对导体棒作用力先增大后减小D.t2到t4时间内，轻杆对导体棒作用力方向不变20/81答案C21/812.(多项选择)如图7甲所表示，左侧接有定值电阻R＝2Ω水平粗糙导轨处于垂直纸面向外匀强磁场中，磁感应强度B＝1T，导轨间距为L＝1m。一质量m＝2kg、阻值r＝2Ω金属棒在拉力F作用下由静止开始从CD处沿导轨向右加速运动，金属棒与导轨间动摩擦因数μ＝0.25，g＝10m/s2。金属棒v－x图象如图乙所表示，则从起点发生x＝1m位移过程中(

)图722/81A.拉力做功W＝9.25JB.经过电阻R电荷量q＝0.125CC.整个系统产生总热量Q＝5.25JD.x＝1m时金属棒热功率为1W23/81答案AC24/81【典例1】(多项选择)(·全国卷Ⅱ，20)两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直。边长为0.1m、总电阻为0.005Ω正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场边界平行，如图8(a)所表示。已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t＝0时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间改变图线如图(b)所表示(感应电流方向为顺时针时，感应电动势取正)。以下说法正确是(

)电磁感应中图象问题依据题目所给条件，读图分析相关物理量25/81图8A.磁感应强度大小为0.5TB.导线框运动速度大小为0.5m/sC.磁感应强度方向垂直于纸面向外D.在t＝0.4s至t＝0.6s这段时间内，导线框所受安培力大小为0.1N26/81答案BC27/81依据题目所给条件，选择图象28/81图929/81答案D30/811.处理电磁感应图象问题“三点关注” (1)明确图象所描述物理意义；明确各种“＋”、“－”含义； (2)关注改变过程，看电磁感应发生过程分为几个阶段，这几个阶段是否和图象改变相对应。 (3)关注大小、方向改变趋势，看图线斜率大小、图线曲直是否和物理过程对应。2.处理电磁感应图象问题惯用“两个方法” (1)排除法； (2)函数法。

31/8132/81图1033/81答案BD34/812.(多项选择)如图11甲所表示，矩形线圈abcd平放在水平桌面上，其空间存在两个竖直方向磁场，两磁场方向相反，两磁场分界限OO′恰好把线圈分成左右对称两部分，当两磁场磁感应强度按如图乙所表示规律改变时，线圈一直静止，要求磁场垂直纸面向里为正方向，线圈中逆时针方向为正方向，线圈所受桌面摩擦力向左为正方向，则以下关于线圈产生感应电流和桌面对线圈摩擦力随时间改变图象正确是(

)图1135/8136/81答案AC37/813.一个圆形线圈，共有n＝10匝，其总电阻r＝4.0Ω。线圈与阻值R0＝16Ω外电阻连成闭合回路，如图12甲所表示。线圈内部存在着一个边长l＝0.20m正方形区域，其中有分布均匀但强弱随时间改变磁场，图乙显示了一个周期内磁场改变情况，周期T＝1.0×10－2s，磁场方向以垂直线圈平面向外为正方向。求：

图1238/8139/8140/81电磁感应定律综合应用以“单棒＋导轨”模型为载体，考查电磁感应中力、电综合问题41/8142/81解析依据题述，由金属杆进入磁场Ⅰ和进入磁场Ⅱ时速度相等可知，金属杆在磁场Ⅰ中做减速运动，所以金属杆刚进入磁场Ⅰ时加速度方向竖直向上，选项A错误；因为金属杆进入磁场Ⅰ后做加速度逐步减小减速运动，而在两磁场之间做匀加速运动，运动过程如图所表示(其中v1为金属杆刚进入Ⅰ时速度，v2为金属杆刚出Ⅰ时速度)，图线与时间轴所围面积表示位移，两段运动位移相等，所以穿过磁场Ⅰ时间大于在两磁场之间运动时间，选项B正确；

43/81答案BC44/8145/8146/8147/81答案

(1)0.2kg

2Ω

(2)0.5m/s48/81【典例3】

如图15所表示，两根质量均为m＝2kg金属棒垂直放在光滑水平导轨上，左右两部分导轨间距之比为1∶2，导轨间有大小相等但左、右两部分方向相反匀强磁场，两棒电阻与棒长成正比，不计导轨电阻。现用250N水平拉力F向右拉CD棒，CD棒运动s＝0.5m时其上产生焦耳热为Q2＝30J，此时两棒速率之比为vA∶vC＝1∶2，现马上撤去拉力F，设导轨足够长且两棒一直在不一样磁场中运动，求：

