新高考物理二輪復(fù)習(xí)重難點專練重難點12 電磁感應(yīng)（解析版）

重難點12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、牛頓運動定律、運動學(xué)公式及動能定理、能量守恒定律、動量定理、動量守恒定律解決物理實際問題。2.選擇題命題中主要考查導(dǎo)體棒和導(dǎo)體框進出磁場時力電綜合問題、經(jīng)常結(jié)合圖像進行考查。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，安培力的沖量常常和電荷量結(jié)合，利用動量定理解題。（建議用時：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動并穿過磁場，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．【答案】B【解析】線圈進入磁場時，設(shè)某時刻進入磁場的距離為x，此時線圈的速度為v，則由動量定理SKIPIF1<0其中SKIPIF1<0則SKIPIF1<0當(dāng)完全進入磁場后，不受到安培力，所以做勻速直線運動，當(dāng)出磁場時，速度v與位移x的關(guān)系與進入磁場相似。故選B。2．（2024·浙江·校聯(lián)考模擬預(yù)測）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。如圖乙所示是實驗中觀察到的線圈中電流隨時間變化的圖像，則（

）A．t1~t3過程中線圈對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)實驗，電流方向先負向后正向C．線圈匝數(shù)加倍后重復(fù)實驗，電流峰值將加倍D．h加倍后重復(fù)實驗，電流峰值將加倍【答案】B【解析】A．由楞次定律的“來拒去留”可知，t1~t3過程中線圈對磁鐵作用力方向一直向上，A錯誤；B．磁鐵上下翻轉(zhuǎn)后重復(fù)實驗，穿過圓環(huán)過程中，磁通量方向相反，根據(jù)楞次定律可知，將會產(chǎn)生負向電流后產(chǎn)生正向電流，B正確；C．若將線圈匝數(shù)加倍后，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律SKIPIF1<0可知，線圈中感應(yīng)電動勢也加倍，由電阻定律SKIPIF1<0可知，線圈匝數(shù)加倍，長度也加倍，電阻加倍，由歐姆定律SKIPIF1<0可知，線圈中感應(yīng)電流的峰值不會加倍，C錯誤；D．若沒有磁場力，則由機械能守恒定律SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0若將h加倍，速度并非變?yōu)樵瓉淼?倍，實際中存在磁場力做負功，速度也不是原來的2倍，則線圈中產(chǎn)生的電流峰值不會加倍，D錯誤。故選B。3．（2023·四川成都·石室中學(xué)校考模擬預(yù)測）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SKIPIF1<0組成閉合回路，變壓器原副線圈匝數(shù)之比SKIPIF1<0，導(dǎo)軌寬SKIPIF1<0，質(zhì)量SKIPIF1<0、電阻不計的導(dǎo)體棒ab垂直MN、PQ放在導(dǎo)軌上，在水平外力F作用下，從SKIPIF1<0時刻開始在圖示的兩虛線范圍內(nèi)往復(fù)運動，其速度隨時間變化的規(guī)律是SKIPIF1<0），垂直軌道平面的勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=4T，導(dǎo)軌、導(dǎo)線和線圈電阻均不計，則（）

A．a(chǎn)b棒中產(chǎn)生的電動勢的表達式為20sin20πt（V）B．電阻R上的電功率為2000WC．從SKIPIF1<0到SKIPIF1<0的時間內(nèi)，外力F所做的功為SKIPIF1<0D．從SKIPIF1<0到SKIPIF1<0的時間內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的熱量為SKIPIF1<0J【答案】B【解析】A．a(chǎn)b棒中產(chǎn)生的電動勢的表達式為SKIPIF1<0故A錯誤；B．由SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0由SKIPIF1<0得SKIPIF1<0故B正確；C．根據(jù)SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0從SKIPIF1<0到t1=0.025s經(jīng)歷了四分之一個周期，這段時間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量SKIPIF1<0SKIPIF1<0ab棒的速度SKIPIF1<0，由能量守恒定律SKIPIF1<0故C錯誤：D．從SKIPIF1<0到SKIPIF1<0的時間內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的熱量SKIPIF1<0故D錯誤。故選B。4．（2023·全國·模擬預(yù)測）如圖所示，間距SKIPIF1<0的光滑U形金屬導(dǎo)軌固定在絕緣斜面上，斜面傾角SKIPIF1<0。