2025年高考教案物理第十二章電磁感應(yīng)第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流

第十二章電磁感應(yīng)第2講法拉第電磁感應(yīng)定律、自感和渦流課標(biāo)要求核心考點(diǎn)五年考情核心素養(yǎng)對接1.通過實(shí)驗(yàn)，理解法拉第電磁感應(yīng)定律.2.通過實(shí)驗(yàn)，了解自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象.能舉例說明自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用.法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用2023：天津T10；2021：全國乙T25，全國甲T21；2020：全國ⅢT24；2019：全國ⅠT201.物理觀念：理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)涵；知道自感、渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動.2.科學(xué)思維：通過類比法，理解感生電場和靜電場的區(qū)別；應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律計算感應(yīng)電動勢的大小.3.科學(xué)探究：通過對法拉第電磁感應(yīng)定律、自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象的探究，掌握對實(shí)驗(yàn)證據(jù)進(jìn)行分析與歸納的方法.4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過學(xué)習(xí)自感現(xiàn)象與渦流現(xiàn)象、電磁阻尼與電磁驅(qū)動在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，認(rèn)識物理學(xué)對現(xiàn)代生活和科技社會發(fā)展的促進(jìn)作用.導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢2022：山東T12；2021：廣東T10，河北T7；2020：浙江7月T12自感、渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動2023：全國乙T17；2020：浙江1月T11命題分析預(yù)測法拉第電磁感應(yīng)定律是電磁學(xué)的核心知識，是解決電磁感應(yīng)問題的重要規(guī)律，單獨(dú)考查時常為選擇題形式，主要考查感應(yīng)電動勢的計算，綜合考查時常結(jié)合動力學(xué)、能量、電路等知識進(jìn)行考查.預(yù)計2025年高考可能會結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際，考查應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律、切割公式等計算感應(yīng)電動勢的大小問題，與安培力相關(guān)的電磁阻尼、電磁驅(qū)動問題.考點(diǎn)1法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用1.對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解2.法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用（1）法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)用的三種情況產(chǎn)生原因ΔΦE面積隨時間變化（動生）ΔΦ＝B·ΔSE＝nBΔ磁場隨時間變化（感生）ΔΦ＝ΔB·SE＝nSΔ面積和磁場同時隨時間變化ΔΦ＝Φ末－Φ初E＝nB（2）應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律的注意事項(xiàng)①公式E＝nΔΦΔ②利用公式E＝nΔBΔtS求解時，③通過回路截面的電荷量q僅與n、ΔΦ和回路電阻R有關(guān)，與時間長短無關(guān)，q＝nΔΦ理解公式E＝nΔΦΔt（1）Φ＝0，ΔΦΔt不一定等于0.（（2）穿過線圈的磁通量變化越大，感應(yīng)電動勢也越大.（?）（3）穿過線圈的磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大.（√）（4）線圈匝數(shù)n越多，磁通量越大，感應(yīng)電動勢也越大.（?）如圖，電流表與螺線管組成閉合回路.判斷下列說法的正誤.（1）磁鐵快速插入螺線管時比慢速插入螺線管時電流表指針偏轉(zhuǎn)大.（√）（2）磁鐵快速插入螺線管和慢速插入螺線管，磁通量變化相同，故電流表指針偏轉(zhuǎn)相同.（?）（3）磁鐵放在螺線管中不動時，螺線管中的磁通量最大，所以電流表指針偏轉(zhuǎn)最大.（?）（4）將磁鐵從螺線管中拔出時，磁通量減小，所以電流表指針偏轉(zhuǎn)一定減小.（?）命題點(diǎn)1平均電動勢與瞬時電動勢的計算1.如圖所示，可繞固定軸OO'轉(zhuǎn)動的正方形單匝金屬線框的邊長為L，線框從水平位置由靜止釋放，經(jīng)過時間t到達(dá)豎直位置，此時ab邊的速率為v.設(shè)線框始終處在方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，求：（1）這個過程中線框中的平均感應(yīng)電動勢；（2）到達(dá)豎直位置瞬間線框中的感應(yīng)電動勢.