重難點(diǎn)13 電磁感應(yīng)（原卷版）-高考物理重點(diǎn)難點(diǎn)熱點(diǎn)專題

重難點(diǎn)13電磁感應(yīng)重難點(diǎn)13電磁感應(yīng)1.命題情境源自生產(chǎn)生活中的與電磁感應(yīng)的相關(guān)的情境或科學(xué)探究情境，解題時(shí)能從具體情境中抽象出物理模型，正確應(yīng)用楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、左手定則、右手定則、安培定則、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式及動(dòng)能定理、能量守恒定律、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律解決物理實(shí)際問題。2.選擇題命題中主要考查導(dǎo)體棒和導(dǎo)體框進(jìn)出磁場時(shí)力電綜合問題、經(jīng)常結(jié)合圖像進(jìn)行考查。3.命題中經(jīng)常注重物理建模思想的應(yīng)用，具體問題情境中，抽象出物體模型。有切割磁感線的導(dǎo)體，分析等效電源和外電路的連接方式。安培力是變力時(shí)，安培力的沖量常常和電荷量結(jié)合，利用動(dòng)量定理解題。一、楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用1．判斷感應(yīng)電流方向的兩種方法(1)利用右手定則，即根據(jù)導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情況進(jìn)行判斷．(2)利用楞次定律，即根據(jù)穿過閉合回路的磁通量的變化情況進(jìn)行判斷．2．求感應(yīng)電動(dòng)勢的兩種方法(1)E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，用來計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值，常用來求解電荷量．(2)E＝Blv或E＝eq\f(1,2)Bl2ω，主要用來計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值．二、電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)分析和能量分析1．電荷量的求解電荷量q＝IΔt，其中I必須是電流的平均值．由E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，I＝eq\f(E,R總)，q＝IΔt聯(lián)立可得q＝neq\f(ΔΦ,R總)，與時(shí)間無關(guān)．2．求解焦耳熱Q的三種方法(1)焦耳定律：Q＝I2Rt.(2)功能關(guān)系：Q＝W克服安培力．(3)能量轉(zhuǎn)化：Q＝ΔE其他能的減少量．3．用到的物理規(guī)律勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理、能量守恒定律等．4.解決感應(yīng)電路綜合問題的一般思路是“先電后力”，即：1．“源”的分析——分析電路中由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的“電源”，求出電源參數(shù)E和r；2．“路”的分析——分析電路結(jié)構(gòu)，弄清串、并聯(lián)關(guān)系，求出相關(guān)部分的電流大小，以便求解安培力；3．“力”的分析——分析研究對(duì)象(通常是金屬棒、導(dǎo)體、線圈等)的受力情況，尤其注意其所受的安培力；接著進(jìn)行“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”的分析——根據(jù)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，建立正確的運(yùn)動(dòng)模型；4．“動(dòng)量”和“能量”的分析——尋找電磁感應(yīng)過程和研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過程中，其能量轉(zhuǎn)化和守恒的關(guān)系，并判斷系統(tǒng)動(dòng)量是否守恒．（建議用時(shí)：30分鐘）一、單題1．（2023·吉林長春·統(tǒng)考一模）如圖，在光滑水平桌面上有一邊長為l、電阻為R的正方形導(dǎo)線框，在導(dǎo)線框右側(cè)有一寬度為d（d＞l）的條形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場的邊界與導(dǎo)線框的左、右邊框平行，磁場方向豎直向下。導(dǎo)線框以某一初速度向右運(yùn)動(dòng)并穿過磁場，在穿過磁場區(qū)域過程中，下列描述該過程的v—x（速度—位移）圖像中，可能正確的是（）A． B．C． D．2．如圖甲所示，連接電流傳感器的線圈套在豎直放置的長玻璃管上。將強(qiáng)磁鐵從離玻璃管上端高為h處由靜止釋放，磁鐵在玻璃管內(nèi)下落并穿過線圈。如圖乙所示是實(shí)驗(yàn)中觀察到的線圈中電流隨時(shí)間變化的圖像，則（