區(qū)域Ⅰ、Ⅱ分別以SKIPIF1<0、SKIPIF1<0為邊界，均存在垂直于斜面向上的磁場，Ⅰ區(qū)中磁感應(yīng)強度從0開始隨時間均勻增加，Ⅱ區(qū)中為勻強磁場，磁感應(yīng)強度SKIPIF1<0，SKIPIF1<0與SKIPIF1<0之間為無磁場區(qū)域。質(zhì)量SKIPIF1<0、電阻SKIPIF1<0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SKIPIF1<0進入Ⅱ區(qū)恰好勻速下滑。運動中棒與導(dǎo)軌始終保持良好接觸，導(dǎo)軌足夠長且電阻不計。重力加速度SKIPIF1<0，SKIPIF1<0。則下列說法錯誤的是（）A．進入Ⅱ區(qū)后，導(dǎo)體棒中的電流SKIPIF1<0B．無磁場區(qū)域的面積至少為SKIPIF1<0C．前SKIPIF1<0導(dǎo)體棒產(chǎn)生的焦耳熱SKIPIF1<0D．若Ⅰ區(qū)磁場面積為SKIPIF1<0，則Ⅰ區(qū)的磁感應(yīng)強度隨時間變化的表達式為SKIPIF1<0【答案】B【解析】A．導(dǎo)體棒進入Ⅱ區(qū)恰好勻速下滑，則有SKIPIF1<0導(dǎo)體棒中的電流為SKIPIF1<0故A正確；B．導(dǎo)體棒進入Ⅱ區(qū)域磁場的速度為SKIPIF1<0根據(jù)牛頓第二定律SKIPIF1<0導(dǎo)體棒在無磁場區(qū)域做勻加速直線運動，則SKIPIF1<0無磁場區(qū)域的面積最小值為SKIPIF1<0代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得SKIPIF1<0故B錯誤；C．導(dǎo)體棒進入Ⅱ區(qū)域后，Ⅰ區(qū)中磁感應(yīng)強度變化產(chǎn)生的感生電動勢為SKIPIF1<0，Ⅱ區(qū)域?qū)w棒切割磁感線產(chǎn)生的動生電動勢為SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0解得感生電動勢為SKIPIF1<0前SKIPIF1<0導(dǎo)體棒未切割磁感線，則產(chǎn)生的焦耳熱為SKIPIF1<0故C正確，不符合題意；D．根據(jù)電磁感應(yīng)定律SKIPIF1<0若Ⅰ區(qū)磁場面積為SKIPIF1<0，Ⅰ區(qū)磁感應(yīng)強度的變化率為SKIPIF1<0由題意，Ⅰ區(qū)中磁感應(yīng)強度從0開始隨時間均勻增加，則Ⅰ區(qū)的磁感應(yīng)強度隨時間變化的表達式為SKIPIF1<0故D正確。本題選錯誤的，故選B。二、多選題5．（2023·廣西·校聯(lián)考模擬預(yù)測）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磁場，磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，質(zhì)量均為m、有效電阻均為R的金屬棒SKIPIF1<0和SKIPIF1<0垂直于導(dǎo)軌放置，均處于靜止狀態(tài)，現(xiàn)給SKIPIF1<0棒一個方向水平向左、大小為SKIPIF1<0的初速度，下列說法正確的是（）A．從SKIPIF1<0棒開始運動到回路無電流的過程中，回路產(chǎn)生的焦耳熱為SKIPIF1<0B．從SKIPIF1<0棒開始運動到回路無電流的過程中，回路產(chǎn)生的焦耳熱為SKIPIF1<0C．最終回路無電流通過后，兩棒間的距離比靜止時增大SKIPIF1<0D．最終回路無電流通過后，兩棒間的距離比靜止時增大SKIPIF1<0【答案】BC【解析】AB．SKIPIF1<0棒存在方向水平向左、大小為SKIPIF1<0的初速度，此時磁通量改變，電路產(chǎn)生感應(yīng)電流，在安培力的作用下，SKIPIF1<0棒向左運動，最終閉合回路間的磁通量不發(fā)生改變，即金屬棒SKIPIF1<0和SKIPIF1<0共速，由水平方向上動量守恒，可得SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0根據(jù)能量守恒可得SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0故A錯誤，B正確；CD．金屬棒受到的安培力為SKIPIF1<0根據(jù)動量定理可得SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0故C正確，D錯誤；故選BC。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、向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小均為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。開始時導(dǎo)體框的CD邊與虛線1重合，SKIPIF1<0時刻給導(dǎo)體框一水平向右的瞬時沖量，最終導(dǎo)體框的AB邊與虛線4重合時，速度剛好減為零。下列說法正確的是（

