第43讲 电磁感应的综合应用（安徽专用）（教师版）

第43讲电磁感应的综合应用目录TOC\o"1-2"\h\u01课标达标练 1题型01感生电动势的电路问题 1题型02动生电动势的电路问题 4题型03动生电磁感应图像问题 8题型04感生电磁感应图像问题 11题型05动力学图像问题 13题型06电磁感应中的平衡和动力学问题 15题型07电磁感应中的能量问题 2002核心突破练 2403真题溯源练 3401感生电动势的电路问题1．（2025·青海西宁·三模）如图甲所示，100匝的线圈（图中只画了1匝）与R=48Ω的定值电阻构成闭合回路，线圈面积为0.01m2，电阻为2Ω，线圈内存在垂直于线圈平面的磁场，以垂直纸面向里为磁感应强度的正方向，以顺时针方向为线圈中电流的正方向。当磁感应强度B随时间t按图乙变化时，下列说法正确的是（）A．1.5s时穿过线圈的磁通量为2Wb B．0.5s时感应电流的方向为负C．定值电阻R两端的电压为4V D．0~2s内流过定值电阻的电荷量为0【答案】B【详解】A．由图像可知，1.5s时磁感应强度大小为2T，磁通量为故A错误；B．由楞次定律可判断感应电流沿逆时针方向，与正方向相反，故B正确；CD．由法拉第电磁感应定律有根据闭合电路的欧姆定律可得感应电流定值电阻两端电压2s内通过定值电阻的电荷量故CD错误。故选B。2．（2025·山东·模拟预测）如图甲所示，在半径为r的圆形区域内存在垂直平面的匀强磁场，磁感应强度大小B随时间变化如图乙所示。同一平面内有边长为2r的金属框abcd，总电阻为R，ab边与圆形磁场区域的直径重合。则（）A．时，框中的电流为B．时，框中的电流为C．~时间内，框中产生的焦耳热为D．~时间内，框中产生的焦耳热为【答案】D【详解】AB．由图甲可知线圈的有效面积为在0~t0时间内，由法拉第电磁感应定律感应电动势的大小为时，框中的电流为故AB错误；CD．~时间内，感应电动势的大小为框中的电流为框中产生的焦耳热为故C错误，D正确。故选D。3．（2025·江西南昌·二模）（多选）如图所示，一实验小组利用传感器测量通电螺线管的磁场随时间变化的实验规律，测得螺线管的匝数为匝、横截面积，螺线管电阻，与螺线管串联的外电阻。。穿过螺线管的磁场的方向如图甲所示，磁感应强度按图乙所示的规律变化（以磁场方向向左为正方向），则时（）A．通过R的电流方向为N→MB．通过R的电流为1mAC．R的电功率为D．螺线管两端M、N间的电势差【答案】AC【详解】A．由乙图可知，通过螺线管的磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反，结合安培定则可知，通过R的电流方向为N→M，A正确；B．根据法拉第电磁感应定律可知，电路中的感应电动势结合闭合电路的欧姆定律可得B错误；C．根据代入数据解得定值电阻的电功率为C正确；D．根据楞次定律判断螺线管N端等效于电源正极，欧姆定律可得螺线管两端M、N间的电势差D错误。故选AC。02动生电动势的电路问题4．（2025·甘肃平凉·模拟预测）如图所示，在虚线边界MN右侧存在垂直于纸面向里的范围足够大的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，位于纸面内、边长为L的、粗细均匀的单匝正方形线框abcd的ad边与边界MN重合，O1O2为垂直于ad边的线框的对称轴。下列说法正确的是（）A．若线框沿磁场边界以速度v向上运动时，ad两点间的电压为B．若线框垂直于磁场边界以速度v向左运动，线框离开磁场前ad两点间的电压为C．若线框绕O1O2轴顺时针转动（从左向右看），从图示位置转过30°时线框中产生dcba方向的电流D．若线框绕O1O2轴逆时针转动（从左向右看），从图示位置转过30°时线框中产生dcba方向的电流【答案】B【详解】A．若线框沿磁场边界以速度v向上运动时，ab边和cd边切割磁感线，均产生的电动势为，a点和d点均为动生电动势的负极，则ad两点间的电压为零，故A错误；B．若线框垂直于磁场边界以速度v向左运动，bc边切割磁感线，感应电动势为，ad边为闭合电路的四个等大电阻之一，则线框离开磁场前ad两点间的电压为，故B正确；C．若线框绕O1O2轴顺时针转动，即从中性面开始转动切割产生正弦式交变电流，从左向右看图示位置转过30°时由楞次定律可知电流方向为abcd方向，故C错误；D．若线框绕O1O2轴逆时针转动，即从中性面开始转动切割产生正弦式交变电流，从左向右看图示位置转过30°时由楞次定律可知电流方向为abcd方向，故D错误。故选B。5．（2025·广东惠州·三模）如图所示，间距为L且足够长的金属导轨固定在水平面上，导轨电阻忽略不计，竖直向下的匀强磁场范围足够大，磁感应强度为B。导轨左端用导线连接阻值为R的定值电阻，阻值为R的导体棒垂直于导轨放置，与导轨接触良好。导体棒从导轨的最左端以速度v匀速向右运动的过程中（

