2025年高考物理二轮专题复习课件 15 第一阶段 专题四 第10讲 电磁感应

这是一份2025年高考物理二轮专题复习课件 15 第一阶段 专题四 第10讲 电磁感应，共60页。PPT课件主要包含了专题限时集训十等内容，欢迎下载使用。
【备考指南】1．高考命题以法拉第电磁感应定律的理解及应用为核心，侧重力与电的综合应用，有可能和闭合电路欧姆定律一起综合考查，选择题或计算题的形式均有可能出现。电磁感应中的能量、动量等问题仍是考查的重点。2．备考过程中要重视与电路、牛顿运动定律、动量、能量相结合的综合性题型的训练，培养模型建构能力、推理论证能力。3．复习过程中题目注重综合性，与实际生活、生产科技相结合，培养利用物理知识分析实际问题的能力。
突破点一　楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用
突破点二　电磁感应中的图像问题
随堂练 临考预测 名师押题
突破点三　电磁感应中电路、动力学和能量问题
1．感应电流方向的判定
3．感应电荷量的两种求法
[典例1]　(楞次定律＋左手定则)(多选)(2024·山东卷)如图所示，两条相同的半圆弧形光滑金属导轨固定在水平桌面上，其所在平面竖直且平行，导轨最高点到水平桌面的距离等于半径，最低点的连线OO′与导轨所在竖直面垂直。空间充满竖直向下的匀强磁场(图中未画出)，导轨左端由导线连接。现将具有一定质量和电阻的金属棒MN平行OO′放置在导轨图示位置，由静止释放。MN运动过程中始终平行于OO′且与两导轨接触良好，不考虑自感影响，下列说法正确的是(　　)
A．MN最终一定静止于OO′位置B．MN运动过程中安培力始终做负功C．从释放到第一次到达OO′位置过程中，MN的速率一直在增大D．从释放到第一次到达OO′位置过程中，MN中电流方向由M到N
ABD　[由楞次定律结合左手定则可知，安培力与MN的运动方向的夹角始终大于90°，则安培力始终做负功，MN最终一定静止在OO′位置，A、B正确；根据楞次定律可知，从释放到第一次到达OO′位置过程中，MN中电流方向由M到N，D正确；从释放到第一次到达OO′位置过程中，在即将到达OO′位置的时刻，MN所受安培力水平向左，合力方向沿左上方，则处于减速状态，C错误。]
反思感悟　“三定则、一定律”的比较
[典例2]　(法拉第电磁感应定律＋牛顿第二定律)(多选)(2024·吉林卷)如图所示，两条“ ”形的光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上，间距为L，左、右两导轨面与水平面夹角均为30°，均处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小分别为2B和B。将有一定阻值的导体棒ab、cd放置在导轨上，同时由静止释放，两棒在下滑过程中始终与导轨垂直并接触良好。ab、cd的质量分别为2m和m，长度均为L。导轨足够长且电阻不计，重力加速度大小为g，两棒在下滑过程中(　　)
【教师备选资源】(2023·湖北卷)近场通信(NFC)器件应用电磁感应原理进行通信，其天线类似一个压平的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大。如图所示，一正方形NFC线圈共3匝，其边长分别为1.0 cm、1.2 cm 和1.4 cm，图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘。若匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度变化率为103 T/s，则线圈产生的感应电动势最接近(　　)A．0.30 VB．0.44 VC．0.59 VD．4.3 V
1．常见的两种命题类型(1)由给定的电磁感应过程选出或画出相应的图像。(画图像)(2)由给定的有关图像分析电磁感应过程，求解相应的问题。(用图像)
2．关注图像问题的三个关键点