）A．進入?yún)^(qū)域Ⅰ和離開區(qū)域Ⅱ時導(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邊剛進入?yún)^(qū)域Ⅱ所用的時間為SKIPIF1<0C．導(dǎo)體框CD邊剛要離開區(qū)域Ⅱ時的加速度大小為SKIPIF1<0D．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SKIPIF1<0【答案】ABC【解析】A.由右手定則可知，導(dǎo)體框進入?yún)^(qū)域Ⅰ的過程，從上向下看導(dǎo)體框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流沿順時針方向，導(dǎo)體框離開區(qū)域Ⅱ的過程，從上向下看導(dǎo)體框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流也沿順時針方向，故A正確；B.由法拉第電磁感應(yīng)定律可得SKIPIF1<0由閉合電路歐姆定律得SKIPIF1<0又SKIPIF1<0綜合可得SKIPIF1<0設(shè)CD邊剛進入?yún)^(qū)域Ⅰ時導(dǎo)體框的速度為SKIPIF1<0，AB邊剛離開區(qū)域Ⅰ時導(dǎo)體框的速度為SKIPIF1<0，導(dǎo)體框在區(qū)域Ⅰ中運動時由動量定理有SKIPIF1<0同理，導(dǎo)體框在區(qū)域Ⅱ中運動時由動量定理有SKIPIF1<0又SKIPIF1<0由以上解得SKIPIF1<0，SKIPIF1<0導(dǎo)體框從AB邊剛離開區(qū)域Ⅰ到CD邊剛進入?yún)^(qū)域Ⅱ的過程以SKIPIF1<0做勻速直線運動，位移為L，運動時間為SKIPIF1<0故B正確。C.設(shè)CD邊剛離開區(qū)域Ⅱ時導(dǎo)體框的速度為SKIPIF1<0，導(dǎo)體框從CD邊剛進入?yún)^(qū)域Ⅱ到CD邊剛離開區(qū)域Ⅱ的過程，由動量定理有SKIPIF1<0該過程有SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0導(dǎo)體框CD邊剛要離開區(qū)域Ⅱ時，由法拉第電磁感應(yīng)定律得SKIPIF1<0由閉合電路歐姆定律得SKIPIF1<0又由牛頓第二定律可知導(dǎo)體框的加速度為SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0故C正確；D.由能量守恒定律得，導(dǎo)體框經(jīng)過區(qū)域Ⅰ產(chǎn)生的焦耳熱為SKIPIF1<0導(dǎo)體框經(jīng)過區(qū)域Ⅱ產(chǎn)生的焦耳熱為SKIPIF1<0又SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0故D錯誤。故選ABC。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SKIPIF1<0和SKIPIF1<0處在同一水平面內(nèi)，相互平行部分的間距為SKIPIF1<0，其中SKIPIF1<0上SKIPIF1<0點處有一小段導(dǎo)軌絕緣。交叉部分SKIPIF1<0和SKIPIF1<0彼此不接觸。質(zhì)量均為SKIPIF1<0、長度均為SKIPIF1<0的兩金屬棒SKIPIF1<0，通過長為SKIPIF1<0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SKIPIF1<0的金屬棒SKIPIF1<0，T與SKIPIF1<0點的水平距離為SKIPIF1<0。整個裝置處在豎直向上的勻強磁場中，其磁感應(yīng)強度大小隨時間的變化關(guān)系如圖乙所示，SKIPIF1<0均為已知量。SKIPIF1<0和SKIPIF1<0的電阻均為SKIPIF1<0，其余電阻不計。SKIPIF1<0時刻，“工”形架受到水平向右的恒力SKIPIF1<0作用，SKIPIF1<0時刻撤去恒力SKIPIF1<0，此時SKIPIF1<0恰好運動到SKIPIF1<0點。（1）求SKIPIF1<0時刻，“工”形架速度和SKIPIF1<0兩端電壓SKIPIF1<0；（2）求從SKIPIF1<0到SKIPIF1<0過程中“工”形架產(chǎn)生的焦耳熱；（3）求SKIPIF1<0運動至SKIPIF1<0點時的速度；（4）當(dāng)SKIPIF1<0運動至SKIPIF1<0點時將SKIPIF1<0解除鎖定，求SKIPIF1<0從SKIPIF1<0點開始經(jīng)時間SKIPIF1<0后與SKIPIF1<0的水平距離。（此過程“工”形架和SKIPIF1<0均未運動至SKIPIF1<0交叉部分）。

【答案】（1）SKIPIF1<0，SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0；（3）SKIPIF1<0；（4）SKIPIF1<0【解析】（1）SKIPIF1<0過程“工”形架所圍回路磁通量磁通量不變，無感應(yīng)電流，“工”形架合外力為SKIPIF1<0由牛頓第二定律得SKIPIF1<0又SKIPIF1<0“工”形架的速度SKIPIF1<0由SKIPIF1<0得SKIPIF1<0（2）SKIPIF1<0的過程，由法拉第電磁感應(yīng)定律SKIPIF1<0得SKIPIF1<0焦耳熱SKIPIF1<0代入得SKIPIF1<0（3）SKIPIF1<0時刻速度SKIPIF1<0“工”形架穿過SKIPIF1<0的過程中SKIPIF1<0和SKIPIF1<0構(gòu)成回路，由動量定理SKIPIF1<0得SKIPIF1<0SKIPIF1<0（4）“工”形架等效為電阻為SKIPIF1<0的一根金屬棒，從解鎖開始對于“工”形架整體，經(jīng)任意SKIPIF1<0時間的速度為SKIPIF1<0時間內(nèi)的平均電流為SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0SKIPIF1<0棒受安培力向左SKIPIF1<0所以始終有SKIPIF1<0SKIPIF1<0時間內(nèi)相對位移為SKIPIF1<0SKIPIF1<08．