三大观点在电磁感应中的应用 讲义-2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习讲义聚焦电磁感应三大观点（力、能量、动量）应用，以单棒/双棒运动、线框磁场穿行、电路能量转化为核心考点，按基础模型到复杂情境的逻辑层次构建知识网络。通过考点梳理、方法指导（如电磁感应中的动量定理应用）、真题演练（11道选择+9道计算）等环节，帮助学生突破电磁感应综合问题分析难点。 讲义采用分层递进训练法，选择题夯实基础模型（如单棒减速运动），计算题提升综合应用（如含电容/碰撞的电磁感应问题），突出科学思维与物理观念培养。例如在分析线框进出磁场时，引导学生用能量观念梳理焦耳热与动能变化关系，通过即时反馈和方法总结，帮助学生高效掌握解题策略，为教师把控复习进度、提升学生应考能力提供有力支持。

实战演练:三大观点在电磁感应中的应用讲练 1. (多选)如图，方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨，两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上，t＝0时，棒ab以初速度v0向右滑动．运动过程中，ab、cd始终与导轨垂直并接触良好，两者速度分别用v1、v2表示，回路中的电流用I表示．下列图像中可能正确的是(　 　) 2. (多选)如图所示，水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ，两导轨间距为l,电阻均可忽略不计，在M和Q之间接有一阻值为R的电阻，导体杆ab质量为m、电阻为r,并与导轨接触良好，整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中.现给ab杆一个初速度v0,使杆向右运动， ab杆最后停在导轨上。下列说法正确的是( ) A. ab杆将做匀减速运动直到静止 B. ab杆速度减为时，ab杆加速度大小 C. ab杆速度减为时，ab杆安培力大小 D.整个过程回路产生的热量为 3. (多选)如图所示，水平光滑绝缘桌面上存在宽度均为2L、大小均为B的有界匀强磁场，I区域的磁感应强度方向垂直纸面向外，II区域的磁感应强度方向垂直纸面向里。一质量为m、边长为L、电阻为R的正方形金属线框以初速度v0水平向右运动，当金属框的cd边刚好进入I区域磁场时，线框的速度刚好为零。则( ) A.线框ab边进人I磁场时，ab两端的电压为BLv0 B.线框ab边在II区域磁场运动的过程中感应电流方向沿adcba C.线框进入I区域磁场的时间小于在II区域磁场运动的时间 D.金属线框的最大加速度为 4. (多选)某电磁缓冲装置如图所示，两足够长的平行金属导轨置于同一水平面内，导轨宽度为，导轨左端与一阻值为R的定值电阻相连，导轨BC段与段粗糙，其余部分光滑，右侧处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为，一质量为m的金属杆垂直导轨放置。现让金属杆以初速度沿导轨向右经过进入磁场，最终恰好停在处。已知金属杆接入导轨之间的阻值为R，与粗糙导轨间的摩擦因数为，金属杆在区域运动的时间为，AB＝BC＝d。导轨电阻不计，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A. 金属杆经过的速度等于 B. 在整个过程中，定值电阻R产生的热量为 C. 金属杆经过区域，金属杆所受安培力的冲量大小为 D. 若将金属杆的初速度加倍，则金属杆在磁场中运动的距离等于4d 5. (多选)如图所示，光滑的平行金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨处在垂直于水平面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，左侧导轨间的距离为，右侧导轨间的距离为L，导体棒1、2垂直放置于导轨之间，导体棒1放置在左侧导轨上，导体棒2放置在右侧导轨上，且与导轨接触良好，导体棒1、2的材料相同，且两棒的电阻相等。初始时导体棒2静止在导轨上，导体棒1以初速度开始向右运动，导体棒1始终在宽导轨上，导轨都足够长，导体棒2的质量为m，导轨电阻不计，则（　 　） A． 