14-专题四 电路与电磁感应-第九讲 电磁感应-2025年高考物理二轮复习课件（含讲义）

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题型1 楞次定律和法拉第电磁感应定律
题型2 电磁感应中的电路与图像问题
题型3 电磁感应中的力学综合问题解答规范
【关键能力】掌握电磁感应图像问题，重视以导体棒切割磁感线为素材的导轨模型，熟练掌握电磁感应中的能量问题，培养学生的推理能力、分析综合能力.强化与电路、牛顿运动定律、动量、能量相结合的综合性题型的训练.
1.用楞次定律判断感应电流的方法
[技法点拨]本题联系生活和科技，介绍了汽车发动机振动时实现能量回收的原理，本质就是法拉第电磁感应定律，闭合电路的一部分导体切割磁感线运动，运用楞次定律去判断.
1.电磁感应中电路问题的解题流程
A. B. C. D.
A. B. C. D.
[技法点拨]解答电磁感应图像问题的两个方法1.函数法根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图像作出分析和判断.2.排除法定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化)，特别是物理量的正负，可由此排除错误的选项.
1.[2022·全国甲卷] 三个用同样的细导线做成的刚性闭合线框，正方形线框的边长与圆线框的直径相等，圆线框的半径与正六边形线框的
A. B. C. D.
A. B. C. D.
A. B.
C. D.
题型3 电磁感应中的力学综合问题 .
电磁感应可以融合电磁学和力学的知识综合起来应用，常以压轴题形式出现.
(1) 求刚进入磁场时减震器的加速度大小；
(2) 求第二个线圈恰好完全进入磁场时，减震器的速度大小；
[答案] 13个; 96
1. [2023·海南卷] 汽车测速利用了电磁感应现象,汽车可简化为一个矩形线圈abcd,埋在地下的线圈分别为1、2,通上顺时针(俯视)方向电流,当汽车经过线圈时(　　)A.线圈1、2产生的磁场方向竖直向上B.汽车进入线圈1过程产生感应电流方向为abcdC.汽车离开线圈1过程产生感应电流方向为abcdD.汽车进入线圈2过程受到的安培力方向与速度方向相同
题型1　楞次定律和法拉第电磁感应定律
[解析]由题知,埋在地下的线圈1、2通顺时针(俯视)方向的电流,则根据右手螺旋定则,可知线圈1、2中磁场方向竖直向下,A错误;汽车进入线圈1过程中,磁通量向下增大,根据楞次定律可知产生感应电流的方向为adcb(逆时针),B错误;汽车离开线圈1过程中,磁通量向下减小,根据楞次定律可知产生感应电流的方向为abcd(顺时针),C正确;汽车进入线圈2过程中,根据楞次定律的推论可知,汽车受到的安培力方向与速度方向相反,D错误.
2. [2023·全国乙卷] 一学生小组在探究电磁感应现象时,进行了如下比较实验.用图甲所示的缠绕方式,将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上, 漆包线的两端与电流传感器接通.两管皆竖直放置,将一根小的强磁体分别从管的上端由静止释放.在管内下落至管的下端.实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图乙和丙所示,分析可知(　)A.图丙是用玻璃管获得的图像B.在铝管中下落,强磁体做匀变速运动C.在玻璃管中下落,强磁体受到的电磁阻力始终保持不变D.用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短
[解析]在铝管中运动时,强磁体受到两个阻力的作用,一个是铝管涡流的阻碍作用,另一个是漆包线中电流产生的磁场的阻碍作用,铝管的阻碍作用更强一些,所以强磁体在铝管中运动的速度要比在玻璃管中相应位置运动的速度小,所以铝管的漆包线中出现的电流峰值要小,且强磁体在铝管中运动时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔更长,A正确,D错误;强磁体在铝管中下落,测得的电流峰值相同,即强磁体经过每匝线圈时磁通量变化率的最大值相同,可知在漆包线中不产生感应电流的时间段内强磁体做匀速运动,B错误;在玻璃管内受到的阻力是漆包线中电流产生的磁场的电磁阻力,由图丙中电流的变化可知该电磁阻力是变化的,C错误.