答案（1）BL2t（解析（1）金屬線框從水平位置運(yùn)動到豎直位置的過程中，由法拉第電磁感應(yīng)定律可得平均感應(yīng)電動勢E＝ΔΦΔ（2）線框到達(dá)豎直位置時，只有ab邊切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，則線框中的感應(yīng)電動勢E＝BLv.命題點(diǎn)2感應(yīng)電動勢的計算2.[2023湖北]近場通信（NFC）器件應(yīng)用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行通訊，其天線類似一個壓平的線圈，線圈尺寸從內(nèi)到外逐漸變大.如圖所示，一正方形NFC線圈共3匝，其邊長分別為1.0cm、1.2cm和1.4cm，圖中線圈外線接入內(nèi)部芯片時與內(nèi)部線圈絕緣.若勻強(qiáng)磁場垂直通過此線圈，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為103T/s，則線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最接近（B）解析由法拉第電磁感應(yīng)定律得E＝E1＋E2＋E3＝ΔBΔt(S1＋S2＋S3)，又ΔBΔt＝103T/s，

S1＝1.02×10－4m2，S2＝1.22×10－4m2，S3＝1.42×10－4mB正確.3.如圖甲所示，水平光滑U形導(dǎo)軌寬0.4m，金屬棒ab垂直放置在導(dǎo)軌上，均勻變化的磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示，金屬棒ab的電阻為1Ω，導(dǎo)軌電阻不計.t＝0時刻，ab棒從導(dǎo)軌最左端，以v＝1m/s的速度向右勻速運(yùn)動，求1s末回路中的感應(yīng)電流及金屬棒ab受到的安培力.答案1.6A，方向沿逆時針方向1.28N，方向水平向左解析由圖乙知，1s末磁感應(yīng)強(qiáng)度B1＝2Tab棒產(chǎn)生的動生電動勢為E動＝B1Lv＝2×0.4×1V＝0.8V回路中產(chǎn)生的感生電動勢為E感＝ΔBΔtLvt＝2×0.4×1×根據(jù)楞次定律知兩個電動勢串聯(lián)，則總電動勢為E＝E動＋E感＝1.6V回路中的感應(yīng)電流為I＝ER＝1.611s末ab棒受到的安培力為F＝B1IL＝2×1.6×0.4N＝1.28N，由左手定則知安培力的方向水平向左.方法點(diǎn)撥法拉第電磁感應(yīng)定律的理解考點(diǎn)2導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢1.動生電動勢產(chǎn)生原因?qū)w做切割磁感線運(yùn)動移動電荷的非靜電力導(dǎo)體中自由電荷受沿[6]導(dǎo)體方向的洛倫茲力回路中相當(dāng)于電源的部分做切割磁感線運(yùn)動的導(dǎo)體方向判斷方法通常由右手定則判斷，也可由楞次定律判斷大小計算方法由E＝Blv計算，也可由E＝nΔΦ2.導(dǎo)體平動切割磁感線導(dǎo)體平動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計算式為E＝Blv，應(yīng)從幾個方面理解和掌握（1）正交性本公式要求磁場是勻強(qiáng)磁場，還需B、l、v三者[7]相互垂直（2）平均性導(dǎo)體平動切割磁感線時，若v為平均速度，則E為平均感應(yīng)電動勢，即[8]E＝Blv（3）瞬時性導(dǎo)體平動切割磁感線時，若v為瞬時速度，則E為相應(yīng)的[9]瞬時感應(yīng)電動勢（4）有效性公式中的l為導(dǎo)體的有效切割長度，即導(dǎo)體在與v共同所在平面上垂直于v的方向上的[10]投影長度（5）相對性E＝Blv中的速度v是導(dǎo)體相對于磁場的速度，若磁場也在運(yùn)動，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系3.導(dǎo)體轉(zhuǎn)動切割磁感線如圖，當(dāng)導(dǎo)體棒在垂直于磁場的平面內(nèi)，繞導(dǎo)體棒上某一點(diǎn)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，則（1）以導(dǎo)體棒中點(diǎn)為軸時，E＝0（相同兩段的代數(shù)和）（2）以導(dǎo)體棒端點(diǎn)為軸時，E＝12Bωl2（平均速度取中點(diǎn)位置的線速度12ω（3）以導(dǎo)體棒上任意一點(diǎn)為軸時，E＝12Bω（l12－l22）（不同兩段的代數(shù)和，其中l(wèi)計算下面各圖中的感應(yīng)電動勢.（1）如圖1，E1＝Blvsinθ.（2）如圖2，E2＝Bcdvsinβ.圖1圖2（3）如圖3，E3＝BMNv.（4）如圖4，若沿v1方向運(yùn)動，則E4＝2BRv1；若沿v2方向運(yùn)動，則E5＝BRv2.E＝nΔΦΔt與EE＝nΔE＝Blv研究對象求整個閉合回路的感應(yīng)電動勢求回路中的部分導(dǎo)體切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢適用范圍無論什么方式引起的磁通量變化都適用只適用于一段導(dǎo)體切割磁感線的情況條件不一定是勻強(qiáng)磁場一般只適用于勻強(qiáng)磁場物理意義當(dāng)Δt→0時，求的是瞬時感應(yīng)電動勢；當(dāng)Δt較長時，求的是平均感應(yīng)電動勢當(dāng)v為瞬時速度時，求的是瞬時感應(yīng)電動勢；當(dāng)v為平均速度時，求的是平均感應(yīng)電動勢判斷電流方向一般用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向一般用右手定則判斷感應(yīng)電流方向命題點(diǎn)1有效長度問題4.