(最新原创)2021高考二轮复习物理学案（6）电磁感应一．典例精析
题型1.（楞次定律的应用和图像）如图甲所示，存在有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B，师雪清方向分别垂直纸面向里和向外，磁场宽度均为L，在磁场区域的左侧相距为L处，有一边长为L的正方形导体线框，总电阻为R，且线框平面与磁场方向垂直. 现使线框以速度v匀速穿过师雪清磁场区域. 以初始位置为计时起点，规定电流逆时针方向时的电流和电动势方向为正，B垂直纸面向里时为正，则以下关于线框中的感应电动势、磁通量、感应电流、和电功率的四个图师雪清象描述不正确的是（）
师雪清
师雪清
解析：在第一段时间内，磁通量等于零，感应电动势为零，感应电流为零，电功率为零。
在第二段时间内，BLvt BS ==Φ，BLv E =，R BLv R E I ==，R BLv P 2)(=。
在第三段时间内，
BLvt BS 2==Φ，BLv E 2=，R BLv R E I 2==，R BLv P 2)2(= 师雪清
在第四段时间内，
BLvt BS ==Φ，BLv E =，R E I =，R BLv P 2)(=。此题
选B 。师雪清 规律总结：对应线圈穿过磁场产生感应电流的图像问题，应该注意以下几点：师雪清
⑴要划分每个不同的阶段，对每一过程采用楞次定律和法拉第电磁感应定律进行分析。
⑵要根据有关物理规律找到物理量间的函数关系式，以便确定图像的形状。师雪清
⑶线圈穿越方向相反的两磁场时，要注意有两条边都切割磁感线产生感应电动势。
师雪清
题型2.（电磁感应中的动力学分析）如图所示，固定在绝缘水平面上的的金属框架cdef 处于竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab 电阻为r ，跨在框架上，可以无摩擦地滑动，其余电阻不计．在t=0时刻，磁感应强度为B d
c a b e f
B0，adeb恰好构成一个边长为L的正方形．⑴若从t=0时刻师雪清起，磁感应强度均匀增加，增加率为k(T/s)，用一个水平拉力让金属棒保持静止．在t=t1时刻，师雪清所施加的对金属棒的水平拉力大小是多大？⑵若从t=0时刻起，磁感应强度逐渐减小，当金属棒以速度v向右匀速运动时，可以使金属棒中恰好不产生感应电流则磁感应强度B应怎样随时间t变化？写出B与t间的函数关系式．
解析：
师雪清
规律总结：
师雪清
师雪清
题型3.（电磁感应中的能量问题）如图甲所示，相距为L的光滑平行金属导轨水平放置，导师雪清轨一部分处在以OO′为右边界匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直导轨平面向下，
导轨右侧接有定值电阻R ，导轨电阻忽略不计. 在距边界OO ′也为L 处垂直导轨放置一质量为m 、电阻r 的金属杆ab. 师雪清
（1）若ab 杆在恒力作用下由静止开始向右运动3L 距离，其速度一位移的关系图象如图乙所示（图中所示量为已知量）. 求此过程中电阻R 上产生的焦耳QR 及ab 杆在刚要离开磁场时的加速度大小a. 师雪清
（2）若ab 杆固定在导轨上的初始位置，使匀强磁场保持大小不变，绕OO ′轴匀速转动. 若从磁场方向由图示位置开始转过2π的过程中，电路中产生的焦耳热为
Q2. 则磁场
转动的角速度ω大小是多少？
师雪清
解析：（1）ab 杆离起起始位置的位移从L 到3L
的过程中，由动能定理可得师雪清
)(21)3(2122v v m L L F -=- （2分）
ab 杆在磁场中由起始位置发生位移L 的过程，根据功能关
系，恒力F 做的功等于ab 杆杆增加的动能与回路产生的焦耳热之和，则师雪清
总Q mv FL +=2121 （2分）
联立解得4)3(2122v v m Q -=总，（1分） R 上产生热量)(4)3(2122r R v v Rm Q R +-=（1分）
ab 杆刚要离开磁场时，水平向上受安培力F 总和恒力F 作用，
安培力为：r R v L B F +=122安（2分）师雪清
由牛顿第二定律可得：ma F
F =-安（1分）师雪清 解得)(41222122r R m v L B L v v a +--=（1分）
（2）磁场旋转时，可等效为矩形闭合电路在匀强磁场中反
方向匀速转动，所以闭合电路中产生正弦式电流，感应电动势的峰值ωω2BL BS E
m ==（2分）师雪清 有效值2m E E =
（2分） 4
22T r R E Q ?+= （1分） 而ωπ2=T （1分）
师雪清
题型4.（电磁感应中的电路问题）如图所示，匀强磁场的磁感应强度1.0=B T ，金属棒AD 长师雪清
0.4m ，与框架宽度相同，电阻=R 1／3Ω，
框架电阻不计，电阻R1=2Ω，R2=1Ω．当
金属棒以5m ／s 速度匀速向右运动时，求：
(1)流过金属棒的感应电流为多大?
