《山东专用2020版高考物理一轮复习第十章第2节法拉第电磁感应定律自感和涡流练习含解析新人教版.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山东专用2020版高考物理一轮复习第十章第2节法拉第电磁感应定律自感和涡流练习含解析新人教版.pdf（10页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第 2 节 法拉第电磁感应定律 自感和涡流第 2 节 法拉第电磁感应定律 自感和涡流 1.(2019河北衡水金卷)如图所示,三只完全相同的灯泡 A,B,C 分别与带有铁芯的电感线圈 L、 定值电阻 R、 二极管 D 串联在电路中,闭合开关 S,电路稳定后,三只灯泡亮度相同.下列说 法正确的是( B ) A.断开开关 S,灯泡 A,C 马上熄灭,灯泡 B 慢慢熄灭 B.断开开关 S,灯泡 C 马上熄灭,灯泡 A,B 慢慢熄灭 C.断开开关 S 瞬间,通过灯泡 B 的电流方向是从左向右的 D.如果先抽掉电感线圈的铁芯,再断开开关 S,会发现灯泡 B 熄灭得 更慢 解析:闭合开关 S,电路稳定后,三
2、只灯泡亮度相同,说明导通状态下,三个支路的电流相同;断 开开关S后,电感线圈产生自感电动势,阻碍电流减小,与灯泡B所在支路形成回路,所以灯泡 A,B 不是马上熄灭,而是慢慢熄灭,灯泡 C 所在支路由于二极管的作用反向电流不能通过,灯 泡 C 马上熄灭,故 A 项错误,B 项正确;断开开关 S 瞬间,通过电感线圈的电流方向不变,通过 灯泡B的电流方向是从右向左的,故C项错误;根据自感电动势可知如果先抽掉电感线圈的铁 芯,自感系数 L 减小,再断开开关 S,由于电感线圈的自感电动势减小,会发现灯泡 B 熄灭得明 显变快,故 D 项错误. 2.(多选)如图所示,闭合金属环从曲面上 h 高处滚下,又沿
3、曲面的另一侧上升,设环的初速度 为零,摩擦不计,曲面处在图示磁场中,则( BD ) A.若是匀强磁场,环滚上的高度小于 h B.若是匀强磁场,环滚上的高度等于 h C.若是非匀强磁场,环滚上的高度等于 h D.若是非匀强磁场,环滚上的高度小于 h 解析:若是匀强磁场,金属环中无涡流产生,无机械能损失,故选项 A 错误,B 正确.若是非匀强 磁场,金属环中有涡流产生,机械能损失转化为内能,故选项 C 错误,D 正确. 3.(2018福建漳州第二次调研)(多选)如图是磁电式转速传感器的结构简图.该装置主要由 测量齿轮、软铁、永久磁铁、线圈等原件组成.测量齿轮为磁性材料.等距离地安装在被测旋 转体的
4、一个圆周上(圆心在旋转体的轴线上),齿轮转动时线圈内就会产生感应电流.设感应 电流的变化频率为 f.测量齿轮的齿数为 N,旋转体转速为 n,则( AD ) A.f=nN B.f= C.线圈中的感应电流方向不会变化 D.旋转体转速越高线圈中的感应电流越强 解析:测量齿轮的齿数为 N,旋转体转速为 n,则每秒内齿轮与线圈相互靠近和远离的次数为 nN,即感应电流的频率为 f=nN,选项 A 正确,B 错误;当齿轮与线圈相互靠近和远离的时候,在 线圈中产生的感应电流的方向要变化,选项 C 错误;旋转体转速越高,穿过线圈的磁通量的变 化率越大,则线圈中的感应电流越强,选项 D 正确. 4.(2018河北