如圖，一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路.虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，方向垂直于回路所在的平面.回路以速度v向右勻速進(jìn)入磁場，直徑CD始終與MN垂直.從D點(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場為止，下列說法錯誤的是（B）A.感應(yīng)電流方向不變B.CD段直導(dǎo)線始終不受安培力C.感應(yīng)電動勢最大值E＝BavD.感應(yīng)電動勢平均值E＝14π解析在閉合回路進(jìn)入磁場的過程中，通過閉合回路的磁通量逐漸增大，根據(jù)楞次定律和安培定則可知感應(yīng)電流的方向始終為逆時針方向，A正確；根據(jù)左手定則可以判斷，CD段受方向向下的安培力，B錯誤；利用感應(yīng)電動勢公式E＝Blv計算時，l應(yīng)是有效切割長度，當(dāng)半圓形閉合回路進(jìn)入磁場一半時，有效切割長度最大，為a，這時感應(yīng)電動勢最大，為E＝Bav，C正確；感應(yīng)電動勢的平均值E＝ΔΦΔt＝B·12πa22命題點(diǎn)2平動切割磁感線5.[2023福建泉州模擬/多選]如圖所示，abcd為水平放置的U形光滑金屬導(dǎo)軌，間距為l，導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，導(dǎo)軌電阻不計.已知金屬桿MN傾斜放置，與導(dǎo)軌成θ角，單位長度的電阻為r，保持金屬桿以速度v沿垂直于MN的方向滑動（金屬桿滑動過程中與導(dǎo)軌接觸良好），則（AD）A.電路中感應(yīng)電動勢的大小為BlvB.電路中感應(yīng)電流的大小為BvC.金屬桿所受安培力的大小為BD.金屬桿的熱功率為B解析由于速度方向是與金屬桿垂直的，而整個金屬桿又是與磁場垂直的，所以整個金屬桿均垂直切割磁感線，切割長度L＝lsinθ，所以感應(yīng)電動勢E＝BLv＝Blvsinθ，A正確；金屬桿的電阻R＝Lr＝lsinθr，電路中的電流I＝ER＝Bvr，B錯誤；金屬桿受到的安培力F＝BIL＝B2lvrsinθ，命題拓展如圖所示，如果金屬桿以速度v沿平行于cd的方向滑動，則情況又如何呢？答案電路中的感應(yīng)電動勢E＝Blv，感應(yīng)電流I＝ER＝Elsinθr＝Bvsinθr，金屬桿所受安培力大小F＝BIlsinθ＝B2lvr，金屬桿的熱功率P命題點(diǎn)3轉(zhuǎn)動切割磁感線6.如圖所示，直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向平行于ab邊向上.當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動時，a、b、c三點(diǎn)的電勢分別為Ua、Ub、Uc.已知bc邊的長度為l.下列判斷正確的是（C）A.Ua＞Uc，金屬框中無電流B.Ub＞Uc，金屬框中電流方向?yàn)閍→b→c→aC.Ubc＝－12Bl2ωD.Ubc＝12Bl2ω，金屬框中電流方向?yàn)閍→c→b→解析金屬框abc平面與磁場平行，轉(zhuǎn)動過程中磁通量始終為零，所以無感應(yīng)電流產(chǎn)生，B、D錯誤；轉(zhuǎn)動過程中bc邊和ac邊均切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由右手定則可知Ua＜Uc，Ub＜Uc，A錯誤；由轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的公式得Ubc＝－12Bl2ω，C正確如圖所示，半徑為r的金屬圓盤在垂直于盤面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，繞過圓心垂直于盤面的金屬軸以角速度ω沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，電阻R一端通過導(dǎo)線連接在軸上，另一端通過導(dǎo)線連接在與圓盤邊緣接觸良好的金屬片上，則通過電阻R的電流的方向和大小為（金屬圓盤、軸和金屬片的電阻不計）（D）A.由c到d，I＝Bωr2R B.由d到c，C.由c到d，I＝Bωr22R D.由d到c解析圓盤可看作沿半徑方向的無數(shù)根金屬條，由右手定則知，其電流方向?yàn)閺倪吘壷赶驁A心，所以通過電阻R的電流方向?yàn)橛蒬到c；金屬圓盤產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝12Bωr2，由I＝ER知通過電阻R的電流大小為I＝Bωr2考點(diǎn)3自感、渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動1.感生電動勢產(chǎn)生原因磁場的變化移動電荷的非靜電力感生電場對自由電荷的電場力回路中相當(dāng)于電源的部分處于變化磁場中的閉合導(dǎo)體方向判斷方法楞次定律大小計算方法E＝nΔ2.自感3.渦流4.