高中物理-专题 电磁感应-2020高考真题(解析版)

第四部分 电磁感应 专题4.电磁感应-2020高考真题

一．选择题

1．（2020高考全国理综I）如图，U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上，ab和dc边平行，和bc边垂

直。ab、dc足够长，整个金属框电阻可忽略。一根具有一定电阻的导体棒MN置于金属框上，用水平恒力F向右拉动金属框，运动过程中，装置始终处于竖直向下的匀强磁场中，MN与金属框保持良好接触，且与bc边保持平行。经过一段时间后

A．金属框的速度大小趋于恒定值 B．金属框的加速度大小趋于恒定值 C．导体棒所受安培力的大小趋于恒定值 D．导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值 【参】BC

【命题意图】 本题考查法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力及其相关知识点，考查的核心素养是运动和力的物理观念、科学思维。

【解题思路】 用水平恒力F向右拉动金属框，bc边切割磁感线产生感应电动势，回路中有感应电流i，bc边受到水平向左的安培力作用，设金属框的质量为M，加速度为a1，由牛顿第二定律，F-BiL=Ma1；导体棒MN受到向右的安培力向右加速运动，设导体棒的质量为m，加速度为a2，由牛顿第二定律， BiL=ma2，二者运动的速度图像如图所示。

设金属框bc边的速度为v时，导体棒的速度为v’，则回路中产生的感应电动势为E=BL（v-v’），由闭合电路欧姆定律I=E/R=

BLvv'，F安=BIL可得金属框ab边所受的安培力和导体棒MN所受的安培力都是FR安

=B2L2（v-v’）/R，即金属框所受的安培力随着速度的增大而增大。对金属框，由牛顿运动定律，F- F安=Ma1，

安

对导体棒MN，由牛顿运动定律， F安=ma2，二者加速度之差△a= a1- a2=（F- F安）/M- F安/m=F/M- F

B2L2vv'（1/M+1/m），随着所受安培力的增大，二者加速度之差△a减小，当△a减小到零时，即F/M=

R（1/M+1/m），所以金属框和导体棒的速度之差△v=（v-v’）=

FRm保持不变。由此可知，金属框

B2L2mM的速度逐渐增大，金属框所受安培力趋于恒定值，金属框的加速度大小趋于恒定值，导体棒中所受的安培力F安=B2L2（v-v’）/R趋于恒定值，选项A错误BC正确；导体棒到金属框bc边的距离x=（v-v’）t随时间的增大而增大，选项D错误。

【关键点拨】此题中导体棒置于金属框上，当用水平力向右拉动金属框时，导体棒MN在安培力作用下也向右运动，产生反电动势。要注意导体棒MN向右运动的速度一定小于金属框向右运动的速度。

2．（2020高考全国理综II）管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示，

圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为

A．库仑 B．霍尔 C．洛伦兹 【参】D

D．法拉第

【命题意图】本题考查电磁感应和物理学史。

【解题思路】线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，原理是电磁感应，电磁感应发现者是法拉第，选项D正确。

3．（2020新高考I卷山东卷）如图所示，平面直角坐标系的第一和第二象限分别存在磁感应强度大小相等、

方向相反且垂直于坐标平面的匀强磁场，图中虚线方格为等大正方形。一位于Oxy平面内的刚性导体框abcde在外力作用下以恒定速度沿y轴正方向运动（不发生转动）。从图示位置开始计时，4 s末bc边刚好进入磁场。在此过程中，导体框内感应电流的大小为I， ab边所受安培力的大小为Fab，二者与时间t的关系图像，可能正确的是

【参】BC

【命题意图】 本题考查法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力及其相关知识点，考查的核心素养是运动和力的物理观念、科学思维。

