2021年高考物理模擬題精練專題4.44,與實際相關電磁感應問題（解析版）

1、2021年高考物理模擬題精練專題4.44,與實際相關電磁感應問題（解析版） 2021 年高考物理 100 考點最新模擬題千題精練（選修 3-2 ） 第四部分 電磁感應 題 專題 4.44 與實際相關的電磁感應問題 一選擇題 1 （2021 高考全國 ii 卷壓軸卷）隨著科技的不斷發(fā)展，無線充電已經進入人們的視線。小到手表、手機，大到電腦、電動汽車的充電，都已經實現了從理論研發(fā)到實際應用的轉化。下圖給出了某品牌的無線充電手機利用電磁感應方式無線充電的原理圖。關于無線充電，下列說法正確的是( ) a無線充電時手機接收線圈部分的工作原理是"電流的磁效應' b只有將充電底座接到直流電

2、源上才能對手機進行充電 c接收線圈中交變電流的頻率與發(fā)射線圈中交變電流的頻率相同 d只要有無線充電底座，所有手機都可以進行無線充電 【參考答案】 c 【名師解析】 無線充電的原理是電磁感應，而不是電流的磁效應，故 a 錯誤；發(fā)生電磁感應的條件是電流要發(fā)生變化，故不能接到直流電源上，b 錯誤；發(fā)生互感時，兩個線圈中交流電的頻率應該相同，故 c正確；有無線充電底座，當手機內部的線圈與底座上的線圈頻率相同時才可以進行充電，故 d 錯誤。 2.（2021浙江名校聯盟模擬）電磁爐又名電磁灶，是現代廚房革命的產物，它無需明火或傳導式加熱而讓熱直接在鍋底產生， 因此熱效率得到了極大的提高。是一種高效節(jié)能廚具

3、，完全區(qū)別于傳統所有的有火或無火傳導加熱廚具。如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖，下列說法正確的是 a. 電磁爐通電線圈加直流電，電流越大，電磁爐加熱效果越好 b. 電磁爐原理是通電線圈加交流電后，在鍋底產生渦流，進而發(fā)熱工作 c在鍋和電磁爐中間放一絕緣物質，電磁爐不能起到加熱作用 d電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋，主要原因是這些材料的導熱性能較差 【參考答案】b 【名師解析】電磁爐通電線圈必須加交變電流，且交變電流頻率越高，電磁爐加熱效果越好，選項 a 錯誤；電磁爐原理是通電線圈加交流電后，在鍋底產生渦流，進而發(fā)熱工作，選項 b 正確；在鍋和電磁爐中間放一絕緣物質，電磁爐仍然能起到加熱

4、作用，選項 c 錯誤；電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋，主要原因是這些材料不是鐵磁性材料，選項 d 錯誤。 3.（2021 江蘇高考仿真模擬 2）下列實驗裝置中，利用電磁感應原理制成的是 ( ) 【參考答案】b 【名師解析】：人體帶電后頭發(fā)豎起、散開，屬于靜電現象，選項 a 錯誤；高頻感應爐的原理是振蕩電路產生高頻電磁場，進而利用電磁感應原理產生渦流，從而產生焦耳熱，使樣品迅速升溫熔化，選項 b 正確；電磁炮是利用電磁系統中電磁場產生的洛倫茲力來對金屬炮彈進行加速，使其達到打擊目標所需的動能，選項 c 錯誤；電動機的原理是通電導體在磁場中受力的作用，選項 d 錯誤。 4.（2021 湘贛十四

5、校二模）如圖 1，水平地面上邊長為 l 的正方形 abcd 區(qū)域，埋有與地面平行的金屬管線。為探測金屬管線的位置、走向和埋覆深度，先讓金屬管線載有電流，然后用閉合的試探小線圈 p（穿過小線圈的磁場可視為勻強磁場）在地面探測，如圖 2 所示，將暴露于地面的金屬管接頭接到電源的一段，將接地棒接到電源的另一端。這樣金屬管線中就有沿管線方向的電流。使線圈 p 在直線 bd上的不同位置保持靜止時（線圈平面與地面平行），線圈中沒有感應電流。將線圈 p 靜置于 a 處，當線圈平面與地面平行時，線圈中有感應電流，當線圈平面與射線 ac 成 37角且保持靜止時，線圈中感應電流消失。下列說法正確的是（ ）（已知