）A．t1~t3過程中線圈對(duì)磁鐵作用力方向先向上后向下B．磁鐵上下翻轉(zhuǎn)后重復(fù)實(shí)驗(yàn)，電流方向先負(fù)向后正向C．線圈匝數(shù)加倍后重復(fù)實(shí)驗(yàn)，電流峰值將加倍D．h加倍后重復(fù)實(shí)驗(yàn)，電流峰值將加倍3．如圖所示，MN、PQ是兩條水平平行放置的光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的有端接理想變壓器的原線圈，變壓器的副線圈與電阻組成閉合回路，變壓器原副線圈匝數(shù)之比，導(dǎo)軌寬，質(zhì)量、電阻不計(jì)的導(dǎo)體棒ab垂直MN、PQ放在導(dǎo)軌上，在水平外力F作用下，從時(shí)刻開始在圖示的兩虛線范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其速度隨時(shí)間變化的規(guī)律是），垂直軌道平面的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=4T，導(dǎo)軌、導(dǎo)線和線圈電阻均不計(jì)，則（）

A．a(chǎn)b棒中產(chǎn)生的電動(dòng)勢的表達(dá)式為20sin20πt（V）B．電阻R上的電功率為2000WC．從到的時(shí)間內(nèi)，外力F所做的功為D．從到的時(shí)間內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的熱量為J4．如圖所示，間距的光滑U形金屬導(dǎo)軌固定在絕緣斜面上，斜面傾角。區(qū)域Ⅰ、Ⅱ分別以、為邊界，均存在垂直于斜面向上的磁場，Ⅰ區(qū)中磁感應(yīng)強(qiáng)度從0開始隨時(shí)間均勻增加，Ⅱ區(qū)中為勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度，與之間為無磁場區(qū)域。質(zhì)量、電阻的導(dǎo)體棒垂直于導(dǎo)軌放置，從兩磁場之間的無磁場區(qū)域由靜止釋放，經(jīng)過進(jìn)入Ⅱ區(qū)恰好勻速下滑。運(yùn)動(dòng)中棒與導(dǎo)軌始終保持良好接觸，導(dǎo)軌足夠長且電阻不計(jì)。重力加速度，。則下列說法錯(cuò)誤的是（）A．進(jìn)入Ⅱ區(qū)后，導(dǎo)體棒中的電流B．無磁場區(qū)域的面積至少為C．前導(dǎo)體棒產(chǎn)生的焦耳熱D．若Ⅰ區(qū)磁場面積為，則Ⅰ區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的表達(dá)式為二、多選題5．如圖所示，兩足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌固定在絕緣水平面上，導(dǎo)軌間距為L，導(dǎo)軌間有方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，質(zhì)量均為m、有效電阻均為R的金屬棒和垂直于導(dǎo)軌放置，均處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)給棒一個(gè)方向水平向左、大小為的初速度，下列說法正確的是（）A．從棒開始運(yùn)動(dòng)到回路無電流的過程中，回路產(chǎn)生的焦耳熱為B．從棒開始運(yùn)動(dòng)到回路無電流的過程中，回路產(chǎn)生的焦耳熱為C．最終回路無電流通過后，兩棒間的距離比靜止時(shí)增大D．最終回路無電流通過后，兩棒間的距離比靜止時(shí)增大6．（2023·廣東·模擬預(yù)測）如圖所示，光滑絕緣水平桌面上放置一邊長為L、質(zhì)量為m、阻值為R的正方形導(dǎo)體框ABCD，四條平行的水平虛線將空間分成五個(gè)區(qū)域，其中在虛線12、虛線34間分別存在垂直水平桌面向上、向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。已知虛線12間（稱區(qū)域Ⅰ）、虛線23間、虛線34間（稱區(qū)域Ⅱ）的距離分別為L、2L、L。開始時(shí)導(dǎo)體框的CD邊與虛線1重合，時(shí)刻給導(dǎo)體框一水平向右的瞬時(shí)沖量，最終導(dǎo)體框的AB邊與虛線4重合時(shí)，速度剛好減為零。下列說法正確的是（

