2021年高考物理模擬題精練專題4.50,電磁感應(yīng)-2021高考真題（解析版）

1、2021年高考物理模擬題精練專題4.50,電磁感應(yīng)-2021高考真題（解析版） 2021 年高考物理 100 考點(diǎn)最新模擬題千題精練（選修 3-2 ） 第四部分 電磁感應(yīng) 題 專題 4. 電磁感應(yīng)-2021 高考真題 一選擇題 1（2021 高考全國理綜 i）如圖，u 形光滑金屬框 abcd 置于水平絕緣平臺上，ab 和 dc 邊平行，和 bc 邊垂直。ab、dc 足夠長，整個金屬框電阻可忽略。一根具有一定電阻的導(dǎo)體棒 mn 置于金屬框上，用水平恒力 f 向右拉動金屬框，運(yùn)動過程中，裝置始終處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，mn 與金屬框保持良好接觸，且與 bc 邊保持平行。經(jīng)過一段時間后 a金屬框的

2、速度大小趨于恒定值 b金屬框的加速度大小趨于恒定值 c導(dǎo)體棒所受安培力的大小趨于恒定值 d導(dǎo)體棒到金屬框 bc 邊的距離趨于恒定值 【參考答案】bc 【命題意圖】 本題考查法拉第電磁感應(yīng)定律、閉合電路歐姆定律、安培力及其相關(guān)知識點(diǎn)，考查的核心素養(yǎng)是運(yùn)動和力的物理觀念、科學(xué)思維。 【解題思路】 用水平恒力 f 向右拉動金屬框，bc 邊切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，回路中有感應(yīng)電流 i，bc邊受到水平向左的安培力作用，設(shè)金屬框的質(zhì)量為 m，加速度為 a 1 ，由牛頓第二定律，f-bil=ma 1 ；導(dǎo)體棒mn 受到向右的安培力向右加速運(yùn)動，設(shè)導(dǎo)體棒的質(zhì)量為 m，加速度為 a 2 ，由牛頓第二定律， b

3、il=ma 2 ，二者運(yùn)動的速度圖像如圖所示。 設(shè)金屬框 bc 邊的速度為 v 時，導(dǎo)體棒的速度為 v，則回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為 e=bl（v-v），由閉合電路歐姆定律 i=e/r=( ) " bl v vr-，f 安 =bil 可得金屬框 ab 邊所受的安培力和導(dǎo)體棒 mn 所受的安培力都是 f 安 =b 2 l 2 （v-v）/r，即金屬框所受的安培力隨著速度的增大而增大。對金屬框，由牛頓運(yùn)動定律，f- f 安 =ma 1 ，對導(dǎo)體棒 mn，由牛頓運(yùn)動定律， f 安 =ma 2 ，二者加速度之差a= a 1 - a 2 =（f- f 安 ）/m- f 安 /m=f/m- f 安

4、（1/m+1/m），隨著所受安培力的增大，二者加速度之差a 減小，當(dāng)a 減小到零時，即 f/m=( )2 2" b l v vr-（1/m+1/m），所以金屬框和導(dǎo)體棒的速度之差v=（v-v）=( )2 2frmb l m m +保持不變。由此可知，金屬框的速度逐漸增大，金屬框所受安培力趨于恒定值，金屬框的加速度大小趨于恒定值，導(dǎo)體棒中所受的安培力 f 安 =b 2 l 2 （v-v）/r 趨于恒定值，選項 a 錯誤 bc 正確；導(dǎo)體棒到金屬框 bc 邊的距離 x=（v-v）t 隨時間的增大而增大，選項 d 錯誤。 【關(guān)鍵點(diǎn)撥】此題中導(dǎo)體棒置于金屬框上，當(dāng)用水平力向右拉動金屬框時，導(dǎo)

