2025-2026学年高二上学期物理期末复习小专题专项限时练习：电磁感应类实际情境问题

2025-2026学年高二上学期期末复习小专题专项限时练习 电磁感应类实际情境问题 （练习时长 60分钟） 一、传感器与电磁感应 1、柔性可穿戴设备导电复合材料电阻率的测量需要使用一种非接触式传感器．如图（a）所示，传感器探头线圈置于被测材料上方，给线圈通正弦交变电流如图（b）所示，电路中箭头为电流正方向。在时间内关于涡旋电流的大小和方向（俯视），下列说法正确的是（　　） A．不断增大，逆时针 B．不断增大，顺时针 C．不断减小，逆时针 D．不断减小，顺时针 2、摩托车和汽车上装有的磁性转速表的结构原理如图所示，转轴Ⅰ随待测物沿图示方向旋转，永久磁体同步旋转。铝盘、游丝和指针固定在转轴Ⅱ上，铝盘靠近永久磁体，当待测物以一定的转速旋转时，指针指示的转角即对应于被测物的转速。下列说法正确的是（） A．铝盘接通电源后，通有电流的铝盘才会在磁场作用下带动指针转动 B．永久磁体转动时，铝盘中产生感应电流，感应电流使铝盘受磁场力作用而转动 C．刻度盘上的零刻度线应标在刻度盘的a端 D．若去掉游丝和指针，使转轴Ⅱ可以无阻碍地自由转动，铝盘就能同永久磁体完全同步转动 3、某铁路安装有一种电磁装置可以向控制中心传输信号，以确定火车的位置和运动状态，其原理是将能产生匀强磁场的磁铁安装在火车首节车厢下面，如图甲所示（俯视图），当它经过安放在两铁轨间的线圈时，线圈便产生一个电信号传输给控制中心。线圈边长分别为和，匝数为，线圈和传输线的电阻忽略不计。若火车通过线圈时，控制中心接收到线圈两端的电压信号与时间的关系如图乙所示（、均为直线），、、、是运动过程的四个时刻，则火车（） A．在时间内做匀速直线运动 B．在时间内做匀减速直线运动 C．在时间内加速度大小为 D．在时间内和在时间内阴影面积相等 二、电动汽车与电磁感应 4、电动汽车具有零排放、噪声低、低速阶段提速快等优点．随着储电技术的不断提高，电池成本的不断下降，电动汽车逐渐普及． 电动机是电动汽车的核心动力部件，其原理可以简化为如图所示的装置：无限长平行光滑金属导轨相距，导轨平面水平，电源电动势为，内阻不计．垂直于导轨放置一根质量为的导体棒，导体棒在两导轨之间的电阻为，导轨电阻可忽略不计．导轨平面与匀强磁场垂直，磁场的磁感应强度大小为，导体棒运动过程中，始终与导轨垂直且接触良好．闭合开关，导体棒由静止开始运动，运动过程中切割磁感线产生动生电动势，该电动势总要削弱电源电动势的作用，我们把这个电动势称为反电动势，此时闭合回路的电流大小可用来计算． （1）在图中定性画出导体棒运动的图像，并通过公式推导分析说明电动汽车低速比高速行驶阶段提速更快的原因； （2）求导体棒从开始运动到稳定的过程中流过的总电荷量； 5、电动汽车的优点是自带能量回收系统。汽车正常行驶时，电动机消耗电能牵引汽车前进。当刹车时切断电源，由于惯性，给电动机一个动力，使电动机变成发电机，其工作原理可以简化为如图所示，一对与电容器平行的金属导轨水平放置，导轨间距，电阻不计。导轨通过单刀双掷开关分别和电源、超级电容器组成闭合回路。一根质量、电阻不计的金属杆ab垂直导轨水平放置，与导轨接触良好且与导轨间的动摩擦因数。整个装置处于垂直于导轨平面向外的匀强磁场中，磁感应强度大小，已知电源电动势，内电阻，超级电容器的电容，重力加速度。 （1）如果开关接1，求闭合瞬间杆的加速度； （2）如果开关接1，求杆能达到的最大速度； （3）如果开关接2，同时给杆一恒定水平向右的力，求电容器上电量Q与时间t的变化关系（电容器初始电量为零）。 三、电磁制动和电磁驱动技术与电磁感应 6、高楼火灾对人身安全危害极大，而高楼缓降救生器能很好地解决这一问题。如图所示是一种电磁阻尼缓降的简化模型，导轨位于竖直平面内，导轨间距离，两导轨与电阻R连接，其余电阻不计，水平虚线下方存在匀强磁场，磁感应强度，质量的导体棒ab垂直放置于导轨上，与导轨接触良好，将其由距虚线位置处由静止释放，经时间后进入磁场且恰好做匀速直线运动，运动后给导体棒施加一个竖直向上的恒力，并且此时由于磁感应强度发生变化使回路中不再有感应电流，导体棒再经过速度减为0，，则下列说法正确的是（　　） A．导体棒ab进入磁场做匀速直线运动的速度大小为2m/s B．导体棒ab静止释放的位置距虚线位置的距离为2cm C．回路磁通量的最大值为0.8Wb D．整个过程中回路中产生的焦耳热为8J 7、世界多国都在加紧研制真空管道超高速磁悬浮列车，某研发团队想要探究其电磁刹车的效果，在遥控小车底面安装N匝正方形线框abcd，边长为L，线框总电阻为R。