5、唐山一模)如图所示,单匝金属线圈半径为 r1,电阻为 R,内部存在一圆形区域 匀强磁场,磁场区域半径为 r2,磁感应强度随时间的变化为 B=kt(k0),磁场方向垂直纸面向 外,下列说法正确的是( C ) A.线圈中感应电流的方向为逆时针方向 B.线圈具有收缩趋势 C.线圈中感应电流的大小为 D.线圈中感应电动势的大小为 k 解析:穿过线圈的磁通量向外增大,根据楞次定律,线圈中感应电流的方向为顺时针方向,线 圈具有扩张的趋势,增大反向的磁通量以阻碍原磁场磁通量的增大,故 A,B 错误;根据法拉第 电磁感应定律 E=S=k,根据欧姆定律,感应电流 I= =,故 C 正确,D 错误. 5.(201
6、9江西赣州中学模拟)(多选)1831 年 10 月 28 日,法拉第展示了他发明的圆盘发电机, 其示意图如图所示,水平铜盘可绕竖直铜轴转动,两铜片 M,N 分别与铜盘边缘和铜轴连接,使 整个铜盘处于竖直向上的匀强磁场中.M 和 N 之间连接阻值为 R 的电阻和滑动变阻器 RP,若从 上往下看,铜盘转动的方向为顺时针方向.已知铜盘的半径为 L,铜盘转动的角速度为 ,铜 盘连同两铜片对电流的等效电阻值为 r,磁感应强度为 B,下列说法正确的是( BCD ) A.导体 R 中的电流方向从 a 到 b B.铜盘转动产生的感应电动势大小为 BL2 C.导体 R 的最大功率为 D.如果 RP=R+r,则滑
7、动变阻器的最大功率为 解析:若从上往下看,铜盘转动的方向为顺时针方向,根据右手定则可知,导体 R 中的电流方 向从 b 到 a,故 A 错误;根据法拉第电磁感应定律得:铜盘转动产生的感应电动势为 E= BL2, 故B正确;根据闭合电路欧姆定律得I=,则导体R的功率为P=I2R=()2R, 当 RP=0 时,导体的功率最大,即 Pm=,故 C 正确;把导体 R 等效成电源的内阻,则电流 的等效电阻为 r=r+R,此时外电路只有 RP,故当 RP=r+R 时,滑动变阻器的功率最大,即 Pm= ,故 D 正确. 6.(多选)如图所示,足够长的平行光滑导轨固定在水平面上,导轨间距为 L=1 m,其右端
8、连接 有定值电阻 R=2 ,整个装置处于垂直导轨平面、磁感应强度 B=1 T 的匀强磁场中.一质量 m=2 kg的金属棒在恒定的水平拉力F=10 N的作用下,在导轨上由静止开始向左运动,运动中 金属棒始终与导轨垂直.导轨及金属棒的电阻不计,下列说法正确的是( ACD ) A.产生的感应电流方向在金属棒中由 a 指向 b B.金属棒向左做先加速后减速运动直到静止 C.金属棒的最大加速度为 5 m/s2 D.水平拉力的最大功率为 200 W 解析:金属棒向左运动切割磁感线,根据右手定则判断得知产生的感应电流方向由 ab,A 正 确;金属棒所受的安培力先小于拉力,棒做加速运动,后等于拉力做匀速直线运
9、动,速度达到 最大,B 错误;根据牛顿第二定律得 F-=ma,可知棒的速度 v 增大,加速度 a 减小,所以棒 刚开始运动时加速度最大,最大加速度 amax= m/s2=5 m/s2,C 正确;当棒的加速度 a=0 时 速度最大,设最大速度为 vmax,则有 F=,所以 vmax= m/s=20 m/s,所以水 平拉力的最大功率 Pmax=Fvmax=10 20 W=200 W,D 正确. 7.(2019新疆哈密校级模拟)线圈所围的面积为 0.1 m2,线圈电阻为1 .规定线圈中感应电 流I的正方向从上往下看是顺时针方向,如图(甲)所示.磁场的磁感应强度B随时间t的变化 规律如图(乙)所示.则