感應(yīng)電流的機(jī)械效應(yīng)——電磁阻尼和電磁驅(qū)動電磁阻尼電磁驅(qū)動成因?qū)w在磁場中運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流導(dǎo)致導(dǎo)體受到安培力磁場運(yùn)動引起磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電流導(dǎo)致導(dǎo)體受到安培力效果安培力方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相反，阻礙導(dǎo)體運(yùn)動安培力方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相同，推動導(dǎo)體運(yùn)動能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而對外做功應(yīng)用磁電式儀表中利用電磁阻尼使指針快速停下來，便于讀數(shù)交流感應(yīng)電動機(jī)相同點(diǎn)兩者均屬于感應(yīng)電流的機(jī)械效應(yīng)，都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，且本質(zhì)都是感應(yīng)電流的磁場阻礙磁通量的變化（遵循楞次定律），均符合能量守恒定律判斷下列說法的正誤.（1）真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置.（√）（2）家用電磁爐鍋體中的渦流是由恒定磁場產(chǎn)生的.（?）（3）阻尼擺擺動時產(chǎn)生的渦流總是阻礙其運(yùn)動.（√）（4）變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成，不能減小渦流.（?）磁電式儀表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上，指針也固定在鋁框上（如圖）.鋁框的作用是什么？答案假定儀表工作時指針向右轉(zhuǎn)動，則鋁框中有感應(yīng)電流，鋁框要受到安培力阻礙指針向右偏轉(zhuǎn)，使指針快速停下，防止打壞指針.如圖所示，小螺線管與音樂播放器相連，大螺線管直接與音響相連.當(dāng)把小螺線管插入大螺線管中時，音樂就會從音響中響起來，大、小螺線管之間發(fā)生的物理現(xiàn)象是（C）A.自感 B.靜電感應(yīng) C.互感 D.直接導(dǎo)電解析小螺線管與音樂播放器相連，小螺線管中輸入了音頻信號，當(dāng)把小螺線管插入大螺線管中時，音樂就會從音響中響起來，說明大螺線管中激發(fā)出了感應(yīng)電流，是互感現(xiàn)象，故C正確.命題點(diǎn)1通斷電自感現(xiàn)象的分析7.圖甲和圖乙是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個電路圖，L1和L2為電感線圈.實(shí)驗(yàn)時，斷開開關(guān)S1瞬間，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗；閉合開關(guān)S2，燈A2逐漸變亮，而另一個相同的燈A3立即變亮，最終A2與A3的亮度相同.下列說法正確的是（C）A.圖甲中，A1與L1的電阻值相同B.圖甲中，閉合S1，電路穩(wěn)定后，A1中電流大于L1中電流C.圖乙中，變阻器R與L2的電阻值相同D.圖乙中，閉合S2瞬間，L2中電流與變阻器R中電流相等解析題圖甲中，斷開S1的瞬間，燈A1閃亮，故斷開S1前，穩(wěn)定時IL1＞IA1，又由于L1和A1兩端電壓相等，故電阻RL1＜RA1，所以A、B均錯誤；題圖乙中，閉合S2瞬間，由于L2的自感作用，通過L2的電流很小，穩(wěn)定時A2與A3亮度相同，故電流相等，所以變阻器R與方法點(diǎn)撥自感現(xiàn)象中的“三注意、三技巧”三注意三技巧1.自感僅能使電流的變化過程延長，但不能改變最終的結(jié)果1.通電自感時線圈相當(dāng)于一個阻值變化的電阻：阻值由無窮大逐漸減小2.斷電自感時燈泡是否“閃亮”，關(guān)鍵在于通過燈泡的電流大小如何變化2.斷電自感時線圈相當(dāng)于電源：電動勢由某個值逐漸減小到零3.斷電時與自感線圈在同一支路中的用電器中的電流方向不變，否則一般會改變3.電路穩(wěn)定時，自感線圈相當(dāng)于導(dǎo)體，是否需要考慮電阻要根據(jù)題意確定命題點(diǎn)2對渦流的理解8.[2023廣東佛山質(zhì)檢]渦流內(nèi)檢測技術(shù)是一項(xiàng)用來檢測各種金屬管道是否有破損的技術(shù).檢測儀在管道內(nèi)運(yùn)動及其工作原理剖面示意圖如圖所示，當(dāng)激勵線圈中通以正弦交流電時，金屬管道壁內(nèi)會產(chǎn)生渦流，渦流磁場會影響檢測線圈的電流.以下有關(guān)渦流內(nèi)檢測儀的說法正確的是（C）A.檢測線圈消耗功率等于激勵線圈輸入功率B.在管道內(nèi)某處檢測時，如果只增大激勵線圈中交流電的頻率，則檢測線圈的電流不變C.在管道內(nèi)某處檢測時，如果只增大激勵線圈中交流電的頻率，則檢測儀消耗功率將變大D.當(dāng)檢測儀從金屬管道完好處進(jìn)入破損處檢測時，管道壁中將產(chǎn)生更強(qiáng)的渦流解析管道壁中產(chǎn)生渦流，有一定的熱功率，P激勵＝P檢測＋P熱，激勵線圈輸入功率大于檢測線圈消耗功率，故A錯誤；增大激勵線圈中交流電的頻率，檢測線圈的磁通量變化率變大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢變大，則電流變大，故B錯誤；增大激勵線圈中交流電的頻率，檢測線圈消耗的功率和管道產(chǎn)生的熱功率變大，則檢測儀消耗功率將變大，故C正確；當(dāng)檢測儀從金屬管道完好處進(jìn)入破損處檢測時，管道壁中產(chǎn)生的渦流變小，故D錯誤.