2021届高考物理沪科版一轮复习教学案：第十章核心素养提升

一、电磁感应在生产、生活中的应用——科学态度与责任

1.(多选)(2019·山东威海市联考)高考考生入场时，监考老师要用金属探测器对考生进行安检后才允许其进入考场，如图1所示。探测器内有通电线圈，当探测器靠近任何金属材料物体时，就会引起探测器内线圈中电流变化，报警器就会发出警报；靠近非金属物体时则不发出警报。关于探测器工作原理，下列说法正确的是(　　)

图1

A.金属探测器利用的是电磁感应现象   

B.金属探测器利用的是磁场对金属的吸引作用

C.金属探测器利用的是静电感应现象

D.金属探测器利用的是当探测器靠近金属物体时，能在金属中形成涡流，进而引起线圈中电流的变化

解析　线圈通电后会产生磁场，当有金属物体进入磁场时，通过金属物体横截面的磁通量发生变化，金属物体内部会产生涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，由此判断是否有金属物体，静电感应现象是带电体靠近导体时使导体感应起电，故选项A、D正确。

答案　AD

2.磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区，刷卡器中有检测线圈。当以速度v0刷卡时，在线圈中产生感应电动势，其E－t关系如图2所示。如果只将刷卡速度改为，线圈中的E－t关系图可能是(　　)

图2

解析　若将刷卡速度改为，线圈切割磁感线运动时产生的感应电动势大小将会减半，周期将会加倍，故选项D正确，A、B、C错误。

答案　D

3.(2020·丰台区模拟)随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的视线。小到手表、手机，大到电脑、电动汽车，都已经实现了无线充电从理论研发到实际应用的转化。如图3所示为某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图。关于无线充电，下列说法正确的是(　　)

图3

A.无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”

B.只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电

C.接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同

D.只要有无线充电底座，所有手机都可以进行无线充电

解析　无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是电磁感应，选项A错误；当给充电设备通以恒定直流电时，充电设备不会产生交变磁场，即不能正常充电，选项B错误；接收线圈中交变电流的频率应与发射线圈中交变电流的频率相同，选项C正确；被充电手机内部，应该有一类似金属线圈的部件与手机电池相连，当有交变磁场时，则产生感应电动势，那么普通手机由于没有金属线圈，所以不能够利用无线充电设备进行充电，选项D错误。

答案　C

4.(多选)(2016·江苏单科，6)电吉他中电拾音器的基本结构如图4所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发出声音，下列说法正确的有(　　)

图4

A.选用铜质弦，电吉他仍能正常工作

B.取走磁体，电吉他将不能正常工作

C.增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势

D.弦振动过程中，线圈中的电流方向不断变化

解析　铜质弦为非磁性材料，不能被磁化，选用铜质弦，电吉他不能正常工作，A项错误；若取走磁体，金属弦不能被磁化，其振动时，不能在线圈中产生感应电动势，电吉他不能正常工作，B项正确；由E＝n可知，C项正确；弦振动过程中，穿过线圈的磁通量大小不断变化，由楞次定律可知，线圈中感应电流方向不断变化，D项正确。

答案　BCD

二、 “杆＋导轨＋电阻”模型——“科学思维”之“模型建构”及“科学推理”

5.(2019·济南月考)如图5所示，甲、乙、丙中除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动。图甲中的电容器C原来不带电，设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计。图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面(即纸面)向下的匀强磁场中，导轨足够长，若给导体棒ab一个向右的初速度v0，ab的最终运动状态是(　　)

图5

A.三种情况下，ab最终都是做匀速运动

B.图甲、丙中ab最终将以某速度做匀速运动；图乙中ab最终静止

C.图甲、丙中ab最终将以相同的速度做匀速运动

D.三种情况下，ab最终均静止

解析　图甲中，当电容器C两端电压等于ab切割磁感线产生的感应电动势时，回路电流为零，ab做匀速运动；图乙中，ab在F安作用下做减速运动直至静止；图丙中，若BLv0＜E，ab先做加速运动至BLv＝E时，回路中电流为零，ab再做匀速运动，若BLv0＞E，ab先做减速运动至BLv＝E时，回路中电流为零，ab再做匀速运动；若BLv0＝E，回路中电流为零，ab匀速运动，选项B正确，A、C、D错误。

答案　B

6.(多选)如图6所示，两根足够长光滑平行金属导轨间距l＝0.9 m，与水平面夹角θ＝30°，正方形区域abcd内有匀强磁场，磁感应强度B＝2 T，方向垂直于斜面向上。甲、乙是两根质量相同、电阻均为R＝4.86 Ω的金属杆，垂直于导轨放置。甲置于磁场的上边界ab处，乙置于甲上方l处。现将两金属杆由静止同时释放，并立即在甲上施加一个沿导轨方向的拉力F，甲始终以a＝5 m/s2的加速度沿导轨匀加速运动，乙进入磁场时恰好做匀速运动，g＝10 m/s2。则(　　)

图6

A.甲穿过磁场过程中拉力F不变

B.每根金属杆的质量为0.2 kg

C.乙穿过磁场过程中安培力的功率是2 W

D.乙穿过磁场过程中，通过整个回路的电荷量为 C

解析　甲穿过磁场过程中做匀加速运动，故速度不断增加，感应电动势逐渐变大，回路的电流增大，安培力变大，根据F＋mgsin θ－F安＝ma可知，拉力F逐渐变大，选项A错误；乙进入磁场时的速度满足mglsin 30°＝mv，v0＝3 m/s；乙进入磁场后做匀速运动，则mgsin 30°＝BIl；因为乙进入磁场之前与甲的加速度相同，均为5 m/s2，故当乙进入磁场时，甲刚好出离磁场，此时E＝BLv0，I＝，联立解得m＝0.2 kg，选项B正确；乙穿过磁场过程中安培力的功率P＝F安v0＝mgsin 30°v0＝2××3 W＝3 W，选项C错误；乙穿过磁场过程中，通过整个回路的电荷量q＝＝＝ C＝ C，选项D正确。

答案　BD

7.如图7所示，两根间距为l的光滑金属导轨(不计电阻)，由一段圆弧部分与一段无限长的水平部分组成，其水平部分加有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B，导轨水平部分上静止放置一金属棒cd，质量为2m，电阻为2r。另一质量为m，电阻为r的金属棒ab，从圆弧部分M处由静止释放下滑至N处进入水平部分，棒与导轨始终垂直且接触良好，圆弧部分MN半径为R，所对圆心角为60°，重力加速度为g。求：

图7

(1)ab棒在N处进入磁场区速度是多大？此时棒中电流是多少？

(2)cd棒能达到的最大速度是多大？

(3)cd棒由静止到达最大速度过程中，系统所能释放的热量是多少？

解析　(1)ab棒由M下滑到N过程中机械能守恒，故

mgR(1－cos 60°)＝mv2

解得v＝

进入磁场区瞬间，回路中电流强度

I＝＝

(2)ab棒在安培力作用下做减速运动，cd棒在安培力作用下做加速运动，当两棒速度达到相同速度v′时，电路中电流为零，安培力为零，cd达到最大速度。运用动量守恒定律得mv＝(2m＋m)v′，

解得v′＝

(3)系统释放的热量应等于系统机械能的减少量，

故Q＝mv2－·3mv′2

解得Q＝mgR

答案　　　(2)　(3)mgR