）A．進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅰ和離開區(qū)域Ⅱ時(shí)導(dǎo)體框中的電流方向相同B．導(dǎo)體框從AB邊剛離開區(qū)域Ⅰ到CD邊剛進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ所用的時(shí)間為C．導(dǎo)體框CD邊剛要離開區(qū)域Ⅱ時(shí)的加速度大小為D．導(dǎo)體框經(jīng)過區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ的過程中，產(chǎn)生的焦耳熱之比為三、解答題7．（2024·浙江嘉興·統(tǒng)考一模）如圖甲所示，兩光滑金屬導(dǎo)軌和處在同一水平面內(nèi)，相互平行部分的間距為，其中上點(diǎn)處有一小段導(dǎo)軌絕緣。交叉部分和彼此不接觸。質(zhì)量均為、長度均為的兩金屬棒，通過長為的絕緣輕質(zhì)桿固定連接成“工”形架，將其置于導(dǎo)軌左側(cè)。導(dǎo)軌右側(cè)有一根被鎖定的質(zhì)量為的金屬棒，T與點(diǎn)的水平距離為。整個(gè)裝置處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖乙所示，均為已知量。和的電阻均為，其余電阻不計(jì)。時(shí)刻，“工”形架受到水平向右的恒力作用，時(shí)刻撤去恒力，此時(shí)恰好運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)。（1）求時(shí)刻，“工”形架速度和兩端電壓；（2）求從到過程中“工”形架產(chǎn)生的焦耳熱；（3）求運(yùn)動(dòng)至點(diǎn)時(shí)的速度；（4）當(dāng)運(yùn)動(dòng)至點(diǎn)時(shí)將解除鎖定，求從點(diǎn)開始經(jīng)時(shí)間后與的水平距離。（此過程“工”形架和均未運(yùn)動(dòng)至交叉部分）。