）A．回路中的电流逐渐变大B．回路中电流方向沿顺时针（俯视）C．导体棒两端的电压大小为D．导体R的发热功率先变大后变小【答案】C【详解】A．导体棒匀速运动切割磁感线，则可知产生的感应电动势为由闭合电路的欧姆定律可得回路中的电流为则可知回路中的电流不变，故A错误；B．根据楞次定律结合安培定则可知，回路中电流方向沿逆时针（俯视），故B错误；C．切割磁感线的导体相当于电源，则可知导体棒两端的电压即为路端电压，根据串联电路的特点可得导体棒两端的电压为故C正确；D．导体R的发热功率为导体R的发热功率不变，故D错误。故选C。6．（2025·湖南·模拟预测）物理兴趣小组设计了一台自制发电机，其原理图如图所示，正方形线框置于垂直于纸面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场中，当线框绕轴以角速度匀速转动时，闭合开关，小灯泡发光。设线框的边长为，每边电阻均为，小灯泡的电阻恒为，导线电阻不计，则下列说法正确的是（）A．当S断开时，两端的电压为B．当S断开时，两端的电压为C．当S闭合时，流过灯泡的电流为D．当S闭合时，流过灯泡的电流为【答案】D【详解】AB．线框abcd绕着垂直于磁场的轴匀速转动，产生交流电的电动势最大值为则电动势的有效值为当S断开时，MN两端的电压等于cd两端的电压，则有，故AB错误；CD．当S闭合时，电路总电阻为流过灯泡L的电流为，故D正确，C错误。故选D。7．（2025·四川成都·三模）如图所示，圆心为O、直径d=2m的圆形金属导轨内存在方向垂直纸面向里、磁感应强度大小B=1T的匀强磁场。金属杆PQ长度与导轨直径相等，单位长度电阻，PQ绕O点以角速度逆时针匀速转动并与导轨保持良好接触。O、M两点用导线相连，A是理想电流表，阻值R=8Ω的电阻和电容的电容器并联在电路中，圆形导轨与导线电阻不计。下列说法正确的是（

）A．流过电阻R的电流方向为B．电流表的读数为2.5AC．电容器的电荷量为9.6×10-10CD．为了维持金属杆匀速转动，外力做功的功率为6.25W【答案】C【详解】A．PQ绕O点逆时针匀速转动，根据右手定则可知，电流从PQ两点流向O点，所以流过电阻R的电流方向为a→b，故A错误；B．电流从PQ两点流向O点，则PO与QO并联，则产生的电动势为PO与QO并联产生的等效内阻电流表的读数为故B错误；C．电容器两端电压电容器的电荷量为故C正确；D．为了维持金属杆匀速转动，外力做功的功率为故D错误。故选C。8．（2025·河北·二模）如图所示，三根完全相同的电阻丝一端连在一起并固定在转轴O上，另一端分别固定于导体圆环上的A、C、D点，并互成角，导体圆环的电阻不计。转轴的右侧空间有垂直于纸面向里的匀强磁场，范围足够大，现让圆环绕转轴O顺时针匀速转动，在连续转动的过程中，对其中一根电阻丝OA，下列说法正确的是（）A．电流方向始终不变B．A点的电势始终高于O点的电势C．电流大小始终不变D．电流大小有三个不同值【答案】B【详解】A．根据右手定则可知，当OA在磁场中时，电流从O到A，当OA在磁场外时，电流从A到O，故A错误；B．当OA在磁场中时，A为电源正极，O为电源负极，A点的电势高于O点的电势，当OA在磁场外时，电流从A到O，A点的电势高于O点的电势，故B正确；CD．对于连续转动的不同时刻，电路有两种不同情形，如图所示图甲为只有一根电阻丝在磁场中的情形，图乙为两根电阻丝在磁场中的情形，两电路中的电动势相同，总电阻相同，所以总电流相同，但流过图甲中的一个电阻和图乙中的一个电源的电流均为总电流的一半，故流过OA中的电流大小有两个不同值，故CD错误。故选B。03动生电磁感应图像问题如图所示，过P点的水平虚线上方存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场。一金属圆环在纸面内以P点为轴沿顺时针方向匀速转动，转动周期为T，O为圆环的圆心，OP为圆环的半径。规定逆时针方向为电流的正方向，则金属圆环中的感应电流i随时间的变化关系可能正确的是（）A． B．C． D．【答案】D【详解】在圆环进入磁场的过程中圆环中感应电流绕圆心O逆时针流动，圆环出磁场的过程中圆环中感应电流绕圆心O顺时针流动，由几何关系可知圆环进入磁场的过程中，圆环的圆心O的运动轨迹是以P点为圆心且半径与圆环的半径大小相等的圆，则圆环切割磁感线的有效长度为其中为圆环匀速转动的角速度，为OP与虚线的夹角，则圆环在纸面内以P点为轴沿顺时针方向匀速转动产生的感应电动势瞬时值大小为化简得根据数学知识可知感应电流图像应为D项。故选D。10．（2025·河北邯郸·模拟预测）如图所示，有界匀强磁场的宽度为，方向垂直纸面向里，边长为的等边三角形线圈位于纸面内。时刻，边与磁场边界垂直且点在磁场边界上。当线圈沿垂直于磁场边界的方向以速度匀速穿过磁场时，线圈中的感应电流随时间变化的图像可能是（）（取逆时针方向为感应电流的正方向）A． B．C． D．【答案】A【详解】C．线框进入磁场的过程中，根据楞次定律判断，感应电流的方向为逆时针方向，即为正方向，线框离开磁场的过程中，感应电流的方向为顺时针方向，即为负方向，故C错误；D．