(2)若图中电容器C 为0.3μF ，则电容器中储存多少电荷量?
师雪清
师雪清
题型5.（电磁感应定律）穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t 变化的图像分别如下图①~④所示。下列关于回路中产生的感应电动势的论述中正确的是：
A 图①中回路产生的感应电动势恒定不变
B 图②中回路产生的感应电动势一直在变大师雪清
C 图③中回路0~t1时间内产生的感应电动势小于在t1~t2时间内产生的感应电动势
D 图④中回路产生的感应电动势先变小再变大 师雪清 解析：t
n E E t t n E ??Φ==??Φ??Φ=)(为图像斜率是定值乙图： 丙图：0~t0斜率（不变）大于t0~2t0的斜率（不变）丁图：斜率先减小后增大师雪清
D 选项对。
题型6.（流过截面的电量问题）如图7-1，在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻R 的直角形师雪清金属导轨aob(在纸面Φ Φ Φ ③ t t t Φ
o o o
内)，磁场方向垂直于纸面朝里，另有两根金属导轨c 、d 分别平行于oa 、ob 放置。保持导轨之间接触良好，金属导轨的电阻不计。现经历以下四个过程：①以速度v 移动d,使它与ob 的距离增大一倍;②再以速率v 移动c,使它与oa 的距离减小一半；③然后，再以师雪清 师雪清速率2v 移动c,使它回到原处；④最后以速率2v 移动d,使它也回到原
处。设上述四个过程中通过电阻R 的电量的大小
依次为Q1、Q2、Q3和Q4,则（ ）
A 、Q1=Q2=Q3=Q4
B 、Q1=Q2=2Q3=2Q4
C 、2Q1=2Q2=Q3=Q4
D 、Q1≠Q2=Q3≠Q4
解析：设开始导轨d 与Ob 的距离为x1，导轨c 与Oa 的距离为x2，由法拉第电磁感应定律知移动c 或d 时产生的感应电动势：E ＝t ??φ＝t S B ??，通过R 的电量为：Q ＝I ＝R E Δt ＝R
S B ?。可见师雪清通过R 的电量与导体d 或c 移动的速度无关，由于B 与R 为定值，其电量取决于所围成面积的变化。①若导轨d 与Ob 距离增大一倍，即由x1变2x1，则所围成的面积增大了ΔS1＝x1·x2；②若导轨c 再与Oa 距离减小一半，即由x2变为x2/2，则所围成的面积又减小了ΔS2＝2x1·x2/2＝x1·x2；③若导轨c 再回到原处，此过程面积的变化为ΔS3＝ΔS2＝2x1·x2/2＝O R a c d b
x1·x2；④最后导轨d又回到师雪清原处，此过程面积的变化为ΔS4＝x1·x2；由于ΔS1＝ΔS2＝ΔS3＝ΔS4，则通过电阻R的电量是相等的，即Q1＝Q2＝Q3＝Q4。选A。
规律总结：计算感应电量的两条思路：
思路一：当闭合电路中的磁通量发生变化时，根据法拉第电磁感应定律，平均感应电动势E=N 师雪清Δφ/Δt，平均感应电流I＝E/R＝NΔφ/RΔt，则通过导体横截面的电量q=I t ＝NΔφ/R 思路二：当导体棒在安培力(变力)作用下做变速运动，磁通量的变化难以确定时，常用动量定理通过求安培力的冲量求通过导体横截面积的电量。要快速求得通过导体横截面的电量Q，关键是正确求得穿过某一回路变化的磁通量ΔΦ。师雪清题型7.（自感现象的应用）如图1所示电路中, D1和D2是两个相同的小灯泡, L是一个自感系师雪清师雪清数很大的线圈, 其电阻与R相同, 由于存在自感现象, 在开关S接通和断开瞬间, D1和D2发亮的顺序是怎样的？
