2023届高考物理一轮复习知识点精讲与2022高考题模考题训练专题92电磁感应在生活科技中的应用(解析版).pdf

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1、2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练第十五章电磁感应专题9 2电磁感应在生活科技中的应用第一部分知识点精讲电磁感应在生活中的应用电磁感应现象与生活密切相关，高考对这部分的考查更趋向于有关现代气息和STSE问题中信息题的考查。命题背景有电磁炉、电子秤、电磁卡、电磁焊接术、卫星悬绳发电、磁悬浮列车等。第二部分最新高考题精选1.(2 0 2 2 年 6月 浙 江 选 考)(1 0 分)舰载机电磁弹射是现在航母最先进的弹射技术，我国在这一领域已达到世界先进水平。某兴趣小组开展电磁弹射系统的设计研究，如 图 1所示，用于推动模型飞机的动子(图中未画出)与线圈绝缘并固定，线圈带动动子，可在

2、水平导轨上无摩擦滑动。线圈位于导轨间的辐向磁场中，其所在处的磁感应强度大小均为 瓦 开 关 S 与 1 接通，恒流源与线圈连接，动子从静止开始推动飞机加速，飞机达到起飞速度时与动子脱离；此时S 掷向2接通定值电阻R),同时施加回撤力F,在尸和磁场力作用下，动子恰好返回初始位置停下。若动子从静止开始至返回过程的。Y 图如图2所示，在 4至 f 3 时间内F=(8 0 0-1 0 o)N,h时撤去尸。已知起飞速度O i=8 0 m/s,f i=1.5 s,线圈匝数=1 0 0 匝，每匝周长/=l m,动子和线圈的总质量M=1 0 k g,Ro=9.5 Q,B=0.I T,不计空气阻力和飞机起飞对动

3、子运动速度的影响，求(1)恒流源的电流/;(2)线圈电阻R(3)时刻白。【参考答案】（1）80 A；（2）/?=0.5 Q：（3）/=2 s3 2【命题意图】本题考查电磁感应、安培力、动量定理、牛顿运动定律及其相关知识点。【解题思路】（I）由题意可知接通恒流源时安培力七=nBIl动子和线圈在07时间段内做匀加速直线运动，运动的加速度为。=会 根据牛顿第二定律有程=（M+加”代入数据联立解得A/）v.I=-=80 A （2）当S掷向2接通定值电阻吊）时，感应电流为nlBtxnBlv1=-此时安培力为%K七=3/7所以此时根据牛顿第二定律有2 2 p22/2 p2（80 0-1 0 v）+-u =

4、机 由图可知在：至4期间加速度恒定，则有-=1 0R1+R与+R解得R=0.5。,d =6 0 m/s2（3）根据图像可知12 2=6 5 s故/，=2 s；在0 7 2时间段内的位移aS=1 v/2=80 m而根据法拉第电磁感应定律有E=A4=功 竺 电 荷量的定义式A r A r,E%=/=存%可 得Nq=R+&从/3时刻到最后返回初始位置停下的时间段内通过回路的电荷量，根据动量定理有 nB lq=0 t T i c i ）联立.可得（，3 一/2+3 _/2）_1=（）解得A石+3-S2 2.（2 0 2 1 重庆高考）某眼动仪可以根据其微型线圈在磁场中随眼球运动时所产生的电流来追踪眼球

5、的运动。若该眼动仪线圈面积为S,匝数为N,处于磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈平面最初平行于磁场，经过时间t 后线圈平面逆时针转动至与磁场夹角为 9 处，则在这段时间内，线圈中产生的平均感应电动势的大小和感应电流的方向（从左往右看）为逆时针。B.C.D.N S c o s逆时针。tN B S sin 0N B S cos 0,顺时针。,顺时针。【参考答案】A【名师解析】经过时间3 面积为S的线圈平面逆时针转动至与磁场夹角为o 处，磁通量变化=B S si n O,由法拉第电磁感应定律，线圈中产生的平均感应电动势的大小为E=N =NB Ssin8.由楞次定律可判断出感应电流方向为逆时针方向，选项

6、A正确。t3.（2 0 2 1 年 6月浙江选考物理）一种探测气体放电过程的装置如图甲所示，充满就气（Ne）的电离室中有两电极与长直导线连接，并通过两水平长导线与高压电源相连。在与长直导线垂直的平面内，以导线为对称轴安装一个用阻值0 =1 0 C的细导线绕制、匝数N=5 x103的圆环形螺线管，细导线的始末两端以 d与阻值R =9 0。的电阻连接。螺线管的横截面是半径a =1.0 xl 0-2m 的圆，其中心与长直导线的距离厂=0.1m。气体被电离后在长直导线回路中产生顺时针方向的电流/,其图像如图乙所示。为便于计算，螺线管内各处的磁感应强度大小均可视为B =,其中=2x 10-7T-m/A。