方法點(diǎn)撥產(chǎn)生渦流時的能量轉(zhuǎn)化伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能，最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.（1）金屬塊放在變化的磁場中，則磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.（2）如果是金屬塊進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動，則由于克服安培力做功，金屬塊的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.命題點(diǎn)3電磁阻尼和電磁驅(qū)動9.[電磁驅(qū)動/浙江高考]如圖所示，在光滑絕緣水平面上，兩條固定的相互垂直彼此絕緣的導(dǎo)線通以大小相同的電流I.在角平分線上，對稱放置四個相同的正方形金屬框.當(dāng)電流在相同時間間隔內(nèi)增加相同量，則（B）A.1、3線圈靜止不動，2、4線圈沿著對角線向內(nèi)運(yùn)動B.1、3線圈靜止不動，2、4線圈沿著對角線向外運(yùn)動C.2、4線圈靜止不動，1、3線圈沿著對角線向內(nèi)運(yùn)動D.2、4線圈靜止不動，1、3線圈沿著對角線向外運(yùn)動解析由安培定則和磁場疊加原理可知線圈1、3所在處的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，穿過這兩個線圈的磁通量為零，當(dāng)電流在相同時間間隔內(nèi)增加相同量時，磁通量仍為零，則沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，所以線圈1、3靜止不動，C、D錯誤；線圈2中的合磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面向外，線圈4中的合磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面向里，當(dāng)電流在相同時間間隔內(nèi)增加相同量時，由楞次定律可知，兩線圈應(yīng)向磁通量減小的方向運(yùn)動，即沿對角線向外運(yùn)動，A錯誤，B正確.10.[電磁阻尼/多選]以下哪些現(xiàn)象屬于電磁阻尼現(xiàn)象（ABC）A.圖甲中線圈能使上下振動的條形磁鐵快速停下來B.圖乙中無缺口的鋁管比有缺口的鋁管能更快使強(qiáng)磁鐵勻速運(yùn)動C.圖丙中U形磁鐵可以使高速轉(zhuǎn)動的鋁盤迅速停下來D.圖丁中轉(zhuǎn)動把手時下面的閉合銅線框會隨U形磁鐵同向轉(zhuǎn)動解析線圈能使上下振動的條形磁鐵快速停下來，是電磁阻尼現(xiàn)象；無缺口的鋁管比有缺口的鋁管能更快使強(qiáng)磁鐵勻速運(yùn)動，是電磁阻尼現(xiàn)象；U形磁鐵能使高速轉(zhuǎn)動的鋁盤迅速停下來，鋁盤受到的力是阻力，所以是電磁阻尼現(xiàn)象；轉(zhuǎn)動把手時，U形磁鐵轉(zhuǎn)動，線框跟隨轉(zhuǎn)動，線框受到的力是動力，所以是電磁驅(qū)動現(xiàn)象.故選A、B、C.熱點(diǎn)11法拉第電磁感應(yīng)定律在電磁科技中的應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律與生產(chǎn)、生活密切相關(guān)，高考對這部分的考查趨向于有關(guān)現(xiàn)代氣息和STSE問題中的信息題，命題情境有電磁卡、車速表、磁力剎車、金屬探測器、無線充電技術(shù)等.1.[電磁卡]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)系如圖所示.如果只將刷卡速度改為v02，線圈中的感應(yīng)電動勢隨時間變化的E－t關(guān)系圖可能是（D AB CD解析根據(jù)E＝Blv可知，若將刷卡速度改為v02，線圈切割磁感線運(yùn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小將會減半，周期將會加倍，故D2.[金屬探測器——渦流/多選]金屬探測器實(shí)物及其結(jié)構(gòu)原理圖如圖所示.探測器運(yùn)用的是電磁感應(yīng)原理，發(fā)射線圈（外環(huán)）可以產(chǎn)生垂直于線圈平面且大小和方向均勻變化的磁場；內(nèi)環(huán)線圈是接收線圈，用來收集被探測金屬物發(fā)出的磁場（接收線圈能完全屏蔽發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁場）.隨著發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁場方向和大小不斷變化，它會與所遇到的金屬物發(fā)生作用，導(dǎo)致金屬物自身也產(chǎn)生微弱的磁場，來自金屬物的磁場進(jìn)入內(nèi)環(huán)線圈被接收到后，檢測器會發(fā)出報警聲.若發(fā)射線圈產(chǎn)生向下且增強(qiáng)的磁場，則下列說法正確的是（AC）A.金屬物產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的方向豎直向上B.金屬物中的渦流從上往下看沿順時針方向C.金屬物發(fā)出的磁場穿過接收線圈時，接收線圈會產(chǎn)生微弱的電流，此類探測器相應(yīng)的元件就是依據(jù)這一電流進(jìn)行報警的D.