高考物理必備專題18之13 電磁感應(yīng)的聯(lián)系實(shí)際的新情景問題（原卷版）

專題13電磁感應(yīng)的最新“聯(lián)系實(shí)際的新情景問題”電磁感應(yīng)是電磁學(xué)的重點(diǎn)，是高中物理中難度較大、綜合性最強(qiáng)的部分，也是高考必考內(nèi)容之一．高考命題有兩個突出特點(diǎn)：一方面是考基礎(chǔ)，如感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件、方向的判定、感應(yīng)電動勢的計算等等，一般以聯(lián)系實(shí)際問題為情景以選項(xiàng)題的形式出現(xiàn)；另一方面考綜合，電磁感應(yīng)往往涉及力學(xué)知識（如牛頓運(yùn)動定律、功、動能定理、能量守恒定律等）、電學(xué)知識（如電磁感應(yīng)定律、楞次定律、直流電路知識、磁場知識等）等多個知識點(diǎn)的綜合問題多為計算題形式出現(xiàn)，分值高，難度大，突出考查考生理解能力、分析綜合能力，尤其從實(shí)際問題中抽象概括構(gòu)建物理模型的創(chuàng)新能力。1.（2022·廣東高州市二模）（生活類）疫情期間，為確保社區(qū)居家隔離觀察人員管控技防措施有效發(fā)揮作用，工作人員啟用了如圖所示的門磁系統(tǒng)，強(qiáng)磁棒固定在門框上，線圈和發(fā)射系統(tǒng)固定在房門上，當(dāng)房門關(guān)閉時穿過線圈的磁通量最大，當(dāng)線圈中出現(xiàn)一定強(qiáng)度的電壓、電流信號時，自動觸發(fā)后面的信號發(fā)射系統(tǒng)，遠(yuǎn)程向后臺發(fā)出報警信號，下列說法中正確是（）A．門磁系統(tǒng)的工作原理是利用了電流的磁效應(yīng)B．當(dāng)房門緩慢打開時門線圈中電壓、電流較小C．房門不動時，線圈中會產(chǎn)生恒定的電流D．將強(qiáng)磁棒與線圈和發(fā)射系統(tǒng)交換位置后不能起到報警的作用2.（2022·吉林市高中畢業(yè)班第二次模擬）汽車自動控制剎車系統(tǒng)（ABS）的原理如圖所示．鐵質(zhì)齒輪P與車輪同步轉(zhuǎn)動，右端有一個繞有線圈的磁體（極性如圖），M是一個電流檢測器．當(dāng)車輪帶動齒輪P轉(zhuǎn)動時，靠近線圈的鐵齒被磁化，使通過線圈的磁通量增大，鐵齒離開線圈時又使磁通量減小，從而能使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流經(jīng)電子裝置放大后即能實(shí)現(xiàn)自動控制剎車．齒輪從圖示位置開始轉(zhuǎn)到下一個鐵齒正對線圈的過程中，通過M的感應(yīng)電流的方向是（）A.總是從左向右B.總是從右向左C.先從右向左，然后從左向右D.先從左向右，然后從右向左3.（2022·浙江省湖州、衢州、麗水三地市一模）（科技類）（多選）中國科學(xué)院科普云平臺的格致論道欄目中，羅會仟老師演示了用超導(dǎo)線圈懸浮一個強(qiáng)磁鐵的實(shí)驗(yàn)，如圖所示，此時強(qiáng)磁鐵N極朝上。當(dāng)快速將磁鐵從圖示位置向下拔出，則（）A．俯視超導(dǎo)線圈，其電流的方向?yàn)轫槙r針B．俯視超導(dǎo)線圈，其電流的方向?yàn)槟鏁r針C．將磁鐵S極朝上再從下方靠近超導(dǎo)線圈，線圈受引力D．將磁鐵S極朝上再從下方靠近超導(dǎo)線圈，線圈受斥力4.（2022·.廣東汕頭市三模）.圖甲為某款“自發(fā)電”無線門鈴按鈕，其“發(fā)電”原理如圖乙所示，按下門鈴按鈕過程磁鐵靠近螺線管，松開門鈴按鈕磁鐵遠(yuǎn)離螺線管回歸原位置。下列說法正確的是（）A.按下按鈕過程，螺線管端電勢較高B.松開按鈕過程，螺線管端電勢較高C.按住按鈕不動，螺線管沒有產(chǎn)生感應(yīng)電動勢D.