初始状态，导体棒1两端的电压为 B． 导体棒1最终以速度匀速运动 C． 系统稳定后两棒的电动势均为 D． 从静止开始到系统稳定导体棒2的发热量为 6. (多选)如图所示，半径为r的粗糙四分之一圆弧导轨与光滑水平导轨平滑相连，四分之一圆弧导轨区域没有磁场，水平导轨区域存在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场，导轨间距为d，ab、cd是质量为m、电阻为R的金属棒，导轨电阻忽略不计．cd静止在平滑轨道上，ab从四分之一圆弧轨道顶端由静止释放，在圆弧轨道上克服阻力做功mgr，水平导轨足够长，ab、cd始终与导轨垂直并接触良好，且不会相撞，重力加速度为g.从ab棒进入水平轨道开始，下列说法正确的是(　 　) A．ab棒先做匀减速运动，最后做匀速运动 B．cd棒先做匀加速直线运动，最后和ab以相同的速度做匀速运动 C．ab棒刚进入磁场时，cd棒电流为 D．ab棒的最终速度大小为 7. (多选)如图所示，两平行光滑导轨MN、M'N'左端通过导线与电源和不带电电容器相连，导轨平面水平且处于竖直向下的匀强磁场中，有一定阻值的导体棒ab垂直导轨处于静止状态。现将开关S与1闭合，当棒达到稳定运动状态后S与2闭合，导轨足够长，电源内阻不计。则（　 　）    A．S与1闭合后，棒ab做匀加速直线运动 B．从S与1闭合到棒ab达到某一速度，电源消耗的电能等于棒获得的动能和电路产生的焦耳热 C．S与2闭合后，棒ab中电流不断减小直到零 D．S与2闭合后，棒ab的速度不断减小直到零 8. (多选)如图，间距为L的平行导轨竖直固定放置，导轨上端接有阻值为R的定值电阻，矩形匀强磁场Ⅰ、Ⅱ的宽度均为d，磁场Ⅰ的下边界和磁场Ⅱ的上边界间距为d，磁场的磁感应强度大小均为B。一根质量为m、电阻为R的金属棒由静止释放，释放的位置离磁场Ⅰ的上边界距离为2d，金属棒进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等，金属棒运动过程中始终保持水平且与导轨接触良好，其余电阻不计，重力加速度为g，下列说法正确的是（     ） A．金属棒刚进入磁场Ⅰ时的速度大小为 B．金属棒刚出磁场Ⅰ时的速度大小为 C．金属棒穿过两个磁场后电阻R中产生的焦耳热为2mgd D．金属棒穿过磁场Ⅰ所用的时间为 9.(多选)如图，一间距为l的足够长光滑平行金属导轨固定在绝缘水平桌面上，左端接一电动势为E的电源，导轨间存在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场。一质量为m的导体棒甲置于导轨上，与导轨垂直且接触良好，接入电阻为R，与甲平行的绝缘棒乙静止在导轨上。甲在导轨上以v向右做匀速直线运动，在某时刻和乙发生正碰，碰撞时间极短，碰后瞬间甲的速度变为0，乙的速度变为。以碰撞瞬间为计时起点，时刻二者速度相等，甲在加速运动中于时刻追上乙。除甲、乙外，其余电阻可忽略，则（　 　） A. v的大小为 B. 乙的质量为m C. 时间内流过甲的电荷量为 D. 时间内流过甲的电荷量小于 10.(多选)如图所示，光滑绝缘水平面上放置一个边长为L的正方形导线框abcd。在与的区域内存在垂直水平面大小相等方向相反的匀强磁场，现给线框初速度让其垂直边界进入左侧磁场，线框cd边恰好能出右侧磁场，已知线框ab边刚进入左侧磁场时所受安培力大小为，线框始终垂直于磁场。则运动过程中线框速度大小v、所受安培力大小F与线框位移x关系图像正确的是（ ） A. B. C. D. 11.(多选)在光滑的水平桌面上，存在宽度为0.6m的匀强磁场区域，磁感应强度，方向竖直向上，有一质量为0.1kg的“日”字形线框，以的初速度垂直于磁场边界滑入磁场，其俯视图如图所示。当线框速度减为零时被锁定，此后磁感应强度均匀减为0。已知线框AD、BC、EF边的电阻均为2Ω，其余电阻不计，。则（　　） A. 线框刚滑入磁场时受到的安培力为2.5N B. 全过程中线框产生的总焦耳热大于1.25J C. 线框BC边刚滑出磁场时的速度为4m/s D. 当BC边滑出磁场后，通过BC边电荷量为0.2C 12. 如图所示，两平行且无限长金属导轨MN、PQ与水平面的夹角为θ＝30°，两导轨之间的距离为L＝1 m，两导轨M、P之间接入阻值R＝0.2 Ω的定值电阻，导轨电阻不计，在abdc区域内有方向垂直于两导轨平面向下的磁场Ⅰ，磁感应强度B1＝1 T，磁场的宽度x1＝1 m；在cd连线以下区域有方向也垂直于导轨平面向下的磁场Ⅱ，磁感应强度B2＝0.5 T．