5、體棒 mn 在安培力作用下也向右運(yùn)動，產(chǎn)生反電動勢。要注意導(dǎo)體棒 mn 向右運(yùn)動的速度一定小于金屬框向右運(yùn)動的速度。 2（2021 高考全國理綜 ii）管道高頻焊機(jī)可以對由鋼板卷成的圓管的接縫實(shí)施焊接。焊機(jī)的原理如圖所示，圓管通過一個接有高頻交流電源的線圈，線圈所產(chǎn)生的交變磁場使圓管中產(chǎn)生交變電流，電流產(chǎn)生的熱量使接縫處的材料熔化將其焊接。焊接過程中所利用的電磁學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)者為 a庫侖 b霍爾 c洛倫茲 d法拉第 【參考答案】d 【命題意圖】本題考查電磁感應(yīng)和物理學(xué)史。 【解題思路】線圈所產(chǎn)生的交變磁場使圓管中產(chǎn)生交變電流，原理是電磁感應(yīng)，電磁感應(yīng)發(fā)現(xiàn)者是法拉第，選項 d 正確。 3（2021

6、 新高考 i 卷山東卷）如圖所示，平面直角坐標(biāo)系的第一和第二象限分別存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反且垂直于坐標(biāo)平面的勻強(qiáng)磁場，圖中虛線方格為等大正方形。一位于 oxy 平面內(nèi)的剛性導(dǎo)體框 abcde 在外力作用下以恒定速度沿 y 軸正方向運(yùn)動（不發(fā)生轉(zhuǎn)動）。從圖示位置開始計時，4 s 末 bc邊剛好進(jìn)入磁場。在此過程中，導(dǎo)體框內(nèi)感應(yīng)電流的大小為 i， ab 邊所受安培力的大小為 f ab ，二者與時間 t 的關(guān)系圖像，可能正確的是 【參考答案】bc 【命題意圖】 本題考查法拉第電磁感應(yīng)定律、閉合電路歐姆定律、安培力及其相關(guān)知識點(diǎn)，考查的核心素養(yǎng)是運(yùn)動和力的物理觀念、科學(xué)思維。 【解題思路】在

7、 01s 時間內(nèi)，線框有效切割磁感線的長度為 ae（兩個小方格邊長）保持不變，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電動勢；由閉合電路歐姆定律，可知導(dǎo)體框中感應(yīng)電流保持不變。ab 邊進(jìn)入磁場的長度均勻增大，由安培力公式 f=bil 可知，安培力均勻增大；在 12s 時間內(nèi)，線框有效切割磁感線的長度均勻增大一個小方格邊長，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電動勢均勻增大；由閉合電路歐姆定律，可知導(dǎo)體框中感應(yīng)電流均勻增大。ab 邊進(jìn)入磁場的長度均勻增大一個小方格邊長，由安培力公式 f=bil 可知，安培力均勻增大；在 23s 時間內(nèi)，線框有效切割磁感線的長度均勻增大一個小方格邊長，由于 y

8、軸兩側(cè)的磁場方向相反，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相反，可知導(dǎo)體框中感應(yīng)電流 i 均勻減小，雖然 ab 邊進(jìn)入磁場的長度均勻增大，由安培力公式 f=bil 可知，安培力由增大變緩慢；在 34s時間內(nèi)，線框有效切割磁感線的長度均勻增大一個小方格邊長，由于 y 軸兩側(cè)的磁場方向相反，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相反，可知導(dǎo)體框中感應(yīng)電流 i 減小，雖然 ab 邊進(jìn)入磁場的長度均勻增大，但是安培力變?yōu)闇p小，所以可能正確的是 bc。 4. （2021 高考江蘇物理）如圖所示，兩勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度1b 和2b 大小相等、方向相反.金屬圓環(huán)的直徑與兩磁場的邊界重合.下列變化會在環(huán)中產(chǎn)生順時針方向感應(yīng)電流的是（ ） a.

9、同時增大1b 減小2b b.同時減小1b 增大2b c.同時以相同的變化率增大1b 和2b d.同時以相同的變化率減小1b 和2b 【參考答案】b 【名師解析】兩勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度1b 和2b 大小相等、方向相反.金屬圓環(huán)內(nèi)的磁通量為零。同時增大1b減小2b ，根據(jù)楞次定律，會在環(huán)中產(chǎn)生逆時針方向感應(yīng)電流，選項 a 錯誤；同時減小1b 增大2b ，會在環(huán)中產(chǎn)生順時針方向感應(yīng)電流，選項 b 正確；同時以相同的變化率增大1b 和2b ，或同時以相同的變化率減小1b 和2b ，金屬圓環(huán)內(nèi)的磁通量變化率為零，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項 cd 錯誤。 5. （2021年1月浙江選考）