如果金屬物某時刻發(fā)出向上的磁場，那么接收線圈中的感應(yīng)電流從上往下看沿逆時針方向解析若發(fā)射線圈產(chǎn)生向下且增強(qiáng)的磁場，則穿過金屬物的磁通量增加，根據(jù)楞次定律和安培定則知，金屬物中的渦流產(chǎn)生的磁場方向豎直向上，渦流從上往下看沿逆時針方向，A正確，B錯誤；金屬物發(fā)出的磁場穿過接收線圈時，接收線圈內(nèi)磁通量發(fā)生變化，會產(chǎn)生微弱的感應(yīng)電流，此類探測器相應(yīng)的元件就是依據(jù)這一電流進(jìn)行報警的，C正確；如果金屬物某時刻發(fā)出向上的磁場，則接收線圈中的感應(yīng)電流從上往下看沿順時針方向，D錯誤.3.[磁力剎車——電磁阻尼/多選]磁力剎車是游樂場中過山車采用的一種新型剎車裝置，此裝置比靠摩擦力剎車更穩(wěn)定.如圖為該新型裝置的原理圖（從后朝前看），過山車的兩側(cè)裝有銅片，停車區(qū)的軌道兩側(cè)裝有強(qiáng)力磁鐵，當(dāng)過山車進(jìn)入停車區(qū)時，銅片與磁鐵的相互作用能使過山車很快停下來.關(guān)于該裝置的下列說法正確的是（BC）A.剎車原理是電流的磁效應(yīng)B.過山車從進(jìn)入停車區(qū)到停止的過程中，動能轉(zhuǎn)化為電能，電能又轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C.過山車進(jìn)入停車區(qū)的速度越大，剎車的阻力就越大D.若將銅片換成有機(jī)玻璃片，也能達(dá)到相同的剎車效果解析當(dāng)過山車進(jìn)入停車區(qū)時，會導(dǎo)致穿過銅片的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成感應(yīng)磁場，與強(qiáng)力磁鐵產(chǎn)生相互作用，利用了電磁感應(yīng)原理，故A錯誤；剎車過程中過山車速度減小，動能轉(zhuǎn)化為電能，電能又轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故B正確；過山車的速度越大，磁通量變化就越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電流就越大，感應(yīng)磁場就越強(qiáng)，與強(qiáng)力磁鐵的作用力就越大，故剎車的阻力就越大，C正確；將銅片換成有機(jī)玻璃片，有機(jī)玻璃片不導(dǎo)電，因此不能形成感應(yīng)磁場，不能達(dá)到相同的剎車效果，D錯誤.1.[電磁阻尼＋圖像分析/2023全國乙]一學(xué)生小組在探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象時，進(jìn)行了如下比較實(shí)驗(yàn).用圖（a）所示的纏繞方式，將漆包線分別繞在幾何尺寸相同的有機(jī)玻璃管和金屬鋁管上，漆包線的兩端與電流傳感器接通.兩管皆豎直放置，將一很小的強(qiáng)磁體分別從管的上端由靜止釋放，在管內(nèi)下落至管的下端.實(shí)驗(yàn)中電流傳感器測得的兩管上流過漆包線的電流I隨時間t的變化分別如圖（b）和圖（c）所示，分析可知（A）圖（b）圖（c）A.圖（c）是用玻璃管獲得的圖像B.在鋁管中下落，小磁體做勻變速運(yùn)動C.在玻璃管中下落，小磁體受到的電磁阻力始終保持不變D.用鋁管時測得的電流第一個峰到最后一個峰的時間間隔比用玻璃管時的短解析A對利用F阻＝F安＝BIL定性分析I2.[對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用/2021全國甲/多選]由相同材料的導(dǎo)線繞成邊長相同的甲、乙兩個正方形閉合線圈，兩線圈的質(zhì)量相等，但所用導(dǎo)線的橫截面積不同，甲線圈的匝數(shù)是乙的2倍.現(xiàn)兩線圈在豎直平面內(nèi)從同一高度同時由靜止開始下落，一段時間后進(jìn)入一方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場的上邊界水平，如圖所示.不計空氣阻力，已知下落過程中線圈始終平行于紙面，上、下邊保持水平.在線圈下邊進(jìn)入磁場后且上邊進(jìn)入磁場前，可能出現(xiàn)的是（AB）A.甲和乙都加速運(yùn)動B.甲和乙都減速運(yùn)動C.甲加速運(yùn)動，乙減速運(yùn)動D.甲減速運(yùn)動，乙加速運(yùn)動解析由于甲、乙線圈的材料、邊長和質(zhì)量均相同，故導(dǎo)線的體積相同，而甲線圈的匝數(shù)n1是乙的匝數(shù)n2的2倍，因此甲的長度l1是乙的長度l2的2倍，甲的橫截面積S1是乙的橫截面積S2的12，根據(jù)電阻定律R＝ρlS可知，甲的電阻R1是乙的電阻R2的4倍.甲進(jìn)入磁場后所受安培力F1＝n1BI1L＝n1BLn1BLvR1＝n12B2L2R1v，乙進(jìn)入磁場后所受安培力F2＝n2BI2L＝n2BLn2BLvR2＝n22B2L2R2v，由于n1＝3.[導(dǎo)體轉(zhuǎn)動切割磁感線/2022山東/多選]如圖所示，xOy平面的第一、三象限內(nèi)以坐標(biāo)原點(diǎn)O為圓心、半徑為2L的扇形區(qū)域充滿方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場.邊長為L的正方形金屬框繞其始終在O點(diǎn)的頂點(diǎn)、在xOy平面內(nèi)以角速度ω順時針勻速轉(zhuǎn)動.t＝0時刻，金屬框開始進(jìn)入第一象限.不考慮自感影響，關(guān)于金屬框中感應(yīng)電動勢E隨時間t變化規(guī)律的描述正確的是（BC）A.在t＝0到t＝π2ω的過程中，B.在t＝0到t＝π2ω的過程中，C.在t＝0到t＝π4ω的過程中，D.