高考物理二輪復(fù)習(xí)專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練模型63 電磁感應(yīng)+圖像模型（解析版）

模型63電磁感應(yīng)+圖像模型1.（2023高考全國(guó)乙卷）一學(xué)生小組在探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，進(jìn)行了如下比較實(shí)驗(yàn)。用圖（a）所示的纏繞方式，將漆包線分別繞在幾何尺寸相同的有機(jī)玻璃管和金屬鋁管上，漆包線的兩端與電流傳感器接通。兩管皆豎直放置，將一很小的強(qiáng)磁體分別從管的上端由靜止釋放，在管內(nèi)下落至管的下端。實(shí)驗(yàn)中電流傳感器測(cè)得的兩管上流過(guò)漆包線的電流I隨時(shí)間t的變化分別如圖（b）和圖（c）所示，分析可知（）A.圖（c）是用玻璃管獲得的圖像B.在鋁管中下落，小磁體做勻變速運(yùn)動(dòng)C.在玻璃管中下落，小磁體受到的電磁阻力始終保持不變D.用鋁管時(shí)測(cè)得的電流第一個(gè)峰到最后一個(gè)峰的時(shí)間間隔比用玻璃管時(shí)的短【參考答案】A【命題意圖】本題考查電磁阻尼及其相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。【解題思路】強(qiáng)磁體從管的上端由靜止釋放，鋁管本身和線圈都將對(duì)強(qiáng)磁體產(chǎn)生電磁阻尼，在鋁管下落，強(qiáng)磁體做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，圖（c）是用玻璃管獲得的圖像，圖（b）是用鋁管獲得的圖像，A正確B錯(cuò)誤；在玻璃管中下落，線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流對(duì)小磁體下落產(chǎn)生電磁阻力，由安培力公式可知，電磁阻力與產(chǎn)生的感應(yīng)電流成正比，所以在玻璃管中下落，小磁體受到的電磁阻力逐漸增大，C錯(cuò)誤；由于在鋁管中下落，受到的電磁阻力大于在玻璃管中下落，所以用鋁管時(shí)測(cè)得的電流第一個(gè)峰到最后一個(gè)峰的時(shí)間間隔比用玻璃管時(shí)的長(zhǎng)，D錯(cuò)誤?！局R(shí)拓展】電磁阻尼的實(shí)質(zhì)是受到了與運(yùn)動(dòng)方向相反的安培力作用。2（2023高考全國(guó)甲卷）一有機(jī)玻璃管豎直放在地面上，管上有漆包線繞成的線圈，線圈的兩端與電流傳感器相連，線圈在玻璃管上部的5匝均勻分布，下部的3匝也均勻分布，下部相鄰兩匝間的距離大于上部相鄰兩匝間的距離。如圖（a）所示?，F(xiàn)讓一個(gè)很小的強(qiáng)磁體在玻璃管內(nèi)沿軸線從上端口由靜止下落，電流傳感器測(cè)得線圈中電流I隨時(shí)間t變化如圖（b）所示。則A.小磁體在玻璃管內(nèi)下降的速度越來(lái)越快B.下落過(guò)程中，小磁體的N極、S極上下顛倒了8次C.下落過(guò)程中，小磁體受到的電磁阻力始終保持不變D.與上部相比，小磁體通過(guò)線圈下部的過(guò)程中，磁通量變化率的最大值更大【參考答案】AD【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、電磁阻尼、對(duì)電流I隨時(shí)間t變化圖像的理解及其相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。【解題思路】由圖（b）可知，強(qiáng)磁體通過(guò)每匝線圈時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大值逐漸增大，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和閉合電路歐姆定律可知，小磁體通過(guò)每匝線圈時(shí)磁通量變化率越來(lái)越大，即小磁體在玻璃管內(nèi)下降的速度越來(lái)越快，A正確；下落過(guò)程中，小磁體的N極、S極上下沒(méi)有顛倒，B錯(cuò)誤；小磁體下落過(guò)程中受到的電磁阻力實(shí)質(zhì)就是安培力，根據(jù)安培力公式可知，下落過(guò)程中，小磁體受到的電磁阻力越來(lái)越大，C錯(cuò)誤；與上部相比，小磁體通過(guò)線圈下部的過(guò)程中，磁通量變化率的最大值更大，D正確。3.