6、sin37=0.6，cos37=0.8） 人體帶電后頭發(fā)豎起、散開 高頻感應爐 電磁炮 電動機 a b c d a. 金屬管線沿 ac 走向 b. 圖 2 中的電源為電壓恒定并且較大的直流電源 c. 金屬管線的埋覆深度為 l d. 線圈 p 在 a 處，當它與地面的夾角為 53時，p 中的感應電流可能最大 【參考答案】cd 【名師解析】 由題意可知，線圈 p 在直線 bd 上的不同位置保持靜止（線圈平面與地面平行），線圈中沒有感應電流。說明穿過線圈的磁通量不變，則金屬管線沿 bd 走向，故 a 錯誤。由題意可知，當線圈靜止時存在感應電流，則說明線圈產生的磁場為變化的，故電流一定是變化的，故 b

7、 錯誤。線圈平面與射線 ac 成 37角時，線圈中感應電流消失說明 b 點的磁場方向成 37角，則由幾何關系可知，埋覆深度 d 與 oa 長度的關系為d=oatan53，解得深度 d= l，故 c 正確。p 在 a 處，與地面夾角成 53時，線圈 p 與磁場方向相互垂直，則此時磁通量的最大，磁通量的變化率最大，故感應電流可能最大，故 d 正確。 【關鍵點撥】 根據感應電流的產生條件進行分析，明確當磁場和線圈平行時磁通量不變，再結合幾何關系即可明確電流的走向以及是否為交流，根據法拉第電磁感應定律分析 d 點能否為感應電流的最大值。本題考查法拉第電磁感應定律以及通電導線周圍的磁場分布，難點在于幾何

8、關系的確定，要注意明確通電直導線周圍的磁場為以導線為圓心的同心圓。 5(2021吉林實驗中學模擬)轉筆(pen spinning)是一項用不同的方法與技巧、以手指來轉動筆的休閑活動轉筆深受廣大中學生的喜愛，其中也包含了許多的物理知識，假設某轉筆高手能讓筆繞其上的某一點 o做勻速圓周運動，下列有關該同學轉筆中涉及的物理知識的敘述正確的是( ) a筆桿上的點離 o 點越近的，做圓周運動的向心加速度越小 b筆桿上的各點做圓周運動的向心力是由萬有引力提供的 c若該同學使用中性筆，筆尖上的小鋼珠有可能因快速的轉動做離心運動被甩走 d若該同學使用的是金屬筆桿，且考慮地磁場的影響，由于筆桿中不會產生感應電流

9、，因此金屬筆桿兩端一定不會形成電勢差 【參考答案】ac 【名師解析】筆桿上各點的角速度相同，根據 a 2 r 可知，筆桿上的點離 o 點越近的，做圓周運動的向心加速度越小，選項 a 正確；筆桿上的各點做圓周運動的向心力是由筆桿對該點的作用力提供的，選項 b 錯誤；若該同學使用中性筆，且轉動過快，則筆尖上的小鋼珠有可能因快速的轉動做離心運動被甩走， 選項 c 正確；若考慮地磁場的影響，由于筆桿轉動時可能要切割磁感線而使金屬筆桿兩端形成電勢差，選項 d 錯誤 6.磁卡的磁條中有用于存儲信息的磁極方向不同的磁化區(qū)，刷卡器中有檢測線圈，當以速度 v 0 刷卡時，在線圈中產生感應電動勢其 et 關系如圖

10、所示如果只將刷卡速度改為 v 02 ，線圈中的 et 關系圖可能是( ) 【參考答案】d 【名師解析】若將刷卡速度改為 v 02 ，線圈切割磁感線運動時產生的感應電動勢大小將會減半，周期將會加倍，故 d 項正確，其他選項錯誤 7(2021長興中學高三模擬)1831 年，法拉第在一次會議上展示了他發(fā)明的圓盤發(fā)電機(圖甲)它是利用電磁感應原理制成的，是人類歷史上第一臺發(fā)電機圖乙是這個圓盤發(fā)電機的示意圖：銅盤安裝在水平的銅軸上，它的邊緣正好在兩磁極之間，兩塊銅片 c、d 分別與轉動軸和銅盤的邊緣良好接觸使銅盤轉動，電阻 r 中就有電流通過若所加磁場為勻強磁場，回路的總電阻恒定，從左往右看，銅盤沿順時