[典例3]　(多选)(2024·全国甲卷)如图，一绝缘细绳跨过两个在同一竖直面(纸面)内的光滑定滑轮，绳的一端连接一矩形金属线框，另一端连接一物块。线框与左侧滑轮之间的虚线区域内有方向垂直纸面的匀强磁场，磁场上下边界水平。在t＝0时刻线框的上边框以不同的初速度从磁场下方进入磁场。运动过程中，线框始终在纸面内且上下边框保持水平。以向上为速度的正方向，下列线框的速度v随时间t变化的图像中可能正确的是(　　)
A　　　　　B　　　　C　　　　D
结合B项分析可知，若匀强磁场区域高度与线框宽度相等且物块质量与线框质量相等，则线框在磁场中一直做加速度大小逐渐减小的减速运动，出磁场后匀速运动，则A选项的图像可能正确；若匀强磁场区域高度大于线框宽度且物块质量与线框质量相等，则线框进磁场和出磁场阶段均做加速度大小逐渐减小的减速运动，完全在磁场中运动时不受安培力，做匀速运动，完全出磁场后，也做匀速运动，则C选项的图像可能正确；D选项的图像中线框出磁场后匀加速，说明物块质量大于线框质量，但在此情况下，结合B项分析可知，存在第二段匀速阶段时，不会存在第三段减速阶段，D错误。]
方法技巧　解答图像问题的两种技巧(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)，特别是物理量的正负、图线中的特殊值等，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像进行分析和判断。
1．分析好“两个对象”(1) (2)
2．焦耳热Q的三种求解方法(1)焦耳定律：Q＝I2Rt。(2)功能关系：Q＝W克服安培力。(3)能量转化：Q＝ΔE其他。
[典例4]　(电磁感应中的电路问题)(多选)如图，半径分别为r和2r的同心圆形光滑导轨固定在同一水平面上，一长为r、电阻为R、质量为m的导体棒置于圆环轨道上，导体棒与导轨接触良好，并绕圆心以角速度ω匀速转动，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B(未画出)。在内圆轨道的G点和外圆轨道的H点之间接入如图所示的电路，滑动变阻器的总阻值、定值电阻和灯泡的阻值均为R，初始时，滑动变阻器的滑片置于中点处，导轨电阻不计，下列说法正确的是(　　)
知，流过灯泡的电流增大，灯泡变亮，当滑动变阻器的滑片由中间位置移动至D端，路端电压减小，定值电阻所在支路的阻值增大，故其所在支路电流减小，而回路中总电流增大，故灯泡所在支路电流增大，灯泡变亮，所以滑片由C端移动至D端的过程中，灯泡一直变亮，D选项正确，C选项错误。另解　串反并同法　滑片由C端移动至D端的过程中，与灯泡串联的电阻一直在减小，与其并联的电阻一直在增大，则灯泡所在支路的电流一直增大，灯泡一直变亮。]
方法总结　电磁感应中电路问题的分析方法
[典例5]　(电磁感应中的动力学问题)(2024·河北卷)如图，边长为2L的正方形金属细框固定放置在绝缘水平面上，细框中心O处固定一竖直细导体轴OO′。间距为L、与水平面成θ角的平行导轨通过导线分别与细框及导体轴相连。导轨和细框分别处在与各自所在平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小均为B。足够长的细导体棒OA在水平面内绕O点以角速度ω匀速转动，水平放置在导轨上的导体棒CD始终静止。OA棒在转动过程中，CD棒在所受安培力达到最大和最小时均恰好能静止。已知CD棒在导轨间的电阻值为R，电路中其余部分的电阻均不计，CD棒始终与导轨垂直，各部分始终接触良好，不计空气阻力，重力加速度大小为g。
(1)求CD棒所受安培力的最大值和最小值。(2)锁定OA棒，推动CD棒下滑，撤去推力瞬间，CD棒的加速度大小为a，所受安培力大小等于(1)问中安培力的最大值，求CD棒与导轨间的动摩擦因数。
方法技巧　电磁感应中动力学问题的分析方法(1)分析导体棒的受力，画出受力分析示意图(注意将立体图转化为平面图)。(2)注意动态变化过程分析。
【教师备选资源】(多选)(2023·山东卷)足够长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/sD．v2＝3 m/s