8．（2023·浙江溫州·統(tǒng)考一模）如圖甲所示，間距為L=0.2m的平行金屬導(dǎo)軌由上方水平區(qū)域、左側(cè)豎直區(qū)域、下方傾斜區(qū)域依次對(duì)接組成。上方導(dǎo)軌右端連接電容C=0.1F的電容器，長度的傾斜金屬導(dǎo)軌下端連接阻值R=1.8Ω的定值電阻。開關(guān)S斷開時(shí)，電容器極板所帶的電荷量q=0.08C質(zhì)量m=1g的導(dǎo)體桿ab靜止在水平導(dǎo)軌上。t=0時(shí)刻閉合開關(guān)S，導(dǎo)體桿ab受到安培力開始向左運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間導(dǎo)體桿達(dá)到勻速；此后，t1時(shí)刻導(dǎo)體桿無碰撞通過對(duì)接點(diǎn)CC′進(jìn)入豎直導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，豎直導(dǎo)軌上端DD′略錯(cuò)開CC′，t2時(shí)刻導(dǎo)體桿進(jìn)入與水平方向成30°角的傾斜導(dǎo)軌勻速下滑。已知整個(gè)空間存在方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的圖像如圖乙所示，其中B1=0.5T，B2=0.3T，t1、t2未知；與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好的導(dǎo)體桿ab的電阻r=0.9Ω，與豎直導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.25；不計(jì)其余軌道摩擦阻力和電阻，導(dǎo)體桿ab通過軌道連接處無機(jī)械能損失。（1）導(dǎo)體桿ab在上方水平導(dǎo)軌向左勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，a、b兩端點(diǎn)的電勢φa_____φb（選填“>”或“<”）；在下方傾斜導(dǎo)軌向下滑行時(shí)，a、b兩端點(diǎn)的電勢φa_____φb（選填“>”或“<”）；（2）求導(dǎo)體桿ab在上方水平軌道勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容器極板所帶的電荷量q′；（3）求導(dǎo)體桿ab在下方傾斜導(dǎo)軌勻速下滑過程中，整個(gè)回路的熱功率P；（4）求導(dǎo)體桿ab在豎直導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t。（建議用時(shí)：30分鐘）一、單選題1．如圖所示，AOC是光滑的直角金屬導(dǎo)軌，AO豎直，OC水平。質(zhì)量分布均勻的金屬棒ab長度為L，質(zhì)量為m，電阻為R，兩端置于導(dǎo)軌內(nèi)。設(shè)金屬桿與豎直導(dǎo)軌夾角為θ，當(dāng)θ=30°時(shí)靜止釋放金屬桿。已知空間存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場，方向垂直紙面向里，不計(jì)金屬導(dǎo)軌的電阻，則（）A．回路中感應(yīng)電流方向始終為逆時(shí)針方向B．整個(gè)過程中，ab棒產(chǎn)生的焦耳熱為mgLC．當(dāng)θ=60°時(shí)，若a點(diǎn)速度大小為v，則b點(diǎn)速度大小為2vD．在θ=30°到θ=45°過程中通過ab棒的電荷量為2．如圖1所示，光滑水平桌面上有豎直向下、寬度為的勻強(qiáng)磁場，正方形閉合導(dǎo)線框的邊長為，放在桌面上，邊與磁場邊界平行，。讓導(dǎo)線框在沿方向的恒力作用下穿過勻強(qiáng)磁場，導(dǎo)線框的圖像如圖2所示。以下判斷正確的是（）A．時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)線框受到的安培力逐漸增大B．時(shí)間內(nèi)，對(duì)導(dǎo)線框做的功等于其動(dòng)能的增加量C．時(shí)間內(nèi)，圖中陰影部分的面積表示磁場的寬度D．時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)線框產(chǎn)生的焦耳熱大于3．（2023·全國·校聯(lián)考一模）如圖所示，邊長為正方形金屬回路（總電阻為）正好與虛線圓形邊界相切，虛線圓形邊界內(nèi)（包括邊界）存在與圓面垂直的勻強(qiáng)磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系式為（且為常量），則金屬回路產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小為（）A． B． C． D．4．（2024·河南·統(tǒng)考二模）如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m、電阻為R、邊長為L的正方形金屬線框abcd，放在光滑絕緣水平面上，空間存在一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向下的有界勻強(qiáng)磁場，磁場的左右邊界剛好和線框的ab邊、cd邊重合?，F(xiàn)在線框cd的中點(diǎn)加一水平向右的恒力F，使線框從圖示位置由靜止開始水平向右運(yùn)動(dòng)。已知經(jīng)過時(shí)間t，線框的ab邊剛好向右運(yùn)動(dòng)到磁場的右邊界處，此時(shí)線框的速度大小為v。若在同一時(shí)間t內(nèi)，線框內(nèi)產(chǎn)生的熱量與一恒定電流I在該線框內(nèi)產(chǎn)生的熱量相同，則關(guān)于該恒定電流I的表達(dá)式，下列正確的是（

）A． B． C． D．二、多選題5．（2024·河南鄭州·統(tǒng)考一模）如圖甲所示，一個(gè)匝的圓形導(dǎo)體線圈面積，總電阻。在線圈內(nèi)存在面積的垂直線圈平面向外的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖乙所示。有一個(gè)的電阻，將其與圖甲中線圈的兩端a、b分別相連接，其余電阻不計(jì)，下列說法正確的是（

