第十一章 电磁感应及其应用 章末素养提升-【导与练】2024高考物理一轮复习高中总复习第1轮复习讲义（新教材，鲁科版）

章末素养提升 [科学小报] 电磁弹射就是采用电磁场的能量来推动被弹射的物体向外运动,其实就是电磁炮的一种形式。过去常采用的弹射有机械弹射,如弹簧、皮筋等。能量弹射如:子弹(利用火药瞬间爆发能量)、磁悬浮列车等。电磁弹射的主要应用范围是大载荷的短程加速,在军事上比较典型的是航空母舰上的舰载飞机起飞弹射。电磁发射技术在全世界范围内都处于实验研究阶段,电磁弹射虽起步稍晚,但由于其潜在的应用前景,该项技术的研究还是备受重视。 [原创新题1] 已知航母上舰载机起飞所利用的电磁弹射系统原理可简化为如图所示,当固定线圈上突然通过直流电流时,线圈左侧的金属环被弹射出去。则下列说法正确的是(　　) A.若将金属环置于线圈的右侧,则金属环将不能弹射出去 B.金属环向左运动的瞬间有扩大趋势 C.增加线圈的匝数,不会影响金属环的加速度 D.合上开关S的瞬间,从左侧看金属环中产生沿逆时针方向的感应 电流 [原创新题2] 某兴趣小组开展电磁弹射系统的设计研究,如图甲所示,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B。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R0,同时施加回撤力F,在F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 vt图如图乙所示,在t1至t3时间内F=(800-10v) N,t3时撤去F。已知起飞速度v1=80 m/s,t1=1.5 s,线圈匝数n=100匝,每匝周长l=1 m,模型飞机的质量M=10 kg,动子和线圈的总质量m=5 kg,R0=9.5 Ω,B= 0.1 T。不计空气阻力和飞机起飞对动子运动速度的影响,求: (1)恒流源的电流I; (2)线圈电阻R; 法拉第电磁感应定律的应用 1.(2022·江苏卷,5)如图所示,半径为r的圆形区域内有垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度B随时间t的变化关系为B=B0+kt,B0、k为常量,则图中半径为R的单匝圆形线圈中产生的感应电动势大小为(　　) A.πkr2 B.πkR2 C.πB0r2 D.πB0R2 考题题型归类:考查基本规律的应用——法拉第电磁感应定律。 考查巧妙之处:有效面积的确定。 绕不过的数学:利用线性方程求出磁感应强度的变化率。 2.(2022·全国甲卷,16) 三个用同样的细导线做成的刚性闭合线框,正方形线框的边长与圆线框的直径相等,圆线框的半径与正六边形线框的边长相等,如图所示。把它们放入磁感应强度随时间线性变化的同一匀强磁场中,线框所在平面均与磁场方向垂直,正方形、圆形和正六边形线框中感应电流的大小分别为I1、I2和I3。则(　　) A.I1<I3<I2 B.I1>I3>I2 C.I1=I2>I3 D.I1=I2=I3 考题题型归类:考查基本规律的应用——法拉第电磁感应定律、电阻定律。 考查难点:决定电流大小公式的推导。 绕不过的数学:圆形、四边形、六边形面积和周长的求解。 电磁感应中的能量问题 3.(2022·全国乙卷,24)如图,一不可伸长的细绳的上端固定,下端系在边长为l=0.40 m的正方形金属框的一个顶点上。金属框的一条对角线水平,其下方有方向垂直于金属框所在平面的匀强磁场。已知构成金属框的导线单位长度的阻值为λ=5.0×10-3 Ω/m;在t=0到t=3.0 s时间内,磁感应强度大小随时间t的变化关系为B(t)=0.3- 0.1t(SI)。求: (1)t=2.0 s时金属框所受安培力的大小; (2)在t=0到t=2.0 s时间内金属框产生的焦耳热。 考题题型归类:考查基本规律的应用——法拉第电磁感应定律、安培力公式、焦耳定律。 考查巧妙之处:有效面积、有效长度、总长度的区分。 考查难点:多个公式的灵活应用。 4.(2022·浙江1月选考,21)如图所示,水平固定一半径r=0.2 m的金属圆环,长均为r,电阻均为R0的两金属棒沿直径放置,其中一端与圆环接触良好,另一端固定在过圆心的导电竖直转轴OO′上,并随轴以角速度ω=600 rad/s匀速转动,圆环内左半圆均存在磁感应强度大小为B1的匀强磁场。圆环边缘、与转轴良好接触的电刷分别与间距l1的水平放置的平行金属轨道相连,轨道间接有电容 C=0.09 F的电容器,通过单刀双掷开关S可分别与接线柱1、2相连。电容器左侧宽度也为l1、长度为l2、磁感应强度大小为B2的匀强磁场区域。在磁场区域内靠近左侧边缘处垂直轨道放置金属棒ab,磁场区域外有间距也为l1的绝