7、(1)求06.0 xl(T 3s内通过长直导线横截面的电荷量Q；(2)求3.0 xl(r 3s时，通过螺线管某一匝线圈的磁通量；(3)若规定c R fd为电流的正方向，在不考虑线圈自感的情况下，通过计算，画出通过电阻R的%一，图像；(4)若规定c Rf d为电流的正方向，考虑线圈自感，定性画出通过电阻R的图像。【参考答案】(1)Q =0.5 C；(2)=6.28 x10-8 Wb：(3)见解析；(4)见解析【名师解析】(1)由电量和电流的关系4 =可知/-，图像下方的面积表示电荷量，因此有Q =Z加I +，2八弓+7 M 代入数据解得Q =0.5 C(2)由磁通量的定义可得=B S =-kl

8、x乃/,r代入数据可得=6.28 x IO W b(3)在01.0 xl()-3s时间内电流均匀增加，有楞次定律可知感应电流的方向c f R fd，产生恒定的感应电动势E=NA2=%二x”由闭合回路欧姆定律可得&=勺 t r 2 R +&代入数据解得i R=3.14 xl O-3A在L 0 xl(r 3s 5.0 xl(r 3s电流恒定，穿过圆形螺旋管的磁场恒定，因此感应电动势为零，感应电流为零，而在5.0 xl(r 3s 6.0 xl()T s时间内电流随时间均匀变化，斜率大小和01.0*10-3$大小相同，因此电流大小相同，由楞次定律可知感应电流的方向为dfH c，则图像如图所示k/10一

9、 3 AA3.14-:(4)考U 1.0 2.0 3.0 4.0 5：0 610 7.0 f/10 3sI II II I-3.14-虑臼感的情况下，线框会产生自感电动势阻碍电流的增加，因此电流是缓慢增加的，过一段时间电路达到稳定后自感消失，电流的峰值和之前大小相同，在1.0 xl 0-3s 5.0 xl(r 3s时间内电路中的磁通量不变化电流要减小为零，因此自感电动势会阻碍电流的减小，使得电流缓慢减小为零，电流图像如图选考)嫦娥五号成功实现月球着陆和返回，鼓舞人心。小明知道月球上没有空气，无法靠降落伞减速降落，于是设计了一种新型着陆装置。如图所示，该装置由船舱、间距为的平行导轨、产生垂直船舱

10、导轨平面的磁感应强度大小为B的匀强磁场的磁体和“八”型刚性线框组成，“八”型线框a b边可沿导轨滑动并接触良好。船舱、导轨和磁体固定在一起，总 质 量 为 3整个装置竖直着陆到月球表面前瞬间的速度大小为v o,接触月球表面后线框速度立即变为零。经过减速，在导轨下方缓冲弹簧接触月球表面前船舱已可视为匀速。已知船舱电阻为3 r,“A”型线框的质量为m 2,其7条边的边长均为1,电阻均为r;月球表面的重力加速度为2整个运动过程中只有a b边在磁场中，线框与月球表面绝缘，不计导轨电阻和摩擦阻力。(1)求着陆装置接触到月球表面后瞬间线框a b边产生的电动势E;(2)通过画等效电路图，求着陆装置接触到月球

11、表面后瞬间流过a b型线框的电流I o;(3)求船舱匀速运动时的速度大小v;(4)同桌小张认为在磁场上方、两导轨之间连接一个电容为C的电容器，在着陆减速过程中还可以回收部分能量，在其他条件均不变的情况下，求船舱匀速运动时的速度大小力和此时电容器所带电荷量qo卬Q铝2 【名师解析】(1)由法拉第电磁感应定律，着陆装置接触到月球表面后瞬间线框a b边产生的电动势E=B l v o o(2)根据题述，外电阻为三个3 1电阻并联，画出等效电路图如图，可知电路总电阻R=2 r,由闭合电路欧姆定律，着陆装置接触到月球表面后瞬间流过ab型线框的电流I=E/R噜（3）以速度v匀速运动时线框受到的安培力后=妇？

12、2 r根据牛顿第三定律，质量为ml部分受力F=心,方向竖直向上匀速运动条件，F=6联立解得：厂2 M382/2（4）匀速运动时电容器不充电放电，v=v=2喀3 B2广Uc=l l X 3 r=I r=.尸 型=更2欧=皿32 r 2 2 3 B2/2 6 B I5.（2020高考全国理综n）管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示，圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为兹 D.法拉第【参考答案】D【命题意图】本题考查电磁感应和物理学史。【解题思路】