其平面与水平轨道平行，小车总质量为m，其俯视图如图所示，小车到站需要减速时，在前方虚线PP'和QQ'之间设置一竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B。宽度为H，且H>L.若小车关闭引擎即将进入磁场前的速度为v0，在行驶过程中小车受到轨道阻力可忽略不计，不考虑车身其他金属部分的电磁感应现象。 （1）cd边刚进入磁场时线框内感应电流的大小和方向： （2）cd边刚进入磁场时，小车的加速度大小： （3）若小车完全进入磁场时速度为，求在此过程中通过线圈的电荷量和线圈产生的焦耳热。 8、当磁场相对于导体运动时，会带动导体一起运动，这种作用称为“电磁驱动”．“电磁驱动”在生产生活中有着非常广泛的应用． （1）如图所示，两条相距的平行金属导轨位于同一水平面内，其左端接一阻值为的电阻．矩形匀强磁场区域的磁感应强度大小为、方向竖直向下，金属杆位于磁场区域内且静置在导轨上．若磁场区域以速度匀速向右运动，金属杆会在安培力的作用下运动起来．除外其它电阻不计．请判断金属杆中的感应电流方向，并计算金属杆初始时电流的大小； （2）某种磁悬浮列车的驱动系统可简化为如下模型：固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为，金属框置于平面内，长为的边平行于轴，宽为的边平行于轴，如图所示．列车轨道沿方向，轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度沿方向按正弦规律分布，其空间周期为，最大值为，如图所示，且金属框同一长边上各处的磁感应强度均相同．当整个磁场以速度沿方向匀速平移时，磁场对金属框的作用力充当驱动力，使列车沿方向加速行驶．某时刻，列车速度为，边所在位置的磁感应强度恰为．设在短暂时间内，、边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略，并忽略一切阻力． ①若，求此刻列车的驱动力的大小； ②为使列车在此刻能获得最大驱动力，请写出与之间应满足的关系式，并计算最大驱动力的瞬时功率． 四、发电机与电磁感应 9、如图甲所示是法拉第制作的世界上最早的发电机的实验装置。有一个可绕固定转轴转动的铜盘，铜盘的一部分处在蹄形磁体中实验时用导线连接铜盘的中心C。用导线通过滑片与钢盘的边线D连接且接触良好，如图乙所示，若用外力转动手柄使圆盘转动起来，在CD两端会产生感应电动势（） A．如图甲所示，产生感应电动势的原因是铜盘盘面上无数个以C为圆心的同心圆环中的磁通量发生了变化 B．如图甲所示，因为铜盘转动过程中穿过铜盘的磁通量不变，所以没有感应电动势 C．如图乙所示，用外力顺时针（从左边看）转动铜盘，电路中会产生感应电流，通过R的电流自下而上 D．如图乙所示，用外力顺时针（从左边看）转动铜盘，电路中会产生感应电流，通过R的电流自上而下 10、物理学中有很多关于圆盘的实验，第一个是法拉第圆盘，圆盘全部处于磁场区域，可绕中心轴转动，通过导线将圆盘圆心和边缘与外面电阻相连。第二个是阿拉果圆盘，将一铜圆盘水平放置，圆盘可绕中心轴自由转动，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，第三个是费曼圆盘，一块水平放置的绝缘体圆盘可绕过其中心的竖直轴自由转动，在圆盘的中部有一个线圈，圆盘的边缘固定着若干带负电的金属小球。以下说法正确的是（） A．法拉第圆盘在转动过程中（俯视，圆盘顺时针转动），虽然圆盘中磁通量不变，但会有自上而下的电流流过电阻R B．阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，反之，转动小磁针，圆盘则不动 C．费曼圆盘中，当开关闭合的一瞬间，圆盘会顺时针（俯视）转动 D．法拉第圆盘和阿拉果圆盘都是电磁驱动的表现 11、发电机和电动机具有装置上的类似性，源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景。 在竖直向下的磁感应强度为的匀强磁场中，两根光滑平等金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距为，电阻不计。电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，以速度v（v平行于MN）向右做匀速运动。