BD　[CD运动速度v2大于导体棒MN的速度v1，则导体棒MN受到水平向右的摩擦力，因为导体棒MN做匀速运动，所以导体棒MN受到的安培力方向水平向左，导体棒MN的质量m＝1 kg，设MN受到的安培力大小为FMN，规定水平向右为正方向，对导体棒MN受力分析有μmg－FMN＝0，解得FMN＝2 N，根据左手定则可知，MN中电流从N流向M，设CD受到的安培力为FCD，重物质量m0＝0.1 kg，对CD受力分析有－μmg＋FCD＋m0g＝0，解得FCD＝1 N，则CD受到的安培力方向水平向右，电流从D流向C，根据左手定则可知，B2的方向竖直向下，A错误，B正确；FMN＝B1IL，FCD＝B2IL，根据法拉第电磁感应定律有E＝B1Lv1－B2Lv2，根据闭合电路欧姆定律有E＝IR，联立解得v2＝3 m/s，C错误，D正确。]
[典例6]　(电磁感应中的能量问题)(2024·全国甲卷)两根平行长直光滑金属导轨距离为l，固定在同一水平面(纸面)内，导轨左端接有电容为C的电容器和阻值为R的电阻，开关S与电容器并联；导轨上有一长度略大于l的金属棒，如图所示。导轨所处区域有方向垂直于纸面、磁感应强度大小为B的匀强磁场。开关S闭合，金属棒在恒定的外力作用下由静止开始加速，最后将做速率为v0的匀速直线运动。金属棒始终与两导轨垂直且接触良好，导轨电阻和金属棒电阻忽略不计。
(1)在加速过程中，当外力做功的功率等于电阻R热功率的2倍时，金属棒的速度大小是多少？(2)如果金属棒达到(1)中的速度时断开开关S，改变外力使金属棒保持此速度做匀速运动。之后某时刻，外力做功的功率等于电阻R热功率的2倍，求此时电容器两极板间的电压及从断开S开始到此刻外力做的功。
【教师备选资源】(多选)(2024·湖南岳阳一模)如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨固定在倾角θ＝37°的绝缘斜面上，底部接有一阻值R＝2 Ω的定值电阻，轨道上端开口，间距L＝1 m，整个装置处于磁感应强度B＝2 T的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上。质量m＝0.2 kg的金属棒ab置于导轨上，通过细线(细线与导轨平行)经定滑轮与质量为M＝0.2 kg的小物块相连。金属棒ab在导轨间的电阻r＝1 Ω，导轨电阻不计。金属棒由静止释放到匀速运动前，电阻R产生的焦耳热总共为1.552 J，金属棒与导轨接触良好，不计空气阻力，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，g＝10 m/s2，则下列说法正确的是(　　)
A．金属棒ab匀速运动时的速度大小为0.6 m/sB．金属棒ab沿导轨运动过程中，电阻R上的最大电功率为0.36 WC．金属棒ab从开始运动到最大速度过程中，沿导轨运动的距离为2 mD．从金属棒ab开始运动至达到最大速度过程中，流过电阻R的总电荷量为2 C
1．(高考热点·法拉第圆盘发电机)(多选)(2024·陕西西安12月质检)法拉第发明的铜盘发电机，是人类历史上第一台发电机。利用这个发电机给平行金属板电容器供电，如图所示。已知铜盘的半径为L，加在盘下半部分的匀强磁场磁感应强度为B1，盘匀速转动的角速度为ω，平行板长度均为d，板间距离也为d，板间加垂直纸面向里、磁感应强度为B2的匀强磁场，重力加速度为g。下列选项正确的是(　　)
2．(高考重点·电磁感应的图像问题)(2024·广东湛江一模)如图所示，在区域Ⅰ、Ⅱ中分别有磁感应强度大小相等、垂直纸面但方向相反、宽度均为a的匀强磁场区域，高为a的正三角形线框efg从图示位置沿x轴正方向匀速穿过两磁场区域，以逆时针方向为电流的正方向，下列图像中能正确描述线框efg中感应电流I与线框移动距离x关系的是(　　)
A　　　　　　　　　B   C　　　　　　　　　D
