新高考物理二轮复习专题4.2 电磁感应（精讲卷）（含解析）

高考物理二轮复习讲练测（新高考专用）

专题4.2 电磁感应

一、考情分析

二、思维导图

三、讲知识

1.电磁问题方向判断“三定则、一定律”的应用

(1)安培定则：判断运动电荷、电流产生的磁场方向。

(2)左手定则：判断磁场对运动电荷、电流的作用力的方向。

(3)楞次定律：判断闭合电路磁通量发生变化产生的感应电流的磁场方向。

(4)右手定则：判断闭合电路中部分导体切割磁感线产生的感应电流的方向。

2．楞次定律推论的应用技巧

(1)“增反减同”；(2)“来拒去留”；(3)“增缩减扩”。

3．四种求电动势的方法

(1)平均电动势E＝n。

(2)垂直切割E＝BLv。

(3)导体棒绕与磁场平行的轴匀速转动E＝Bl2ω。

(4)线圈绕与磁场垂直的轴匀速转动e＝nBSωsinωt。

4．感应电荷量的两种求法

(1)当回路中的磁通量发生变化时，由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而形成感应电流。通过的电荷量表达式为q＝IΔt＝n·Δt＝n。

(2)导体切割磁感线运动通过的电荷量q满足的关系式：－BlΔt＝－Blq＝mΔv。

5．解决电磁感应图象问题的两种常用方法

(1)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)，特别是分析物理量的正负以及是否过某些特殊点，以排除错误的选项。

(2)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象进行分析和判断。

6．三步解决电磁感应中电路问题

(1)确定电源：E＝n或E＝Blv。

(2)分析电路结构：分析内、外电路，以及外电路的串并联关系，画出等效电路图。

(3)应用闭合电路欧姆定律及串并联电路的基本规律等列方程求解。

7．电磁感应中力、能量和动量综合问题的分析方法

(1)分析“受力”：分析研究对象的受力情况，特别关注安培力的方向。

(2)分析“能量”：搞清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量发生了变化，根据动能定理或能量守恒定律等列方程求解。

(3)分析“动量”：在电磁感应中可用动量定理求变力的作用时间、速度、位移和电荷量(一般应用于单杆切割磁感线运动)。

①求速度或电荷量：－BlΔt＝mv2－mv1，q＝Δt。

②求时间：FΔt＋IA＝mv2－mv1，IA＝－BlΔt＝－Bl。

③求位移：－BlΔt＝－＝mv2－mv1，即－x＝m(v2－v1)。

四、讲重点

重点1 电磁感应现象 楞次定律

1.产生感应电流的三种常见情况

2.深刻理解楞次定律中“阻碍”的含义，巧判感应电流的方向

3.“三定则、一定律”的比较

重点2 法拉第电磁感应定律及简单应用

1．法拉第电磁感应定律的三种变形表达式

(1)磁通量的变化仅由面积S变化引起时，ΔΦ＝BΔS，则E＝n。

(2)磁通量的变化仅由磁感应强度B变化引起时，ΔΦ＝ΔBS，则E＝n。

注意：S为线圈在磁场中的有效面积。

(3)磁通量的变化是由于面积S和磁感应强度B的共同变化引起的，应根据定义求E，ΔΦ＝|Φ末－Φ初|，则E＝n≠n。

2.导体棒切割磁感线产生感应电动势

3.自感中灯泡“闪亮”与“不闪亮”问题

4．电磁阻尼与电磁驱动的比较

重点3 电磁感应中的图象问题

分析电磁感应中的图象问题的思路与方法

重点4　电磁感应中的动力学、动量和能量问题

电磁感应中的动力学、动量和能量问题解题策略

重点1 电磁感应现象 楞次定律

例题1：（2023届·山东学情空间区域校验共同体高三上学期开学考试）“让体育走进生活，让体育锻炼人人可为、人人爱为，既是体育强国建设的目标，也是推动人的全面发展的重要途径”。深受喜爱的健身车的磁控阻力原理如图所示，在铜质飞轮的外侧有一些磁铁（与飞轮不接触），人在健身时带动飞轮转动，磁铁会对飞轮产生阻碍，拉动控制拉杆可以改变磁铁与飞轮间的距离。则（　　）