一个质量为m＝2 kg的金属棒垂直放在金属导轨上，与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数μ＝，金属棒的电阻r＝0.2 Ω，若金属棒在离ab连线上端x0处由静止释放，则金属棒进入磁场Ⅰ恰好做匀速运动．金属棒进入磁场Ⅱ后，经过ef时又达到平衡状态，cd与ef之间的距离x2＝16 m．求(g取10 m/s2) (1)金属棒在磁场Ⅰ运动的速度大小； (2)金属棒从开始运动到滑到ef位置这个过程回路产生的电热； (3)金属棒从开始运动到滑到ef位置这个过程所用的时间． 13. 如图甲所示，两平行长直光滑金属导轨水平放置，间距为L，左端连接一个电容为C的电容器，导轨处在磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。质量为m的金属棒垂直导轨放置，某时刻金属棒获得一个水平向右的初速度v0，之后金属棒运动的v－t图像如图乙所示，不考虑导轨的电阻。 (1)求金属棒匀速运动时的速度大小v1； (2)求金属棒匀速运动时电容器的电荷量q； (3)已知金属棒从开始到匀速运动的过程中，产生的焦耳热为Q，求电容器充电稳定后储存的电能E。 14. 环由沿半径方向的金属杆连接，外环和内环的半径分别是R1＝0.2 m，R2＝0.1 m。两环通过电刷分别与间距L＝0.2 m的平行光滑水平金属轨道PM和P′M′相连，MM′右侧是水平绝缘导轨，并由一小段圆弧平滑连接倾角θ＝30°的等距金属导轨，下方连接阻值R＝0.2 Ω的电阻。水平导轨接有理想电容器，电容C＝1 F。导体棒ab、cd，垂直静止放置于MM′两侧，质量分别为m1＝0.1 kg，m2＝0.2 kg，电阻均为r＝0.1 Ω。ab放置位置与MM′距离足够长，所有导轨均光滑，除已知电阻外，其余电阻均不计。整个装置处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度B＝1 T，忽略磁场对电容器的影响。圆环处的金属杆做顺时针匀速转动，角速度ω＝20 rad/s。求： (1)S掷向1，稳定后电容器所带电荷量的大小q； (2)在题(1)的基础上，再将S掷向2，导体棒ab到达MM′的速度大小； (3)ab与cd棒发生弹性碰撞后，cd棒由水平导轨进入斜面忽略能量损失，沿斜面下滑12 m距离后，速度达到最大，求电阻R上产生的焦耳热(此过程ab棒不进入斜面)。 15. 如图，水平桌面上固定一光滑U形金属导轨，其平行部分的间距为l，导轨的最右端与桌子右边缘对齐，导轨的电阻忽略不计。导轨所在区域有方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一质量为m、电阻为R、长度也为l的金属棒P静止在导轨上。导轨上质量为3m的绝缘棒Q位于P的左侧，以大小为v0的速度向P运动并与P发生弹性碰撞，碰撞时间很短。碰撞一次后，P和Q先后从导轨的最右端滑出导轨，并落在地面上同一地点。P在导轨上运动时，两端与导轨接触良好，P与Q始终平行。不计空气阻力。求： (1)金属棒P滑出导轨时的速度大小； (2)金属棒P在导轨上运动过程中产生的热量； (3)与P碰撞后，绝缘棒Q在导轨上运动的时间。 16. 某物理小组想出了一种理想化的“隔空”加速系统，该系统通过利用其中一个金属棒在磁场中运动产生感应电流从而使另一个金属棒获得速度，这样就避免了直接对其进行加速时所带来的磨损和接触性损伤，该加速系统可以建模抽象为在足够长的固定水平平行导轨上放有两个金属棒和,磁感应强度的匀强磁场与导轨所在水平面垂直，方向竖直向下，导轨电阻很小，可忽略不计。如图为模型俯视图，导轨间的距离，每根金属棒质量均为，电阻都为，可在导轨上无摩擦滑动，滑动过程中金属棒与导轨保持垂直且接触良好，在时刻，两金属棒都处于静止状态，现有一与导轨平行、大小为恒力作用于金属棒上，使金属棒在导轨上滑动，经过，金属棒的加速度，求： （1）此时金属棒的加速度是多少？ （2）此时两金属棒的速度各是多少？ （3）金属棒和的最大速度差是多少？    17. 如图，两足够长平行金属导轨MN、PQ构成的平面与水平面间的夹角为，导轨间距为L=1m 。