14 专题四 微专题 以科技前沿为背景考查电磁感应的应用（课件PPT）-【高考快车道】2026年高考物理大二轮专题复习与策略（广东专版）

专题四　电路与电磁感应 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 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。 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 应用1　以电磁弹射系统为背景考查楞次定律的应用 [典例1]　(2025·内蒙古通辽三模)电磁弹射技术是一种利用电磁力推动物体的先进技术，广泛应用于航空母舰上的舰载机弹射系统和其他需要高速发射的场景。电磁弹射装置简化模型图如图所示，图中电源(内阻不计)的电动势E＝1×105 V。有一质量m＝2 kg、电阻R＝150 Ω、长度L＝0.5 m的金属棒(电磁弹射弹)，垂直放置在足够长的水平固定导轨上，导轨处在方向竖直向上、磁感应强度大小B＝50 T的匀强磁场中。闭合开关S，金属棒由静止加速运动至达到最大速度，即完成“弹射”。已知离开导轨前金属棒始终与导轨接触良好，不考虑其他电阻，不计一切摩擦。 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 (1)求金属棒的速度大小v1＝1×103m/s时，金属棒的加速度大小a； (2)求金属棒能获得的最大速度vm； (3)求弹射过程中流过金属棒的电荷量q； (4)若金属棒从静止至刚达到最大速度所用的时间为t，求该过程中金属棒的位移大小x(用t表示)。 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 [解析]　(1)金属棒的速度大小为v1＝1×103m/s时，金属棒切割磁感线产生的感应电动势为E1＝BLv1 此时回路中的电流为I＝ 代入数据解得I＝500 A 此时金属棒受到的安培力大小为FA＝BIL 解得FA＝1.25×104 N 根据牛顿第二定律有FA＝ma 解得a＝6.25×103 m/s2。 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 (2)金属棒切割磁感线产生的最大感应电动势Em＝BLvm 其中Em＝E 解得vm＝4×103 m/s。 (3)取向左为正方向，由动量定理有BLΔt＝mvm 其中q＝Δt 联立解得q＝320 C。 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 (4)由动量定理有BLt＝mvm 其中x＝t 整理得x＝－ 解得x＝(4×103t－1.92×103)m。 [答案]　(1)6.25×103 m/s2　(2)4×103 m/s　(3)320 C　(4)(4×103t－1.92×103)m 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 应用2　以键身车为背景考查电磁感应电路问题 [典例2]　(多选)一款健身车如图甲所示，图乙是其主要结构部件简化图，金属飞轮A和金属前轮C可绕同一转轴转动，飞轮A和前轮C之间有金属辐条，辐条长度等于飞轮A和前轮C的半径之差；脚踏轮B和飞轮A通过链条传动，从而带动前轮C在原位置转动，在室内就可实现健身。已知飞轮A的半径为rA，脚踏轮B的半径为rB，前轮C的半径为rC，整个前轮C都处在方向垂直轮面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。将阻值为R的电阻的a端用导线连接在飞轮A上，b端用导线连接前轮C的边缘。健身者脚蹬脚踏轮B使其以角速度ω顺时针转动，转动过程不打滑，电路中其他电阻忽略不计，下列说法正确的是(　　) 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 A．电阻a端的电势低于b端的电势 B．金属前轮边缘组成的圆形闭合回路的磁通量一直不变 C．电阻R的热功率与ω3成正比 D．