14 专题四 微专题 以科技前沿为背景考查电磁感应的应用（学生用书Word版）-【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）

以科技前沿为背景考查电磁感应的应用 　　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。 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。 (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)。 [听课记录]　________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 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(　　) 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 [听课记录]　________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 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(　　) 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＝ [听课记录]　________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 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： (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。 [听课记录]　________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 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： (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。 [听课记录]　________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 1/1 学科网（北京）股份有限公司 $ 微专题　以科技前沿为 背景考查电磁感应的应用 典例1　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。 (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。 (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 典例2　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。] 典例3　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。] 典例4　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。 (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＝＝。 (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－ 典例5　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。 (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 学科网（北京）股份有限公司 $