在t＝0到t＝π4ω的過程中，解析如圖所示，金屬框切割磁感線的有效長度為d，根據(jù)轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢公式有E＝12Bωd2，從圖中可以看出在t＝0到t＝π2ω的過程中，d是先增大到2L，再減小到L，所以電動勢E先增大后減小，A錯誤，B正確.在t＝0到t＝π4ω的過程中，d＝Lcosωt，感應(yīng)電動勢的表達(dá)式可寫為E＝12Bωd2＝BωL22cos2ωt，由表達(dá)式可以看出在t＝4.[導(dǎo)體平動切割磁感線/2021河北]如圖，兩光滑導(dǎo)軌水平放置在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.導(dǎo)軌間距最窄處為一狹縫，取狹縫所在處O點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn).狹縫右側(cè)兩導(dǎo)軌與x軸夾角均為θ，一電容為C的電容器與導(dǎo)軌左端相連.導(dǎo)軌上的金屬棒與x軸垂直，在外力F作用下從O點(diǎn)開始以速度v向右勻速運(yùn)動，忽略所有電阻.下列說法正確的是（A）A.通過金屬棒的電流為2BCv2tanθB.金屬棒到達(dá)x0時，電容器極板上的電荷量為BCvx0tanθC.金屬棒運(yùn)動過程中，電容器的上極板帶負(fù)電D.金屬棒運(yùn)動過程中，外力F做功的功率恒定解析金屬棒向右運(yùn)動時間t時位移x＝vt，此時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝B·(2xtanθ)v＝(2Bv2tanθ)t，又根據(jù)電容器的帶電荷量q＝CE，可知電流I＝ΔqΔt＝2BCv2tanθ，A對；根據(jù)上述分析可知，金屬棒到達(dá)x0時電動勢E0＝(2Bvtanθ)x0，此時電容器的帶電荷量q0＝2BCvx0tanθ，B錯；根據(jù)右手定則可知電容器上極板帶正電，C錯；金屬棒勻速運(yùn)動，外力F與安培力等大反向，則外力做功的功率P＝BILv＝2BIv2ttanθ，又金屬棒中電流I恒定，磁感應(yīng)強(qiáng)度B和v都恒定，可知外力F做功的功率隨時間增大，5.[對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用/2023天津]如圖，有一正方形線框靜止懸掛著，其質(zhì)量為m、電阻為R、邊長為l.空間中有一個三角形磁場區(qū)域，其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝kt（k＞0），方向垂直于線框所在平面向里，且線框中磁場區(qū)域的面積為線框面積的一半，已知重力加速度為g，求：（1）感應(yīng)電動勢E；（2）線框開始向上運(yùn)動的時刻t0.答案（1）E＝kl22（2）t解析（1）根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E＝nΔ又n＝1，ΔΦΔt＝ΔBΔt·S解得E＝k（2）根據(jù)閉合電路歐姆定律可知線框中的感應(yīng)電流為I＝E結(jié)合安培力的公式和題圖可知線框受到的安培力為FA＝BIl又B＝kt（k＞0）聯(lián)立可得線框受到的安培力為FA＝k當(dāng)線框開始向上運(yùn)動時，有k2l解得t0＝2mgR1.如圖所示，一正方形線圈的匝數(shù)為n，邊長為a，線圈平面與勻強(qiáng)磁場垂直，且一半處在磁場中.在Δt時間內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不變，大小由B均勻地增大到3B.在此過程中，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為（B）A.BaB.nBC.nBD.2解析根據(jù)題意，由法拉第電磁感應(yīng)定律有E＝nΔΦΔt，又有ΔΦ＝ΔBS，S＝12a2，聯(lián)立解得E＝n2.如圖所示，長為L＝1m的金屬棒以v＝1m/s的速度沿傾角為60°的絕緣斜面勻速下滑，斜面處在方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.1T的勻強(qiáng)磁場中，則在金屬棒勻速下滑的過程中（C）A.棒內(nèi)電子受洛倫茲力作用，棒受安培力作用B.棒內(nèi)電子不受洛倫茲力作用，棒不受安培力作用C.棒兩端的電壓為0.05VD.棒兩端的電壓為0.1V解析金屬棒下滑時棒兩端產(chǎn)生電動勢，因棒不閉合，故沒有感應(yīng)電流，棒內(nèi)電子受洛倫茲力作用，但棒不受安培力作用，A、B項(xiàng)錯誤；棒兩端的電壓U＝E＝BLvcos60°＝0.05V，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯誤.3.[2023陜西咸陽模擬]一個長直密繞螺線管N放在一個金屬圓環(huán)M的中心，圓環(huán)軸線與螺線管軸線重合，如圖甲所示.螺線管N通有如圖乙所示的電流，下列說法正確的是（A）圖甲圖乙A.t＝T8B.t＝T4C.t＝3TD.t＝T8和t＝3解析螺線管內(nèi)、外磁感線方向不同但總數(shù)相同，由題圖乙可知，在t＝T8時刻，通過螺線管N的電流增大，則螺線管產(chǎn)生的磁場增大，所以穿過金屬圓環(huán)M的磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知，圓環(huán)有擴(kuò)張的趨勢(使螺線管外部穿過圓環(huán)的磁感線增多，從而減小穿過圓環(huán)的總磁通量)，同理，在t＝3T8時刻，通過螺線管N的電流減小，穿過金屬圓環(huán)M的磁通量減小，圓環(huán)有縮小的趨勢，A正確，C錯誤；在t＝T4時刻，通過N的電流最大，產(chǎn)生的磁場最大，穿過M的磁通量最大，但是磁通量的變化率為零，所以圓環(huán)中感應(yīng)電流為零，B錯誤；在t＝T8和t＝3T8時刻，電流變化率大小4.