ab两端电压为 √ √ √ 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 ABD　[根据题意，由右手定则可知，前轮C顺时针转动过程中，金属辐条切割磁感线，金属辐条中产生由飞轮A指向前轮C的电流，则电阻R的a端的电势低于b端的电势，故A正确；根据题意可知，整个前轮C都处在方向垂直轮面向里的匀强磁场内，则前轮C顺时针转动过程中，金属前轮边缘组成的圆形闭合回路的磁通量一直不变，故B正确；根据题意可知，脚踏轮B和飞轮A通过链条传动，由公式v＝ωr可知，脚踏轮B以角速度ω顺时针转动，则飞轮A转动的角速度 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 为ωA＝ω，辐条切割磁感线产生的感应电动势为E＝BL＝B·＝·，由于其他电阻不计，则电阻两端电压等于感应电动势，则电阻R的热功率为P＝＝ω2，则电阻R的热功率与ω2成正比，故C错误，D正确。故选ABD。] 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 应用3　以“嫦娥六号”新型着陆装置为背景考查楞次定律的应用 [典例3]　(多选)小红在查阅资料时看到了“嫦娥六号”的月球着落装置设计，她也利用所学知识设计了一个地球着落回收的电磁缓冲装置，其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓返回舱和地面间的冲击力。如图甲所示，在返回舱的底盘安装有均匀对称的4台电磁缓冲装置，其结构示意图如图乙所示。在缓冲装置的底板上，沿竖直方向固定着两个光滑绝缘导轨PQ、MN。导轨内侧安装有电磁铁(图中未画出)，能产生垂直于导轨平面的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B。导轨内的缓冲滑块K由高强度绝缘材料制成，滑块K上绕有闭合 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 矩形线圈abcd，线圈的总电阻为R，匝数为n，ab边长为L。假设整个返回舱以速度v0与地面碰撞后，滑块K立即停下，此后在线圈与轨道磁场的作用下使舱体减速，从而实现缓冲。返回舱质量为m，地球表面的重力加速度为g，一切摩擦阻力不计，缓冲装置质量忽略不计。则以下说法正确的是(　　) 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 A．滑块K的线圈中最大感应电流的大小Imax＝ B．若缓冲装置向下移动距离H后速度减为v，则此过程中每个缓冲线圈abcd中通过的电荷量q＝ C．若缓冲装置向下移动距离H后速度减为v，则此过程中每个缓冲线圈abcd中产生的焦耳热是Q＝ D．若要使缓冲滑块K和返回舱不相碰，且缓冲时间为t，则缓冲装置中的光滑导轨PQ和MN的长度至少为d＝ √ √ 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 AD　[滑块刚接触地面时感应电动势最大，Emax＝nBLv0，根据闭合电路的欧姆定律可得滑块K的线圈中最大感应电流的大小Imax＝，故A正确；若缓冲装置向下移动距离H后速度减为v，由q＝t，＝，＝n，ΔΦ＝BΔS＝BHL可得，此过程中每个缓冲线圈abcd中通过的电荷量为q＝，故B错误；设每个缓冲线圈产生的焦耳热为Q，由动能定理得mgH－4Q＝mv2－m，解得Q＝，故C错误；因为有4台减速装置，以竖直向上为正方向，利用动量定理得4·t－mgt＝mv0，其中t＝d，解得缓冲装置中的光滑导轨PQ和MN长度至少为d＝，故D正确。故选AD。] 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 应用4　以交通工具为背景考查电磁感应问题 [典例4]　中国高铁技术世界领先，被网友称为中国现代版的“四大发明”之一，其运行过程十分平稳，使得国内外网友啧啧称赞。某科研小组设计的电磁阻尼辅助刹车装置的原理示意图如图所示，固定在车厢底部的矩形超导线圈可以在智能系统控制下产生沿竖直方向的、磁感应强度大小为B的匀强磁场。在火车运行的平直轨道上，依次间隔分布着足够多的与轨道固连的n匝矩形金属线圈，每组线圈的电阻都为R，长度和间隔均为d，宽度为l。设火车以初速度v0无动力滑行进入减速区域，经时间t停止运动，超导线圈的长和宽也分别为d和l，火车整体的质量为m，运动过程中受到的摩擦阻力和空气阻力的合力恒为重力的k倍，重力加速度为g，求： 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 (1)火车刚进入减速区域时加速度a的大小； (2)火车减速过程中所经历的矩形线圈个数N； (3)火车减速过程中克服安培力做的功W。 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 [解析]　(1)火车刚进入减速区域时有E＝nBlv0 根据闭合电路欧姆定律有I＝ 根据牛顿第二定律有 nBIl＋kmg＝ma 联立可得a＝＋kg。 