A. 飞轮受到阻力大小与其材料密度有关

B. 飞轮受到阻力大小与其材料电阻率无关

C. 飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，其受到的阻力越大

D. 磁铁与飞轮间距离不变时，飞轮转速越大，其受到的阻力越大

【答案】CD

【解析】

AB．飞轮在磁场中做切割磁感线的运动，所以会产生感应电动势和感应电流，由楞次定律可知，磁场对运动的飞轮产生阻力，以阻碍飞轮与磁场之间的相对运动，所以飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，而安培力大小与其材料电阻率有关，与其密度无关，AB错误；

C．飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮处的磁感应强度越强，飞轮中产生的感应电动势和感应电流越大，飞轮受到的阻力越大，C正确；

D．磁铁与飞轮间距离不变时，飞轮转速越大，由电磁感应定律可知，飞轮中产生的感应电动势和感应电流越大，飞轮受到的阻力越大，D正确。

故选CD。

训练2：（2023·北京市房山区高三上学期期末）如图甲所示，探测线圈与冲击电流计串联后可用来测定磁场的磁感应强度。若将线圈放在被测磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，磁场方向垂直纸面向里，磁场的磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示。下列说法正确的是（　　）

A. 时刻感应电动势为零

B. 时间内a点电势高于b点电势

C 时间内冲击电流计中电流大小保持不变

D. 时间内线圈中感应电流的方向始终为逆时针方向

【答案】A

【解析】

A．时刻B-t图像斜率为零，此时磁通量的变化率为零，则感应电动势为零，选项A正确；

B．时间内穿过线圈的磁通量向里减小，根据楞次定律可知，感应电流为顺时针方向，即a点电势低于b点电势，选项B错误；

C．时间内B-t图像斜率先减小后变大，则感应电动势先减小后变大，即冲击电流计中电流大小先减小后变大，选项C错误；

D．时间内穿过线圈的磁通量先向里增大后向里减小，根据楞次定律可知，在t1时刻线圈中感应电流的方向发生改变，选项D错误。

故选A。

重点2 法拉第电磁感应定律及简单应用

例题2：（2023届·西南汇高三上学期开学考试）如图所示，边长为L、匝数为n的正方形金属线框，它的质量为m，电阻为R，用细线把它悬挂于一个有界的垂直纸面向里的匀强磁场中，线框的上一半处于磁场内，下一半处于磁场外，磁感应强度大小随时间的变化规律为（）。已知细线能够承受的最大拉力为。则（　　）

A. 线框中感应电流沿逆时针方向

B. 从开始计时，线框处于静止状态的时间

C. 从开始计时，线框处于静止状态的时间

D. 细线断后，若保持磁感应强度B不变，则线框将匀加速下落

【答案】AC

【解析】

A．根据楞次定律增反减同可知，线圈中的电流为逆时针方向，故A正确；

BC．根据法拉第电磁感应定律得

安培力大小公式为

解得

对线框：设拉力为T则

解得

故C正确，B错误；

D．细线断后，若保持磁感应强度B不变，线框上边界切割磁感线，产生感应电流，根据楞次定律可知线框受到向上的安培力，随着速度变大，感应电流变大，安培力增大，则线框所受合力减小，则加速度减小，可知线框做加速度减小的加速度运动，故D错误。

故选AC。

训练2：（2023届·山东莒南县一中高三上学期开学考试）如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，一导体棒ab绕O点在垂直于磁场的平面内匀速转动，角速度为，，导体棒产生的感应电动势大小为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