（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)域依次對接組成。上方導(dǎo)軌右端連接電容C=0.1F的電容器，長度SKIPIF1<0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，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時刻閉合開關(guān)S，導(dǎo)體桿ab受到安培力開始向左運動，經(jīng)過一段時間導(dǎo)體桿達到勻速；此后，t1時刻導(dǎo)體桿無碰撞通過對接點CC′進入豎直導(dǎo)軌運動，豎直導(dǎo)軌上端DD′略錯開CC′，t2時刻導(dǎo)體桿進入與水平方向成30°角的傾斜導(dǎo)軌勻速下滑。已知整個空間存在方向豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B隨時間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)軌間的動摩擦因數(shù)μ=0.25；不計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械能損失。（1）導(dǎo)體桿ab在上方水平導(dǎo)軌向左勻速運動時，a、b兩端點的電勢φa_____φb（選填“>”或“<”）；在下方傾斜導(dǎo)軌向下滑行時，a、b兩端點的電勢φa_____φb（選填“>”或“<”）；（2）求導(dǎo)體桿ab在上方水平軌道勻速運動時，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，整個回路的熱功率P；（4）求導(dǎo)體桿ab在豎直導(dǎo)軌上運動的時間t?！敬鸢浮浚?）>，<；（2）0.04C；（3）0.025W；（4）SKIPIF1<0【解析】（1）導(dǎo)體桿ab在上方水平導(dǎo)軌向左勻速運動時，根據(jù)左手定則可知，電流方向由a流向b，所以a點的電勢φa大于b點電勢φb；在下方傾斜導(dǎo)軌向下滑行時，導(dǎo)體桿為電源，根據(jù)右手定則可知，a點的電勢φa小于b點電勢φb；（2）導(dǎo)體桿ab在上方水平軌道勻速運動時，流過導(dǎo)體桿的電流為零，則SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0聯(lián)立解得SKIPIF1<0（3）導(dǎo)體桿ab在下方傾斜導(dǎo)軌勻速下滑過程中，有SKIPIF1<0整個回路的熱功率為SKIPIF1<0SKIPIF1<0聯(lián)立解得SKIPIF1<0（4）t1~t2時間內(nèi)，由于穿過傾斜導(dǎo)軌的磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)左手定則可知，導(dǎo)體桿ab受到水平向左的安培力，水平向右的支持力，豎直向下的重力和豎直向上的摩擦力，所以SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0聯(lián)立解得SKIPIF1<0一、感應(yīng)電流方向的判定1．用楞次定律判斷(1)楞次定律中“阻礙”的含義：(2)應(yīng)用楞次定律的思路：2．用右手定則判斷該方法只適用于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流，注意三個要點：(1)掌心——磁感線穿入；(2)拇指——指向?qū)w運動的方向；(3)四指——指向感應(yīng)電流的方向．二、法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用1．若已知Φ－t圖像，則圖線上某一點的切線斜率為eq\f(ΔΦ,Δt).2．當(dāng)ΔΦ僅由B的變化引起時，E＝neq\f(ΔB·S,Δt)，其中S為線圈在磁場中的有效面積．若B＝B0＋kt，則eq\f(ΔB,Δt)＝k.3．當(dāng)ΔΦ僅由S的變化引起時，E＝nBeq\f(ΔS,Δt).4．當(dāng)B、S同時變化時，則eq\x\to(E)＝neq\f(B2S2－B1S1,Δt)≠neq\f(ΔB·ΔS,Δt).求瞬時值是分別求出動生電動勢E1和感生電動勢E2并進行疊加．三、電磁感應(yīng)中的電路問題1．電磁感應(yīng)中的電源(1)做切割磁感線運動的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路相當(dāng)于電源．電動勢：E＝Blv或E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，這部分電路的阻值為電源內(nèi)阻．(2)用右手定則或楞次定律與安培定則結(jié)合判斷，感應(yīng)電流流出的一端為電源正極．2．分析電磁感應(yīng)電路問題的基本思路3．電磁感應(yīng)中電路知識的關(guān)系圖四、電磁感應(yīng)中電荷量的計算計算電荷量的導(dǎo)出公式：q＝eq\f(nΔФ,R總)在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，只要穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，閉