[2024湖北荊州模擬/多選]長為L的金屬棒OP固定在頂角為2θ的塑料圓錐體側(cè)面上，ab為圓錐體底面直徑.圓錐體繞其軸OO'以角速度ω在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方向如圖所示，下列說法正確的是（AD）A.金屬棒上O點(diǎn)的電勢高于P點(diǎn)B.金屬棒上O點(diǎn)的電勢低于P點(diǎn)C.金屬棒OP兩端電勢差大小為12Bω2LD.金屬棒OP兩端電勢差大小為12BωL2sin2解析由右手定則知金屬棒OP在勻速轉(zhuǎn)動過程中切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流(由于沒有形成通路，所以是短暫的電流)方向由P指向O，在電源內(nèi)部電流由電勢低處流向電勢高處，則金屬棒上O點(diǎn)的電勢高于P點(diǎn)，故A正確，B錯誤.金屬棒OP在勻速轉(zhuǎn)動過程中切割磁感線的有效長度L'＝O'P＝Lsinθ，故產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝BL'·12ωL'＝12BωL2sin2θ，故C錯誤，D5.水平放置的玻璃板上方有一用細(xì)線懸掛的可自由旋轉(zhuǎn)的小磁針，下方有一水平放置的銅圓盤.圓盤的軸線與小磁針懸線在同一直線上，初始時小磁針與圓盤均處于靜止?fàn)顟B(tài).當(dāng)圓盤繞軸沿逆時針方向（俯視）勻速轉(zhuǎn)動時，下列說法正確的是（B）A.小磁針不動B.小磁針沿逆時針方向（俯視）轉(zhuǎn)動C.小磁針沿順時針方向（俯視）轉(zhuǎn)動D.由于穿過圓盤的磁通量沒有變化，圓盤中沒有感應(yīng)電流解析銅圓盤上存在許多小的閉合回路，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時，穿過小的閉合回路的磁通量發(fā)生變化，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流），銅圓盤所受安培力阻礙其運(yùn)動，俯視為順時針方向，根據(jù)力的作用是相互的，知小磁針?biāo)芰ρ啬鏁r針方向，B正確.6.[滲透實(shí)驗(yàn)思想]如圖甲所示是一個電磁阻尼現(xiàn)象演示裝置，鋼鋸條上端固定在支架上，下端固定有強(qiáng)磁鐵，將磁鐵推開一個角度釋放，它會在豎直面內(nèi)擺動較長時間；如圖乙所示，若在其正下方固定一銅塊（不與磁鐵接觸），則擺動迅速停止.以下關(guān)于實(shí)驗(yàn)的分析與結(jié)論正確的是（C）A.如果將磁鐵的磁極調(diào)換，重復(fù)實(shí)驗(yàn)將不能觀察到電磁阻尼現(xiàn)象B.用閉合的銅制線圈替代銅塊，重復(fù)實(shí)驗(yàn)將不能觀察到電磁阻尼現(xiàn)象C.在圖乙情況中，下擺和上擺過程中磁鐵和鋸條組成的系統(tǒng)機(jī)械能均減少D.在擺動過程中銅塊不受磁鐵的作用力解析如果將磁鐵的磁極調(diào)換，重復(fù)實(shí)驗(yàn)時，仍會導(dǎo)致穿過銅塊截面的磁通量變化，從而產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，進(jìn)而將觀察到電磁阻尼現(xiàn)象，故A錯誤；用閉合的銅制線圈替代銅塊，重復(fù)實(shí)驗(yàn)時，由A選項(xiàng)分析可知，將能觀察到電磁阻尼現(xiàn)象，故B錯誤；在題圖乙情況中，下擺和上擺過程中磁鐵和鋸條組成的系統(tǒng)機(jī)械能均減少，原因是在此過程中，銅塊里出現(xiàn)渦流，從而產(chǎn)生內(nèi)能，故C正確；在擺動過程中，根據(jù)楞次定律的“來拒去留”可知，銅塊會受磁鐵的作用力，故D錯誤.7.[生產(chǎn)實(shí)踐]管道高頻焊機(jī)可以對由鋼板卷成的圓管的接縫實(shí)施焊接.焊機(jī)的原理如圖所示，圓管通過一個接有高頻交流電源的線圈，線圈所產(chǎn)生的交變磁場使圓管中產(chǎn)生交變電流，電流產(chǎn)生的熱量使接縫處的材料熔化并焊接.則下列說法正確的是（D）A.該焊機(jī)也能焊接塑料圓管的接縫B.線圈的電阻越大，焊接效果越好C.線圈的電源換成直流電源也能進(jìn)行焊接D.圓管的接縫處電阻較大，產(chǎn)生的電熱較無接縫處大解析塑料圓管不導(dǎo)電，塑料圓管中無電流，不能焊接，A錯誤；線圈的電阻越大，線圈消耗的功率越大，焊接效果越不好，B錯誤；將線圈的電源換成直流電源，線圈不能產(chǎn)生交變磁場，圓管中不產(chǎn)生電流，不能進(jìn)行焊接，C錯誤；圓管的接縫處電阻較大，產(chǎn)生的電熱較大，D正確.8.[結(jié)合三維坐標(biāo)設(shè)題/2024河南名校聯(lián)考]如圖甲所示，一條南北走向的小路，路口設(shè)有出入道閘，每側(cè)道閘金屬桿長L，當(dāng)有車輛通過時桿會從水平位置勻速轉(zhuǎn)過90°直到豎起，所用時間為t.此處地磁場方向如圖乙所示，B為地磁場總量，BH為地磁場水平分量，Bx、By、Bz分別為地磁場在x、y、z三個方向上的分量大小.則桿在轉(zhuǎn)動升起的過程中，兩端電勢差的大小計算表達(dá)式為（A）圖甲圖乙A.πBxL24t B.π2BxL解析由題意可知，金屬桿從水平位置勻速轉(zhuǎn)過90°直到豎起，所用時間為t，可知金屬桿的角速度為ω＝π2t，由于小路沿南北方向，則金屬桿轉(zhuǎn)動過程切割B