按下和松開按鈕過程，螺線管產(chǎn)生大小相同的感應(yīng)電動勢5.（2022·湖北武漢二中模擬）（生活類）如圖甲為手機(jī)及無線充電板。圖乙為充電原理示意圖。交流電源接充電板，對充電板供電，充電板內(nèi)的送電線圈可產(chǎn)生交變磁場，從而使手機(jī)內(nèi)的受電線圈產(chǎn)生交變電流，再經(jīng)整流電路轉(zhuǎn)變成直流電后對手機(jī)電池充電。為方便研究，現(xiàn)將問題做如下簡化：設(shè)受電線圈的匝數(shù)為n，面積為S，若在到時間內(nèi)，磁場垂直于受電線圈平面向上穿過線圈，其磁感應(yīng)強(qiáng)度由均勻增加到。下列說法正確的是（）A．c點(diǎn)的電勢高于d點(diǎn)的電勢B．受電線圈中感應(yīng)電流方向由d到cC．c、d之間的電勢差為D．若想增大c、d之間的電勢差，可以僅增加送電線圈中的電流的變化率6.（2022·江蘇常州二模）（生活類）（多選）如圖為帶燈的自行車后輪的示意圖金屬輪框與輪軸之間均勻地連接四根金屬條，每根金屬條中間都串接一個阻值為小燈泡，車輪半徑為0.3m，輪軸半徑可以忽略。車架上固定一個強(qiáng)磁鐵，可形成圓心角為扇形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，方向垂直紙面（車輪平面）向里。若自行車后輪逆時針轉(zhuǎn)動的角速度恒為，不計其它電阻，則（）A．通過每個小燈泡的電流始終相等B．當(dāng)金屬條在磁場中運(yùn)動時，金屬條中的電流從指向C．當(dāng)金屬條在磁場中運(yùn)動時，電路的總電阻為D．當(dāng)金屬條在磁場中運(yùn)動時，所受安培力大小為7.（2022·江蘇省揚(yáng)州市質(zhì)檢）我國新一代航母阻攔系統(tǒng)的研制引入了電磁阻攔技術(shù)，其基本原理如圖所示，飛機(jī)著艦時關(guān)閉動力系統(tǒng)，通過絕緣阻攔索鉤住軌道上的一根金屬棒，飛機(jī)與金屬棒瞬間獲得共同速度v0=180km/h，在磁場中共同減速滑行至停下，已知?dú)?15艦載機(jī)質(zhì)量M=2.71kg，金屬棒質(zhì)量m=31kg、電阻R=10歐姆，導(dǎo)軌間距L=50m，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B=5T，導(dǎo)軌電阻不計，除安培力外飛機(jī)克服其它阻力做的功為1.51J，則下列說法中正確的是（）A．金屬棒中感應(yīng)電流方向a到bB．飛機(jī)著艦瞬間金屬棒中感應(yīng)電流大小為C．金屬棒中產(chǎn)生的焦耳熱D．金屬棒克服安培力做功為W=1.51J8.（2022·廣東省深圳市一模）（多選）磁懸浮列車是高速低耗交通工具，如圖（a）所示，它的驅(qū)動系統(tǒng)簡化為如圖（b）所示的物理模型。固定在列車底部的正方形金屬線框的邊長為L。匝數(shù)為N?？傠娮铻镽；水平面內(nèi)平行長直導(dǎo)軌間存在磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B、方向交互相反、邊長均為L的正方形組合勻強(qiáng)磁場。當(dāng)磁場以速度v勻速向右移動時，可驅(qū)動停在軌道上的列車，則（）A.圖示時刻線框中感應(yīng)電流沿逆時針方向B.列車運(yùn)動的方向與磁場移動的方向相同C.列車速度為v'時線框中的感應(yīng)電動勢大小為D.列車速度為v'時線框受到的安培力大小為9.（2022·廣東省廣州市培正中學(xué)模擬）（生活類）（多選）一跑步機(jī)的原理圖如圖所示，該跑步機(jī)水平底面固定有間距L＝0.8m的平行金屬電極，電極間充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝0.5T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場，且接有理想電壓表和阻值為的定值電阻R，勻速運(yùn)動的絕緣橡膠帶上鍍有電阻均為的平行細(xì)金屬條，金屬條間距等于電極長度d且與電極接觸良好。