11、針方向勻速轉動，crd 平面與銅盤平面垂直，下列說法正確的是( ) a電阻 r 中沒有電流流過 b銅片 c 的電勢高于銅片 d 的電勢 c保持銅盤不動，磁場變?yōu)榉较虼怪庇阢~盤的交變磁場， 則銅盤中有電流產生 d保持銅盤不動，磁場變?yōu)榉较虼怪庇阢~盤的交變磁場， 則 crd 回路中有電流產生 【參考答案】c 【名師解析】根據右手定則可知，電流從 d 點流出，流向 c 點，因此在圓盤中電流方向為從 c 向 d，由于圓盤在切割磁感線時相當于電源，所以 d 處的電勢比 c 處高，a、b 錯誤；保持銅盤不動，磁場變?yōu)榉较虼怪庇阢~盤的交變磁場，則穿過銅盤的磁通量發(fā)生變化，故銅盤中有感應電流產生，但是此時不再

12、切割磁感線，所以 cd 不能當成電源，故 crd 回路中沒有電流產生，c 正確，d 錯誤 8.如圖，沿東西方向站立的兩同學(左西右東)做"搖繩發(fā)電'實驗：把一條長導線的兩端連在一個靈敏電流計(零刻度在表盤.)的兩個接線柱上，形成閉合回路，然后迅速搖動 mn 這段"繩'.假設圖中情景發(fā)生在赤道，則下列說法正確的是( ) a.當"繩'搖到最高點時，"繩'中電流最大 b.當"繩'搖到最低點時，"繩'受到的安培力最大 c.當"繩'向下運動時，n 點電勢比 m 點電勢高 d.搖&

13、quot;繩'過程中，靈敏電流計指針的偏轉方向不變 【參考答案】 c 【名師解析】 當"繩'搖到最高點時，繩轉動的速度與地磁場方向平行，不切割磁感線，沒有感應電流，故 a 錯誤；當"繩'搖到最低點時，"繩'轉動的速度與地磁場方向平行，不切割磁感線，沒有感應電流，"繩'不受安培力，故 b 錯誤.當"繩'向下運動時，地磁場向北，根據右手定則判斷可知，"繩'中 n 點電勢比 m 點電勢高，故 c 正確；在搖"繩'過程中，當"繩'向下運動和向上運動時，

14、"繩'切割磁感線的方向變化，則感應電流的方向變化，即靈敏電流計指針的偏轉方向改變，選項 d 錯誤. 二計算題 1.（2021 北京朝陽區(qū)考前保溫練習 1） （1）為了測量列車運行的速度和加速度大小，可采用如圖 1 所示的裝置，它由一塊安裝在列車車頭底部的強磁體和埋設在地面的一組線圈及電流測量記錄儀組成（測量記錄儀未畫出）。當列車經過線圈上方時，線圈中產生的電流被記錄下來，就能求出列車的速度和加速度。如圖 2 所示為鐵軌和 列車的俯視圖，假設磁體端部磁感應強度 b，且全部集中在端面范圍內，與端面垂直，磁體沿鐵軌方向的寬度與線圈寬度相同，線圈的匝數為 n，垂直于鐵軌方向長為 l，

15、不計自身電阻，電流測量記錄儀的電阻為 r。 圖 1 圖 2 a列車經過某一位置時，若記錄下來的電流為 i，求此時列車的速度大小； b假設列車做的是勻加速直線運動，先后經過線圈和線圈時，記錄的電流分別為 i 1 和 i 2 ，線圈之間的距離為 s ， 求列車在這兩個線圈之間的加速度的大小。 （2）有一種"電磁力小火車'玩具，其工作原理：一節(jié)干電池與兩塊扁圓柱狀釹鐵硼強磁鐵（磁鐵的厚度很小，可以忽略不計）緊密相連，充當"小火車'，將它放置于粗細均勻的裸銅導線(表面沒有絕緣層)繞成的螺線管內部（各環(huán)的銅導線之間互不相碰，且兩塊強磁鐵與銅導線接觸良好）；若電池的&q

16、uot;+'"-'極與兩塊磁鐵的"n'"s'極排布如圖 3 所示時，由于左端磁鐵受排斥力，右端磁鐵受吸引力，則干電池與磁鐵組成的"小火車'就會按照圖示的"運動方向'運動起來。已知：干電池的軸向總長度為 d，電池電動勢為 e，電池內阻為 r，長度為 d 的螺線管線圈與磁鐵的等效總電阻為 r，沿軸向的單位長度的螺線管線圈的匝數為 n，螺線管線圈的半徑為 r 0 ；以干電池的中點為坐標原點 o，沿干電池的軸向建立 x 坐標，由兩塊強磁鐵形成的磁場在螺線管線圈處沿徑向的分量 b 隨空間 x 的分布如 4