线框匀速进入和离开磁场所用时间均为，线框完全进入磁场后运动的时间内磁通量不变化，线框中没有感应电流，故D错误；B．线框进入磁场过程中，设等边三角形线圈的顶角为，匀强磁场的磁感应强度为在时间内，切割磁感线的有效长度为根据法拉第电磁感应感应定律得根据闭合电路欧姆定律得联立各式得即感应电流i是时间t的一次函数，故B错误；A．同理可得，在线框进入磁场的时间内，电流随时间均匀减小，但方向不变；当线框离开磁场的和时间段内，电流随时间均匀增大和均匀减少，但电流方向为负，故A正确；故选A。04感生电磁感应图像问题11．（多选）长方形线圈固定在水平桌面上，通电直导线平行cd边放置，导线与线框在同一平面内，导线中通有如图所示的电流，设直导线中电流i向右为正。穿过线框的磁通量为，磁场方向垂直纸面向里时磁通量为正；线框中的感应电流为I，顺时针方向为正；线框受到的安培力为F，指向直导线为正；线框的热功率为P。已知通电直导线在空间产生的磁感应强度与电流的大小成正比，与到直导线的距离成反比，以下图像正确的是（）

A．

B．

C．

D．

【答案】AC【详解】根据题意，由图可知，时间内，磁感应强度均匀增大，磁通量均匀增大，磁场方向垂直纸面向里，由楞次定律可知，线框中的感应电流逆时针方向，由左手定则可知，线框受到的安培力背离直导线方向。时间内，磁感应强度均匀减小，磁通量均匀减小，磁场方向垂直纸面向里，由楞次定律可知，线框中的电流沿顺时针方向，由左手定则可知，线框受到的安培力指向直导线。时间内，磁感应强度均匀增大，磁通量均匀增大，磁场方向垂直纸面向外，由楞次定律可知，线框中的感应电流顺时针方向，由左手定则可知，线框受到的安培力背离直导线方向。时间内，磁感应强度均匀减小，磁通量均匀减小，磁场方向垂直纸面向外，由楞次定律可知，线框中的电流沿顺时针方向，由左手定则可知，线框受到的安培力指向直导线。线框中的感应电流大小恒定，由公式可知，安培力大小与磁感应强度大小变化规律相同，线框受到的安培力线框的热功率为一定值。故选AC。12．（2025·广东广州·模拟预测）如图甲所示，在倾斜角为θ的光滑斜面内分布着垂直于斜面的匀强磁场，以垂直于斜面向上为磁感应强度正方向，其磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示。质量为m，粗细均匀的矩形金属框从t＝0时刻由静止释放，金属框的内阻不能忽略，时刻的速度为v，移动的距离为L，重力加速度为g。在金属框下滑的过程中，下列说法正确的是（）A．0~t1时间内金属框中c、d两点的电势差Ucd为0B．t1~t2时间内金属框做加速度逐渐减小的直线运动C．0~t3时间内金属框做匀加速直线运动D．0~t3时间内金属框中产生的焦耳热为【答案】C【详解】A．0~t1时间内磁场不变，金属框做匀加速直线运动，、切割磁感线产生的电动势等大反向，回路的电流为零，两端电压等于产生的电动势，故A错误；BC．时间内，金属框的边与边所受安培力等大反向，金属框所受安培力为零，则金属框所受的合力沿斜面向下，大小为，金属框做匀加速直线运动，故B错误，C正确。D．线框机械能不变，从能量守恒的角度，焦耳热等于消耗的磁场能，不是来自消耗的机械能，故D错误。故选C。05动力学图像问题（多选）如图所示，在空间中存在一范围足够大的匀强磁场区域，磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，MN为磁场区域的上边界，磁场上方有一个正方形导线框abcd，ab边与MN平行，线框平面处于竖直面内。已知线框质量为m，边长为L，总电阻为R，重力加速度为g，线框从图示位置由静止开始下落，则在ab边进入磁场的过程中，关于线框的运动，以下图像可能正确的是（）A． B．C． D．【答案】BCD【详解】若线框刚进入磁场时，安培力等于重力，则线框匀速进磁场，加速度为零，即，，解得若线框刚进入磁场时，安培力大于重力，线框做加速度减小的减速运动，当线框速度减小到上述速度时仍未全部进入磁场，线框后面将做匀速运动；若线框刚进入磁场时，安培力小于重力，线框做加速度减小的加速运动，当线框速度达到上述速度时仍未全部进入磁场，线框后面将做匀速运动。故选BCD。14．（2025·安徽·模拟预测）某游乐园中过山车从倾斜轨道最高点无动力静止滑下后到水平直轨道停下，为保证安全，水平直轨道上安装有磁力刹车装置，其简化示意图如图所示。水平直轨道右侧与定值电阻R相连，虚线PQ的右侧有竖直向上的匀强磁场，左侧无磁场。过山车的磁力刹车装置可等效为一根金属棒ab，其从倾斜轨道上某一位置由静止释放，最终静止在水平轨道上某一位置，忽略摩擦力和空气阻力，水平轨道电阻不计，且与倾斜轨道平滑连接。下列关于金属棒ab运动过程中速率v、加速度大小a与运动时间t或运动路程s的关系图像可能正确的是（）A． B．C． D．