某人勻速跑步時，電壓表的示數(shù)為0.8V。下列說法正確的是（）A.通過電阻R的電流為0.08AB.細(xì)金屬條的速度大小為2.5m/sC.人克服細(xì)金屬條所受安培力做功的功率為0.2WD.每2s內(nèi)通過電阻R的電荷量為0.2C10.（2022湖南長沙明德中學(xué)模擬）圖甲為手機(jī)及無線充電板，圖乙為充電原理示意圖。充電板接交流電源，對充電板供電，充電板內(nèi)的送電線圈可產(chǎn)生交變磁場，從而使手機(jī)內(nèi)的受電線圈產(chǎn)生交變電流，再經(jīng)整流電路轉(zhuǎn)變成直流電后對手機(jī)電池充電。為方便研究，現(xiàn)將問題做如下簡化：設(shè)受電線圈的匝數(shù)為n，面積為S，磁場視為勻強(qiáng)磁場。若在t1到t2時間內(nèi)，磁場垂直于受電線圈平面向上穿過線圈，其磁感應(yīng)強(qiáng)度由B1增加到B2，則這段時間內(nèi)，線圈中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢的大小和感應(yīng)電流方向（俯視）為（）A.順時針 B.逆時針C.逆時針 D.順時針11.（改編）如圖甲所示為某探究小組設(shè)計的玩具小車電磁驅(qū)動系統(tǒng)的示意圖，ABCD是固定在小車下方的單面矩形金屬線框，其阻值為r、長度為d、寬度為L，用兩條不計電阻的導(dǎo)線與智能輸出系統(tǒng)（可輸出大小和方向變化的電流）組成回路。如圖乙所示，小車沿水平直軌道運(yùn)動，軌道上依次間隔分布著方向垂直紙面向里的磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、寬度為L、長度及磁場間的距離均為d。小車與附件整體質(zhì)量為m、運(yùn)動過程中受到的摩擦阻力大小恒為f。則（）玩具小車進(jìn)入水平直軌道時刻線框中感應(yīng)電流沿順時針方向B.讓小車以恒定加速度a運(yùn)動，智能輸出系統(tǒng)輸出的電流大小為；C.智能輸出系統(tǒng)提供的功率為P，小車的最大運(yùn)行速度大小為D.若小車速度達(dá)到時，智能輸出系統(tǒng)立即切換電路后停止工作，此時相當(dāng)于E、F直接用電阻不計的導(dǎo)線連接，經(jīng)時間t后小車的速度減為0，t時間內(nèi)通過ABCD金屬框的電量為12.（2022北京海淀二模）加速性能、電能利用率、動能回收等是電動汽車電機(jī)的重要指標(biāo)。如圖所示，甲、乙分別是目前被廣泛采用的兩種電機(jī)的簡化原理示意圖，它們的相同點(diǎn)是利用作為定子的電磁鐵（二組線圈，圖中1和4；2和5；3和6所示）交替產(chǎn)生磁場，實(shí)現(xiàn)了電磁鐵激發(fā)的磁場在平面內(nèi)沿順時針方向轉(zhuǎn)動的效果，以驅(qū)動轉(zhuǎn)子運(yùn)動；不同的是甲圖所示電機(jī)的轉(zhuǎn)子是一個永磁鐵，而乙圖所示電機(jī)的轉(zhuǎn)子是繞在軟鐵上的閉合線圈。通過電磁驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，可以為電動汽車提供動力。假定兩種電機(jī)的每組電磁鐵中電流變化周期和有效值均相同，下列說法正確的是（）A.電機(jī)穩(wěn)定工作時，乙電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與電磁鐵激發(fā)磁場的轉(zhuǎn)速相同B.電機(jī)穩(wěn)定工作時，乙電機(jī)產(chǎn)生的焦耳熱相對較少C.