图1轨道端点间接有阻值为r的电阻，导体棒ab受到水平向右的外力作用。图2轨道端点间接有直流电源，导体棒ab通过滑轮匀速提升重物，电路中的电流为I。求 （1）图1中a、b两点间的电压； （2）在时间内，图1“发电机”产生的电能； （3）在时间内，图2“电动机”输出的机械能。 五、涡流与电磁感应 12、图甲所示是工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术的原理图．其原理是用通电线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变，从而获得物件内部是否断裂及位置的信息．如图乙所示的是一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来的跳环实验装置，将一个套环置于线圈L上且使铁芯穿过其中，闭合开关S的瞬间，套环将立刻跳起．对以上两个实例的理解正确的是（） A．涡流探伤技术运用了电流的热效应，跳环实验演示了自感现象 B．能被探测的物件和实验所用的套环必须是导电材料 C．以上两个实例中的线圈所连接的电源都必须是交流电源 D．以上两个实例中的线圈所连接的电源也可以都是稳恒电源 13、当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，线圈附近的导体中都会产生感应电流。如图所示，将绝缘导线绕在圆柱形铁块上，导线内通以交变电流，铁块内就会产生虚线所示的感应电流，即涡流。当线圈中的电流方向如图所示且正在减小时，下列判断正确的是（） A．线圈内部空间的磁感线方向竖直向下 B．从上往下看，铁块内沿虚线圆的涡流方向为顺时针方向 C．为减小涡流，可以把铁块沿横向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来 D．为减小涡流，可以把铁块沿纵向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 2025-2026学年高二上学期期末复习小专题专项限时练习 电磁感应类实际情境问题 （练习时长 60分钟） 一、传感器与电磁感应 1、柔性可穿戴设备导电复合材料电阻率的测量需要使用一种非接触式传感器．如图（a）所示，传感器探头线圈置于被测材料上方，给线圈通正弦交变电流如图（b）所示，电路中箭头为电流正方向。在时间内关于涡旋电流的大小和方向（俯视），下列说法正确的是（　　） A．不断增大，逆时针 B．不断增大，顺时针 C．不断减小，逆时针 D．不断减小，顺时针 【答案】D 2、摩托车和汽车上装有的磁性转速表的结构原理如图所示，转轴Ⅰ随待测物沿图示方向旋转，永久磁体同步旋转。铝盘、游丝和指针固定在转轴Ⅱ上，铝盘靠近永久磁体，当待测物以一定的转速旋转时，指针指示的转角即对应于被测物的转速。下列说法正确的是（） A．铝盘接通电源后，通有电流的铝盘才会在磁场作用下带动指针转动 B．永久磁体转动时，铝盘中产生感应电流，感应电流使铝盘受磁场力作用而转动 C．刻度盘上的零刻度线应标在刻度盘的a端 D．若去掉游丝和指针，使转轴Ⅱ可以无阻碍地自由转动，铝盘就能同永久磁体完全同步转动 【答案】B 3、某铁路安装有一种电磁装置可以向控制中心传输信号，以确定火车的位置和运动状态，其原理是将能产生匀强磁场的磁铁安装在火车首节车厢下面，如图甲所示（俯视图），当它经过安放在两铁轨间的线圈时，线圈便产生一个电信号传输给控制中心。线圈边长分别为和，匝数为，线圈和传输线的电阻忽略不计。若火车通过线圈时，控制中心接收到线圈两端的电压信号与时间的关系如图乙所示（、均为直线），、、、是运动过程的四个时刻，则火车（） A．在时间内做匀速直线运动 B．在时间内做匀减速直线运动 C．在时间内加速度大小为 D．在时间内和在时间内阴影面积相等 【答案】D 二、电动汽车与电磁感应 4、电动汽车具有零排放、噪声低、低速阶段提速快等优点．随着储电技术的不断提高，电池成本的不断下降，电动汽车逐渐普及． 电动机是电动汽车的核心动力部件，其原理可以简化为如图所示的装置：无限长平行光滑金属导轨相距，导轨平面水平，电源电动势为，内阻不计．垂直于导轨放置一根质量为的导体棒，导体棒在两导轨之间的电阻为，导轨电阻可忽略不计．导轨平面与匀强磁场垂直，磁场的磁感应强度大小为，导体棒运动过程中，始终与导轨垂直且接触良好．