【答案】D【详解】金属棒ab在倾斜轨道上受重力和支持力作用，加速度恒定不变，由知，速度随时间均匀增大，v-t图像的斜率不变，由知，速度v与运动路程s的关系图像为开口向右的抛物线，加速度随时间、随路程均不变；金属棒ab进入水平轨道后，切割磁感线产生感应电流，受到向左的安培力作用，由知加速度与速度成正比反向，金属棒ab在水平轨道上做加速度减小的减速运动，v-t图像的斜率逐渐减小，因此加速度随时间变化的趋势与速率随时间变化的趋势相同，a-t图像的斜率也逐渐减小，在极短时间内，对金属棒ab由动量定理有即，则速度随运动路程均匀减小，因此加速度随运动路程也均匀减小，v-s图像的斜率不变，a-s图像的斜率也不变。故选D。06电磁感应中的平衡和动力学问题15．（多选）如图所示，足够长的平行光滑导轨水平放置在竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小B=3T，导轨宽度L=1m，左端通过导线连接了电源和开关S，电源的电动势E=6V，内阻r=1Ω。一质量m=0.1kg的导体棒垂直于导轨放置，并与导轨接触良好，其接入电路的阻值R=2Ω，导体棒的中部通过绕过光滑定滑轮的绝缘轻绳连接了一质量M=0.4kg的物块，用手托住物块保持静止且轻绳恰好处于伸直状态。t=0时刻，释放物块并闭合开关S，取重力加速度大小g=10m/s2，最后物块做匀速直线运动。下列说法正确的是（）A．导体棒向左先加速后匀速运动B．物块做匀速直线运动时，导体棒的速度大小为1.5m/sC．刚释放物块时，通过导体棒的电流为2AD．刚释放物块时，导体棒的加速度大小为20m/s2【答案】AC【详解】CD．刚释放物块时，通过导体棒的电流由解得，导体棒向左运动，物块上升，故C正确，D错误；AB．释放物块且闭合开关后，以向左为正方向，设导体棒的速度大小为v，通过导体棒的电流对导体棒和物体系统由牛顿第二定律加速度大小可得a>0，随着速度的增大，加速度a逐渐减小到0，当加速度a=0时，即可得，即导体棒向左先加速后匀速运动，故A正确，B错误。故选AC。16．（2025·安徽·模拟预测）（多选）如图所示，质量为m、电阻为R的正方形金属线框abcd用绝缘细线吊着处于静止状态，ab边长为L，水平边界MN、PQ间有垂直于线框平面向里的匀强磁场I，水平边界PQ下方有垂直于线框平面向外的匀强磁场II，ab与MN间、MN与PQ间、PQ与cd间距离均为，两磁场的磁感应强度大小均为B。剪断细线，金属线框运动过程中始终在垂直于磁场的竖直面内，ab边始终水平，当ab刚进入磁场I的瞬间，线框的加速度为0，重力加速度大小为g，则下列判断正确的是（）A．ab边进磁场I前的瞬间，线框的加速度大小为B．ab边穿过磁场I的过程中，通过线框截面的电量为C．线框中产生的总焦耳热为D．线框完全在磁场II中运动时，ab边有自由电子从a向b移动【答案】BCD【详解】A．设线框刚进磁场I时的速度为，则解得则当线框刚要进磁场I时，根据牛顿第二定律有解得故A错误；B．边通过磁场I的过程中，通过线框截面的电量为故B正确；C．线框中产生的总的焦耳热故C正确；D．线框完全在磁场II中运动时，线框中没有感应电流，但两端的电压越来越大，根据右手定则可知，端电势高，端电势低，因此线框边有自由电子从向定向移动，故D正确。故选BCD。17．（2025·安徽安庆·二模）（多选）如图所示，MN、PS、HQ是竖直放置的长直粗糙金属导轨，MN与PS、HQ之间的宽度均为L，PS和HQ通过阻值为R的定值电阻连接。ab和cd是两根质量均为m、电阻均为R的金属杆，其中ab杆悬挂在轻弹簧下端，与竖直平行导轨内侧恰好接触而无压力，与导轨一同处于竖直向上的磁场中；cd杆处于垂直导轨平面的磁场中，当cd杆在外力作用下以速度v向上做匀速直线运动时，ab杆恰好静止，弹簧无形变，现使cd杆以速度沿原方向做匀速直线运动，ab杆开始沿导轨下滑，两磁场的磁感应强度大小均为B，弹簧的劲度系数为k，重力加速度为g，定值电阻阻值为R，其余电阻不计，金属杆与导轨接触良好，弹簧始终在弹性范围内，在整个运动过程中，ab和cd杆均保持水平，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，下列说法正确的是（）A．ab杆受到的安培力垂直纸面向外B．ab杆与导轨间的动摩擦因数为C．ab杆开始下滑直至速度首次达到最大值的过程中，克服摩擦产生的热量为D．ab杆速度首次达到最大值时，电路的电热功率为【答案】AC【详解】A．根据右手定则可判断，cd杆中电流方向从d到c，根据左手定则可判断，ab杆受到的安培力垂直纸面向外，故A正确；B．当cd杆向上匀速运动时，回路中的电流摩擦力可知摩擦力与速度成正比，此时ab杆恰好静止，弹簧无形变，则有解得故B错误；C．当cd杆以速度向上匀速运动时，与原来相比，ab杆受到的安培力变小，导轨给ab的弹力变小，摩擦力变小，则此时根据胡克定律弹簧伸长量即ab杆下降的高度克服摩擦产生的热量故C正确；D．当cd杆以速度向上匀速运动时，回路中电流电功率故D错误。故选AC。如图所示，竖直平面内有一半径为r、电阻为12R、粗细均匀的光滑半圆形金属环，在M、N处与相距为2r、电阻不计的平行光滑金属轨道ME、NF相接。