電機(jī)穩(wěn)定工作時，乙電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越接近電磁鐵激發(fā)磁場的轉(zhuǎn)速，其所受安培力就越大D.剎車（停止供電）時，甲電機(jī)轉(zhuǎn)子由于慣性旋轉(zhuǎn)，可以通過反向發(fā)電從而回收動能13.（2022山東濟(jì)南重點(diǎn)高中高二質(zhì)檢）如圖甲所示，磁卡的磁條中有用于存儲信息的磁極方向不同的磁化區(qū)，刷卡器中有檢測線圈。當(dāng)以速度v0刷卡時，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其E—t關(guān)系如圖乙所示。如果只將刷卡速度改為2v0，線圈中E—t的關(guān)系可能是（）A. B. C. D.14.（2022湖北新高考協(xié)作體高三質(zhì)檢）關(guān)于課本中下列圖片的解釋錯誤的是（）A.真空冶煉爐利用渦流通過金屬產(chǎn)生的熱量使金屬融化B.使用電磁爐加熱食物時使用陶瓷鍋也可以C.用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯可以減小變壓器鐵芯中的渦流D.用來探測金屬殼的地雷或有較大金屬零件的地雷的探雷器是利用渦流工作的15．（2022·廣東揭陽市·高三月考）如圖是公路上安裝的一種測速“電子眼”。在“電子眼”前方路面下間隔一段距離埋設(shè)兩個通電線圈，當(dāng)車輛通過線圈上方的道路時，會引起線圈中電流的變化，系統(tǒng)根據(jù)兩次電流變化的時間及線圈之間的距離，對超速車輛進(jìn)行抓拍。下列判斷正確的是（）A．汽車經(jīng)過線圈會產(chǎn)生感應(yīng)電流B．線圈中的電流是由于汽車通過線圈時發(fā)生電磁感應(yīng)引起的C．“電子眼”測量的是汽車經(jīng)過第二個線圈的瞬時速率D．如果某個線圈出現(xiàn)故障，沒有電流，“電子眼”還可以正常工作16.(2022北京朝陽模擬)現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)研究中常要用到高速電子，電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場使電子加速的設(shè)備。它的基本原理如圖甲所示，上、下為兩個電磁鐵，磁極之間有一個環(huán)形真空室，電子在真空室內(nèi)做圓周運(yùn)動。電磁鐵線圈電流的大方向可以變化，在兩極間產(chǎn)生一個變化的磁場，這個變化的磁場又在真空室內(nèi)激發(fā)感生電場，其電場線是在同一平面內(nèi)的一系列同心圓，產(chǎn)生的感生電場使電子加速。圖甲中上部分為側(cè)視圖、下部分為俯視圖。如果從上往下看，電子沿逆時針方向運(yùn)動。已知電子質(zhì)量為m、電荷量為e，初速度為零，電子圓形軌道的半徑為R．穿過電子圓形軌道面積的磁通量Φ隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示，在t0時刻后，電子軌道處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，電子加速過程中忽略相對論效應(yīng)。（1）求在t0時刻后，電子運(yùn)動的速度大??；（2）求電子在整個加速過程中運(yùn)動的圈數(shù)；（3）為了約束加速電子在同一軌道上做圓周運(yùn)動，電子感應(yīng)加速器還需要加上“軌道約束”磁場，其原理如圖丙所示。兩個同心圓，內(nèi)圓半徑為R，內(nèi)圓內(nèi)有均勻的“加速磁場”B1，方向垂直紙面向外。另外在兩圓面之間有垂直紙面向外的“軌道約束”磁場B2，B1之值恰好使電子在二圓之間貼近內(nèi)圓面B2在磁場中做逆時針的圓周運(yùn)動（圓心為0，半徑為R）。現(xiàn)使B1隨時間均勻變化，變化率＝k（常數(shù)）為了使電子保持在同一半徑R上做圓周運(yùn)動，求磁場B2的變化率。