17、圖所示。 a"小火車'啟動瞬間（速度為零），干電池所在的螺線管線圈回路中形成的電流 i 0 的大小和小火車所受的電磁力 f 0 的大??； b"小火車'啟動后，經過一段時間的加速運動后，速度趨于穩(wěn)定，大小為 v，求穩(wěn)定時，螺線管線圈中產生的反電動勢 e 反 的大小和電流 i 的大小。 【名師解析】：（1）以列車為參考系，線圈相對于磁鐵的磁場反向運動，產生感應電動勢，繼而產生電流 a. e = nblv ； i =er；所以nblirv = （4 分） n n s s+-電池磁鐵 磁鐵銅線運動方向 b. 由（1）a 可知， v 1 =i 1 rnbl， v 2

18、=i 2 rnbl v 22-v 12=2as ；所以( )2 2 22 12 2 22i i ran b l s-= （4 分） （2）a. 啟動時，"小火車'速度為 0 根據全電路歐姆定律 i 0 =er+r； f 0 "= bi 0 nx2 p r0 其中012b xbx s b d-= =圖象的面積 所以 f 0 "=p neb 0 dr0r+r 根據牛頓第三定律 f 0 = f 0 "=p neb 0 dr0r+r（6 分） b. r re ei+-=反 0 0 02 2 e bi nx rv nrvbx p p = =反 由 a 可知

19、，012b xbx s b d-= =圖象的面積； 代入0 0e nrvb d p =反 所以r rd vb nr ei+-=0 0p（6 分） 2. (15 分)（2021 江蘇揚州期末）實驗小組想要探究電磁剎車的效果，在遙控小車底面安裝寬為 l、長為 2.5l 的 n 匝矩形線框 abcd，總電阻為 r，面積可認為與小車底面相同，其平面與水平地面平行，小車總質量為 m.如圖所示是簡化的俯視圖，小車在磁場外以恒定的功率做直線運動，受到地面阻力恒為 f，進入磁場前已達到最大速度 v，車頭(ab 邊)剛要進入磁場時立即撤去牽引力，車尾(cd 邊)剛出磁場時速度恰好為零已知有界磁場寬度為 2.5l

20、，磁感應強度為 b，方向豎直向下求： (1) 進入磁場前小車所受牽引力的功率 p； (2) 車頭剛進入磁場時，感應電流的大小 i； (3) 電磁剎車過程中產生的焦耳熱 q. 【名師解析】. (1) 小車達最大速度 v 后，小車做勻速直線運動，牽引力大小等于摩擦力 ff(2 分) 小車功率與牽引力的關系 pfv(2 分) 解得 pfv.(1 分) (2) 車頭剛進磁場時，回路感應電動勢 enblv(2 分) 根據閉合電路歐姆定律，感應電流 i er (2 分) i nblvr.(1 分) (3) 根據能量守恒 12 mv2 qf5l(3 分) 解得 q 12 mv2 5fl.(2 分) 3(20

21、21陜西西工大附中模擬)如圖所示，用水平絕緣傳送帶輸送一正方形單匝閉合銅線框，在輸送中讓線框隨傳送帶通過一固定的勻強磁場區(qū)域，銅線框在進入磁場前與傳送帶的速度相同，穿過磁場的過程中將相對于傳送帶滑動。已知傳送帶以恒定速度 v 0 運動，當線框的右邊框剛剛到達邊界 pq 時速度又恰好等于v 0 。若磁場邊界 mn、pq 與傳送帶運動方向垂直，mn 與 pq 的距離為 d，磁場的磁感應強度為 b，銅線框質量為 m，電阻均為 r，邊長為 l(ld)，銅線框與傳送帶間的動摩擦因數為 ，且在傳送帶上始終保持前后邊框平行于磁場邊界 mn，試求： (1)線框的右邊框剛進入磁場時所受安培力的大??； (2)線框

22、在進入磁場的過程中運動加速度的最大值以及速度的最小值； (3)從線框右邊框剛進入磁場到穿出磁場后又相對傳送帶靜止的過程中，傳送帶對閉合銅線框做的功。 【名師解析】 (1)閉合銅線框右側邊剛進入磁場時產生的電動勢 eblv 0 產生的電流 i er blv 0r 右側邊所受安培力 fbil b2 l 2 v0r (2)線框以速度 v 0 進入磁場，在進入磁場的過程中，受安培力和摩擦力的共同作用做變減速運動；進入磁場后，在摩擦力作用下做勻加速運動，當其右邊框剛剛到達 pq 時速度又恰好等于 v 0 。因此，線框在剛進入磁場時，所受安培力最大，加速度最大，設為 a m ；線框全部進入磁場的瞬間速度最