在MN上方有垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ，CD下方有垂直纸面向外的匀强磁场Ⅱ，磁感应强度大小均为B，磁场Ⅰ和Ⅱ之间的距离为h。现有质量为m、长度为3r、电阻为3R的导体棒ab，从半圆环上方某处由静止下落，下落至半圆形金属环间长度为r时速度为。导体棒ab经过MN时磁场Ⅰ的磁感应强度开始随时间均匀增大，磁感应强度随时间变化率为。导体棒ab进入磁场Ⅱ后将保持平衡状态。重力加速度为g，在下落过程中导体棒始终保持水平，与半圆形金属环及轨道接触良好，设平行轨道足够长。求(1)导体棒ab下落至半圆形金属环间长度为r时的加速度大小；(2)导体棒ab下落至半圆形金属环间长度为r时导体棒ab两端的电势差；(3)导体棒ab下落到MN处的速度大小。【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）导体棒ab下落至半圆形金属环间长度为r时，产生的电动势为回路总电阻为回路电流为棒ab下，根据牛顿第二定律有解得（2）导体棒ab下落至半圆形金属环间长度为r时导体棒ab处在金属环间的电压为导体棒ab下落至半圆形金属环间长度为r时导体棒ab两端的电势差解得（3）导体棒ab下落到磁场Ⅱ后，感生电动势为导体棒ab下落到磁场Ⅱ后，设匀速的速度为，动生电动势为总的电动势为回路总电阻为回路电流为导体棒ab进入磁场Ⅱ后保持平衡状态，则有在磁场I和Ⅱ之间导体棒ab做匀加速运动，则有导体棒ab下落到MN处的速度大小07电磁感应中的能量问题19．（2025·安徽合肥·三模）如图所示，空间存在水平方向的匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ，区域Ⅰ中磁场垂直纸面向里，Ⅱ中磁场垂直纸面向外，两磁场区域的高度均为，磁感应强度大小均为将一边长也为的单匝正方形导体框abcd由磁场区域Ⅰ上方处静止释放，导体框恰好匀速进入磁场区域Ⅰ。导体框的bc边到达磁场区域Ⅱ下边界前又再次匀速运动。已知导体框运动过程中始终保持竖直且bc边始终平行磁场边界，导体框质量；重力加速度g取，不计空气阻力。求：(1)导体框的电阻值；(2)导体框bc边刚进入磁场区域Ⅱ时的加速度；(3)导体框从bc边进入磁场区域Ⅰ到bc边运动至磁场区域Ⅱ下边界的过程中产生的焦耳热（结果保留一位小数）。【答案】(1)(2)，竖直向上(3)31.7J【详解】（1）导体框进入磁场前做自由落体运动，设bc边进入磁场时的速度为，有解得导体框匀速进入磁场区域I，安培力又，联立可得根据平衡条件可得代入数据解得（2）导体框在区域I中匀速运动，bc边进入磁场区域II时，速度仍为，此时安培力对导体框受力分析，根据牛顿第二定律有解得方向竖直向上。（3）导体框的bc边到达磁场区域II下边界前已再次匀速运动，设速度为，则有解得自导体框由静止释放到bc边运动至磁场区域II的下边界，根据能量守恒有解得焦耳热20．（2025·新疆乌鲁木齐·二模）如图所示为直线电机工作原理的简化模型。一根足够长的圆柱形磁棒竖直固定在水平地面上，为磁棒上下截面圆心的连线，磁棒周围有沿半径方向向外均匀辐射的磁场，磁棒在周围某一点产生的磁场的磁感应强度的大小与该点到连线的距离成反比。磁棒上端的某一水平面上固定两个不可伸缩的粗细均匀的圆环形金属线圈1、2，且线圈1、2的圆心重合。线圈1的质量为m，周长为C，电阻为R；线圈2的质量为2m，周长为2C，电阻为2R。现分别对两线圈1、2施加竖直方向的外力、，并将两线圈1、2同时由静止释放，使两线圈均向下做加速度（g为重力加速度的大小）的匀加速直线运动，下落过程中线圈1所在位置处的磁场的磁感应强度大小始终为B。已知两线圈从静止下落到外力、的大小相等的过程中产生的总焦耳热，不考虑两线圈之间的相互作用及线圈中电流产生的磁场，不计空气阻力，两线圈环面始终水平，则在此过程中，求(1)线圈1中产生的感应电流的方向（从上往下看）和线圈1受到的安培力的方向；(2)线圈1中产生的焦耳热；(3)外力做的功。【答案】(1)感应电流的方向为顺时针方向，线圈1受到的安培力的方向竖直向上；(2)(3)【详解】（1）由右手定则知，线圈1中产生的感应电流的方向为顺时针方向，由左手定则知，线圈1受到的安培力的方向竖直向上；（2）设线圈2所在位置处的磁感应强度为B2，则解得两线圈同时静止释放，运动的加速度相同，由v=at知，两线圈任意时刻速度相同，由知两线圈回路产生的感应电流之比由Q=I2Rt知，相同时间内两线圈产生的热量之比故线圈1中产生的焦耳热（3）设F1=F2时，两线圈的速度大小均为v1，则对线圈1，由牛顿第二定律：对线圈2，由牛顿第二定律：其中联立知则线圈1下落高度线圈1下落过程，由功能关系：联立知，外力F1做的功21．