根据题意，由公式可得，导体棒上点的速度为

导体棒上点的速度为

则导体棒产生的感应电动势大小为

故选C。

重点3 电磁感应中的图象问题

例题3：（2023届·安徽省卓越县中联盟高三上学期开学考试）某同学将一段金属丝弯成如图1所示的平面线圈，已知圆形区域的面积为，五角星形区域的面积为，连接圆和五角星部分区域的面积忽略不计。现将该线圈沿垂直于磁场的方向放入一匀强磁场（垂直纸面向里的方向为磁场的正方向），且磁场磁感应强度随时间变化的规律如图2所示。则下列图像中能正确描述线圈两端点间电势差随时间变化规律的是令 （　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】A

【解析】

由楞次定律可知，圆形线阴内产生的电动势与五角星线圈内产生的电动势方向相反。所以，整个线圈的“有效面积”为

结合图2，由法拉第电磁感应定律可得线圈内所产生的感应电动势为

因外电路断路且由楞次定律结合图2可知，在内

故选A。

训练3：

重点4　电磁感应中的动力学、动量和能量问题

例题4：（2023届·湖南九师联盟高三上学期开学考试）如图甲所示，质量为粗细均匀总电阻为R，边长为d的正方形金属框abcd由静止开始下落（计时开始），经过一段时间进入磁感应强度大小为的有界匀强磁场，磁场水平向里与金属框面（纸面）垂直，沿水平方向的上下边界1、2之间的距离为L；金属框的动量p与运动时间t的关系图像如图乙所示，当ab边离开边界2时，金属框已运动的时间为，不计空气阻力，重力加速度为，下列说法正确的是（　　）

A. 金属框在进入磁场之前运动的时间为1s

B. 金属框的电阻

C. 整个运动过程中生成的热量为20J

D. 整个运动过程中安培力冲量大小为4N·s

【答案】AC

【解析】

A．由图像可知金属框在进入磁场之前运动的动量，由

可得

A正确；

B．由图像可知金属框在边界1、2之间匀速下降，即

金属框中的感应电流为

由图可知

解得

B错误；

C．由能量守恒定律得整个运动过程中生成的热量为

解得

C正确；

D．由动量定理得

解得整个运动过程中安培力的冲量大小为

D错误；

故选AC。

训练4：（2023届·河北五个一名校联盟高三上学期开学考试）在光滑的水平面上，有一竖直向下的匀强磁场，分布在宽度为的区域内。现有一边长为的正方形闭合金属线框ABCD。第一次线框以初速度沿垂直于磁场边界的方向进入磁场，线框刚好能穿出磁场；第二次线框以初速度沿垂直于磁场边界的方向进入磁场，下列说法正确的是（　　）

A. 线框两次进入磁场过程中，通过线框横截面的电荷量相同，时间相同

B. 第二次线框离开磁场所用时间小于第一次线框进入磁场所需时间

C. 第二次线框进入磁场过程克服安培力做功与第一次线框进入磁场过程克服安培力做功之比为

D. 第二次线圈进入磁场的过程中产生的热量与第二次线框穿出磁场的过程中产生的热量之比为

【答案】BCD

【解析】

A．线圈就进入磁场时，通过线框横截面的电荷量

则线框两次进入磁场过程中，通过线框横截面的电荷量相同；根据动量定理可知

第一次进入磁场时

出离磁场时

解得第一次线圈完全进入磁场时的速度为

第二次进入磁场时

出离磁场时

解得第二次线圈完全进入磁场时的速度为

第二次线圈出离磁场时的速度

可知线框两次进入磁场过程中，平均速度不等，则时间不相同，选项A错误；

B．由以上计算可知，线圈第一次离开磁场时速度从减小到零；线圈第二次离开磁场时速度从减小到v0，则第二次离开磁场时平均速度较大，则第二次线框离开磁场所用时间小于第一次线框进入磁场所需时间，选项B正确；

C．第二次线框进入磁场过程克服安培力做功

第一次线框进入磁场过程克服安培力做功

则两者之比为，选项C正确；

D．第二次线圈进入磁场的过程中产生的热量

第二次线框穿出磁场过程中产生的热量

则两者之比为，选项D正确。

故选BCD。