10、如圖所示,在光滑絕緣水平面上,兩條固定的相互垂直彼此絕緣的導(dǎo)線通以大小相同的電流 i。在角平分線上,對稱放置四個相同的正方形金屬框。當(dāng)電流在相同時間間隔內(nèi)增加相同量,則 a. 1、3 線圈靜止不動，2、4 線圈沿著對角線向內(nèi)運(yùn)動 b. 1、3 線圈靜止不動，2、4 線圈沿著對角線向外運(yùn)動 c. 2、4 線圈靜止不動，1、3 線圈沿著對角線向內(nèi)運(yùn)動 d2、4 線圈靜止不動，1、3 線圈沿著對角線向外運(yùn)動 【參考答案】：b 【名師解析】：由安培定則（右手螺旋定則）可知，兩根導(dǎo)線在 1、3 處產(chǎn)生的磁場方向相反，大小相同，所以該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為 0，電流增加，線框不動。2 處磁場方向向外，4 處磁場方

11、向向里，電流增大，磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，由楞次定律可知，線框應(yīng)沿著對角線向外運(yùn)動以阻礙磁通量增大，所以選項 acd 錯誤 b 正確。 6(2021 高考全國理綜 iii 卷)如圖，水平放置的圓柱形光滑玻璃棒左邊繞有一線圈，右邊套有一金屬圓環(huán)。圓環(huán)初始時靜止。將圖中開關(guān) s 由斷開狀態(tài)撥至連接狀態(tài)，電路接通的瞬間，可觀察到 a撥至 m 端或 n 端，圓環(huán)都向左運(yùn)動 b撥至 m 端或 n 端，圓環(huán)都向右運(yùn)動 c撥至 m 端時圓環(huán)向左運(yùn)動，撥至 n 端時向右運(yùn)動 d撥至 m 端時圓環(huán)向右運(yùn)動，撥至 n 端時向左運(yùn)動 【參考答案】b 【名師解析】將圖中開關(guān) s 由斷開狀態(tài)撥至 m 端或 n 端，圓環(huán)中磁通量

12、都是增加，根據(jù)楞次定律，圓環(huán)都向右運(yùn)動，選項 b 正確。 二計算題 1.（15 分）（2021 高考江蘇物理）如圖所示，電阻為 0.1w 的正方形單匝線圈 abcd 的邊長為 0.2m ， bc邊與勻強(qiáng)磁場邊緣重合.磁場的寬度等于線圈的邊長，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 0.5t .在水平拉力作用下，線圈以8 / m s 的速度向右穿過磁場區(qū)域.求線圈在上述過程中 （1）感應(yīng)電動勢的大小 e； （2）所受拉力的大小 f； （3）感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量 q. 【名師解析】.（1）感應(yīng)電動勢 e blv = 代入數(shù)據(jù)得 0.8 e v = （2）感應(yīng)電流eir= 拉力的大小等于安培力 f bil = 解得2 2b

13、 l vfr= ，代入數(shù)據(jù)得 0.8 f n = （3）運(yùn)動時間2ltv= 焦耳定律2q i rt = 解得2 32b l vqr= ，代入數(shù)據(jù)得 0.32j q = 2.(9 分) （2021 高考北京卷） 如圖甲所示， 200 n = 匝的線圈(圖中只畫了 2 匝)，電阻 2 r = ，其兩端與一個 48 r = w 的電阻相連，線圈內(nèi)有指向紙內(nèi)方向的磁場。線圈中的磁通量按圖乙所示規(guī)律變化。 (1)判斷通過電阻 r 的電流方向； (2)求線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 e ； (3)求電阻 r 兩端的電壓 u 。 【命題意圖】本題考查電磁感應(yīng)定律、楞次定律、歐姆定律及其相關(guān)知識點(diǎn)。 【解題思路】（1

14、）由楞次定律可判斷出通過電阻 r 的電流方向為 ab。 （2）由圖乙可得，磁通量變化率，tdfd=0.5v， 由法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 e =ntdfd=2021.5v=100v。 （3）由閉合電路歐姆定律，電阻中電流 i=er r +=2a 電阻 r 兩端的電壓 u =ir=248v=96v。 3（10 分）（2021 年 7 月浙江選考）如圖 1 所示，在絕緣光滑水平桌面上，以 o 為原點(diǎn)、水平向右為正方向建立 x 軸，在 0 1.0m x £ £ 區(qū)域內(nèi)存在方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場。桌面上有一邊長 0.5m l = 、電阻 0.25 r = w 的正方