解析：开关接通时，由于线圈的自感作用，流过线圈的电流为零，D2与R并联再与D1串联，所以两灯同时亮；开关断开时，D2立即熄灭，由于线圈的自感作用，流过线圈的电流不能突变，线圈与等D1组成闭合回路，D1滞后一段时间灭。
规律总结：自感电动势仅仅是减缓了原电流的变化，不会阻止
原电流的变化或逆转原电流的师雪清变化．原电流最终还是要增加到稳定值或减小到零，在自感现象发生的一瞬间电路中的电流为原值，然后逐渐改变。
师雪清
题型8.（导体棒平动切割磁感线问题）如图所示，在一磁感应强度B＝0.5T的匀强磁场中，垂直于磁场方向水平放置着两根相距为h＝0.1m的平行金属导轨MN和PQ，导轨电阻忽略不计，在两根导轨的端点N、Q之间连接一阻值R＝0.3Ω的电阻。导轨上跨放着一根长为L＝0.2m，师雪清每米长电阻r＝2.0Ω/m的金属棒ab，金属棒与导轨正交放置，交点为c、d，当金属棒在水平拉力作用于以速度v＝4.0m/s向左做匀速运动时，试求：师雪清
（1）电阻R中的电流强度大小和方向；（2）使金属棒做匀速运动的拉力；
（3）金属棒ab两端点间的电势差；
（4）回路中的发热功率。师雪清
解析：金属棒向左匀速运动时，等效电路如图、所示。在闭合回路中，金属棒cd部分相当于电源，内阻rcd＝hr，电动势Ecd＝Bhv。
（1）根据欧姆定律，R中的电流强度为0.4A，方向从N经R到Q。师雪清
（2）使金属棒匀速运动的外力与安培力是一对平衡力，
方向向左，大小为F＝F安＝BIh 师雪清＝0.02N。
（3）金属棒ab两端的电势差等于Uac、Ucd与Udb三者之和，由于Ucd＝Ecd－Ircd，所以Uab＝Eab－Ircd＝BLv －Ircd＝0.32V。师雪清
（4）回路中的热功率P热＝I2（R＋hr）＝0.08W。
规律总结：①不要把ab两端的电势差与ab棒产生的感应电动势这两个概念混为一谈。
②金属棒匀速运动时，拉力和安培力平衡，拉力做正功，安培力做负功，能量守恒，外力的师雪清机械功率和回路中的热功率相等，即。
师雪清
题型9.（导体棒转动切割磁感线问题）一直升飞机停在南半球某处上空．设该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为B．直升飞机螺旋桨叶片的长度为l，螺旋桨转动的频率为f，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动．螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为b，师雪清如图所示．如果忽略到转轴中心线的距离，用E表示每个叶片中的感应电动势，则（）A．E = πfl2B，且a点电势低于b 点电势
B．E = 2πfl2B，且a点电势低于b 点电势师雪清
C．E = πfl2B，且a点电势高于b 点电势
D．E = 2πfl2B，且a点电势高于b点电势
解析：棒转动切割电动势E=BLV棒中，选A。师雪清
规律总结：①若转轴在0点：
)
2 (
L
BL
BLv
E?
