15 第1阶段 专题4 命题新动向3 以科技前沿为背景考查电磁感应的应用-【提分教练】2024年新高考物理二轮总复习课件（老教材）

第一阶段 突破核心　升华思维 命题新动向3　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 专题四　电路与电磁感应 1 物理作为与实际结合紧密的学科，理论联系实际，学以致用，可以提高学科素养和分析解决实际问题的能力。电路与电磁感应专题与生产、生活、科技、交通运输相联系的命题载体较多，而且近几年高考题中多次出现以电磁感应综合应用为背景创设的探索性问题，现列举以下实例，希望引起同学们的重视。 命题新动向3　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 应用1　以近场通信器件为背景考查电磁感应的应用 [典例展示1]　(2023·湖北卷)近场通信(NFC)器件应用电磁感应原理进行通讯，其天线类似一个压平的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大。如图所示，一正方形NFC线圈共3匝，其边长分别为1.0 cm、1.2 cm和1.4 cm，图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘。若匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度变化率为103 T/s，则线圈产生的感应电动势最接近(　　) A．0.30 V　　B．0.44 V　　C．0.59 V　　D．4.3 V √ B　[由题图可知三匝面积不同的线圈为串联关系，故线圈产生的总感应电动势为三匝线圈产生的感应电动势之和，则总电动势E＝＝0.44 V，B正确，A、C、D错误。] 命题新动向3　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 应用2　以带灯的自行车为背景考查电磁感应电路问题 [典例展示2]　(多选)如图所示为带灯的自行车后轮的示意图，金属轮框与轮轴之间均匀地连接四根金属条，每根金属条中间都串接一个阻值为3 Ω 的小灯泡，车轮半径为0.3 m，轮轴半径可以忽略。车架上固定一个强磁铁，可形成圆心角为60°的扇形匀强磁场区域，磁感应强度大小为2.0 T，方向垂直于纸面(车轮平面)向里。若自行车后轮逆时针转动的角速度恒为10 rad/s，不计其他电阻，则下列说法正确的是(　　) A．通过每个小灯泡的电流始终相等 B．当金属条ab在磁场中运动时，金属条ab中的电流方向为 从b指向a C．当金属条ab在磁场中运动时，电路的总电阻为4 Ω D．当金属条ab在磁场中运动时，所受的安培力大小为0.135 N √ √ √ 命题新动向3　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 BCD　[当其中一根金属条在磁场中切割磁感线时，该金属条 相当于电源，其他三根金属条相当于外电路且并联，根据电 路特点可知，通过磁场中的那根金属条的电流是通过其他每 根金属条电流的三倍，故A错误；当金属条ab在磁场中运动 时，根据右手定则可知，通过金属条ab中的电流方向为从b指向a，故B正确；金属条ab在匀强磁场中运动时充当电源，其余为外电路且并联，其等效电路如图所示，设电路的总电阻为R总，根据电路图可知，R总＝R＋R＝3 Ω＋×3 Ω＝4 Ω，故C正确；当金属条ab在磁场中运动时，产生的感应电动势为E＝Br2ω＝×2×0.32×10 V＝0.9 V，此时通过ab的电流为I＝＝ A＝0.225 A，所以金属条ab所受的安培力大小为FA＝BIr＝2×0.225×0.3 N＝0.135 N，故D正确。] 应用3　以火箭停落装置为背景考查电磁感应的综合问题 [典例展示3]　(2023·浙江卷)某兴趣小组设计了一种火箭落停装置，简化原理如图所示，它由两根竖直导轨承载火箭装置(简化为与火箭绝缘的导电杆MN)和装置A组成，并形成闭合回路。装置A能自动调节其输出电压确保回路电流I恒定，方向如图所示。导轨长度远大于导轨间距，不论导电杆运动到什么位置，电流I在导电杆以上空间产生的磁场近似为零，在导电杆所在处产生的磁场近似为匀强磁场，大小B1＝kI(其中k为常量)，方向垂直于导轨平面向里；在导电杆以下的两导轨间产生的磁场近似为匀强磁场，大小B2＝2kI，方向与B1相同。火箭无动力下降到导轨顶端时与导电杆粘接，以速度v0进入导轨，到达绝缘停靠平台时速度恰好为零，完成火箭落停。已知火箭与导电杆的总质量为M，导轨间距d＝，导电杆电阻为R。导电杆与导轨保持良好接触滑行，不计空气阻力和摩擦力，不计导轨电阻和装置A的内阻。在火箭落停过程中： 命题新动向3　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 (1)求导电杆所受安培力的大小F和运动的距离L； (2)求回路感应电动势E与运动时间t的关系； (3)求装置A输出电压U与运动时间t的关系和输出的能量W； (4)若R的阻值视为0，装置A用于回收能量，给出装置A可回收能量的来源和大小。 命题新动向3　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 [解析]　(1)由题意可知导电杆所受安培力的大小为F＝B1Id＝kI×I×＝3Mg 对火箭和导电杆整体由牛顿第二定律有F－Mg＝Ma 联立解得加速度大小a＝2g 对导电杆的运动进行分析有v0＝at0 L＝ 解得L＝。 (2)由题意可知，导电杆下落产生