）

A．內(nèi)a、b間的電勢差 B．內(nèi)a、b間的電勢差C．內(nèi)通過電阻R的電荷量為 D．內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為6．如圖所示，水平面內(nèi)固定放置兩足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌AB和CD，在導(dǎo)軌上有垂直導(dǎo)軌放置的完全相同的直導(dǎo)體P和Q，質(zhì)量均為m，有豎直方向的勻強(qiáng)磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面。在直導(dǎo)體P上作用一與導(dǎo)軌平行的水平恒力F，使P由靜止開始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)一段時(shí)間t，P向右的位移大小為x，P和Q還沒有達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)P和Q的瞬時(shí)速度分別是和，瞬時(shí)加速度分別為和，，這一過程直導(dǎo)體P上產(chǎn)生的熱量為E，兩直導(dǎo)體始終與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌電阻不計(jì)。則關(guān)于這一過程，下列關(guān)系式正確的是（）A． B．C． D．7．（2023·吉林·統(tǒng)考二模）列車進(jìn)站時(shí)如圖所示，其剎車原理可簡化如下：在車身下方固定一水平矩形線框，利用線框進(jìn)入磁場時(shí)所受的安培力，輔助列車剎車。已知列車的質(zhì)量為m，車身長為s，線框的ab和cd長度均為L（L小于勻強(qiáng)磁場的寬度），線框的總電阻為R。站臺(tái)軌道上勻強(qiáng)磁場區(qū)域足夠長，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，方向豎直向上。車頭進(jìn)入磁場瞬間的速度為v0，列車停止前所受鐵軌及空氣阻力的合力恒為f。車尾進(jìn)入磁場瞬間，列車恰好停止。下列說法正確的是（）A．列車進(jìn)站過程中電流方向?yàn)閍bcdB．列車ab邊進(jìn)入磁場瞬間，加速度大小C．列車從進(jìn)站到停下來的過程中，線框產(chǎn)生的熱量為D．從車頭進(jìn)入磁場到停止所用的時(shí)間為三、解答題8．如圖所示，間距為L的兩光滑平行金屬導(dǎo)軌豎直放置，在導(dǎo)軌的上端連接阻值為R的電阻，邊長均為L的Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)正方形區(qū)域內(nèi)存在垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場，Ⅰ的下邊界與Ⅱ的上邊界之間的距離也為L。一電阻不計(jì)、質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌垂直放置，從距離Ⅰ的上邊界間距為L處由靜止釋放，導(dǎo)體棒在經(jīng)過兩個(gè)磁場區(qū)域的過程中均做勻速運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒下滑過程中始終與導(dǎo)軌垂直且與導(dǎo)軌接觸良好，重力加速度大小為g。求：（1）Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)區(qū)域的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度之比；（2）導(dǎo)體棒在經(jīng)過兩個(gè)磁場區(qū)域的過程中，流過電阻R的總電荷。

9．（2024·陜西商洛·校聯(lián)考一模）如圖所示，電阻不計(jì)的U形導(dǎo)軌P放置在光滑的水平面上，導(dǎo)軌質(zhì)量M＝3kg，寬度L＝1m，導(dǎo)體棒ab放置在導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直，導(dǎo)體棒質(zhì)量m＝1kg、電阻R＝1Ω。右側(cè)區(qū)域內(nèi)存在著豎直向上的有界磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝2T，初始時(shí)導(dǎo)體棒ab距磁場左邊界距離，距導(dǎo)軌左端距離，現(xiàn)對(duì)導(dǎo)軌施加水平向右的恒力F＝20N，使導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒ab一起做加速運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)體棒ab進(jìn)入磁場剛好做勻速運(yùn)動(dòng)（最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力），當(dāng)導(dǎo)體棒ab離開磁場的瞬間，導(dǎo)軌左端正好進(jìn)入磁場，導(dǎo)軌出磁場前與導(dǎo)體棒ab達(dá)到共同速度并一起做勻速運(yùn)動(dòng)，重力加速度取。求：