【解题思路】在0~1s时间内，线框有效切割磁感线的长度为ae（两个小方格边长）保持不变，由法拉第电磁感应定律可知，产生恒定的感应电动势；由闭合电路欧姆定律，可知导体框中感应电流保持不变。ab边进入磁场的长度均匀增大，由安培力公式F=BIL可知，安培力均匀增大；在1~2s时间内，线框有效切割磁感线的长度均匀增大一个小方格边长，由法拉第电磁感应定律可知，产生恒定的感应电动势均匀增大；由闭合电路欧姆定律，可知导体框中感应电流均匀增大。ab边进入磁场的长度均匀增大一个小方格边长，由安培力公式F=BIL可知，安培力均匀增大；在2~3s时间内，线框有效切割磁感线的长度均匀增大一个小方格边长，由于y轴两侧的磁场方向相反，产生的感应电动势方向相反，可知导体框中感应电流I均匀减小，虽然ab边进入磁场的长度均匀增大，由安培力公式F=BIL可知，安培力由增大变缓慢；在3~4s时间内，线框有效切割磁感线的长度均匀增大一个小方格边长，由于y轴两侧的磁场方向相反，产生的感应电动势方向相反，可知导体框中感应电流I减小，虽然ab边进入磁场的长度均匀增大，但是安培力变为减小，所以可能正确的是BC。

4. （2020高考江苏物理）如图所示，两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反.金属圆环的直径与两磁场的边界重合.下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是（ ）

A.同时增大B1减小B2 B.同时减小B1增大B2

C.同时以相同的变化率增大B1和B2 D.同时以相同的变化率减小B1和B2 【参】B

【名师解析】两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反.金属圆环内的磁通量为零。同时增大B1减小B2，根据楞次定律，会在环中产生逆时针方向感应电流，选项A错误；同时减小B1增大B2，会在环中产生顺时针方向感应电流，选项B正确；同时以相同的变化率增大B1和B2，或同时以相同的变化率减小

B1和B2，金属圆环内的磁通量变化率为零，根据法拉第电磁感应定律，不产生感应电流，选项CD错误。

5.（2020年1月浙江选考）如图所示,在光滑绝缘水平面上,两条固定的相互垂直彼此绝缘的导线通以大小相同的电流 I。在角平分线上,对称放置四个相同的正方形金属框。当电流在相同时间间隔内增加相同量,则

A. 1、3 线圈静止不动，2、4 线圈沿着对角线向内运动 B. 1、3 线圈静止不动，2、4 线圈沿着对角线向外运动 C. 2、4 线圈静止不动，1、3 线圈沿着对角线向内运动

D．2、4 线圈静止不动，1、3 线圈沿着对角线向外运动

【参】：B

【名师解析】：由安培定则（右手螺旋定则）可知，两根导线在 1、3 处产生的磁场方向相反，大小相同，所以该处磁感应强度为 0，电流增加，线框不动。2 处磁场方向向外，4 处磁场方向向里，电流增大，磁感应强度增大，由楞次定律可知，线框应沿着对角线向外运动以阻碍磁通量增大，所以选项ACD错误B正确。

6．(2020高考全国理综III卷)如图，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。

圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到

A．拨至M端或N端，圆环都向左运动 B．拨至M端或N端，圆环都向右运动

C．拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动 D．拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动 【参】B

【名师解析】将图中开关S由断开状态拨至M端或N端，圆环中磁通量都是增加，根据楞次定律，圆环都向右运动，选项B正确。

二．计算题

1.（15分）（2020高考江苏物理）如图所示，电阻为0.1的正方形单匝线圈abcd的边长为0.2m，bc边与匀强磁场边缘重合.磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为0.5T.在水平拉力作用下，线圈以

8m/s的速度向右穿过磁场区域.求线圈在上述过程中

（1）感应电动势的大小E； （2）所受拉力的大小F；

（3）感应电流产生的热量Q.

【名师解析】.（1）感应电动势EBlv 代入数据得E0.8V （2）感应电流IE 拉力的大小等于安培力FBIl RB2l2v解得F，代入数据得F0.8N

R（3）运动时间t2l2 焦耳定律QIRt v2B2l3v解得Q，代入数据得Q0.32J

R2.(9分) （2020高考北京卷）

如图甲所示，N200匝的线圈(图中只画了2匝)，电阻r2Ω，其两端与一个R48的电阻相连，线圈内有指向纸内方向的磁场。线圈中的磁通量按图乙所示规律变化。 (1)判断通过电阻R的电流方向； (2)求线圈产生的感应电动势E； (3)求电阻R两端的电压U。