=
=ω
棒中
②若转轴不在棒上：(1L
L
BL
BLv
E+
=
=ω
棒中
二、专题突破
针对典型精析的例题题型，训练以下习题。师雪清
1. 如图，一个边长为l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的
匀强磁场；一个边长也为l的师雪清师
雪清正方形导线框所在平面与磁场方向垂
直；虚线框对角线ab与导线框的一条边垂
直，ba的延长线平分导线框．在t=0时，使
导线框从图示位置开始以恒定速度沿ab方向移动，直到整个
导线框离开磁场区域．以i表示导线框中感应电流的强度，取
逆时针方向为正．下列表示i-t关系的图示中，可能正确的是
师雪清
点拨：此题为电磁感应中的图像问题。从正方形线框下边开始
进入到下边完全进入过程中，师雪清线框切割磁感线的有效长
a
b
度逐渐增大，所以感应电流也逐渐拉增大，A 项错误；从正方形线框下边完全进入至下边刚穿出磁场边界时，切割磁感线有效长度不变，故感应电流不变，B 项错；当正方形线框下边离开磁场，上边未进入磁场的过程比正方形线框上边进入磁场过程中，磁通量减少的稍慢，故这两个过程中感应电动势不相等，感应电流也不相等，D 项错，故正确选项为C 。师雪清
2. 如图，一直导体棒质量为m 、长为l 、电阻为r ，其两端放在位于水平面内间距也为l 的光滑平行导轨上，并与之密接；棒左侧两导轨之间连接一可控制的负载电阻（图中未画出）；导轨置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B ，方向垂直于导轨所在平面。开始时，给导体棒一个平行于导轨的初速度v0。在棒的运动速度由v0减小至v1的过程中，通过控制负载电阻的阻值使棒中的电流强度I 保持恒定。导体棒一直在磁场中运动。若不计导轨电阻，求此过程师雪清中导体棒上感应电动势的平均值和负载电阻上消耗的平均功率。师雪清 点拨：此题属于电磁感应中的电路问
题 导体棒所受的安培力为：
F=BIl ………………① （3分）
由题意可知，该力的大小不变，棒做匀减速运动，因此在棒的速度从v0减小到v1的过程中，平均速度为：)(21
10v v v +=……………………② （3分）
当棒的速度为v 时，感应电动势的大小为：E=Blv ………………③ （3分）师雪清 棒中的平均感应电动势为：v Bl E =………………④ （2分）
综合②④式可得：()1021
v v Bl E +=………………⑤ （2分）师雪清
导体棒中消耗的热功率为：r I P 2
1=………………⑥ （2分）
负载电阻上消耗的热功率为：12P I E P
-=…………⑦ （2分）师雪清
由以上三式可得：()r I v v Bl P
210221-+=…………⑧ （2分） 师雪清
3. 均匀导线制成的单位正方形闭合线框abcd ，每边长为L ，总电阻为R ，总质量为m 。将其置于磁感强度为B 的水平匀强磁场上方h 处，如图所示。线框由静止自由下落，线框平面保持在竖直平面内，且cd 边始终与水平的磁场边界平行。当cd 边刚进入磁场时，师雪清
（1）求线框中产生的感应电动势大小;
（2）求cd 两点间的电势差大小;
（3）若此时线框加速度恰好为零，求线框下落的高度h 所应满足的条件。师雪清
点拨：电磁感应中的动力学问题
（1）cd 边刚进入磁场时，线框速度
v=2gh 线框中产生的感应电动势E=BLv
＝
(2)此时线框中电流 I=E R
cd 两点间的电势差U=I(34R
)=34(3)安培力
师雪清 师雪清
根据牛顿第二定律mg-F=ma,由a=0
解得下落高度满足 h=22442m gR B L
4. 如图所示，光滑的平行水平金属导轨MN 、PQ 相距L ，在M 点和P 点间连接一个阻值为R
的电阻，在两导轨间cdfe 矩形区域内
有垂直导轨平面竖直向上、宽为d 的匀强磁
场，磁感应强度为B 。一质量为m 、电阻为r 、长度也刚好为L 的导体棒ab 垂直搁在导轨上，与磁场左边师雪清 师雪清 师雪清 师雪清界相距d0。现用一个水平向右的力F 拉棒ab ，使它由静止开始运动，棒ab 离开磁场前已做匀速直线运动，棒ab 与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，F 随ab 与初始位置的距离x 变化的情况如图，F0已知。求：
N
（1）棒ab 离开磁场右边界时的速度。
（2）棒ab 通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电能。
（3）d0满足什么条件时，棒ab