3．(热点情境·电磁科技)(2024·浙江名校12月联考)现有一种利用电磁感应原理测血栓的传感器，该传感器部分的构成如图甲所示，激励线圈和反馈线圈分别装在两个圆盘上，两圆盘圆心在同一竖直线上。转盘a固定，其边缘围绕一组环形的激励线圈，内部铺装有许多点状磁感应强度传感器。转盘b可转动，内部单匝反馈线圈为“三叶式”，如图乙所示。该传感器工作原理：当检测部位放入两圆盘之间时，有血栓部位将导致反馈线圈所在圆盘对应区域磁感应强度发生变化，反馈线圈以角速度ω0转动时将产生感应电流，感应
1．如图甲所示，驱动线圈通过开关S与电源连接，发射线圈放在绝缘且内壁光滑的发射导管内。闭合开关S后，在0～t0内驱动线圈的电流iab随时间t的变化如图乙所示。在这段时间内，下列说法正确的是(　　)A．驱动线圈内部的磁场水平向左B．发射线圈内部的感应磁场水平向左C．t＝0时发射线圈所受的安培力最大D．t＝t0时发射线圈中的感应电流最大
B　[根据安培定则，驱动线圈内的磁场方向水平向右，A错误；由题图乙可知，穿过发射线圈的磁通量逐渐增大，根据楞次定律，发射线圈内部的感应磁场方向水平向左，B正确；t＝0时驱动线圈的电流变化最快，则此时穿过发射线圈的磁通量变化最快，产生的感应电流最大，但此时驱动线圈产生的磁场最弱，发射线圈所受安培力不是最大，同理，t＝t0时发射线圈中的感应电流最小，C、D错误。]
3．如图所示，通电螺线管置于水平放置的光滑平行金属导轨MN和PQ之间，ab和cd是放在导轨上的两根金属棒，它们分别静止在螺线管的左右两侧。现使滑动变阻器的滑片向左滑动，则ab棒和cd棒的运动情况是(　　)A．ab棒向左运动，cd棒向右运动B．ab棒向右运动，cd棒向左运动C．ab棒和cd棒都向右运动D．ab棒和cd棒保持静止
A　[由安培定则可知，螺线管中磁感线方向向上，当滑动变阻器的滑片向左滑动时，螺线管中电流增大，因此磁场变强，即磁感应强度变大，穿过回路的磁通量增大，由楞次定律知，感应电流方向为a→c→d→b→a，金属棒ab、cd所在位置的磁感线方向均向下，由左手定则知，ab棒所受安培力方向向左，cd棒所受安培力方向向右，故ab棒向左运动，cd棒向右运动，故A正确。]
4．(2024·辽宁盘锦12月检测)如图甲所示，线圈套在长玻璃管上，线圈的两端与电流传感器(可看作理想电流表)相连。将强磁体从长玻璃管上端由静止释放，磁体下落过程中将穿过线圈，并不与玻璃管摩擦。实验观察到如图乙所示的感应电流随时间变化的图像。已知从上往下看，线圈中顺时针方向为电流的正方向，则下列判断正确的是(　　)
A．本次实验中朝下的磁极是N极B．t1～t2与t2～t3两段时间内图线与坐标轴围成的面积相等C．若只将线圈的匝数加倍，线圈中产生的电流峰值也将加倍D．若只增加磁体释放的高度，感应电流的峰值将不变
6．(多选)(2024·福建漳州二模)如图所示，两条光滑平行金属导轨固定，所在平面与水平面夹角为θ，导轨电阻可忽略不计；导轨间有一垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场，其边界ab、cd均与导轨垂直。现将两相同的导体棒PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放，运动过程中PQ、MN始终与导轨垂直且接触良好。已知PQ进入磁场时加速度恰好为0，从PQ进入磁场时开始计时，MN中电流记为i，MN两端电势差记为u，则下列i-t、u-t图像可能正确的是(　　)
AC　[设t＝0时MN中电流为I1，若PQ刚出磁场时MN进入磁场，此时电流立即反向，MN刚进磁场时的速度与PQ刚进磁场时相同，进入磁场后均匀速运动，因此电流大小不变，A正确，B错误；PQ刚进磁场时，MN两端的电势差记为U1，若PQ还未离开磁场时MN已进入磁场，根据题意可知，此时两导体棒速度相等，回路电流为零，MN两端的电势差(导体棒切割磁感线产生的电动势)为2U1，两导体棒均未离开磁场前做匀加速运动，电动势均匀增大，当PQ离开磁场时，MN的速度大于其刚进入磁场时的速度，其两端的电势差U发生突变，且略大于U1，此后MN做加速度减小的减速运动，MN两端的电势差逐渐减小，C正确；只有两导体棒同时在磁场中运动时，MN两端的电势差才等于2U1，但不会恒定不变，D错误。故选AC。]