17．（2022·江蘇蘇州市·高三開學(xué)考試）列車進(jìn)站時的電磁制動可借助如圖所示模型來理解，在站臺軌道下方埋一勵磁線圈，通電后形成豎直向上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為。在車身下方固定一由粗細(xì)均勻?qū)Ь€制成的矩形線框，利用線框進(jìn)入磁場時所受的安培力進(jìn)行制動，已知列車的總質(zhì)量為，車身長為，線框的短邊和分別安裝在車頭和車尾，長度為（小于勻強(qiáng)磁場的寬度），站臺軌道上勻強(qiáng)磁場區(qū)域大于車長，車頭進(jìn)入磁場瞬間的速度為。(1)當(dāng)列車速度減為初速度的一半時，求兩端的電壓；(2)實(shí)際列車制動過程中，還會受鐵軌及空氣阻力設(shè)其合力大小恒為，車尾進(jìn)入磁場瞬間，列車恰好停止，求列車從車頭進(jìn)入磁場到停止，線框中產(chǎn)生的焦耳熱。18（2022湖南永州三模）如圖（甲），超級高鐵（Hyperloop）是一種以“真空管道運(yùn)輸”為理論核心設(shè)計的交通工具。如圖（乙），己知管道中固定著兩根平行金屬導(dǎo)軌、，兩導(dǎo)軌間距為；材料不同的運(yùn)輸車一、二的質(zhì)量都為，橫截面都是半徑為的圓。運(yùn)輸車一、二上都固定著有間距為、與導(dǎo)軌垂直的兩根相同導(dǎo)體棒1和2，每根導(dǎo)體棒的電阻都為，每段長度為的導(dǎo)軌的電阻也都為。其他電阻忽略不計，重力加速度為。（1）在水平導(dǎo)軌上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，此時不考慮摩擦及空氣阻力。當(dāng)運(yùn)輸車一進(jìn)站時，管道內(nèi)依次分布磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，寬度為的勻強(qiáng)磁場，且相鄰的勻強(qiáng)磁場的方向相反。求運(yùn)輸車一以速度從如圖（丙）位置通過距離時的速度；（2）如圖（?。?，當(dāng)管道中的導(dǎo)軌平面與水平面成時，運(yùn)輸車一恰好能無動力地勻速下滑。求運(yùn)輸車一與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)；（3）如圖（?。?，當(dāng)管道中的導(dǎo)軌平面與水平面成時，此時導(dǎo)體棒1、2均處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為（以指向?yàn)檩S正方向，，，為坐標(biāo)原點(diǎn)），垂直導(dǎo)軌平面向上的磁場中，運(yùn)輸車二恰好能以速度無動力勻速下滑。求運(yùn)輸車二與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)。（、都是已知量）19．（14分）（2022山東煙臺重點(diǎn)高中期末）隨著航空領(lǐng)域的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)火箭回收利用，成為了各國都在重點(diǎn)突破的技術(shù)。其中有一技術(shù)難題是回收時如何減緩對地的碰撞，為此設(shè)計師在返回火箭的底盤安裝了電磁緩沖裝置。該裝置的主要部件有兩部分：①緩沖滑塊，由高強(qiáng)絕緣材料制成，其內(nèi)部邊緣繞有閉合單匝矩形線圈abcd；②火箭主體，包括絕緣光滑緩沖軌道MN、PQ和超導(dǎo)線圈(圖中未畫出)，超導(dǎo)線圈能產(chǎn)生方向垂直于整個緩沖軌道平面的勻強(qiáng)磁場。當(dāng)緩沖滑塊接觸地面時，滑塊立即停止運(yùn)動，此后線圈與火箭主體中的磁場相互作用，火箭主體一直做減速運(yùn)動直至達(dá)到軟著陸