师雪清
点拨：电磁感应中的能量问题
（1）设离开右边界时棒ab 速度为υ，则有 υεBI =
1分 r R I +=ε 1分师雪清
对棒有：020=-BIl F 1分
解得：2
20
)(2l B r R F +=υ 1分 （2）在ab 棒运动的整个过程中，根据动能定理： 02122000-=-+υm W d F d F 安 2分师雪清
由功能关系： 安电W E =
解得：4422000)(2)2(l B r R mF d d F E +-+=电 2分师雪清
（3）设棒刚进入磁场时的速度为0υ，则有
0212000-=υm d F 2分
F
F 2F 0 0
当υ
υ=
0，即442
0 0
) (
2
l
B r
R
m
F
d +
=时，进入磁场后一直匀速运动； 2分师雪清
三、学法导航
复习指导：①回归课本夯实基础，仔细看书把书本中的知识点掌握到位
②练习为主提升技能，做各种类型的习题，在做题中强化知识师雪清师雪清
③整理归纳举一反三，对易错知识点、易错题反复巩固
④电磁感应中能量问题的解题思路：
⑴明确研究对象、研究过程师雪清
⑵进行正确的受力分析、运动分析、感应电路分析及相互制约关系师雪清
⑶明确各力的做功情况及伴随的能量转化情况。
⑷利用动能定理、能量守恒定律或功能关系列方程求解师雪清
⑤解决感应电路综合问题的一般思路
⑴先做“源”的分析：分离出电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源参数E和r 师雪清
⑵再进行“路”的分析：分析电路结构，弄清串并联关系，求出相关部分的电流大小，以便安培力的求解师雪清
⑶然后是“力”的分析：分析力学研究对象的受力情况，尤其
注意其所受的安培力师雪清
⑷在后是“动”的分析：根据力和运动的关系，判断出正确的运动模型
⑸最后是“能”的分析：寻找电磁感应过程和力学对象的运动过程中其能量转化和守恒的关系。师雪清师雪清
1.如图11－2所示，以边长为50cm的正方形导线框，放置在B=0.40T的身强磁场中。已知磁场方向与水平方向成37°角，线框电阻为0.10Ω，求线框绕其一边从水平方向转至竖直方向的过程中通过导线横截面积的电量。
【错解】线框在水平位置时穿过线框的磁通量
Φ1=BScos53°=6.0×10-2Wb 师雪清
线框转至竖直位置时，穿过线框的磁通量Φ2=BScos37°=8.0×10-8（Wb）
这个过程中的平均电动势师雪清
通过导线横截面的电量师雪清
师雪清
【错解原因】磁通量Φ1=BScosθ，公式中θ是线圈所在平面的法线与磁感线方向的夹角。师雪清若θ＜90°时，Φ为正，θ＞90°时，Φ为负，所以磁通量Φ有正负之分，即在线框转动至框平面与B方向平行时，电流方向有一个转变过程。错解就是忽略了磁通量的正负而导致师雪清错误。
【分析解答】设线框在水平位置时法线（图11－2中n）方向向上，穿过线框的磁通量师雪清
Φ1=BScos53°=6.0×10-2Wb
当线框转至竖直位置时，线框平面的法线方向水平向右，与磁感线夹角θ=143°，穿过线框师雪清的磁通量Φ1=BScos143°=-8.0×10-2Wb
通过导线横截面的电量
师雪清
【评析】通过画图判断磁通量的正负，然后在计算磁通量的变化时考虑磁通量的正负才能避免出现错误。师雪清
2.如图11-3所示，直角三角形导线框ABC，处于磁感强度为B的匀强磁场中，线框在纸面上绕B点以匀角速度ω作顺时针方向转动，∠B=60°，∠C=90°，AB=l，求A，C两端的电势UAC。师雪清
【错解】把AC投影到AB上，有效长度AC′，根据几何关系（如图11－4），
师雪清师雪清
师雪清
【错解原因】此解错误的原因是：忽略BC，在垂直于AB方向上的投影BC′也切割磁感线产生了电动势，如图11-4所示。
【分析解答】师雪清
该题等效电路ABC，如图11－5所示，根据法拉第电磁感应定律，穿过回路师雪清师雪清ABC的磁通量没
有发生变化，所以整个回路的ε总=0 ①
设AB，BC，AC导体产生的电动势分别为ε1、ε2、ε3，电路等效于图11-5，故有ε总=ε1+ε2+ε3 ②
【评析】
注意虽然回路中的电流为零，但是AB两端有电势差。它相当于两根金属棒并联起来，做切割磁感线运动产生感应电动势而无感应电流。师雪清
师雪清
3. 如图11－7所示装置，导体棒AB，CD在相等的外力作用下，沿着光滑的轨道各朝相反方向以0.lm／s的速度匀速运动。匀强磁场垂直纸面向里，磁感强度B=4T，导体棒有效长度都是L=0.5m，电阻R=0.5Ω，导轨上接有一只R′=1Ω的师雪清电阻和平行板电容器，它的两板间距相距1cm，