3. (多选)某同学设想的减小电梯坠落时造成伤害的一种应急安全装置如图所示,在电梯轿厢底部安装永久强磁铁,磁铁N极朝上,电梯井道内壁上铺设若干金属线圈,线圈在电梯轿厢坠落时能自动闭合,从而减小对箱内人员的伤害.当电梯轿厢坠落到图示位置时,下列说法正确的是(　　)A.从上往下看,金属线圈A中的感应电流沿逆时针方向B.从上往下看,金属线圈B中的感应电流沿逆时针方向C.金属线圈B对电梯轿厢下落有阻碍作用,A没有阻碍作用D.金属线圈B有收缩的趋势,A有扩张的趋势
[解析]当电梯坠落至题图位置时,闭合线圈A中向上的磁场减弱,感应电流的方向从上往下看是逆时针方向,B中向上的磁场增强,感应电流的方向从上往下看是顺时针方向,故B错误,A正确;当电梯坠落至如图位置时,闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落,故C错误;闭合线圈A中向上的磁场减弱,B中向上的磁场增强,根据楞次定律可知,线圈B有收缩的趋势,A有扩张的趋势,故D正确.
4.市场上某款“自发电”门铃开关的原理如图乙、丙所示.在按下门铃按钮过程中,夹着永磁铁的铁块向下移动,改变了与“E”形铁芯接触的位置,使得通过线圈的磁场发生改变.松开门铃按钮后,弹簧可使之复位(与a、b连接的外电路未画出).由此可判断(　　)A.未按下按钮时,线圈a、b两点间存在电势差B.按下按钮过程中,线圈中感应电流始终由b经线圈流向aC.按钮复位过程中,线圈中的磁通量一直减小D.按下按钮过程与松开复位过程中,a点的电势始终高于b点
[解析]未按下按钮时,线圈磁通量不变,因此a、b两点电势差为零,故A错误;按下按钮过程中,线圈中的磁场先向右减小,后向左增加,根据楞次定律可知,感应电流方向从b接线柱通过线圈流向a接线柱,又因为线圈是电源,电源内部电流方向由负极流向正极,因此线圈a接线柱的电势比b接线柱高,按钮复位过程中,线圈中的磁场先向左减小,后向右增加,磁通量先减小后增大,根据楞次定律可知,感应电流方向从a接线柱通过线圈流向b接线柱,线圈a接线柱的电势比b接线柱低,故B正确,C、D错误.
5.如图甲所示,A、B为两个相同的环形线圈,共轴并靠近放置,A线圈中通有如图乙所示的交变电流,下列说法正确的是(　　)A.t1时刻两线圈间作用力最大B.t2时刻两线圈间作用力最大C.在t1到t2时间内,A、B两线圈相互排斥D.在t2到t3时间内,A、B两线圈相互排斥
[解析]由图可知,在t1时刻线圈A中的电流最大,此时产生的磁通量的变化率为零,所以线圈B感应电流为零,因此两线圈间作用力为零,故A错误;在t2时刻,线圈A中的电流为零,而磁通量的变化率是最大的,所以线圈B感应电流也是最大,但A、B间的相互作用力为零,故B错误;在t1到t2时间内,若设顺时针(从右向左看)方向为正,则线圈A电流方向顺时针且大小减小,所以根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B方向向左的磁通量大小减小,由楞次定律可知,线圈B的电流方向为顺时针方向,因此A、B中电流方向相同,出现相互吸引现象,故C错误;
在t2到t3时间内,若设顺时针方向(从右向左看)为正,则线圈A电流方向逆时针且大小增大,所以根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B方向向右的磁通量大小增大,由楞次定律可知,线圈B的电流方向顺时针方向,因此A、B中电流方向相反,A、B出现互相排斥现象,故D正确.