15、形線框 abcd ，當(dāng)平行于磁場邊界的 cd 邊進(jìn)入磁場時，在沿 x 方向的外力 f 作用下以 1.0 m/s v = 的速度做勻速運(yùn)動，直到 ab 邊進(jìn)入磁場時撤去外力。若以 cd 邊進(jìn)入磁場時作為計時起點(diǎn)，在 0 1.0s t £ £ 內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度 b 的大小與時間 t 的關(guān)系如圖 2 所示，在 0 1.3s t £ £ 內(nèi)線框始終做勻速運(yùn)動。 （1）求外力 f 的大??； （2）在 1.0s 1.3s t £ £ 內(nèi)存在連續(xù)變化的磁場，求磁感應(yīng)強(qiáng)度 b 的大小與時間 t 的關(guān)系； （3）求在 0 1.3s t £

16、63; 內(nèi)流過導(dǎo)線橫截面的電荷量 q。 【名師解析】：（1）0 00, 0.25t t b = = 回路電流 0b lvir= 安培力 2 20ab lf vr= 外力 0.0625naf f = = （2）勻速出磁場，電流為 0，磁通量不變 1f = f 11.0s t = 時，10.5t b = ，磁通量 21 1bl f = t 時刻，磁通量 ( )1bl l v t t f = - - é ùë û 得16 4bt=- （3） 0 1 0.5s £ £ 電荷量 2021 . 2 5 cb lqr= = 0.5s 1.0s t

17、£ £ 電荷量 2 21 020.25cb l b lqr-= = 總電荷量 1 20.5c q q q = + = 4.(12 分) （2021 高考北京卷） 某試驗列車按照設(shè)定的直線運(yùn)動模式，利用計算機(jī)控制制動裝置，實(shí)現(xiàn)安全準(zhǔn)確地進(jìn)站停車。制動裝置包括電氣制動和機(jī)械制動兩部分。圖 1 所示為該列車在進(jìn)站停車過程中設(shè)定的加速度大小 a 車 隨速度 v 的變化曲線。 (1)求列車速度從 20m/s 降至 3m/s 經(jīng)過的時間 t 及行進(jìn)的距離 x。 (2)有關(guān)列車電氣制動，可以借助圖 2 模型來理解。圖中水平平行金屬導(dǎo)軌處于豎直方向的勻強(qiáng)磁場中，回路中的電阻阻值為 r ，不

18、計金屬棒 mn 及導(dǎo)軌的電阻。 mn 沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動的過程，對應(yīng)列車的電氣制動過程，可假設(shè) mn 棒運(yùn)動的速度與列車的速度、棒的加速度與列車電氣制動產(chǎn)生的加速度成正比。列車開始制動時，其速度和電氣制動產(chǎn)生的加速度大小對應(yīng)圖 1 中的 p 點(diǎn)。論證電氣制動產(chǎn)生的加速度大小隨列車速度變化的關(guān)系，并在圖 1 中畫出圖線。 (3)制動過程中，除機(jī)械制動和電氣制動外，列車還會受到隨車速減小而減小的空氣阻力。分析說明列車從 1000m/s 減到 3m/s 的過程中，在哪個速度附近所需機(jī)械制動最強(qiáng)? (注意：解題過程中需要用到、但題目沒有給出的物理量，要在解題時做必要的說明) (考生務(wù)必將答案答在答題卡上，在試卷上作答無效) 【命題意圖】本題考查勻變速直線運(yùn)動規(guī)律、電磁感應(yīng)及其相關(guān)知識點(diǎn)。 【解題思路】 (1)列車速度從 v 1 =20m/s 降至 v 2 =3m/s 過程做勻減速直線運(yùn)動，其加速度為 a=0.7m/s 2 ，由 at=v 1 -v 2 ， 解得經(jīng)過的時間 t=170/7s。 行進(jìn)的距離 x= v 1 t-12at 2 =20210/7m-120.7（1707） 2 m=27.93m。 （2）設(shè)導(dǎo)軌間距為 l，豎直方向的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為 b，質(zhì)量為 m