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 (2)设火车开始减速到停止所发生的位移为x，根据动量定理有 nBlt＋kmgt＝mv0 根据法拉第电磁感应定律有 ＝n＝ 根据闭合电路欧姆定律有＝ 联立解得x＝ N＝＝。 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 (3)对火车减速过程，根据能量守恒定律有 W＋kmgx＝m 解得W＝m－。 [答案]　(1)＋kg　(2)　(3)m－ 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 应用5　以游乐设施为背景考查电磁感应问题 [典例5]　(2025·北京西城二模)游乐场的“太空梭”先把座舱拉升到一定高度处释放，座舱下落到制动位置时，触发电磁制动开始减速。将座舱简化为正方形线框abcd，如图所示，线框下方存在宽度为L的匀强磁场区域，该区域的上下边界水平，磁感应强度的大小为B。线框从距磁场上边界高度为h处由静止开始自由下落。线框ab边进入磁场时开始减速，cd边穿出磁场时的速度是ab边进入磁场时速度的。已知线框的边长为L，质量为m，电阻为R，重力加速度大小为g，线框下落过程中ab边始终与磁场边界平行，不计空气阻力。求： 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 (1)线框ab边刚进入磁场时，产生的感应电动势大小E； (2)线框穿过磁场区域的过程中最大加速度的大小a； (3)线框穿过磁场区域的过程中产生的焦耳热Q。 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 [解析]　(1)设ab边刚进入磁场时的速度大小为v，线框进入磁场前做自由落体运动，有v2＝2gh ab边刚进入磁场时，产生的感应电动势大小E＝BLv＝BL。 (2)线框ab边刚进入磁场时，线框的加速度最大。 根据闭合电路欧姆定律，线框中感应电流的大小I＝ ab边受到安培力的大小F＝BIL 根据牛顿第二定律有F－mg＝ma，得a＝－g。 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 (3)线框穿过磁场的过程中，根据能量守恒定律有 Q＝mg×2L＋mv2－m＝2mgL＋mgh。 [答案]　(1)BL　(2)－g　 (3)2mgL＋mgh 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 【教师备选资源】 1．(多选)磁悬浮电梯是基于电磁学原理使电梯的轿厢悬停及上下运动的，如图甲所示，它主要由磁场和含有导线框的轿厢组成。其原理为：竖直面上相距为b的两根绝缘平行直导轨，置于等距离分布的方向相反的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面，磁感应强度大小均为B，每个磁场分布区间的长度都是a，相间排列，如图乙所示。当这些磁场在竖直方向匀速平动时，跨在两导轨间的宽为b、长为a、总电阻为R的导线框MNPQ(固定在轿厢上)将受到安培力。当磁场平动速度为v1时，轿厢悬停；当磁场平动速度为v2时，轿厢最终竖直向上做匀速运动。重力加速度为g，下列说法正确的是(　　) 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 A．速度v1和v2的方向都是竖直向上 B．速度v1的方向竖直向上，速度v2的方向竖直向下 C．导线框和电梯轿厢的总质量为 D．轿厢匀速上升的过程中，外界每秒钟提供给轿厢系统的总能量为 √ √ √ 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 ACD　[轿厢悬停或者竖直向上做匀速运动时，均需要竖直向上的安培力，由楞次定律的“阻碍作用”可知，磁场相对轿厢的运动方向均为竖直向上，即速度v1和v2的方向都是竖直向上，故A正确，B错误；轿厢悬停时，导线框中的电流大小为I1＝＝，又mg＝2BI1b，联立解得m＝，故C正确；当磁场平动速度为v2时，线框向上运动，当其加速度为零时，达到最大速度，有I2＝，又mg＝2BI2b，联立解得v上＝v2－v1，电梯向上匀速运动时，外界每秒钟提供给轿厢系统的总能量等于线框的焦耳热与重力势能增加量之和，即E总＝Rt＋mgv上t＝，D正确。故选ACD。] 