闭合开关，导体棒由静止开始运动，运动过程中切割磁感线产生动生电动势，该电动势总要削弱电源电动势的作用，我们把这个电动势称为反电动势，此时闭合回路的电流大小可用来计算． （1）在图中定性画出导体棒运动的图像，并通过公式推导分析说明电动汽车低速比高速行驶阶段提速更快的原因； （2）求导体棒从开始运动到稳定的过程中流过的总电荷量； 【答案】（1）导体棒运动的图像如图所示： （2）； 5、电动汽车的优点是自带能量回收系统。汽车正常行驶时，电动机消耗电能牵引汽车前进。当刹车时切断电源，由于惯性，给电动机一个动力，使电动机变成发电机，其工作原理可以简化为如图所示，一对与电容器平行的金属导轨水平放置，导轨间距，电阻不计。导轨通过单刀双掷开关分别和电源、超级电容器组成闭合回路。一根质量、电阻不计的金属杆ab垂直导轨水平放置，与导轨接触良好且与导轨间的动摩擦因数。整个装置处于垂直于导轨平面向外的匀强磁场中，磁感应强度大小，已知电源电动势，内电阻，超级电容器的电容，重力加速度。 （1）如果开关接1，求闭合瞬间杆的加速度； （2）如果开关接1，求杆能达到的最大速度； （3）如果开关接2，同时给杆一恒定水平向右的力，求电容器上电量Q与时间t的变化关系（电容器初始电量为零）。 【答案】（1）2.8m/s2；（2）8.75m/s；（3）Q=4t（C） 三、电磁制动和电磁驱动技术与电磁感应 6、高楼火灾对人身安全危害极大，而高楼缓降救生器能很好地解决这一问题。如图所示是一种电磁阻尼缓降的简化模型，导轨位于竖直平面内，导轨间距离，两导轨与电阻R连接，其余电阻不计，水平虚线下方存在匀强磁场，磁感应强度，质量的导体棒ab垂直放置于导轨上，与导轨接触良好，将其由距虚线位置处由静止释放，经时间后进入磁场且恰好做匀速直线运动，运动后给导体棒施加一个竖直向上的恒力，并且此时由于磁感应强度发生变化使回路中不再有感应电流，导体棒再经过速度减为0，，则下列说法正确的是（　　） A．导体棒ab进入磁场做匀速直线运动的速度大小为2m/s B．导体棒ab静止释放的位置距虚线位置的距离为2cm C．回路磁通量的最大值为0.8Wb D．整个过程中回路中产生的焦耳热为8J 【答案】AD 7、世界多国都在加紧研制真空管道超高速磁悬浮列车，某研发团队想要探究其电磁刹车的效果，在遥控小车底面安装N匝正方形线框abcd，边长为L，线框总电阻为R。其平面与水平轨道平行，小车总质量为m，其俯视图如图所示，小车到站需要减速时，在前方虚线PP'和QQ'之间设置一竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B。宽度为H，且H>L.若小车关闭引擎即将进入磁场前的速度为v0，在行驶过程中小车受到轨道阻力可忽略不计，不考虑车身其他金属部分的电磁感应现象。 （1）cd边刚进入磁场时线框内感应电流的大小和方向： （2）cd边刚进入磁场时，小车的加速度大小： （3）若小车完全进入磁场时速度为，求在此过程中通过线圈的电荷量和线圈产生的焦耳热。 【答案】（1），a→d→c→b→a；（2）；（3）； 8、当磁场相对于导体运动时，会带动导体一起运动，这种作用称为“电磁驱动”．“电磁驱动”在生产生活中有着非常广泛的应用． （1）如图所示，两条相距的平行金属导轨位于同一水平面内，其左端接一阻值为的电阻．矩形匀强磁场区域的磁感应强度大小为、方向竖直向下，金属杆位于磁场区域内且静置在导轨上．若磁场区域以速度匀速向右运动，金属杆会在安培力的作用下运动起来．除外其它电阻不计．请判断金属杆中的感应电流方向，并计算金属杆初始时电流的大小； （2）某种磁悬浮列车的驱动系统可简化为如下模型：固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为，金属框置于平面内，长为的边平行于轴，宽为的边平行于轴，如图所示．列车轨道沿方向，轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度沿方向按正弦规律分布，其空间周期为，最大值为，如图所示，且金属框同一长边上各处的磁感应强度均相同．当整个磁场以速度沿方向匀速平移时，磁场对金属框的作用力充当驱动力，使列车沿方向加速行驶．某时刻，列车速度为，边所在位置的磁感应强度恰为．设在短暂时间内，、边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略，并忽略一切阻力． ①若，求此刻列车的驱动力的大小； ②为使列车在此刻能获得最大驱动力，请写出与之间应满足的关系式，并计算最大驱动力的瞬时功率． 【答案】（1）由到；；（2）①；②，为 四、发电机与电磁感应 9、如图甲所示是法拉第制作的世界上最早的发电机的实验装置。