1. [2023·浙江1月选考] 如图甲所示,一导体杆用两条等长细导线悬挂于水平轴OO',接入电阻R构成回路.导体杆处于竖直向上的匀强磁场中,将导体杆从竖直位置拉开小角度θ静止释放,导体杆开始下摆.当R=R0时,导体杆振动图像如图乙所示.若横纵坐标皆采用图乙标度,则当R=2R0时,导体杆振动图像是(　　)A B C D
题型2　电磁感应中的电路与图像问题
[解析]若电阻变大,则导体杆切割磁感线时产生的感应电流变小,即所受安培力变小,对做阻尼振动的导体杆而言,阻尼变小,振动时间相应延长,即选项B正确,A、C、D错误.
A B C D
3. (多选)[2020·山东卷] 如图所示,平面直角坐标系的第一和第二象限分别存在磁感应强度大小相等、方向相反且垂直于坐标平面的匀强磁场,图中虚线方格为等大正方形.一位于Oxy平面内的刚性导体框abcde在外力作用下以恒定速度沿y轴正方向运动(不发生转动).从图示位置开始计时,4 s末bc边刚好进入磁场.在此过程中,导体框内感应电流的大小为I,ab边所受安培力的大小为Fab,二者与时间t的关系图像可能正确的是(　　) A B C D
A B C D
4.如图所示,xOy坐标平面内有一顶点在原点的抛物线形金属导轨,在导轨围成的区域内有垂直坐标平面的匀强磁场.在t=0时刻,有一足够长的粗细均匀的金属棒从原点出发沿+y方向以恒定速度v平移(棒保持垂直于y轴),金属棒与导轨接触良好,不计导轨电阻.则在平移过程中,关于金属棒上产生的电动势E、金属棒中的感应电流i、金属棒所受安培力F安以及金属棒的电功率P随纵坐标y的变化规律,下列图像可能正确的是(　　)
A　 B 　C 　D
A　 B 　C 　 D
5.在如图甲所示的电路中,两个完全相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R.闭合开关S,待电路稳定后,调整R的滑片使L1和L2亮度一样,此时通过两个灯泡的电流均为I.在之后的t0时刻断开S,则在如图乙所示的图像中,能正确反映t0前后的一小段时间内通过L1的电流i1和通过L2的电流i2随时间t变化关系的是(　　)
A 　 　B C　 　D乙
[解析] L1与线圈串联,断开S,流过线圈的电流减小,电感线圈产生同向的感应电动势,并慢慢变小,则电流变小,变小得越来越慢,故A正确,B错误;闭合开关S后,L2与线圈并联,电感线圈产生的电流与L2构成回路,S断开后的较短的时间内L2电流反向,并由I值逐渐减小,故C、D错误.
1. (多选)如图所示,空间等距分布无数个垂直纸面向里的匀强磁场,竖直方向磁场区域足够长,磁感应强度大小B=1 T,每一条形磁场区域宽度及相邻条形磁场区域间距均为d=1 m.现有一个边长l=0.5 m、质量m=0.2 kg,电阻R=1 Ω的单匝正方形线框,以v0=8 m/s的初速度从左侧磁场边缘水平进入磁场,g取10 m/s2,下列说法正确的是(　　)A.线框刚进入第一个磁场区域时,加速度大小为10 m/s2B.线框穿过第一个磁场区域过程中,通过线框的电荷量为0.5 CC.线框从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热为6.4 JD.线框从开始进入磁场到竖直下落过程中能穿过6个完整磁场区域
题型3　电磁感应力学综合问题
2. (多选)[2023·山东卷] 足够长的U形导轨平置在光滑水平绝缘桌面上,宽为1 m,电阻不计.质量为1 kg、长为1 m、电阻为1 Ω的导体棒MN放置在导轨上,与导轨形成矩形回路并始终接触良好,Ⅰ和Ⅱ区域内分别存在竖直方向的匀强磁场,磁感应强度分别为B1和B2,其中B1=2 T,方向向下.用不可伸长的轻绳跨过固定轻滑轮将导轨CD段中点与质量为0.1 kg的重物相连,绳与CD垂直且平行于桌面.如图所示,某时刻MN、CD同时分别进入磁场区域Ⅰ和Ⅱ并做匀速直线运动,MN、CD与磁场边界平行.MN的速度v1=2 m/s,CD的速度为v2且v2>v1,MN和导轨间的动摩擦因数为0.2.重力加速度大小取10 m/s2,下列说法正确的是 (　　)A.B2的方向向上 B.B2的方向向下C.v2=5 m/s D.v2=3 m/s