以“双棒＋导轨”模型为载体，考查电磁感应中能量、动量等问题

图1549/81

(1)在CD棒运动0.5m过程中，AB棒上产生焦耳热；(2)撤去拉力F瞬间，两棒速度大小vA和vC；(3)撤去拉力F后，两棒最终匀速运动速度大小vA′和vC′。50/81解析(1)设两棒长度分别为l和2l，所以电阻分别为R和2R，因为电路中任何时刻电流均相等，依据焦耳定律Q＝I2Rt可知Q1∶Q2＝1∶2，则AB棒上产生焦耳热Q1＝15J。

(3)撤去拉力F后，AB棒继续向左做加速运动，而CD棒向右做减速运动，两棒最终匀速运动时电路中电流为零，即两棒切割磁感线产生电动势大小相等，此时两棒速度满足BLvA′＝B·2LvC′即vA′＝2vC′(不对过程进行分析，认为系统动量守恒是常见错误)51/81对两棒分别应用动量定理，要求水平向左为正方向，联立以上各式解得vA′＝6.4m/s，vC′＝3.2m/s。答案(1)15J

(2)4m/s

8m/s

(3)6.4m/s

3.2m/s52/81【典例4】

如图16甲所表示，斜面上存在一有理想边界匀强磁场，磁场方向与斜面垂直。在斜面上离磁场上边界s1＝0.36m处静止释放一单匝矩形金属线框，线框底边和磁场边界平行，金属线框与斜面间动摩擦因数μ＝0.5。整个线框进入磁场过程中，机械能E和位移s之间关系如图乙所表示。已知E0－E1＝0.09J，线框质量为0.1kg，电阻为0.06Ω，斜面倾角θ＝37°，磁场区域宽度d＝0.43m，重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。求：以“导体框”为载体，考查电磁感应定律综合应用53/81图16(1)线框刚进入磁场时速度大小v1；(2)线框从开始进入磁场至完全进入磁场所用时间t；(3)线框穿越磁场整个过程中电功率最大值。54/81解析(1)金属线框进入磁场过程中，减小机械能等于克服摩擦力Ff和安培力FA所做功，机械能均匀减小，所以安培力为恒力，线框匀速进入磁场。在未进入磁场前有mgsin37°－μmgcos37°＝ma，得a＝2m/s2联立解得v1＝1.2m/s。55/81(2)设线框侧边长为s2，即线框进入磁场过程运动距离为s2，依据功效关系，除重力之外力所做功等于物体机械能改变，所以有ΔE＝Wf＋WA＝(Ff＋FA)s2因为是匀速进入磁场，所以Ff＋FA＝mgsin37°＝0.6N解得s2＝0.15m56/81答案(1)1.2m/s

(2)0.125s

(3)0.43W57/81巧用流程处理电磁感应中力、电综合问题58/811.(·江西南昌三模)如图17所表示，质量为m＝0.04kg、边长l＝0.4m正方形线框abcd放置在一光滑绝缘斜面上，线框用一平行斜面细绳系于O点，斜面倾角为θ＝30°；线框二分之一处于磁场中，磁场磁感应强度随时间改变关系为B＝2＋0.5t(T)，方向垂直于斜面；已知线框电阻为R＝0.5Ω，重力加速度取g＝10m/s2。以下说法中正确是(

)图1759/81A.线框中感应电流方向为abcdaB.t＝0时，细线拉力大小为F＝0.2NC.线框中感应电流大小为I＝80mAD.经过一段时间t，线框可能拉断细绳向下运动60/81答案C61/812.(多项选择)如图18甲所表示，足够长平行金属导轨MN、PQ倾斜放置。完全相同两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，棒两端都与导轨一直有良好接触，已知两棒电阻均为R，导轨间距为l且光滑，电阻不计，整个装置处于方向垂直于导轨平面向上，大小为B匀强磁场中。棒ab在平行于导轨向上力F作用下，沿导轨向上运动，从某时刻开始计时，两棒v－t图象如图乙所表示，两图线平行，v0已知，则从计时开始(