（2025·安徽合肥·模拟预测）如图所示PQ、MN为足够长的两平行金属导轨，它们之间连接一个阻值R＝8Ω的电阻；导轨间距为L＝1m；一质量为m＝0.1kg，电阻r＝2Ω，长约1m的均匀金属杆水平放置在导轨上，它与导轨的动摩擦因数，导轨平面的倾角为θ＝30°在垂直导轨平面方向有匀强磁场，磁感应强度为B＝0.5T，今让金属杆AB由静止开始下滑，下滑过程中杆AB与导轨一直保持良好接触，杆从静止开始到杆AB恰好匀速运动的过程中经过杆的电量q＝1C，求：(1)当AB下滑速度为2m/s时加速度的大小；(2)AB下滑的最大速度；(3)从静止开始到AB匀速运动过程R上产生的热量。【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）取AB杆为研究对象其受力如图示建立如图所示由牛顿第二定律mgsinθ﹣FB﹣f＝ma且N﹣mgcosθ＝0摩擦力f＝μN安培力FB＝BILE＝BLv联立解得当v＝2m/s时解得（2）由上问可知故AB做加速度减小的加速运动，当a＝0时，速度最大，则（3）从静止开始到匀速运动过程中，由法拉第电磁感应定律由闭合回路欧姆定律得其中而Δ＝BLx联立可知设两电阻发热和为，由能量守恒可知其中联立解得22．（2025·新疆喀什·模拟预测）如图甲所示，轻质细线吊着一质量m＝2kg、边长L＝1m、匝数n＝5的正方形线圈，线圈总电阻r＝0.5Ω。在线圈的中间位置以下区域分布着垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小随时间变化关系如图乙所示，重力加速度。下列说法正确的是（）A．0~6s内穿过线圈磁通量的变化量为3WbB．线圈中产生的感应电流的大小为0.5AC．t＝6s时轻质细线的拉力大小为12ND．0~6s内线圈产生的焦耳热为15J【答案】C【详解】A．0~6s内穿过线圈磁通量的变化量，故A错误；B．线圈中产生的感应电动势感应电流的大小，故B错误；C．t＝6s时线圈受到的安培力竖直向上，则轻质细线的拉力，故C正确；D．0~6s内线圈产生的焦耳热，故D错误。故选C。23．（2025·山东青岛·模拟预测）如图所示，正方形ABCD被对角线分割成四个区域，左右两个三角形内分别有垂直纸面向外和向里的匀强磁场，磁感应强度大小相等。金属环初始位置与下方三角形内切，一个四角带有圆弧的绝缘轨道，其直边与正方形重合，圆弧半径均与金属环半径相等。让该金属环沿绝缘轨道内侧以恒定速率逆时针运动一周，规定逆时针方向为电流正方向，关于环内电流随时间变化关系，下列图像正确的是（）A． B．C． D．【答案】D【详解】根据楞次定律可知，线圈由图示位置开始逆时针匀速滚动时，线圈内垂直于纸面向里的磁通量增大，产生垂直于纸面向外的感应磁场，根据右手螺旋定则可知，线圈将产生逆时针方向的磁场，根据法拉第电磁感应定律可知，线圈内将产生正弦式的周期性变化的磁场，即0~，电流逆时针方向，~，电流顺时针方向，~，电流顺时针方向，~T，电流逆时针方向。故选D。24．（2025·重庆·模拟预测）如图所示，在边长为L的等边三角形区域abc内存在垂直纸面向外的匀强磁场，边长为L的等边三角形导线框def顶点f与点b重合，从静止开始水平向右做匀速直线运动，底边ef始终与边界bc在同一直线上。取顺时针方向为电流的正方向，导线框def中感应电流i随位移x变化的图像可能正确的是（）A． B．C． D．【答案】A【详解】当线框进入时磁通量增大，根据楞次定律可知，感应电流的方向为顺时针方向（为正值），出来时磁通量减小，感应电流的方向为逆时针方向（为负值）。如图所示线框从静止开始向右匀速运动，产生的感应电动势为E＝BL有效v进入磁场的过程中，有效切割磁感线的长度L有效正比于线框的位移x，因为x=vt故产生的感应电动势、以及感应电流正比于t；线框出磁场的过程中，有效切割磁感线的长度L有效正比于（2L﹣x），故产生的感应电动势、以及感应电流正比于（2L﹣x）t，此过程感应电流随位移减小。故选A。25．（2025·广东·模拟预测）（多选）如图，水平面上有两根固定的光滑平行金属导轨，导轨左侧接了一个阻值为R的定值电阻，两根导轨间距为L，一个质量为m，总电阻为2R，直径为L的均匀金属圆环放置在导轨之间，与两根导轨良好接触，整个空间存在磁感应强度大小为B，方向竖直向下的匀强磁场，某时刻开始，给圆环一个向右的初速度v0，导轨足够长，下列说法正确的是（）A．圆环运动初始时刻，流过电阻R的电流方向为a→b，大小为B．圆环运动的整个过程中，流过电阻的电荷量为C．圆环运动过程的总位移大小为D．整个过程中，电阻上产生的焦耳热为【答案】BCD【详解】A．两个半圆弧均切割磁感线，等效长度为L，等效电路图如图所示，相当于两个相同的电源并联，每一个半圆弧产生的电动势，总电动势也为，每一个半圆弧的内阻，总内阻，整个电路的总电阻根据闭合电路欧姆定律，有，圆环的左右两个半圆弧均切割磁感线，效果一样，根据右手定则，可判断通过定值电阻的电流方向为a→b，故A错误；B．对整个圆环受安培阻力做变加速直线运动最后停下来，根据动量定理有，解得，故B正确；C．对圆环减速的过程有，联立解得圆环运动过程的总位移大小为，故C正确；D．对整个电路，根据能量守恒定律有，其中，故D正确。故选BCD。26．（2025·河北秦皇岛·模拟预测）（多选）如图所示，倾斜放置、电阻不计的平行光滑导轨间距为L，顶端连接阻值为R的电阻，导轨平面与水平面的夹角为，导轨平面处在方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。现将质量为m的导体棒垂直导轨放置，由静止释放，经过时间t后，导体棒速度达到最大。已知导体棒接入回路的电阻为，重力加速度为g，导体棒与导轨始终垂直且接触良好，导轨足够长。下列说法正确的是（）A．导体棒运动的最大速度B．导体棒从开始运动至刚好达到最大速度的过程中，安培力、重力和支持力的合力的冲量为C．由题干给出的条件，可以求出导体棒从开始运动至速度刚好达到最大的过程中运动的距离D．由题干给出的条件，不能求出导体棒从开始运动至速度刚好达到最大的过程中回路中产生的焦耳热【答案】BC【详解】AB．导体棒达到最大速度时，受力分析如图根据平衡条件有其中，，，联立可得根据动量定理，故B正确，A错误；C．根据动量定理又联立可求出导体棒从开始运动至速度刚好达到最大的过程中运动的距离，故C正确；D．根据能量守恒其中、能求出，则回路中产生的焦耳热也能求出，故D错误。故选BC。27．（2025·海南·模拟预测）（多选）如图所示，宽度为的两光滑平行金属导轨倾斜放置，与水平面的夹角为，两导轨之间接一阻值为的电阻，整个区域内存在磁感应强度大小为、与导轨所在平面垂直向下的匀强磁场。有一质量为的导体棒垂直导轨放在导轨最底端，导体棒接入回路的阻值始终为时刻给导体棒一个沿导轨向上的初速度，导体棒向上运动，当时，导体棒的机械能为初动能的一半且此时导体棒的动能和重力势能（以导体棒的初始位置为零势能面）恰好相等。已知在时间内通过回路某截面的电荷量为，导体棒始终与导轨垂直且接触良好，导轨电阻不计，重力加速度为。在导体棒沿导轨向上运动的过程中，下列说法正确的是（）A．导体棒的加速度大小与运动速度大小成正比B．时间内导体棒滑动的距离为C．时间内导体棒上产生的热量为D．导体棒的初速度大小为【答案】BC【详解】A．导体棒切割磁感线，产生的感应电动势产生的感应电流受到的安培力对导体棒受力分析，根据牛顿第二定律，有解得导体棒的加速度大小与运动速度大小成一次函数关系，故A错误；B．时间内导体棒上滑过程中，产生的平均感应电动势通过导体棒的电荷量解得，故B正确；C．以导体棒的初始位置为零势能面，时，导体棒的机械能为初动能的一半，即则初动能的另一半转化成电路产生的焦耳热又此时导体棒的动能和重力势能恰好相等解得，导体棒上产生的热量，故C正确，D错误；故选BC。28．（2025·江苏扬州·模拟预测）如图甲所示，水平面矩形虚线区域有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示。一个匝数n=100、边长L=20cm的正方形导体线框abcd放置在水平面上，有一半在磁场区域内，线框电阻为R=2.0Ω，由于水平面粗糙，线框能保持静止状态。求：(1)在t=2.0s时线框中电流的大小和方向；(2)在t=5.0s时线框所受水平面摩擦力f的大小和方向；(3)0~6s时间内线框产生的焦耳热Q。【答案】(1)0.05A方向顺时针(2)0.8N方向水平向左(3)0.18J【详解】（1）在t=2.0s时线框中感应电动势E1=n=0.1V感应电流I1==0.05A根据楞次定律可知，感应电流为顺时针；（2）在t=5.0s时线框中感应电动势E2=n=0.4V感应电流I2==0.2A安培力F=nI2LB5=0.8N由平衡可知f=F=0.8N因安培力水平向右，则摩擦力方向水平向左；（3）0~4s产生的热量Q1=Rt1=0.02J4s~6s产生的热量Q2=Rt2=0.16J总热量Q=Q1+Q2=0.18J29．（2025·甘肃白银·模拟预测）某新能源汽车有一个利用汽车制动回收电能的系统。汽车质量，以某一速度匀速行驶。当汽车刹车时，车轮与刹车装置之间的特殊构造可将汽车的动能转化为电能。若刹车时车轮处充满磁感应强度大小、方向垂直于车轮平面的匀强磁场，车轮可等效为由若干根长度的导体棒组成的圆盘，如图，每根导体棒都随车轮的转动而切割磁感线。已知重力加速度，空气阻力忽略不计。(1)若汽车刹车时，车轮边缘相对磁场的线速度为，求此时一根导体棒产生的感应电动势大小；(2)若汽车的刹车过程可视为汽车以的初速度做匀减速直线运动，汽车受到的制动力一部分用于克服安培力做功转化为电能，另一部分用于克服摩擦力做功转化为内能。在内汽车速度减小到，汽车受到的摩擦力恒为汽车重力的，求此过程中回收的电能（设刹车过程中制动力恒定）。【答案】(1)(2)【详解】（1）根据动生电动势公式得（2）根据动能定理有汽车受到的摩擦力大小根据加速度公式有根据运动学公式有汽车克服摩擦力做的功根据能量守恒定律，汽车回收的电能代入数据联立解得30．（2025·河南郑州·三模）如图，水平面（纸面）内固定有两足够长、光滑平行金属导轨，间距为l，其左端接有阻值为R的定值电阻。一质量为m的金属杆（长度略大于l）垂直放置在导轨上。