13、线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，原理是电磁感应，电磁感应发现者是法拉第，选项D 正确。6.（2017 全国卷I,18）扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如 图16所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是（）口STM扫描头底盘紫铜薄板可加磁场区止；rp i ozilBc D【参考答案】A【名师解析】本题考查电磁感应、电磁阻尼及其相关的知识点。感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通

14、量发生变化。施加磁场来快速衰减STM的微小振动，其原理是电磁阻尼，在振动时通过紫铜薄板的磁通量变化，紫铜薄板中产生感应电动势和感应电流，则其受到安培力作用，该作用阻碍紫铜薄板振动，即促使其振动衰减.方案A中，无论紫铜薄板匕下振动还是左右振动，通过它的磁通量都发生变化；方案B中，当紫铜薄板上下振动时，通过它的磁通量可能不变，当紫铜薄板向右振动时，通过它的磁通量不变；方案C中，紫铜薄板上下振动、左右振动时，通过它的磁通量可能不变；方案D中，当紫铜薄板上下振动时,紫铜薄板中磁通量可能不变.综上可知，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是A.7.（2016江苏高考物理）电吉他中电拾音器的基本结

15、构如图所示,磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发生声音，下列说法正确的有（B）取走磁体，电吉他将不能正常工作（C）增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势（D）磁振动过程中，线圈中的电流方向不断变化【参考答案】B C D【名师解析】由于铜不能被磁化，所以选用铜质弦，电吉他不能正常工作，选 项A错误。取走磁体，金属弦不能被磁化，因此弦振动时，就不能在线圈中产生感应电流，电吉他就不能正常工作，选 项B正确。弦振动时，在线圈中磁通量变化率一定。由法拉第电磁感应定律，增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势，选 项C正确。磁振动过程中，由楞次定律可判断出

16、线圈中的电流方向不断变化，选项D正确。8.（2 0 1 5 重庆）题图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图，线圈匝数为n,面积为S.若在n到念时间内，匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈，其磁感应强度大小由B i 均匀增加到B 2,则该段时间线圈两端和匕之间的电势差%-如（）A.恒为f2-/lB.从。均匀变化到“S（与一外工 2 T|nS（B、BJC.恒为-二-Z2 fD.从 0均匀变化到_ S（区二优）12 T l【参考答案】C【名师解析】磁感应强度变化 率 丝=2二A ,产生的感应电动势E=S 些=nSAr t2-t ArB-B二一L,感应电动势方向为从a-b,b 点为高电势，a 点为低电势

17、。该段时间线圈两端和t2 T l方之间的电势 差 丸-%=型生，选项C正确。9.如图甲所示，磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区，刷卡器中有检测线圈。当以速度。刷卡时，在线圈中产生感应电动势，其 E-f 关系如图乙所示。如果只将刷卡速度改为景，线圈中的E-f 关系图可能是（）CD【参考答案】C【名师解析】若将刷卡速度改为引，线圈切割磁感线运动时产生的感应电动势大小将会减半，周期将会加倍，故 D 项正确，A、B、C 项错误。第三部分最新模拟题精选1-（2022福建福州3 月质检1）图甲是一款手机无线充电接收器，将其插入原本没有无线充电功能的手机的接口，并贴于手机背部，再将手机放在无线

18、充电器上即可实现无线充电。其工作原理如图乙所示，其 中 送 电 线 圈 和 受 电 线 圈 匝 数 比m=5：1,两个线圈中所接电阻的阻值均为上 当外间接上220V的正弦交变电源后，受电线圈中产生电流给手机充电;充电时，受电线圈中的电流为2A。若把装置线圈视为理想变压器、手机充电时，下列说法正确的是（）无线充电接收器A.cd间电压为U2=44VB.送电线圈中电流为/i=0.4AC.送电线圈和受电线圈线路上所接电阻R 的电压之比为5：1D.送电线圈和受电线圈线路上所接电阻R 的电功率比为25：1【参考答案】B【名师解析】送电线圈和受电线圈匝数比”2=5：1,如果原线圈接上220V的正弦交变电源后

19、，M 间电压为5=生=44丫现在原线圈两端电压小于220V,故 cd间电压为/2 0,k 0,。为坐标原点），垂直导轨平面向上的磁场中，运输车二恰好能以速度v无动力匀速下滑。求运输车二与导轨间的动摩擦因数42。（攵、丫 都是已知量）【参考答案】（1）%-丝 二4；（2）立；正心APT?mR 6 6 4mgR【名师解析】（1）运输车进站时，电路如图所示RE 丁 E _L当车速为U时，由法拉第电磁感应定律可得REi=B1 y3rv,E2=V3rv由闭合电路的欧姆定律1=”出导体棒所受的安培力4R6=4 4 +r,F2=BI2 运输车所受的合力a:选取小段时间,，运输车速度的变化量为口,由动量定理R