)图1862/8163/81答案AC64/8165/81图19(1)CD棒刚进入磁场时所受安培力大小；(2)CD棒经过磁场过程中流过其横截面电荷量q；(3)CD棒在磁场中运动过程中电路产生热量Q。66/81解析(1)金属棒进入磁场前做匀加速直线运动由牛顿第二定律得F－μmg＝ma，代入得a＝10m/s2由运动学公式得v2＝2as，代入得v＝2m/s感应电动势E＝BLv＝2V67/81由焦耳定律Q＝I2Rt得CD棒在磁场中运动过程中回路中所产生热量Q＝402×0.05×0.4＝32J。答案(1)40N

(2)16C

(3)32J68/81情形1以科学技术为背景考查楞次定律物理学是科学技术基础，联络生产、生活，考查物理知识应用是高考命题热点，能够表达高考对学科素养重视。电磁感应中STSE问题赏析69/81【例1】

(·全国卷Ⅰ，18)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上形貌。为了有效隔离外界振动对STM扰动，在圆底盘周围沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图20所表示。无扰动时，按以下四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动衰减最有效方案是(

)图2070/81解析感应电流产生条件是闭合回路中磁通量发生改变。在A图中，系统振动时，紫铜薄板随之上下及左右振动，在磁场中部分有时多有时少，磁通量发生改变，产生感应电流，受到安培力，妨碍系统振动；在B、D图中，只有紫铜薄板左右振动才产生感应电流，而上下振动无电流产生；在C图中，不论紫铜薄板上下振动还是左右振动，都不会产生感应电流，故选项A正确，B、C、D错误。答案A71/81【例2】

伴随新能源轿车普及，无线充电技术得到了深入开发和应用。普通给大功率电动汽车充电时利用是电磁感应原理。如图21所表示，由地面供电装置(主要装置有线圈和电源)将电能传送至电动车底部感应装置(主要装置是线圈)，该装置使用接收到电能对车载电池进行充电，供电装置与车身接收装置之间经过磁场传送能量，因为电磁辐射等原因，其能量传输效率只能到达90%左右。无线充电桩普通采取平铺式放置，用户无需下车、无需插电即可对电动车进行充电。当前，无线充电桩能够允许充电有效距离普通为15～25cm，允许错位误差普通为15cm左右。以下说法正确是(

)72/81图21A.无线充电桩优越性之一是在百米开外也能够对电车快速充电B.车身感应线圈中感应电流产生磁场总是要妨碍引发感应电流磁通量改变C.车身感应线圈中感应电流产生磁场总是与地面发射线圈中电流磁场方向相反D.若线圈均采取超导材料制成，则能量传输效率有望到达100%73/81解析由题意可知无线充电桩能够允许充电有效距离普通为15～25cm，允许错位误差普通为15cm左右，所以达不到在百米开外对电车快速充电，选项A错误；由楞次定律可知，车身感应线圈中感应电流产生磁场总是要妨碍引发感应电流磁通量改变，选项B正确；当地面发射线圈中电流增加时，穿过车身感应线圈磁通量增加，依据楞次定律可知，此时车身感应线圈中感应电流磁场方向与地面发射线圈中电流磁场方向相反，当地面发射线圈中电流减小时，穿过车身感应线圈磁通量降低，依据楞次定律可知，此时车身感应线圈中感应电流磁场方向与地面发射线圈中电流磁场方向相同，选项C错误；因为有电磁辐射，传送能量过程中有能量损失，所以即使线圈均采取超导材料制成，传输效率也不可能到达100%，选项D错误。答案B74/81情形2以生活为背景考查楞次定律【例3】

(多项选择)(·广东惠州模拟)在家庭电路中，为了安全，普通在电能表后面电路中安装一个漏电开关，其工作原理如图22所表示，其中甲线圈两端与脱扣开关控制器相连，乙线圈由两条电源线采取双线法绕制，并与甲线圈绕在同一个矩形硅钢片组成铁芯上。以下说法中正确是(

)图2275/81A.当用户用电正常时，甲线圈两端没有电压，脱扣开关接通B.当用户用电正常时，甲线圈两端有电压，脱扣开关接通C.当用户发生漏电时，甲线圈两端没有电压，脱扣开关断开D.当用户发生漏电时，甲线圈两端有电压，脱扣开关断开解析正常状态时，火线和零线中电流产生磁场完全抵消，脱扣开关S