（2023學(xué)業(yè)水平等級(jí)考試上海卷）如圖所示，左側(cè)連接有電阻R的光滑平行導(dǎo)軌處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一金屬棒置于導(dǎo)軌上，對(duì)其施加外力使其運(yùn)動(dòng)，所受安培力變化如圖所示，取向右為正方向，則外力隨時(shí)間變化的圖像正確的是【參考答案】C【名師解析】對(duì)照安培力隨時(shí)間變化圖像可知，金屬棒做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，t0時(shí)刻速度減小到零，設(shè)加速度大小為a，所受安培力先向左后向右，金屬棒速度方向先向右后向左。金屬棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，I=BLv/R，v=v0-at。所受安培力FA=BIL=-SKIPIF1<0=-SKIPIF1<0=-F0+SKIPIF1<0，安培力隨時(shí)間變化圖像中SKIPIF1<0。根據(jù)牛頓第二定律，F(xiàn)+FA=-ma，解得F=-ma+SKIPIF1<0=F0-ma-SKIPIF1<0，對(duì)照各個(gè)選項(xiàng)圖，可知C正確。4.（2023學(xué)業(yè)水平等級(jí)考試上海卷）如圖（a）單匝矩形線框cdef放置在傾角θ=30°的斜面上，在寬度為D=0.4m的區(qū)域有垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.5T，線框質(zhì)量m=0.1kg，總電阻R=0.25Ω?，F(xiàn)對(duì)線框施加一沿斜面向上的力F使線框向上運(yùn)動(dòng)，ed邊離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)撤去外力F，線框速度隨時(shí)間變化的圖像如圖（b）。已知線框ef=0.4m，線框與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=SKIPIF1<0，g取9.8m/s2。求：（1）外力F的大小；（2）線框cf的長(zhǎng)度L；（3）整個(gè)過(guò)程中線框產(chǎn)生的焦耳熱Q。【參考答案】（1）1.48N（2）0.5m（3）0.4J【名師解析】（1）對(duì)線框受力分析如圖所示。由牛頓第二定律，F(xiàn)-mgsinθ-f=ma，N=mgcosθ，f=μN(yùn)。由速度圖像可知，在0~0.4s內(nèi)，a=SKIPIF1<0=5m/s2。聯(lián)立解得：F=1.5N.（2）對(duì)線框受力分析如圖所示。在線框勻速運(yùn)動(dòng)階段，F(xiàn)=mgsinθ+f+FA，N=mgcosθ，f=μN(yùn)。安培力FA=BIL，I=E/R,E=BLv，v=2.0m/s聯(lián)立解得：L=0.5m（3）由I=E/R,E=BLv，可得I=2A，線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)間和出磁場(chǎng)時(shí)間相等，都是t=ef/v=0.2s，由焦耳定律可得整個(gè)過(guò)程中線框產(chǎn)生的焦耳熱Q=I2R（2t）=0.4J最新模擬題1.（2024黑龍江大慶第一次質(zhì)檢）如圖所示，兩光滑導(dǎo)軌水平放置在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一根導(dǎo)軌位于x軸上，另一根導(dǎo)軌由ab、bc、cd三段直導(dǎo)軌組成，其中a點(diǎn)與x軸的坐標(biāo)原點(diǎn)O非常接近，但不接觸，bc段與x軸平行，導(dǎo)軌右端接入一定值電阻R。導(dǎo)軌上一金屬棒沿x軸正向以速度v0做勻速直線運(yùn)動(dòng)，t=0時(shí)刻通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O，金屬棒始終與軸x垂直。設(shè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)電阻的電流為i，金屬棒克服安培力做功的功率為P、導(dǎo)軌均與金屬棒接觸良好，忽略導(dǎo)軌與金屬棒的電阻，下列圖像可能正確的是（）A. B.C. D.【參考答案】B【名師解析】根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，金屬棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)SKIPIF1<0結(jié)合閉合電路歐姆定律，回路中的感應(yīng)電流SKIPIF1<0可見(jiàn)SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0，根據(jù)題意，金屬棒向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，切割磁感線的長(zhǎng)度SKIPIF1<0隨時(shí)間先均勻增大，后不變，最后均勻減小，而電阻兩端的電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)，故A錯(cuò)誤，B正確；CD．金屬棒所受安培力大小SKIPIF1<0則安培力的功率為SKIPIF1<0結(jié)合SKIPIF1<0隨時(shí)間變化的規(guī)律可知P先按開(kāi)口向上的拋物線規(guī)律增大，后不變，最后再按開(kāi)口向下的拋物線規(guī)律減小，故CD錯(cuò)誤。2.(2023北京海淀二模)如圖所示，MN和PQ是豎直放置的兩根平行光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)，MP間接有一定值電阻R，電阻為r的金屬桿cd保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。桿cd由靜止開(kāi)始下落并開(kāi)始計(jì)時(shí)，桿cd兩端的電壓U、桿cd所受安培力的大小F隨時(shí)間t變化的圖像，以及通過(guò)桿cd的電流I、桿cd加速度的大小a隨桿的速率v變化的圖像，合理的是（）A. B.C. D.【參考答案】D【名師解析】設(shè)桿長(zhǎng)為L(zhǎng)，桿下落過(guò)程中切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小為SKIPIF1<0故C錯(cuò)誤；根據(jù)牛頓第二定律有SKIPIF1<0即SKIPIF1<0，故D正確；桿所受安培力的大小為SKIPIF1<0桿下落過(guò)程中先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加速度為零時(shí)，速度保持不變，所以安培力隨速度先增大，后不變，其大小為mg，故B錯(cuò)誤；導(dǎo)體桿兩端的電壓為SKIPIF1<0速度先增大，后不變，所以U先增大，后不變，且U增大的越來(lái)越慢，即圖線的斜率減小，故A錯(cuò)誤。。3．如圖所示，在水平面內(nèi)固定一個(gè)“∠”導(dǎo)軌ABC，導(dǎo)體棒DE垂直于AB邊放置在光滑導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌由相同材料、相同粗細(xì)的導(dǎo)體制成，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直向下．導(dǎo)體棒在水平拉力作用下，向右勻速運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)的過(guò)程中，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E、感應(yīng)電流i、焦耳熱Q以及拉力F大小隨時(shí)間t的變化圖象中，正確的是（）A．B．C． D．【參考答案】．AC【名師解析】設(shè)“∠”型導(dǎo)軌的頂角為SKIPIF1<0，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻率為SKIPIF1<0，橫截面積為s，AB的長(zhǎng)度為SKIPIF1<0．A.由幾何知識(shí)可知，有效長(zhǎng)度SKIPIF1<0則感應(yīng)電動(dòng)SKIPIF1<0說(shuō)明電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間均勻減小，故A正確；B.由幾何知識(shí)可知，回路BDE總長(zhǎng)度為SKIPIF1<0所以總電阻為SKIPIF1<0根據(jù)閉合電路歐姆定律可知：SKIPIF1<0為一定值，故B錯(cuò)誤；C.根據(jù)安培力SKIPIF1<0則有：SKIPIF1<0說(shuō)明安培力隨時(shí)間均勻減小，故C正確；D.根據(jù)SKIPIF1<0則有：SKIPIF1<0說(shuō)明熱量隨時(shí)間不是均勻減小，故D錯(cuò)誤．4.（2023湖北孝感重點(diǎn)高中期中聯(lián)考）如圖所示，導(dǎo)體棒沿兩平行金屬導(dǎo)軌從圖中位置以速度v向右勻速通過(guò)一正方形磁場(chǎng)區(qū)域abcd，ac垂直于導(dǎo)軌且平行于導(dǎo)體棒，ac右側(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是左側(cè)的2倍且方向相反，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均不計(jì)，下列關(guān)于導(dǎo)體棒中感應(yīng)電流和所受安培力隨時(shí)間變化的圖像正確的是（規(guī)定電流從M經(jīng)R到N為正，安培力向左為正）（）A. B.C. D.【參考答案】AD【名師解析】導(dǎo)體棒由b運(yùn)動(dòng)到ac過(guò)程中，切割磁感線的有效長(zhǎng)度l隨時(shí)間t均勻增大，由E＝Blv可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E隨時(shí)間t均勻增大，由閉合電路歐姆定律可知，感應(yīng)電流I隨時(shí)間t均勻增大，則導(dǎo)體棒受到的安培力大小F＝IlB隨時(shí)間t增大得越來(lái)越快；由右手定則可知，感應(yīng)電流的方向?yàn)橛蒑經(jīng)R到N，電流為正值，由左手定則可知，導(dǎo)體棒所受安培力水平向左，為正值。導(dǎo)體棒由ac運(yùn)動(dòng)到d的過(guò)程中，由題知E′＝2Blv＝2E則導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長(zhǎng)度l相同時(shí)I′＝2I導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長(zhǎng)度l隨時(shí)間t均勻減小，則感應(yīng)電流I′隨時(shí)間t均勻減小，導(dǎo)體棒受到的安培力大小F′＝I′lB＝2F隨時(shí)間t減小得越來(lái)越慢；由右手定則可知，感應(yīng)電流的方向?yàn)橛蒒經(jīng)R到M，電流為負(fù)值，由左手定則可知，導(dǎo)體棒所受安培力水平向左，為正值。綜上所述，AD正確，BC錯(cuò)誤。5.(2022廣東江門(mén)模擬)在絕緣的水平桌面上固定有MN、PQ兩根平行的光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為l，電阻相同的金屬棒ab和cd垂直放在導(dǎo)軌上，兩棒正中間用一根長(zhǎng)為l的絕緣細(xì)線相連，棒ab右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等的勻強(qiáng)磁場(chǎng)I、Ⅱ，寬度也為l，磁場(chǎng)方向均垂直導(dǎo)軌，整個(gè)裝置的俯視圖如圖所示。從圖示位置在棒ab上加水平拉力，使金屬棒ab和cd向右勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域，則金屬棒ab中感應(yīng)電流i和絕緣細(xì)線上的張力大小F隨時(shí)間t變化的圖像，可能正確的是（規(guī)定金屬棒ab中電流方向由a到b為正）（）

A.B.C.D.【參考答案】AC【名師解析】ab棒進(jìn)入磁場(chǎng)開(kāi)始，由右手定則可知，金屬棒ab中感應(yīng)電流為SKIPIF1<0即為負(fù)，電動(dòng)勢(shì)為SKIPIF1<0感應(yīng)電流為SKIPIF1<0當(dāng)位移為l-2l時(shí)，cd棒也進(jìn)入磁場(chǎng)，由右手定則可知，金屬棒ab和cd均產(chǎn)生順時(shí)針感應(yīng)電流，即為正，設(shè)電路總電阻為R，感應(yīng)電流為SKIPIF1<0當(dāng)位移為2l-3l時(shí)，只有cd棒切割磁感線，根據(jù)右手定則，產(chǎn)生逆時(shí)針感應(yīng)電流，即為負(fù)，大小為SKIPIF1<0故A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)位移為0-l時(shí)，只有ab受到向左的安培力，則細(xì)線張力為零。當(dāng)位移為l-2l時(shí)，兩棒均受到向左的安培力，對(duì)cd，根據(jù)平衡條件，細(xì)線拉力向右，大小為SKIPIF1<0當(dāng)位移為2l-3l時(shí)，cd受到向左的安培力，對(duì)cd，根據(jù)平衡條件，細(xì)線拉力向右，大小為SKIPIF1<0故C正確，D錯(cuò)誤。6.(2023河北衡水五模).如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌上靜止放置兩根完全相同粗細(xì)均勻的導(dǎo)體棒ab、cd，整個(gè)裝置處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中?，F(xiàn)給ab棒一個(gè)平行于導(dǎo)軌的初速度并開(kāi)始計(jì)時(shí)，不計(jì)電磁輻射及金屬導(dǎo)軌的電阻，導(dǎo)體棒ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直并接觸良好，下列關(guān)于棒ab、cd中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、回路中的感應(yīng)電流i、導(dǎo)軌間的電壓u與時(shí)間t的函數(shù)關(guān)系圖像中，可能正確的是（）A. B. C. D.【參考答案】D【名師解析】設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，兩導(dǎo)體棒的質(zhì)量均為m、接入電路的長(zhǎng)度均為d、電阻均為R，導(dǎo)體棒SKIPIF1<0的初速度為SKIPIF1<0。某時(shí)刻t導(dǎo)體棒SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的速度分別為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，回路的感應(yīng)電流為i。由法拉第電磁感應(yīng)定律有SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0兩導(dǎo)體棒受到的安培力大小SKIPIF1<0與棒SKIPIF1<0的運(yùn)動(dòng)方向相反，與棒SKIPIF1<0的運(yùn)動(dòng)方向相同，所以棒SKIPIF1<0減速、棒SKIPIF1<0加速，當(dāng)兩棒速度相同時(shí)，回路中沒(méi)有感應(yīng)電流，兩棒做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由動(dòng)量守恒定律SKIPIF1<0解得最終兩棒的速度為SKIPIF1<0由于SKIPIF1<0減小、SKIPIF1<0增大，所以SKIPIF1<0減小，電流i減小，SKIPIF1<0減小，棒運(yùn)動(dòng)的加速度減小，即棒SKIPIF1<0做初速度為SKIPIF1<0、加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)，所以SKIPIF1<0減小得越來(lái)越慢，最終SKIPIF1<0趨于SKIPIF1<0，故A錯(cuò)誤；B．棒SKIPIF1<0做初速度為零、加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，所以SKIPIF1<0由零開(kāi)始增加得越來(lái)越慢，最終趨于SKIPIF1<0，故B錯(cuò)誤；C．由于SKIPIF1<0、i越來(lái)越小，最終SKIPIF1<0、i趨為零，故C錯(cuò)誤。D．兩導(dǎo)軌間的電壓SKIPIF1<0對(duì)兩棒由動(dòng)量守恒有SKIPIF1<0聯(lián)立得SKIPIF1<0故u恒定，D正確。7.（2023湖北部分名校聯(lián)考）如圖所示，MNQP是邊長(zhǎng)為L(zhǎng)和2L的矩形，在其由對(duì)角線劃分的兩個(gè)三角形區(qū)域內(nèi)充滿(mǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)線框，在外力作用下水平向左勻速運(yùn)動(dòng)，線框左邊始終與MN平行。設(shè)導(dǎo)線框中感應(yīng)電流i逆時(shí)針流向?yàn)檎?。若SKIPIF1<0時(shí)左邊框與PQ重合，則左邊框由PQ運(yùn)動(dòng)到MN的過(guò)程中，下列SKIPIF1<0圖像正確的是（）A. B.C. D.【參考答案】D【名師解析】SKIPIF1<0內(nèi)是線框的左邊框由PQ向左進(jìn)入磁場(chǎng)，根據(jù)右手定則知感應(yīng)電流為順時(shí)針（負(fù)），而切割磁感線的有效長(zhǎng)度隨著水平位移而均勻減小，則感應(yīng)電流的大小均勻減??；SKIPIF1<0內(nèi)，線框的前后雙邊同向同速切割相反的磁場(chǎng)，雙源相加為總電動(dòng)勢(shì)，電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針（正），兩邊的有效長(zhǎng)度之和等于L，則電流大小恒定。故選D。8.（2023浙江臺(tái)州部分重點(diǎn)高中聯(lián)考）將一段導(dǎo)線繞成圖甲所示的閉合回路，并固定在水平面（紙面）內(nèi)?；芈返腟KIPIF1<0邊置于垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)I中?；芈返膱A環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的磁場(chǎng)II，以向里為磁場(chǎng)II的正方向，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示。用F表示SKIPIF1<0邊受到的安培力，以水平向右為F的正方向，能正確反映F隨時(shí)間t變化的圖像是（）A. B.C. D.【