23、小，設此時線框的速度為v。線框剛進入磁場時，根據牛頓第二定律有 fmgma m ， 解得 a m b2 l 2 v0mrg， 在線框剛剛完全進入磁場又勻加速運動到達邊界 pq 的過程中，根據動能定理有 mg(dl) 12 mv20 12 mv2 ， 解得最小速度 v min v 2 0 2g（dl） (3)線框從右邊框進入磁場到運動至磁場邊界 pq 的過程中線框一直受摩擦力 fmg 由功的公式 w f1 fd 得摩擦力做功 w f1 mgd 閉合線框穿出磁場與進入磁場的受力情況相同，則完全穿出磁場的瞬間速度亦為最小速度 v，然后速度均勻增加到 v 0 ，產生的位移一定為 xdl(和在磁場中速度

24、 v 由增加 v 0 到的位移相同)閉合線框在右邊框出磁場到與傳送帶共速的過程中位移 xxld。 在此過程中摩擦力再做功 w f2 mgd 因此，閉合銅線框從剛進入磁場到穿出磁場后又相對傳送帶靜止的過程中，傳送帶對閉合銅線框做的功 w w f1 w f2 2mgd 【參考答案】 (1) b2 l 2 v0r (2) b2 l 2 v0mrg v 2 0 2g（dl） (3)2mgd 4在生產線框的流水線上，為了檢測出個別不合格的未閉合線框，讓線框隨傳送帶通過一固定勻強磁場區(qū)域（磁場方向垂直于傳送帶平面向下），觀察線框進入磁場后是否相對傳送帶滑動就能夠檢測出未閉合的不合格線框。其物理情景簡化如下

25、：如圖所示，通過絕緣傳送帶輸送完全相同的正方形單匝純電阻銅線框，傳送帶與水平方向夾角為 ，以恒定速度 v 0 斜向上運動。已知磁場邊界 mn、pq 與傳送帶運動方向垂直，mn 與 pq 間的距離為 d，磁場的磁感應強度為 b。線框質量為 m，電阻為 r，邊長為 l（ ）,線框與傳送帶間的動摩擦因數為 ，重力加速度為 。閉合線框在進入磁場前相對傳送帶靜止，線框剛進入磁場的瞬間，和傳送帶發(fā)生相對滑動，線框運動過程中上邊始終平行于 mn，當閉合線框的上邊經過邊界 pq 時又恰好與傳送帶的速度相同。設傳送帶足夠長，且線框在傳送帶上始終保持上邊平行于磁場邊界。求 （1）閉合線框的上邊剛進入磁場時所受安培

26、力 f 安 的大??； （2）從閉合線框上邊剛進入磁場至剛要出磁場所用的時間 t； （3）從閉合線框上邊剛進入磁場到穿出磁場后又相對傳送帶靜止的過程中，電動機多消耗的電能 e。 【名師解析】（1）根據安培力公式得：f 安 =bil 根據閉合電路歐姆定律得：i=e/r 根據法拉第電磁感應定律得：e=blv 0 由式聯立解得：f 安 =2 2b l vr （2）線框剛進入磁場至線框剛要出磁場的過程， 根據動量定理：mgsint+ ft -mgcost=0 根據安培力公式得：f=bil 根據閉合電路歐姆定律得：i=e/r 根據法拉第電磁感應定律得：e=blv 根據運動學公式得：l=vt 由得：t=(

27、) cos sinblmgr m a a -=10s （3）線框剛進入磁場至線框剛要出磁場的過程， 根據動能定理得：（mgcos-mgsin）d+w 安 1 =0 根據功能關系得：q 電 1 =-w 安 1 根據功能關系得：q f1 =mgcos（v 0 t-d） 從線框上邊剛進入磁場到穿出磁場后又相對傳送帶靜止的過程中： 根據能量守恒得：e=2mgsind+2q 電 1 +2q f1 得：e=( )2 coscos sinvblrm am a a - 5.（2021天津）磁懸浮列車是一種高速低耗的新型交通工具它的驅動系統簡化為如下模型，固定在列車 下端的動力繞組可視為一個矩形純電阻金屬框，電阻為 r，金屬框置于 xoy 平面內，長邊 mn 長為 l 平行于y 軸，寬度為 d 的 np 邊平行于 x 軸，如題 20-a6 圖 1 所示列車軌道沿 ox 方向，軌道區(qū)域內存在垂直于金屬框平面的磁場，磁感應強度 b 沿 ox 方向按正弦規(guī)律分布，其空間周期為 ，最大值為 b 0 ，如題 12-a6圖 2