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 2．据报道，2023年11月福建号航母成功完成了舰载电磁弹射实验，电磁弹射是利用运动磁场对闭合线圈的电磁力来驱动物体运动的。如图所示是某个电磁驱动的模拟场景，水平面上等距分布着宽度和间距都为L＝0.2 m的有界匀强磁场，磁场方向竖直向上，通过控制使整个磁场以v0＝20 m/s的速度水平向右匀速运动。两个放在水平面上的导线框a、b表面绝缘，它们的质量均为m＝0.2 kg、边长均为L＝0.2 m、电阻均为R＝1 Ω，与水平面间的动摩擦因数分别为μ1＝0.2、μ2＝0.4，两线框在如图位置静止释放，b恰能保持静止，a在安培力驱动下向右运动，然后与b发生弹性碰撞，已知a在与b碰撞前已达到最大速度，忽略a、b产生的磁场，以及运动磁场的电磁辐射效应，重力加速度g取10 m/s2。试求： 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 (1)磁感应强度B的大小； (2)导线框a与b碰撞前的最大速度和首次碰撞后a、b速度的大小； (3)首次碰撞后a、b相距最远瞬间，a的速度为多大?若首次碰撞后到两者相距最远用时t＝3.5 s，且在这段时间内a移动的距离sa＝9.7 m，则在这段时间内b的位移为多大? 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 [解析]　(1)由题知，一开始b恰能保持相对静止，则有BIbL ＝ μ2mg 其中Eb ＝ BLv0，Ib＝ 联立解得B ＝ 1 T。 (2)当a达到最大速度时，有BIaL ＝ μ1mg 其中Ea ＝ BL(v0－vm)，Ia＝ 联立解得vm ＝ 10 m/s a、b发生弹性碰撞，由动量守恒定律和机械能守恒定律有mvm＝mvb＋mva，m＝m＋m 解得va ＝ 0，vb ＝ 10 m/s。 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 (3)由于碰撞后a、b组成的系统合外力为零，则a、b组成的系统动量守恒，则a、b共速时相距最远，有mvm ＝2mv共 解得v共 ＝ 5 m/s 所以首次a、b相距最远瞬间，a的速度大小为5 m/s。 在这段时间内的任意时刻均满足：mvm＝mva＋mvb 则有：∑mvmΔt＝∑mvaΔt＋∑mvbΔt 可得：vmt＝sa＋sb 解得：sb＝vmt－sa＝10×3.5 m－9.7 m＝25.3 m。 [答案]　(1)1 T　(2) 10 m/s　va＝0，vb＝10 m/s　(3)5 m/s　25.3 m 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 3．如图甲所示为某款车轮带有闪烁灯的儿童自行车，其车轮闪烁灯的电路结构如图乙所示，在车轮与轴承之间均匀分布着三根金属条，每根金属条上串联有一个阻值为R0＝0.32 Ω 的小灯泡，金属条与车轮金属边框构成闭合回路，金属条的长度l＝0.4 m。车架上分布有强磁铁，可以在车轮圆面的范围内形成匀强磁场，磁感应强度大小为B＝0.6 T，方向如图乙所示，自行车前、后齿轮半径分别为r1＝0.2 m、r2＝0.1 m，如图丙所示，不计车轮厚度和其他电阻影响。求： 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 (1)磁场中金属条两端的电压为0.16 V时，车轮转动的角速度ω； (2)若人以n＝ r/min的转速蹬脚蹬，3个小灯泡发光的总功率。 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 [解析]　(1)金属条切割磁感线产生的感应电动势E＝I 电流大小为I＝ 联立解得E＝0.48 V 根据法拉第电磁感应定律可得E＝Bl2ω 解得ω＝10 rad/s。 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 (2)后轮转动的角速度ω1＝＝20 rad/s 根据法拉第电磁感应定律可得金属条切割磁感线产生的感应电动势E1＝Bl2ω1 解得E1＝0.96 V 电路中的总电阻为R＝R0＋ 解得R＝0.48 Ω 3个小灯泡发光的总功率为P＝ 解得P＝1.92 W。 [答案]　(1)10 rad/s　(2)1.92 W 周末滚动融合卷 微专题　以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 $