7．(多选)(2024·浙江温州11月质检)如图所示，在直角坐标系Oxy的第一象限中有一等腰直角三角形OAC区域，其内部存在垂直纸面向里的匀强磁场，它的OC边在x轴上且长为L。边长也为L的正方形导线框的一条边也在x轴上，t＝0时刻，该线框恰好位于图中所示位置，此后线框在外力F的作用下沿x轴正方向以恒定的速度v通过磁场区域。规定顺时针方向为线框中感应电流的正方向，则线框通过磁场区域的过程中，线框中的感应电流i、穿过线框平面的磁通量Φ、通过线框横截面的电荷量q、外力F大小随线框的位移x变化的图像中可能正确的是(　　)
8．(多选)如图所示，倾斜放置的固定光滑金属导轨，与水平方向的夹角为θ，其下端由导线连接。导轨所在平面两个区域存在着如图所示的磁感应强度大小分别为B和2B的匀强磁场Ⅰ和Ⅱ。区域Ⅰ的磁场方向垂直于导轨平面向上，区域Ⅱ的磁场方向垂直于导轨平面向下，磁场边界EF、GH、PQ均平行于斜面底边，EG、PG长度均为L。一个质量为m、电阻为R、边长为L的正方形导线框，由静止开始沿斜面下滑，下滑过程中ab边始终与斜面底边平行。t1时刻ab边刚越过EF进入磁场区域Ⅰ，此时导线框恰好以速度v1做匀速直线运动；t2时刻ab边下滑到GH与PQ的中间位置，此时导线框又恰好以速度v2做匀速直线运动。重力加速度为g，下列说法正确的是(　　)
9．如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L，导轨平面与水平面的夹角θ＝37°，导轨电阻不计，整个装置处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。长为L的金属棒垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m、电阻为R。两金属导轨的上端连接一个电阻，其阻值也为R。现闭合开关K，给金属棒施加一个方向垂直于棒且平行于导轨平面向上的、大小为F＝2mg的恒力，使金属棒由静止开始运动，若金属棒上滑距离为s时速度恰达到最大，最大速度为vm。(重力加速度为g，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)求：
(1)求金属棒刚开始运动时加速度大小；(2)求匀强磁场的磁感应强度的大小；(3)求金属棒由静止开始上滑2s的过程中，金属棒上产生的电热Q1。
[解析]　(1)根据牛顿第二定律有F－mg sin 37°＝ma，其中F＝2mg解得a＝1.4g。
10．(2024·安徽卷)如图所示，一“U”形金属导轨固定在竖直平面内，一电阻不计、质量为m的金属棒ab垂直于导轨，并静置于绝缘固定支架上。边长为L的正方形cdef区域内，存在垂直于纸面向外的匀强磁场。支架上方的导轨间，存在竖直向下的匀强磁场。两磁场的磁感应强度大小B随时间t的变化关系均为B＝kt(SI)，k为常数(k>0)。支架上方的导轨足够长，两边导轨单位长度的电阻均为r，下方导轨的总电阻为R。t＝0时，对ab施加竖直向上的拉力，恰使其向上做加速度大小为a的匀加速直线运动，整个运动过程中ab与两边导轨接触良好。已知ab与导轨间动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g。不计空气阻力，两磁场互不影响。
(1)求通过面积Scdef的磁通量大小随时间t变化的关系式，以及感应电动势的大小，并写出ab中电流的方向；(2)求ab所受安培力的大小随时间t变化的关系式；(3)求经过多长时间，对ab所施加的拉力达到最大值，并求此最大值。
11．(2024·江西九江二模)如图甲所示，两根光滑平行导轨固定在水平面内，相距为L，电阻不计，整个导轨平面处于方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，导轨左端接有阻值为R的电阻，沿导轨方向建立x坐标轴。质量为m、电阻为r的金属棒ab垂直导轨放置在x＝－x0处。在金属棒ab上施加x轴方向的外力F，使金属棒ab开始做简谐运动，当金属棒运动到x＝0时作为计时起点，其速度随时间变化的图线如图乙所示，其最大速度为v1。求：