在电阻和金属杆间，有两个垂直于纸面向里的匀强磁场，圆形磁场面积为S，磁感应强度大小随时间的变化关系为（k为大于零的常量）；矩形磁场磁感应强度大小。从时刻开始，矩形磁场以速度向右匀速运动；时，边恰好到达金属杆处。之后，金属杆跟随磁场向右运动；时，系统达到稳定状态。已知金属杆与导轨始终垂直且接触良好，整个过程金属杆未离开矩形磁场区域，不计金属杆和导轨电阻，磁场运动产生的其他影响可忽略，求：(1)到时间内，流经电阻R的电荷量；(2)时刻，加速度的大小；(3)到时间内与矩形磁场的相对位移。【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）由电流定义式欧姆定律法拉第电磁感应定律得累加求和，可知流过电阻R电荷量的绝对值（2）时，由法拉第电磁感应定律由闭合电路欧姆定律由牛顿第二定律联立求解得时刻，的加速度（3）当时，系统达到稳定状态，回路中电流为零，设此时金属杆的速度为，则求解得设在到时间内，与矩形磁场的相对位移为由得对金属杆，由动量定理联立求解得1．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）如图，光滑水平面上存在竖直向上、宽度d大于的匀强磁场，其磁感应强度大小为B。甲、乙两个合金导线框的质量均为m，长均为，宽均为L，电阻分别为R和。两线框在光滑水平面上以相同初速度并排进入磁场，忽略两线框之间的相互作用。则（

）A．甲线框进磁场和出磁场的过程中电流方向相同B．甲、乙线框刚进磁场区域时，所受合力大小之比为C．乙线框恰好完全出磁场区域时，速度大小为0D．甲、乙线框从刚进磁场区域到完全出磁场区域产生的焦耳热之比为【答案】D【详解】A．根据楞次定律，甲线框进磁场的过程电流方向为顺时针，出磁场的过程中电流方向为逆时针，故A错误；B．甲线框刚进磁场区域时，合力为，乙线框刚进磁场区域时，合力为，可知；故B错误；CD．假设甲乙都能完全出磁场，对甲根据动量定理有，同理对乙有，解得，故甲恰好完全出磁场区域，乙完全出磁场区域时，速度大小不为0；由能量守恒可知甲、乙线框从刚进磁场区域到完全出磁场区域产生的焦耳热分别为，即；故C错误，D正确。故选D。2．（2025·湖南·高考真题）（多选）如图，关于x轴对称的光滑导轨固定在水平面内，导轨形状为抛物线，顶点位于O点。一足够长的金属杆初始位置与y轴重合，金属杆的质量为m，单位长度的电阻为。整个空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B。现给金属杆一沿x轴正方向的初速度，金属杆运动过程中始终与y轴平行，且与电阻不计的导轨接触良好。下列说法正确的是（）A．金属杆沿x轴正方向运动过程中，金属杆中电流沿y轴负方向B．金属杆可以在沿x轴正方向的恒力作用下做匀速直线运动C．金属杆停止运动时，与导轨围成的面积为D．若金属杆的初速度减半，则金属杆停止运动时经过的距离小于原来的一半【答案】AC【详解】A．根据右手定则可知金属杆沿x轴正方向运动过程中，金属杆中电流沿y轴负方向，故A正确；B．若金属杆可以在沿x轴正方向的恒力F作用下做匀速直线运动，可知，可得由于金属杆运动过程中接入导轨中的长度L在变化，故F在变化，故B错误；C．取一微小时间内，设此时金属杆接入导轨中的长度为，根据动量定理有同时有联立得对从开始到金属杆停止运动时整个过程累积可得解得此时金属杆与导轨围成的面积为故C正确；D．若金属杆的初速度减半，根据前面分析可知当金属杆停止运动时金属杆与导轨围成的面积为，根据抛物线的图像规律可知此时金属杆停止运动时经过的距离大于原来的一半，故D错误。故选AC。3．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）如图（a），固定在光滑绝缘水平面上的单匝正方形导体框，置于始终竖直向下的匀强磁场中，边与磁场边界平行，边中点位于磁场边界。导体框的质量，电阻、边长。磁感应强度B随时间t连续变化，内图像如图（b）所示。导体框中的感应电流I与时间t关系图像如图（c）所示，其中内的图像未画出，规定顺时针方向为电流正方向。(1)求时边受到的安培力大小F；(2)画出图(b)中内图像（无需写出计算过程）；(3)从开始，磁场不再随时间变化。之后导体框解除固定，给导体框一个向右的初速度，求ad边离开磁场时的速度大小。【答案】(1)0.015N(2)(3)0.01m/s【详解】（1）由法拉第电磁感应定律由闭合电路欧姆定律可知，内线框中的感应电流大小为由图（b）可知，时磁感应强度大小为所以此时导线框的安培力大小为（2）内线框内的感应电流大小为，根据楞次定律及安培定则可知感应电流方向为顺时针，由图（c）可知内的感应电流大小为方向为逆时针，根据欧姆定律可知内的感应电动势大小为由法拉第电磁感应定律可知内磁感应强度的变化率为解得时磁感应强度大小为方向垂直于纸面向里，故的磁场随时间变化图为（3）由动量定理可知其中联立解得经过磁场边界的速度大小为4．（2024·浙江·高考真题）某小组探究“法拉第圆盘发电机与电动机的功用”，设计了如图所示装置。飞轮由三根长的辐条