在导轨平面中，有一垂直导轨的虚线边界，MPGF区域无磁场，区域直导轨平面向下、磁感应强度大小为的匀强磁场。质量分别为，的导体棒ab和cd垂直导轨放置，cd距离FG足够远，ab与导轨间无摩擦、cd与轨间的滑动摩擦因数为，ab和cd接入电路的总电阻为，导轨电阻不计，导体棒ab从轨道上距FG上方x=0.75 m处由静止释放，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度大小，，。求： （1）导体棒ab刚进入磁场时的速度大小； （2）导体棒ab刚进入磁场时，cd棒的加速度大小； （3）导体棒ab和cd在磁场中运动的最终速度大小。 18. 如图所示，某竖直平面内有一匝数为N、总质量为m、总电阻为R的正方形线圈abcd，线圈边长为L，ab边中点通过一不可伸长的绝缘细线绕过两光滑定滑轮与质量为2m的重物相连，ab边始终水平，在线圈上方有一垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的强磁场区域，磁场区域的上、下边界均水平且间距为d(d>L)。某时刻线圈从ab边距MN的距离为h处由静止释放，之后向上运动。已知ab边经过MN和PQ时的速度相等，重力加速度为g。求: (1)ab边刚进人磁场时的加速度大小； (2)线圈进、出磁场过程中产生的总焦耳热； (3)线圈进入磁场过程的运动时间。 19. 间距为L的金属导轨倾斜部分光滑，水平部分粗糙并平滑相接，导轨上端有电源和开关，倾斜导轨与水平面夹角，处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，水平导轨处于垂直竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小均为。两相同导体棒、与水平导轨的动摩擦因数，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，两棒的质量均为，接入电路的电阻均为。棒仅在水平导轨上运动，两导体棒在运动过程中始终与导轨垂直并接触良好，且不会碰撞。忽略金属导轨的电阻，重力加速度为。 （1）锁定水平导轨上的棒，闭合开关，棒静止在倾斜导轨上，求通过棒的电流；断开开关，同时解除棒的锁定，当棒下滑距离为时，棒开始运动，求棒从解除锁定到开始运动过程中产生的焦耳热； （2）此后棒在下滑过程中电流达到稳定，求此时棒与棒速度大小之差； （3）棒中电流稳定之后继续下滑，从棒运动到水平导轨开始计时，时刻棒速度为0，加速度不为0；此后某时刻棒的加速度为0，速度不为0，求从开始到cd棒加速度为0时刻，棒与的路程之差。 20.如图所示，平行轨道的间距为L，轨道平面与水平面夹角为，二者的交线与轨道垂直，以轨道上O点为坐标原点，沿轨道向下为x轴正方向建立坐标系。轨道之间存在区域I、Ⅱ，区域内充满磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场；区域Ⅱ内充满方向垂直轨道平面向上的磁场，磁感应强度大小，和均为大于零的常量，该磁场可视为由随时间t均匀增加的匀强磁场和随x轴坐标均匀增加的磁场叠加而成。将质量为m、边长为L、电阻为R的匀质正方形闭合金属框epqf时放置在轨道上，pq边与轨道垂直，由静止释放。已知轨道绝缘、光滑、足够长且不可移动，磁场上、下边界均与x轴垂直，整个过程中金属框不发生形变，重力加速度大小为g，不计自感。 若金属框从开始进入到完全离开区域I的过程中匀速运动，求金属框匀速运动的速率v和释放时pq边与区域I上边界的距离s； 金属框沿轨道下滑，当ef边刚进入区域Ⅱ时开始计时，此时金属框的速率为，若，求从开始计时到金属框达到平衡状态的过程中，ef边移动的距离d。 答案 1、AC 2、CD 3、BC 4、ACD 5、BD 6、CD 7、BC 8、ABC 9.ACD 10.AC 11、BD 12、(1)2 m/s　(2)25 J　(3)5.7 s 13、(1)　(2) (3)mv－－Q 14、(1)0.3 C　(2) m/s　(3) J 15、(1)v0　(2)mv　(3) 16、（1）；（2），（3） 17、（1） （2） （3）， 18、(1) (2) (3) 19、（1）， （2） （3） 20、   (2) 1 学科网（北京）股份有限公司 $