有一个可绕固定转轴转动的铜盘，铜盘的一部分处在蹄形磁体中实验时用导线连接铜盘的中心C。用导线通过滑片与钢盘的边线D连接且接触良好，如图乙所示，若用外力转动手柄使圆盘转动起来，在CD两端会产生感应电动势（） A．如图甲所示，产生感应电动势的原因是铜盘盘面上无数个以C为圆心的同心圆环中的磁通量发生了变化 B．如图甲所示，因为铜盘转动过程中穿过铜盘的磁通量不变，所以没有感应电动势 C．如图乙所示，用外力顺时针（从左边看）转动铜盘，电路中会产生感应电流，通过R的电流自下而上 D．如图乙所示，用外力顺时针（从左边看）转动铜盘，电路中会产生感应电流，通过R的电流自上而下 【答案】C 10、物理学中有很多关于圆盘的实验，第一个是法拉第圆盘，圆盘全部处于磁场区域，可绕中心轴转动，通过导线将圆盘圆心和边缘与外面电阻相连。第二个是阿拉果圆盘，将一铜圆盘水平放置，圆盘可绕中心轴自由转动，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，第三个是费曼圆盘，一块水平放置的绝缘体圆盘可绕过其中心的竖直轴自由转动，在圆盘的中部有一个线圈，圆盘的边缘固定着若干带负电的金属小球。以下说法正确的是（） A．法拉第圆盘在转动过程中（俯视，圆盘顺时针转动），虽然圆盘中磁通量不变，但会有自上而下的电流流过电阻R B．阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，反之，转动小磁针，圆盘则不动 C．费曼圆盘中，当开关闭合的一瞬间，圆盘会顺时针（俯视）转动 D．法拉第圆盘和阿拉果圆盘都是电磁驱动的表现 【答案】C 11、发电机和电动机具有装置上的类似性，源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景。 在竖直向下的磁感应强度为的匀强磁场中，两根光滑平等金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距为，电阻不计。电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，以速度v（v平行于MN）向右做匀速运动。图1轨道端点间接有阻值为r的电阻，导体棒ab受到水平向右的外力作用。图2轨道端点间接有直流电源，导体棒ab通过滑轮匀速提升重物，电路中的电流为I。求 （1）图1中a、b两点间的电压； （2）在时间内，图1“发电机”产生的电能； （3）在时间内，图2“电动机”输出的机械能。 【答案】（1）；（2）；（3） 五、涡流与电磁感应 12、图甲所示是工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术的原理图．其原理是用通电线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变，从而获得物件内部是否断裂及位置的信息．如图乙所示的是一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来的跳环实验装置，将一个套环置于线圈L上且使铁芯穿过其中，闭合开关S的瞬间，套环将立刻跳起．对以上两个实例的理解正确的是（） A．涡流探伤技术运用了电流的热效应，跳环实验演示了自感现象 B．能被探测的物件和实验所用的套环必须是导电材料 C．以上两个实例中的线圈所连接的电源都必须是交流电源 D．以上两个实例中的线圈所连接的电源也可以都是稳恒电源 【答案】B 13、当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，线圈附近的导体中都会产生感应电流。如图所示，将绝缘导线绕在圆柱形铁块上，导线内通以交变电流，铁块内就会产生虚线所示的感应电流，即涡流。当线圈中的电流方向如图所示且正在减小时，下列判断正确的是（） A．线圈内部空间的磁感线方向竖直向下 B．从上往下看，铁块内沿虚线圆的涡流方向为顺时针方向 C．为减小涡流，可以把铁块沿横向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来 D．为减小涡流，可以把铁块沿纵向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来 【答案】D 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $