专题 15 电磁感应在科技中的应用 讲义 -2026-2027学年高三物理暑期能力提升

该高中物理高考复习讲义聚焦电磁感应在科技中的应用专题，整合楞次定律、法拉第电磁感应定律等核心考点，按家用电器、交通工具等五大领域梳理实例构建知识网络。通过方法解读梳理考点，典例精讲指导分析方法，针对性训练强化应用，形成系统性复习链条。 讲义以科技实例为载体，创新情境化建模教学，如例2跑步机测速问题引导学生构建电磁感应模型，培养科学思维与物理观念。设置选择、计算分层训练，结合高考真题与模拟题，确保高效突破难点，助力学生提升综合应用能力，为教师把控复习节奏提供清晰路径。

高三物理暑期能力提升 专题15电磁感应在科技中的应用 【方法解读】 1.家用电器：电磁炉利用电磁感应原理将电能转化为热能，加热锅具底部124。电动牙刷利用电磁感应原理驱动刷头旋转。电饭煲利用电磁感应原理加热内胆。 2. 交通工具：磁悬浮列车利用电磁感应原理悬浮在轨道上，减少摩擦阻力，提高速度和稳定性。电动汽车的车载充电器通过电磁感应原理将电能传递到电池中。倒车雷达采用电磁感应原理，通过检测后方物体的电磁信号变化提醒驾驶员注意。 3 通信领域：双螺旋天线利用电磁感应原理接收和发送无线信号，实现通信2。RFID技术利用电磁感应原理读取被动式射频标签中的信息。无线充电器利用电磁感应原理实现手机等设备的充电。 4 工业自动化：电磁阀利用电磁感应原理控制气体或液体的流动，常用于自动化控制系统中2。传感器如磁性传感器、霍尔传感器等也利用电磁感应原理工作。 5 医疗设备：MRI扫描仪利用电磁感应原理生成磁场，生成人体内部图像。心脏起搏器采用电磁感应原理的导线和磁铁，通过电磁感应来维持心脏的正常节律。 例1 动圈式扬声器的结构如图所示，线圈圆筒安放在永磁体磁极间的空隙中，能够自由运动。音频电流通过线圈，纸盆与线圈连接，随着线圈振动而发声。下列描述正确的是（　　） A. 扬声器是利用安培力作用工作 B. 扬声器是利用电磁感应原理工作 C. 音频电流是变化的，扬声器能发声 D. 音频电流是恒定的，扬声器能发声 【答案】AC 【解析】 当线圈通电时，通电线圈会在磁场中受到力的作用，则扬声器是利用安培力作用工作，故A正确，B错误； 当线圈通电时，通电线圈会在磁场中受到力的作用，力的方向跟电流的方向有关，当电流方向改变时，线圈的受力方向改变，音频电流是变化的，则线圈的受力是变化的，线圈不断地来回振动，带动纸盆也来回振动，于是扬声器就发出了声音。因此只有变化的电流通过时，扬声器才能发声，故C正确，D错误。 例2. 商场里某款热销小型跑步机如图甲所示，其测速原理简化为图乙所示。该跑步机底面固定有间距，长度的平行金属板电极。电极间存在磁感应强度大小、方向垂直底面向下的匀强磁场区域，绝缘橡胶带上镀有间距也为的平行细金属条，每根金属条的电阻。当健身者在跑步机上跑步时，位于电极区的这根金属条就会单独和外电阻构成闭合回路，已知外电阻，与外电阻并联的理想电压表量程为4V，求： （1）该跑步机可测量的橡胶带运动的最大速率； （2）当电压表的示数为2V时，金属条克服安培力做功的功率； （3）每根金属条从进入磁场到出磁场区域，所受安培力的冲量大小。 【答案】（1）5m/s；（2）15W；（3）0.48N·s 【解析】 （1）设橡胶带运动的最大速率为，橡胶带达到最大速度时匀速，切割磁感线产生的电动势为 由闭合电路欧姆定律有 解得 代入数据可得 （2）金属条所受的安培力为 金属条克服安培力做功的功率 其中 代入数据，可得 （3）设每根金属条经过磁场区域所用的时间为，则所受安培力的冲量 其中 根据法拉第电磁感应定律有 解得 【针对性训练】 1 在家庭电路中，接地故障通断器在用电器发生漏电时，能保护人的生命和财产安全。当用电器正常工作时，紧靠的两根绝缘电线电流大小相等、方向相反；当用电器漏电时，线圈中就会产生感应电流，断路器切断电路。若某次漏电瞬间，电线1和电线2中电流流向如题图所示，且电线2中电流小于电线1中电流，则线圈内（ ） A 磁通量增加，感应电流从N到M B. 磁通量减少，感应电流从N到M C. 磁通量增加，感应电流从M到N D. 磁通量减少，感应电流从M到N 【答案】A 【解析】 当用电器正常工作时，紧靠的两根绝缘电线电流大小相等、方向相反，此时穿过线圈的磁通量为零；当用电器漏电时，且电线2中电流小于电线1中电流，则线圈内磁通量增加，根据楞次定律可知感应电流从N到M。故选A。 2 电磁炉是目前家庭常用的炊具，具有无明火、无污染、高效节能等优点。某同学仿照电磁炉原理自己制作了一个简易电磁炉，其结构简图如图所示。在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，接通交流电源，一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是（ ） A. 家用电磁炉工作时，利用其面板产生的涡流来加热食物 B. 家用电磁炉锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷的导热性能较差 C. 简易电磁炉工作时，利用线圈产生的自感现象来加热水 D. 仅增大简易电磁炉交流电的频率，可以缩短水达到沸腾的时间 【答案】D 【解析】．家用电磁炉工作时，通过金属杯的磁通量发生变化，金属杯产生的涡流，利用涡流来加热食物或者水，是互感现象，AC错误； 家用电磁炉的锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷不能产生涡流，金属锅能产生涡流，B错误； 仅增大简易电磁炉交流电的频率，通过金属杯的磁通量变化率增大，感应电动势增大，感应电流增大，电功率增大，可以缩短水达到沸腾的时间，D正确。 3. (2023·重庆卷·2)某小组设计了一种呼吸监测方案：在人身上缠绕弹性金属线圈，观察人呼吸时处于匀强磁场中的线圈面积变化产生的电压，了解人的呼吸状况。如图所示，线圈P的匝数为N，磁场的磁感应强度大小为B，方向与线圈轴线的夹角为θ。若某次吸气时，在t时间内每匝线圈面积增加了S，则线圈P在该时间内的平均感应电动势为(　　) A. B. C. D. 答案　A 解析　根据法拉第电磁感应定律有=N=NBcos θ·=，故选A。 4 （2025·福建泉州模拟）近场通信（NFC）器件应用电磁感应原理进行通信，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 答案：B 解析：三匝面积不同的线圈分别产生的感应电动势串联，则总电动势E＝（＋＋）＝0.44 V，B正确，A、C、D错误。 5 （2025·广东容山中学期末）扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是（　　） 答案 A 解析：　底盘上的紫铜薄板出现扰动时，其振动方向不确定，在B、D两种情况下，紫铜薄板上下振动时，不会产生涡流，从而不会受到电磁阻尼作用；在C这种情况下，紫铜薄板上下及左右振动时，都不会产生涡流，从而不会受到电磁阻尼作用；在A这种情况下，紫铜薄板上下及左右振动时，都会产生涡流，受到电磁阻尼作用，A正确。 6 （2024·广东高考4题）电磁俘能器可在汽车发动机振动时利用电磁感应发电实现能量回收，结构如图甲所示。两对永磁铁可随发动机一起上下振动，每对永磁铁间有水平方向的匀强磁场，磁感应强度大小均为B。磁场中，边长为L的正方形线圈竖直固定在减震装置上。某时刻磁场分布与线圈位置如图乙所示，永磁铁振动时磁场分界线不会离开线圈。关于图乙中的线圈。下列说法正确的是（　　） A.穿过线圈的磁通量为BL2 B.永磁铁相对线圈上升越高，线圈中感应电动势越大 C.永磁铁相对线圈上升越快，线圈中感应电动势越小 D.永磁铁相对线圈下降时，线圈中感应电流的方向为顺时针方向 答案 D 解析：　根据图乙可知此时穿过线圈的磁通量为0，故A错误；根据法拉第电磁感应定律可知永磁铁相对线圈上升越快，磁通量变化越快，线圈中感应电动势越大，故B、C错误；永磁铁相对线圈下降时，根据楞次定律可知线圈中感应电流的方向为顺时针方向，故D正确。 7 （2025·湖北襄阳期末）图甲为某款“自发电”无线门铃按钮，其“发电”原理如图乙所示，按下门铃按钮过程磁铁靠近螺线管，松开门铃按钮磁铁远离螺线管回归原位置。下列说法正确的是（　　） A.按下按钮过程，螺线管P端电势较高 B.松开按钮过程，螺线管P端电势较高 C.按住按钮不动，螺线管中产生恒定的感应电动势 D.若按下和松开按钮的时间相同，螺线管中产生大小相同的感应电动势 答案 BD 解析：　按下按钮过程，穿过螺线管的磁通量向左增大，根据楞次定律可知，螺线管中感应电流为从P端流入，从Q端流出，螺线管充当电源，则Q端电势较高，故A错误；松开按钮过程，穿过螺线管的磁通量向左减小，根据楞次定律可知，螺线管中感应电流为从Q端流入，从P端流出，螺线管充当电源，则P端电势较高，故B正确；按住按钮不动，穿过螺线管的磁通量不变，螺线管中不会产生感应电动势，故C错误；按下和松开按钮过程，若按下和松开按钮的时间相同，螺线管中磁通量的变化率相同，根据法拉第电磁感应定律可知，螺线管中产生的感应电动势大小相同，故D正确。 8 （2025·重庆一中期末）如图甲所示，发光竹蜻蜓是一种常见的儿童玩具，它在飞起时能够持续发光。某同学对竹蜻蜓的电路作出简化，如图乙所示，半径为L的导电圆环绕垂直于圆环平面、通过圆心O的金属轴O1O2以角速度ω逆时针匀速转动（俯视）。圆环上接有电阻均为r的三根金属辐条OP、OQ、OR，辐条互成120°角。在圆环左半部分张角也为120°角的范围内（两条虚线之间）分布着垂直于圆环平面向下磁感应强度为B的匀强磁场，在转轴O1O2与圆环的边缘之间通过电刷M、N与一个LED灯相连。假设LED灯电阻为r，其他电阻不计，从辐条OP进入磁场开始计时。在辐条OP转过磁场区域的过程中，下列说法中正确的是（　　） A.O、P两端间的电压为BL2ω B.通过LED灯的电流为 C.整个装置消耗的电能为 D.增大磁感应强度可以使LED灯变得更亮 答案 BCD 解析：　辐条OP进入磁场匀速转动时有E＝BL×，在电路中OP相当于内阻为r的电源，另外两根金属辐条和LED灯并联，故而电路的总电阻为R＝，O、P两端间的电压为电源的路端电压，即U＝×＝，通过LED灯的电流是I＝＝，故A错误，B正确；整个装置消耗的电能W＝Q＝t＝××＝，故C正确；由通过LED灯中电流I＝知，增大磁感应强度可以使LED灯变得更亮，故D正确。 9 （2025·四川眉山期末）创意物理实验设计作品《小熊荡秋千》如图所示。两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒C、D固定在铁架台上，与两个铜线圈P、Q组成一闭合回路，两个磁性很强的条形磁铁如图放置。当用手左右摆动线圈P时，线圈Q也会跟着摆动，仿佛小熊在荡秋千。以下说法正确的是（　　） A.P向右摆动的过程中，P中的电流方向为顺时针方向（从右向左看） B.P向右摆动的过程中，Q也会向右摆动 C.P向右摆动的过程中，Q会向左摆动 D.若用手左右摆动Q，P会始终保持静止 答案：AB 解析：P向右摆动的过程中，线圈中的磁通量减少，根据楞次定律，P中的电流方向为顺时针方向（从右向左看），选项A正确；P向右摆动的过程中，P中的电流方向为顺时针方向（从右向左看），Q中的电流方向也为顺时针方向（从右向左看），Q线圈下侧将受到向右的安培力作用，所以Q也会向右摆动，选项B正确，C错误；若用手左右摆动Q，线圈Q切割磁感线产生感应电动势，在P线圈中将产生感应电流，P将受到安培力作用而摆动，不会保持静止，选项D错误。 10 （2025·黑龙江大庆期末）如图所示为新型交通信号灯原理简图，在交通信号灯前方路面埋设通电线圈，包含线圈的传感器电路与交通信号灯的时间控制电路连接，当车辆通过线圈上方的路面时，会引起线圈中电流的变化，系统根据电流变化的情况确定信号灯亮的时间长短，下列判断正确的是（　　） A.车辆经过线圈会产生感应电流 B.车辆通过线圈时，线圈激发的磁场不变 C.当线圈断了，系统依然能检测到车辆通过的电流信息 D.线圈中的电流是由于车辆通过线圈时发生电磁感应引起的 答案 A 解析：　车辆上有很多金属部件，当这些金属部件经过通电线圈时，使线圈中的磁场发生变化，所以车辆经过线圈时会有感应电流产生，故A正确；车辆通过线圈时，线圈激发的磁场变化，故B错误；如果线圈断了，没有闭合回路，系统不能检测到车辆通过的电流信息，故C错误；线圈本身就是通电线圈，线圈中的电流不是车辆通过线圈时发生电磁感应引起的，车辆经过线圈上方会发生电磁感应现象，会引起线圈中的电流发生变化，故D错误。 11.（2025·江西上饶期末）如图所示的门磁系统，强磁棒固定在门框上，线圈和发射系统固定在房门上，当房门关闭时穿过线圈的磁通量最大，当线圈中出现一定强度的电压、电流信号时，自动触发后面的信号发射系统，远程向后台发出报警信号，下列说法中正确的是（　　） A.只有当房门向外打开的过程中，门磁系统才会发生报警 B.此种门磁系统装在左右移动的滑门上也会起到报警的作用 C.房门不动时，线圈中会产生恒定的电流 D.将强磁棒与线圈和发射系统交换位置后不能起到报警的作用 答案 B 解析：　房门向内关闭或向外打开的过程中，磁通量都会发生变化，都有感应电流产生，都会发生报警，A错误；此种门磁系统装在左右移动的滑门上，当房门远离或靠近时都会有磁通量变化，产生感应电压、电流，能起到报警的作用，B正确；房门不动时，线圈中磁通量不发生变化，不会产生感应电流，故C错误；将强磁棒与线圈和发射系统交换位置后，开、关门也会使线圈中磁通量发生变化，也会产生感应电流，也能起到报警的作用，故D错误。 12 .汽车自动控制刹车系统（ABS）的原理如图所示。铁质齿轮P与车轮同步转动，右端有一个绕有线圈的磁体（极性如图），M是一个电流检测器。当车轮带动齿轮P转动时，靠近线圈的铁齿被磁化，使通过线圈的磁通量增大，铁齿离开线圈时又使通过线圈的磁通量减小，从而能使线圈中产生感应电流，感应电流经电子装置放大后即实现自动控制刹车。齿轮从图示位置开始转到下一个铁齿正对线圈的过程中，通过M的感应电流的方向（　　） A.总是从左向右的 B.总是从右向左的 C.先从右向左，然后从左向右 D.先从左向右，然后从右向左 答案 C 解析：　穿过线圈的磁通量方向与磁体内部的磁场方向相同，均从右指向左。铁齿靠近线圈时，铁齿的右端是S极，铁齿在线圈处产生的磁场方向指向铁齿，即与原磁场同向，所以在图示时刻，穿过线圈的磁通量最大，随着齿轮的转动，磁通量先减小后增大，当下一个铁齿正对线圈时，磁通量又达到最大。结合楞次定律可知，该过程线圈中感应电流在线圈轴线上的磁场方向先向左后向右，由安培定则可知，通过M的感应电流的方向先从右向左，然后从左向右，C正确。 13 .某同学设想的减小电梯坠落时造成伤害的一种应急安全装置如图所示，在电梯轿厢底部安装永久强磁体，磁体N极朝上，电梯井道内壁上铺设若干金属线圈，线圈在电梯轿厢坠落时能自动闭合，从而减小对厢内人员的伤害。当轿厢坠落到图示位置时，关于该装置，以下说法正确的是（　　） A.从下往上看，金属线圈A中的感应电流沿逆时针方向 B.从下往上看，金属线圈B中的感应电流沿顺时针方向 C.金属线圈B对轿厢下落有阻碍作用，A对轿厢下落没有阻碍作用 D.金属线圈B有收缩的趋势，A有扩张的趋势 答案 D 解析：　当电梯坠落至如题图所示位置时，金属线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从下往上看沿顺时针方向，金属线圈B中向上的磁场增强，感应电流的方向从下往上看沿逆时针方向，故A、B错误；根据楞次定律的推论“来拒去留”可知，当电梯坠落至如题图所示位置时，金属线圈A、B都在阻碍电梯下落，故C错误；金属线圈A中向上的磁场减弱，金属线圈B中向上的磁场增强，根据楞次定律的推论“增缩减扩”可知，金属线圈B有收缩的趋势，金属线圈A有扩张的趋势，故D正确。 14 如图甲为一款网红魔术玩具——磁力“永动机”，小钢球放入漏斗后从中间小洞落入下面的弧形金属轨道，然后从轨道另一端抛出再次回到漏斗，由此循环往复形成“永动”的效果。其原理如图乙所示，金属轨道与底座内隐藏的电源相连，轨道下方藏有永磁铁。当如图乙永磁铁极朝上放置，小钢球逆时针“永动”时，下列分析正确的是（　　） A. 小球运动的过程中机械能守恒 B. 该磁力“永动机”的物理原理是电磁感应 C. 轨道应接电源的正极，轨道应接电源的负极 D. 电源如何接都不影响“永动”的效果 【答案】C 【解析】 小球运动的过程中有磁场力做功，机械能不守恒，故A错误； 该磁力“永动机”的物理原理是通电导体在磁场中受力的作用，故B错误； 小钢球逆时针“永动”时，应受向左的安培力，根据左手定则可知通过小球电流的方向从轨道a到轨道b，所以轨道应接电源的正极，轨道应接电源的负极，故C正确； 电源反接后改变安培力方向，影响“永动”，故D错误； 15. (2024浙江金华期末)城市施工时，为了避免挖到铺设在地下的导线，需要在施工前用检测线圈检测地底是否铺设导线。若地下有一条沿着东西方向的水平直导线，导线中通有如图所示方向的电流。现用一闭合的圆形线圈来检测，俯视检测线圈，下列说法正确的是（　　） A. 若线圈静止在导线正上方，当导线中通过的电流增加时，线圈中会产生感应电流 B. 若线圈由北向南沿水平地面移动，当经过恒定电流正上方时，磁通量为零，感应电流也为零 C. 若线圈由北向南沿水平地面通过恒定电流，感应电流的方向先逆时针后顺时针，然后再逆时针 D. 若线圈由北向南沿水平地面通过恒定电流，检测线圈所受安培力在水平方向的分量一直向北 【答案】CD 【解析】 若线圈静止在导线正上方，当导线中通过的电流增加时，由对称性可知，通过线圏的磁通量为零，变化量为零，不会产生感应电流，故A错误； 根据通电直导线周围的磁感线分布特点，检测线圈自北靠近直导线到导线正上方的过程中，穿过线圈的磁场有向下的分量，且磁通量先增大后减小，由楞次定律和安培定则可知，线圈中的电流方向先逆时针后顺时针；当检测线圈逐渐远离直导线的过程中，穿过线圈的磁场有向上的分量，磁通量先增大后减小，由楞次定律和安培定则可知，线圈中的电流方向先顺时针后逆时针，故B错误，C正确； 由楞次定律“来拒去留”可知，检测线圈受到安培力在水平方向的分量一直向北，故D正确。 16. （2026浙江宁波质检）磁悬浮原理如图甲所示，牵引原理如图乙所示（俯视图）。水平面内，边长为L的正方形区域内存在竖直方向的匀强磁场，相邻区域的磁感应强度方向相反、大小均为B。质量为m、总电阻为R的矩形金属线框abcd处于匀强磁场中，ab边长为L。当匀强磁场沿直线向右以速度v匀速运动时，金属线框能达到的最大速度为。已知线框运动时受到的阻力恒为f，则为（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 由于磁场以速度v向右运动，当金属框稳定后以最大速度向右运动，此时金属框相对于磁场的运动速度大小为，根据右手定则可以判断回路中产生的感应电动势E等于ad、bc边分别产生感应电动势之和，即 根据欧姆定律可得，此时金属框中产生的感应电流为 金属框的两条边ad和bc都受到安培力作用，边长等于说明ad和bc边处于的磁场方向一直相反，电流方向也相反，根据左手定则可知它们所受安培力方向一致，故金属框受到的安培力大小为 当金属框速度最大时，安培力与摩擦力平衡，可得 方程联立解得 故选A。 17. （2024江西1月联考）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 【解析】 由题意可知，在时间内电路中的电流与原电流方向相反，且不断增大，被测材料的原磁场方向竖直向上，根据楞次定律可知，被测材料的感应磁场方向竖直向下，由安培定则可知，在被测材料上的涡流方向为顺时针（俯视）；又因为时间内图像的斜率不断减小，则感应磁场变化率不断减小，由法拉第电磁感应定律及欧姆定律可知，被测材料上的涡流大小不断减小。故选D。 18. （2026广东名校联考）为了确保载人飞船返回舱安全着陆，设计师在返回舱的底部安装了4台完全相同的电磁缓冲装置，如图（a）所示，图（b）为其中一台电磁缓冲装置的结构简图。舱体沿竖直方向固定着两光滑绝缘导轨MN、PQ，导轨内侧安装电磁铁（图中未画出），能产生垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为B。导轨内的缓冲滑块K内部用绝缘材料填充，外侧绕有n匝闭合矩形线圈abcd，其总电阻为R，ab边长为L。着陆时电磁缓冲装置以速度v0与地面碰撞后，滑块K立即停下，此后在线圈与轨道的磁场作用下使舱体减速，从而实现缓冲。导轨MN、PQ及线圈的ad和bc边足够长，返回舱质量为m（缓冲滑块K质量忽略不计），取重力加速度为g，一切摩擦阻力不计。求： （1）缓冲滑块K刚停止运动时，舱体的加速度大小； （2）舱体着陆时（即导轨MN、PQ刚触地前瞬时）的速度v的大小； （3）若舱体的速度大小从v0减到v的过程中，舱体下落的高度为h，则该过程中每台电磁缓冲装置中产生的焦耳热Q。 【答案】（1）；（2） （3） 【解析】 （1）缓冲滑块K刚停止运动时，单个闭合矩形线圈产生的感应电动势为 回路电流为 返回舱所受单个闭合矩形线圈的安培力为 根据牛顿第二定律得 解得 （2）返回舱向下做减速运动，受到向上的安培力和向下的重力，随着速度的减小，安培力减小，直到安培力减小到与重力大小相等时，速度最小，此后匀速运动，直至舱体着陆时速度大小为v，可得 ，， 由平衡条件可知 解得 （3）由能量守恒 解得 19 ．（2025年1月江西十校协作体第一次联考）某公园的游乐场中引进了电磁弹射儿童车项目，其装置简化示意图如图所示。AA′BB′与 CC′EE′是两 个宽度均为 L = 1.0m 的水平金属轨道，两导轨中间用绝缘材料连接，AA′BB′轨道间存在方向竖直向下的 匀强磁场 B1 ，大小可调。CC′EE′轨道的 DD′EE′部分存在磁感应强度大小 B2 = 5T 、方向竖直向下的匀强 磁场。在AA′BB′金属轨道的左侧接有电容大小 C = 8.0F 的电容器，在 CC′EE′金属轨道的右侧接有R = 0.6Ω 的定值电阻。一个用木制横梁连接的两金属棒ab 、cd 固定在儿童车的底部，并将其放在如图示位置。用 电动势 E = 15V 的电源（图中未画出）为电容器充电完毕后断开电源， 电容器的带电情况如图所示，然 后闭合开关 S ，儿童车开始从 AA′位置向右加速弹射。已知乘坐一名幼儿时儿童车的总质量 m = 50.0kg ， 两金属棒 ab 、cd 及木制横梁的长度均为 L = 1.0m ，两金属棒的电阻均为 r = 0.3Ω , CC′DD′部分的金属轨 道长度d1 > L ，整个轨道之间各处均光滑且平滑连接，AA′BB′金属轨道足够长，重力加速度 g 取 10m/s2， 不计空气阻力。求： （1） 电容器充电完毕后所带的电荷量 Q； （2）当 B1 为多大时，儿童车在 AA′BB′轨道上可以获得最大速度且最大速度为多少； （3）在第二问条件下的儿童车在 AA′BB′轨道上获得最大速度后，要使金属棒 cd 恰好停在 EE′处，DD′EE′ 部分金属轨道长度 d2 为多长。 【解析】（1） 由题知，用电动势 E = 15V 的电源（图中未画）为电容器充电，则有 Q = CU = 120C（2 分） （2）闭合开关 S 后，儿童车先作加速度变小的加速运动。达到最大速度后作匀速运动，设此时速度为 ，电容器电压为 ，金属棒ab 、cd 并联，可看作一根金属棒，受到安培力的冲量对儿童车由动量定理 得 L△= m （1 分） = △ 其中 = C(E－) ，= L， （ 1 分）， 联立解得= 当 = L2 C ，即 = 2.5T（ 1 分）时，儿童车在 AA′BB′金属轨道上获得的最终速度最大， 且儿童车的最大速度= 3m/s（2 分） （3）金属棒 cd 进入 DD′右侧磁场后切割磁感线相当于电源。金属棒 ab 与电 R 并联。设电路中的总电阻为 ，设向右为正方向，金属棒 ab 进入右侧磁场时速度变为 ，对儿童车，根据动量定理有 L△ = m－m（ 1 分） 其中= ，=（ 1 分） =r+ 解得 =2m/s 全属棒 ab 进入右侧磁场后，再运动 －L 后儿童车停下，全属棒ab 、cd 并联同时切制磁感线相当子电 源，再与电阻 R 串联。设电路中的总电阻为 ，向右为正方向，速度变化量为－，对儿童车根据动 量定理有 I3L△t3 = 0-m（ 1 分） 其中I3= ，E3=（ 1 分） =R+ 解得 =4m。 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 高三物理暑期能力提升 专题15电磁感应在科技中的应用 【方法解读】 1.家用电器：电磁炉利用电磁感应原理将电能转化为热能，加热锅具底部124。电动牙刷利用电磁感应原理驱动刷头旋转。电饭煲利用电磁感应原理加热内胆。 2. 交通工具：磁悬浮列车利用电磁感应原理悬浮在轨道上，减少摩擦阻力，提高速度和稳定性。电动汽车的车载充电器通过电磁感应原理将电能传递到电池中。倒车雷达采用电磁感应原理，通过检测后方物体的电磁信号变化提醒驾驶员注意。 3 通信领域：双螺旋天线利用电磁感应原理接收和发送无线信号，实现通信2。RFID技术利用电磁感应原理读取被动式射频标签中的信息。无线充电器利用电磁感应原理实现手机等设备的充电。 4 工业自动化：电磁阀利用电磁感应原理控制气体或液体的流动，常用于自动化控制系统中2。传感器如磁性传感器、霍尔传感器等也利用电磁感应原理工作。 5 医疗设备：MRI扫描仪利用电磁感应原理生成磁场，生成人体内部图像。心脏起搏器采用电磁感应原理的导线和磁铁，通过电磁感应来维持心脏的正常节律。 例1 动圈式扬声器的结构如图所示，线圈圆筒安放在永磁体磁极间的空隙中，能够自由运动。音频电流通过线圈，纸盆与线圈连接，随着线圈振动而发声。下列描述正确的是（　　） A. 扬声器是利用安培力作用工作 B. 扬声器是利用电磁感应原理工作 C. 音频电流是变化的，扬声器能发声 D. 音频电流是恒定的，扬声器能发声 例2. 商场里某款热销小型跑步机如图甲所示，其测速原理简化为图乙所示。该跑步机底面固定有间距，长度的平行金属板电极。电极间存在磁感应强度大小、方向垂直底面向下的匀强磁场区域，绝缘橡胶带上镀有间距也为的平行细金属条，每根金属条的电阻。当健身者在跑步机上跑步时，位于电极区的这根金属条就会单独和外电阻构成闭合回路，已知外电阻，与外电阻并联的理想电压表量程为4V，求： （1）该跑步机可测量的橡胶带运动的最大速率； （2）当电压表的示数为2V时，金属条克服安培力做功的功率； （3）每根金属条从进入磁场到出磁场区域，所受安培力的冲量大小。 【针对性训练】 1 在家庭电路中，接地故障通断器在用电器发生漏电时，能保护人的生命和财产安全。当用电器正常工作时，紧靠的两根绝缘电线电流大小相等、方向相反；当用电器漏电时，线圈中就会产生感应电流，断路器切断电路。若某次漏电瞬间，电线1和电线2中电流流向如题图所示，且电线2中电流小于电线1中电流，则线圈内（ ） A 磁通量增加，感应电流从N到M B. 磁通量减少，感应电流从N到M C. 磁通量增加，感应电流从M到N D. 磁通量减少，感应电流从M到N 2 电磁炉是目前家庭常用的炊具，具有无明火、无污染、高效节能等优点。某同学仿照电磁炉原理自己制作了一个简易电磁炉，其结构简图如图所示。在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，接通交流电源，一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是（ ） A. 家用电磁炉工作时，利用其面板产生的涡流来加热食物 B. 家用电磁炉锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷的导热性能较差 C. 简易电磁炉工作时，利用线圈产生的自感现象来加热水 D. 仅增大简易电磁炉交流电的频率，可以缩短水达到沸腾的时间 3. (2023·重庆卷·2)某小组设计了一种呼吸监测方案：在人身上缠绕弹性金属线圈，观察人呼吸时处于匀强磁场中的线圈面积变化产生的电压，了解人的呼吸状况。如图所示，线圈P的匝数为N，磁场的磁感应强度大小为B，方向与线圈轴线的夹角为θ。若某次吸气时，在t时间内每匝线圈面积增加了S，则线圈P在该时间内的平均感应电动势为(　　) A. B. C. D. 4 （2025·福建泉州模拟）近场通信（NFC）器件应用电磁感应原理进行通信，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 5 （2025·广东容山中学期末）扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是（　　） 6 （2024·广东高考4题）电磁俘能器可在汽车发动机振动时利用电磁感应发电实现能量回收，结构如图甲所示。两对永磁铁可随发动机一起上下振动，每对永磁铁间有水平方向的匀强磁场，磁感应强度大小均为B。磁场中，边长为L的正方形线圈竖直固定在减震装置上。某时刻磁场分布与线圈位置如图乙所示，永磁铁振动时磁场分界线不会离开线圈。关于图乙中的线圈。下列说法正确的是（　　） A.穿过线圈的磁通量为BL2 B.永磁铁相对线圈上升越高，线圈中感应电动势越大 C.永磁铁相对线圈上升越快，线圈中感应电动势越小 D.永磁铁相对线圈下降时，线圈中感应电流的方向为顺时针方向 7 （2025·湖北襄阳期末）图甲为某款“自发电”无线门铃按钮，其“发电”原理如图乙所示，按下门铃按钮过程磁铁靠近螺线管，松开门铃按钮磁铁远离螺线管回归原位置。下列说法正确的是（　　） A.按下按钮过程，螺线管P端电势较高 B.松开按钮过程，螺线管P端电势较高 C.按住按钮不动，螺线管中产生恒定的感应电动势 D.若按下和松开按钮的时间相同，螺线管中产生大小相同的感应电动势 8 （2025·重庆一中期末）如图甲所示，发光竹蜻蜓是一种常见的儿童玩具，它在飞起时能够持续发光。某同学对竹蜻蜓的电路作出简化，如图乙所示，半径为L的导电圆环绕垂直于圆环平面、通过圆心O的金属轴O1O2以角速度ω逆时针匀速转动（俯视）。圆环上接有电阻均为r的三根金属辐条OP、OQ、OR，辐条互成120°角。在圆环左半部分张角也为120°角的范围内（两条虚线之间）分布着垂直于圆环平面向下磁感应强度为B的匀强磁场，在转轴O1O2与圆环的边缘之间通过电刷M、N与一个LED灯相连。假设LED灯电阻为r，其他电阻不计，从辐条OP进入磁场开始计时。在辐条OP转过磁场区域的过程中，下列说法中正确的是（　　） A.O、P两端间的电压为BL2ω B.通过LED灯的电流为 C.整个装置消耗的电能为 D.增大磁感应强度可以使LED灯变得更亮 9 （2025·四川眉山期末）创意物理实验设计作品《小熊荡秋千》如图所示。两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒C、D固定在铁架台上，与两个铜线圈P、Q组成一闭合回路，两个磁性很强的条形磁铁如图放置。当用手左右摆动线圈P时，线圈Q也会跟着摆动，仿佛小熊在荡秋千。以下说法正确的是（　　） A.P向右摆动的过程中，P中的电流方向为顺时针方向（从右向左看） B.P向右摆动的过程中，Q也会向右摆动 C.P向右摆动的过程中，Q会向左摆动 D.若用手左右摆动Q，P会始终保持静止 10 （2025·黑龙江大庆期末）如图所示为新型交通信号灯原理简图，在交通信号灯前方路面埋设通电线圈，包含线圈的传感器电路与交通信号灯的时间控制电路连接，当车辆通过线圈上方的路面时，会引起线圈中电流的变化，系统根据电流变化的情况确定信号灯亮的时间长短，下列判断正确的是（　　） A.车辆经过线圈会产生感应电流 B.车辆通过线圈时，线圈激发的磁场不变 C.当线圈断了，系统依然能检测到车辆通过的电流信息 D.线圈中的电流是由于车辆通过线圈时发生电磁感应引起的 11.（2025·江西上饶期末）如图所示的门磁系统，强磁棒固定在门框上，线圈和发射系统固定在房门上，当房门关闭时穿过线圈的磁通量最大，当线圈中出现一定强度的电压、电流信号时，自动触发后面的信号发射系统，远程向后台发出报警信号，下列说法中正确的是（　　） A.只有当房门向外打开的过程中，门磁系统才会发生报警 B.此种门磁系统装在左右移动的滑门上也会起到报警的作用 C.房门不动时，线圈中会产生恒定的电流 D.将强磁棒与线圈和发射系统交换位置后不能起到报警的作用 12 .汽车自动控制刹车系统（ABS）的原理如图所示。铁质齿轮P与车轮同步转动，右端有一个绕有线圈的磁体（极性如图），M是一个电流检测器。当车轮带动齿轮P转动时，靠近线圈的铁齿被磁化，使通过线圈的磁通量增大，铁齿离开线圈时又使通过线圈的磁通量减小，从而能使线圈中产生感应电流，感应电流经电子装置放大后即实现自动控制刹车。齿轮从图示位置开始转到下一个铁齿正对线圈的过程中，通过M的感应电流的方向（　　） A.总是从左向右的 B.总是从右向左的 C.先从右向左，然后从左向右 D.先从左向右，然后从右向左 13 .某同学设想的减小电梯坠落时造成伤害的一种应急安全装置如图所示，在电梯轿厢底部安装永久强磁体，磁体N极朝上，电梯井道内壁上铺设若干金属线圈，线圈在电梯轿厢坠落时能自动闭合，从而减小对厢内人员的伤害。当轿厢坠落到图示位置时，关于该装置，以下说法正确的是（　　） A.从下往上看，金属线圈A中的感应电流沿逆时针方向 B.从下往上看，金属线圈B中的感应电流沿顺时针方向 C.金属线圈B对轿厢下落有阻碍作用，A对轿厢下落没有阻碍作用 D.金属线圈B有收缩的趋势，A有扩张的趋势 14 如图甲为一款网红魔术玩具——磁力“永动机”，小钢球放入漏斗后从中间小洞落入下面的弧形金属轨道，然后从轨道另一端抛出再次回到漏斗，由此循环往复形成“永动”的效果。其原理如图乙所示，金属轨道与底座内隐藏的电源相连，轨道下方藏有永磁铁。当如图乙永磁铁极朝上放置，小钢球逆时针“永动”时，下列分析正确的是（　　） A. 小球运动的过程中机械能守恒 B. 该磁力“永动机”的物理原理是电磁感应 C. 轨道应接电源的正极，轨道应接电源的负极 D. 电源如何接都不影响“永动”的效果 15. (2024浙江金华期末)城市施工时，为了避免挖到铺设在地下的导线，需要在施工前用检测线圈检测地底是否铺设导线。若地下有一条沿着东西方向的水平直导线，导线中通有如图所示方向的电流。现用一闭合的圆形线圈来检测，俯视检测线圈，下列说法正确的是（　　） A. 若线圈静止在导线正上方，当导线中通过的电流增加时，线圈中会产生感应电流 B. 若线圈由北向南沿水平地面移动，当经过恒定电流正上方时，磁通量为零，感应电流也为零 C. 若线圈由北向南沿水平地面通过恒定电流，感应电流的方向先逆时针后顺时针，然后再逆时针 D. 若线圈由北向南沿水平地面通过恒定电流，检测线圈所受安培力在水平方向的分量一直向北 16. （2026浙江宁波质检）磁悬浮原理如图甲所示，牵引原理如图乙所示（俯视图）。水平面内，边长为L的正方形区域内存在竖直方向的匀强磁场，相邻区域的磁感应强度方向相反、大小均为B。质量为m、总电阻为R的矩形金属线框abcd处于匀强磁场中，ab边长为L。当匀强磁场沿直线向右以速度v匀速运动时，金属线框能达到的最大速度为。已知线框运动时受到的阻力恒为f，则为（　　） A. B. C. D. 17. （2024江西1月联考）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 18. （2026广东名校联考）为了确保载人飞船返回舱安全着陆，设计师在返回舱的底部安装了4台完全相同的电磁缓冲装置，如图（a）所示，图（b）为其中一台电磁缓冲装置的结构简图。舱体沿竖直方向固定着两光滑绝缘导轨MN、PQ，导轨内侧安装电磁铁（图中未画出），能产生垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为B。导轨内的缓冲滑块K内部用绝缘材料填充，外侧绕有n匝闭合矩形线圈abcd，其总电阻为R，ab边长为L。着陆时电磁缓冲装置以速度v0与地面碰撞后，滑块K立即停下，此后在线圈与轨道的磁场作用下使舱体减速，从而实现缓冲。导轨MN、PQ及线圈的ad和bc边足够长，返回舱质量为m（缓冲滑块K质量忽略不计），取重力加速度为g，一切摩擦阻力不计。求： （1）缓冲滑块K刚停止运动时，舱体的加速度大小； （2）舱体着陆时（即导轨MN、PQ刚触地前瞬时）的速度v的大小； （3）若舱体的速度大小从v0减到v的过程中，舱体下落的高度为h，则该过程中每台电磁缓冲装置中产生的焦耳热Q。 19 ．（2025年1月江西十校协作体第一次联考）某公园的游乐场中引进了电磁弹射儿童车项目，其装置简化示意图如图所示。AA′BB′与 CC′EE′是两 个宽度均为 L = 1.0m 的水平金属轨道，两导轨中间用绝缘材料连接，AA′BB′轨道间存在方向竖直向下的 匀强磁场 B1 ，大小可调。CC′EE′轨道的 DD′EE′部分存在磁感应强度大小 B2 = 5T 、方向竖直向下的匀强 磁场。在AA′BB′金属轨道的左侧接有电容大小 C = 8.0F 的电容器，在 CC′EE′金属轨道的右侧接有R = 0.6Ω 的定值电阻。一个用木制横梁连接的两金属棒ab 、cd 固定在儿童车的底部，并将其放在如图示位置。用 电动势 E = 15V 的电源（图中未画出）为电容器充电完毕后断开电源， 电容器的带电情况如图所示，然 后闭合开关 S ，儿童车开始从 AA′位置向右加速弹射。已知乘坐一名幼儿时儿童车的总质量 m = 50.0kg ， 两金属棒 ab 、cd 及木制横梁的长度均为 L = 1.0m ，两金属棒的电阻均为 r = 0.3Ω , CC′DD′部分的金属轨 道长度d1 > L ，整个轨道之间各处均光滑且平滑连接，AA′BB′金属轨道足够长，重力加速度 g 取 10m/s2， 不计空气阻力。求： （1） 电容器充电完毕后所带的电荷量 Q； （2）当 B1 为多大时，儿童车在 AA′BB′轨道上可以获得最大速度且最大速度为多少； （3）在第二问条件下的儿童车在 AA′BB′轨道上获得最大速度后，要使金属棒 cd 恰好停在 EE′处，DD′EE′ 部分金属轨道长度 d2 为多长。 1 学科网（北京）股份有限公司 $