3.如图甲所示,间距为L=1 m的长直平行导轨固定在水平面上,虚线MN与导轨垂直,在其右侧有垂直导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B=1 T,质量均为m=1 kg的金属棒P、Q垂直放在导轨上,P、Q与导轨间的动摩擦因数均为μ,P棒到MN存在一段距离,t=0时刻起,P棒始终受到一方向水平向右、大小为F=4 N的恒定拉力作用,其运动的v-t图像如图乙所示,其中t=0到t1=3 s的图像为直线.已知P、Q棒接入电路的总电阻为R=1 Ω,运动过程中两棒未发生碰撞,不计导轨的电阻,重力加速度g取10 m/s2.(1)求金属棒与导轨间的动摩擦因数大小μ;
[解析]对导体棒受力分析,水平方向上有F-μmg=ma0从图乙可以读出,0~3 s的倾斜直线的斜率即为加速度大小,即a0=k=2 m/s2联立可得μ=0.2
3.如图甲所示,间距为L=1 m的长直平行导轨固定在水平面上,虚线MN与导轨垂直,在其右侧有垂直导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B=1 T,质量均为m=1 kg的金属棒P、Q垂直放在导轨上,P、Q与导轨间的动摩擦因数均为μ,P棒到MN存在一段距离,t=0时刻起,P棒始终受到一方向水平向右、大小为F=4 N的恒定拉力作用,其运动的v-t图像如图乙所示,其中t=0到t1=3 s的图像为直线.已知P、Q棒接入电路的总电阻为R=1 Ω,运动过程中两棒未发生碰撞,不计导轨的电阻,重力加速度g取10 m/s2.(2)求P棒刚进入磁场时的加速度大小;
[答案] 4 m/s2
3.如图甲所示,间距为L=1 m的长直平行导轨固定在水平面上,虚线MN与导轨垂直,在其右侧有垂直导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B=1 T,质量均为m=1 kg的金属棒P、Q垂直放在导轨上,P、Q与导轨间的动摩擦因数均为μ,P棒到MN存在一段距离,t=0时刻起,P棒始终受到一方向水平向右、大小为F=4 N的恒定拉力作用,其运动的v-t图像如图乙所示,其中t=0到t1=3 s的图像为直线.已知P、Q棒接入电路的总电阻为R=1 Ω,运动过程中两棒未发生碰撞,不计导轨的电阻,重力加速度g取10 m/s2.(3)若在t2时刻,电路电流为4 A,则此时P棒的速度大小vP为多少?
[答案] 0.1 kg　1 Ω
[答案] 0.8 m/s
[答案] 0.16 W
5. [2023·新课标卷] 一边长为L、质量为m的正方形金属细框,每边电阻为R0,置于光滑的绝缘水平桌面(纸面)上.宽度为2L的区域内存在方向垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,两虚线为磁场边界,如图甲所示.(1)使金属框以一定的初速度向右运动,进入磁场.运动过程中金属框的左、右边框始终与磁场边界平行,金属框完全穿过磁场区域后,速度大小降为它初速度的一半,求金属框的初速度大小.
5. [2023·新课标卷] 一边长为L、质量为m的正方形金属细框,每边电阻为R0,置于光滑的绝缘水平桌面(纸面)上.宽度为2L的区域内存在方向垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,两虚线为磁场边界,如图甲所示.(2)在桌面上固定两条光滑长直金属导轨,导轨与磁场边界垂直,左端连接电阻R1=2R0,导轨电阻可忽略,金属框置于导轨上,如图乙所示.让金属框以与(1)中相同的初速度向右运动,进入磁场.运动过程中金属框的上、下边框处处与导轨始终接触良好.求在金属框整个运动过程中,电阻R1产生的热量.