【命题意图】本题考查电磁感应定律、楞次定律、欧姆定律及其相关知识点。 【解题思路】（1）由楞次定律可判断出通过电阻R的电流方向为a→b。 （2）由图乙可得，磁通量变化率，

=0.5V， t=200×0.5V=100V。 t由法拉第电磁感应定律，线圈产生的感应电动势E=N（3）由闭合电路欧姆定律，电阻中电流I=

E=2A Rr48V=96V。 电阻R两端的电压U=IR=2×

3．（10分）（2020年7月浙江选考）如图1所示，在绝缘光滑水平桌面上，以O为原点、水平向右为正

方向建立x轴，在0x1.0m区域内存在方向竖直向上的匀强磁场。桌面上有一边长L0.5m、电阻R0.25的正方形线框abcd，当平行于磁场边界的cd边进入磁场时，在沿x方向的外力F作用下以v1.0m/s的速度做匀速运动，直到ab边进入磁场时撤去外力。若以cd边进入磁场时作为计时起点，在0t1.0s内磁感应强度B的大小与时间t的关系如图2所示，在0t1.3s内线框始终做匀速运动。

（1）求外力F的大小；

（2）在1.0st1.3s内存在连续变化的磁场，求磁感应强度B的大小与时间t的关系； （3）求在0t1.3s内流过导线横截面的电荷量q。

【名师解析】：（1）t00,B00.25T

回路电流 IB0Lv R22B0L安培力 FAv

R外力 FFA0.0625N

（2）匀速出磁场，电流为0，磁通量不变 1

t11.0s时，B10.5T，磁通量 1B1L2

t时刻，磁通量 BLLvtt1 得B1 64t

B0L2（3）010.5s电荷量 q10.25C

RB1L2B0L20.5st1.0s电荷量 q20.25C

R总电荷量 qq1q20.5C 4.(12分) （2020高考北京卷）

某试验列车按照设定的直线运动模式，利用计算机控制制动装置，实现安全准确地进站停车。制动装置包括电气制动和机械制动两部分。图1所示为该列车在进站停车过程中设定的加速度大小a车随速度v的变化曲线。

(1)求列车速度从20m/s降至3m/s经过的时间t及行进的距离x。

(2)有关列车电气制动，可以借助图2模型来理解。图中水平平行金属导轨处于竖直方向的匀强磁场中，回路中的电阻阻值为R，不计金属棒MN及导轨的电阻。MN沿导轨向右运动的过程，对应列车的电气制动过程，可假设MN棒运动的速度与列车的速度、棒的加速度与列车电气制动产生的加速度成正比。列车开始制动时，其速度和电气制动产生的加速度大小对应图1中的P点。论证电气制动产生的加速度大小随列车速度变化的关系，并在图1中画出图线。

(3)制动过程中，除机械制动和电气制动外，列车还会受到随车速减小而减小的空气阻力。分析说明列车从1000m/s减到3m/s的过程中，在哪个速度附近所需机械制动最强?

(注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明)

(考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效)

【命题意图】本题考查匀变速直线运动规律、电磁感应及其相关知识点。 【解题思路】

(1)列车速度从v1=20m/s降至v2=3m/s过程做匀减速直线运动，其加速度为a=0.7m/s2，由at=v1-v2， 解得经过的时间t=170/7s。 行进的距离x= v1t-

1211702at=20×170/7m-×0.7×（）m=27.93m。 227（2）设导轨间距为L，竖直方向的匀强磁场磁感应强度为B，质量为m的金属棒MN以速度v向右做切割磁感线运动，产生的感应电动势E=BLv， 由闭合电路欧姆定律，I=E/R， 金属棒受到的安培力F=BIL， 由牛顿第二定律，F=ma，

B2L2v 联立解得：a=

mR即MN金属棒的加速度a与速度v成正比。

假设MN棒运动的速度与列车的速度、棒的加速度与列车电气制动产生的加速度成正比，所以电气制动产生的加速度大小随列车速度变化的关系为成正比。图线如图所示。

（3）列车从1000m/s减到3m/s的过程中，在速度接近3m/s时，空气阻力很小，电气制动产生的加速度也很小，所以在速度接近3m/s附近所需机械制动最强。