20、即生 里 包 ”加A。R523 r2-.M =m限两边求和R3B；，2d a”，0!-=nwt-mv0 解得R必 之 名(2)分析运输车的受力，将运输车的重力分解，如图所示 mR设轨道对运输车的支持力为N 1、N2,如图所示mgcosO图(b)由几何关系N、=mg c o s 0,N?=mg c o s 0又八=N，f2=N2运输车匀速运动mg s in 6 =/；+力 解得6(3)加磁场后，电流EI=4 R /3r-V ikdvr m.-=-则4 R 4Rmg sin 0=I 2 mg c o s 6 可得23k2d2r2v8mgRcos6解得G 3k2d2r2v2=-6 4mgR 20.(

21、2020天津七校联考)随着电磁技术的日趋成熟，新一代航母已准备采用全新的电磁阻拦技术，它的原理是飞机着舰时利用电磁作用力使它快速停止。为研究问题的方便，我们将其简化为如图所示的模型。在磁感应强度为反 方向如图所示的匀强磁场中，两根平行光滑金属轨道M M P。固定在水平面内，相距为L,电阻不计。轨 道 端 点 间 接 有 阻 值 为 R 的电阻。一个长为L、质量为八阻值为，的金属导体棒外垂直于MN、P Q 放在轨道上，与轨道接触良好。飞机着舰时质量为M 的飞机迅速钩住导体棒 外，钩住之后关闭动力系统并立即获得共同的速度。，忽略摩擦等次要因素，飞机和金属棒系统仅在安培力作用下很快停下来。求：Af

22、xxaxxxxxxI x x-飞 忑 也 丁 x.x/?n X X XXX1XX*X X X X八尸 X X&X X X X X X*(1)飞机在阻拦减速过程中获得的加速度“的最大值；(2)从飞机与金属棒共速到它们停下来的整个过程中电阻R 上产生的焦耳热QR；(3)从飞机与金属棒共速到它们停下来的整个过程中运动的距离x。【名师解析】：(1)产生的感应电动势，哧FBlL=(M+m)a解得“=标 而 不 加。(2)由能量关系可知飞机与金属棒共速到停下来的整个过程中，飞机与金属棒的动能全部转化为电路中产生的焦耳热，则有;(加+附。2=。5=得。解 得QR=R(M+m)v22(7?+r)(3)由动量定

23、理得F*,A/=O_(A/+/n)u-F*-A/=-B l LM=BLq初产(M+。解付口 一 BL由 q=I A/_ E1=而A 0=A7卜 =B Lx联立以上各式解得幽=函+鬻+吗D L於 8，R(M+7)O2(M+m)(R+r)o口案：(R+r)(M+?)(2)2(/?+r)(3)函?2 1.(1 4 分)(2 0 2 2 山东烟台重点高中期末)随着航空领域的发展，实现火箭回收利用，成为了各国都在重点突破的技术。其中有一技术难题是回收时如何减缓对地的碰撞，为此设计师在返回火箭的底盘安装了电磁缓冲装置。该装置的主要部件有两部分：缓冲滑块，由高强绝缘材料制成，其内部边缘绕有闭合单匝矩形线圈a

24、bed;火箭主体，包括绝缘光滑缓冲轨道M N、PQ和超导线圈(图中未画出)，超导线圈能产生方向垂直于整个缓冲轨道平面的匀强磁场。当缓冲滑块接触地面时，滑块立即停止运动，此后线圈与火箭主体中的磁场相互作用，火箭主体一直做减速运动直至达到软着陆要求的速度，从而实现缓冲。现已知缓冲滑块竖直向下撞向地面时，火箭主体的速度大小 为 v。,经过时间火箭着陆，速度恰好为零；线 圈 外 的 电 阻 为 R,其余电阻忽略不计；外 边 长 为/,火箭主体质量为?，匀强磁场的磁感应强度大小为8,重力加速度为g,一切摩擦阻力不计，求：(1)缓冲滑块刚停止运动时，线圈产生的电动势；(2)缓冲滑块刚停止运动时，火箭主体的加速度大小；(3)火箭主体的速度从v o 减到零的过程中系统产生的电能。【名师解析】.(1 4 分)(1)油边产生电动势：E=B Lvo（4分）（2 4-1 1（1 分）_ B l%.（1 分）R对火箭主体受力分析可得：Fnh-m g=m a.（2 分）n2 1 2解得：a=.（1 分）m R设下落t时间内火箭下落的高度为K对火箭主体由动量定理：mgt-abt=O mvo.（2 分）刖 片为mgi-=0 化简得仁吗丹.（1 分）根据能量守恒定律，产生的电能为：E=mgk+g m讳.（2 分）E =.g R（：,+g f）+L 喏代入数据可得：B十 2（1分）