10、以下说法正确的是( C ) A.在时间 05 s 内,I 的最大值为 0.1 A B.在 4 s 末,I 的方向为正 C.前 2 s 内,通过线圈某截面的总电荷量为 0.01 C D.第 3 s 内,线圈的发热功率最大 解析:由题图(乙)看出,在 0 s 时图线的斜率最大,B 的变化率最大,根据闭合电路欧姆定律 得,I= =,0 s时刻磁感应强度变化率为0.1,则最大电流I= A=0.01 A,故A错误. 在4 s末,穿过线圈的磁场方向向上,磁通量减小,则根据楞次定律判断得知,I的方向为逆时 针方向,即为负方向,故 B 错误.前 2 s 内,通过线圈某截面的总电荷量 q= C=0.01 C,故
11、C正确;第3 s内,B没有变化,线圈中没有感应电流产生,则线圈的发热功率为0, 故 D 错误. 8.(2018四川乐山三次调考)(多选)如图,两根平行光滑金属导轨固定在同一水平面内,其 左端接有定值电阻 R,Ox 轴平行于金属导轨,在 0x4 m 的空间区域内存在着垂直导轨平 面向下的磁场,磁感应强度 B 随坐标 x(以 m 为单位)的分布规律为 B=0.8-0.2x(T),金属棒 ab 在外力作用下从 x=0 处沿导轨运动,ab 始终与导轨垂直并接触良好,不计导轨和金属棒的电 阻.设在金属棒从 x1=1 m 经 x2=2 m 到 x3=3 m 的过程中,R 的电功率保持不变,则金属棒( CD
12、 ) A.在 x1与 x3处的电动势之比为 13 B.在 x1与 x2处受到磁场 B 的作用力大小之比为 21 C.从 x1到 x2与从 x2到 x3的过程中通过 R 的电荷量之比为 53 D.从 x1到 x2与从 x2到 x3的过程中通过 R 产生的焦耳热之比为 53 解析:由功率的计算公式 P=,知道由于金属棒从 x1=1 m 经 x2=2 m 到 x3=3 m 的过程中电 功率保持不变,所以 E 不变,I 不变;由安培力公式 F=BIL, 可知 x1与 x2处受到磁场 B 的作用力大小之比= ;由安培力公式 F=BIL,F x 图像如图所示,图像的面积就是克服安培力做的功,即R产生的热量
13、,从x1到x2与 从 x2到 x3的过程中通过 R 产生的焦耳热之比为= ,根据热量 Q=I2Rt,热量 之比为 53,电流、电阻相同,说明时间之比为 53,因此电荷量之比= ,综上分 析,C,D 正确. 9.(2019江西南昌模拟)如图所示,长为L的金属导线弯成一圆环,导线的两端接在电容为C 的平行板电容器上,P,Q 为电容器的两个极板,磁场方向垂直于环面向里,磁感应强度以 B=B0+Kt(K0)随时间变化.t=0 时,P,Q 两极板电势相等,两极板间的距离远小于环的半径.经 时间 t,电容器的 P 极板( D ) A.不带电B.所带电荷量与 t 成正比 C.带正电,电荷量是D.带负电,电荷
14、量是 解析:磁感应强度均匀增加,回路中产生的充电电流的方向为逆时针方向,Q 板带正电,P 板带 负电,A 错误;由于 E=S=KR2,而 L= 2R,R=,解得 E=.电容器上的电荷 量 Q=CE=,B,C 错误,D 正确. 10.(2018山东潍坊一模)(多选)如图(甲)所示,线圈两端 a,b 与一电阻 R 相连.线圈内有垂 直线圈平面向里的磁场,t=0 时起,穿过线圈的磁通量按图(乙)所示规律变化.下列说法正确 是( AC ) A.时刻,R 中电流方向由 a 到 b B. t0时刻,R 中电流方向由 a 到 b C.0t0时间内 R 中的电流是 t02t0时间内的 D.0t0时间内 R 产
15、生的焦耳热是 t02t0时间内的 解析:时刻,线圈中向里的磁通量在增加,根据楞次定律,感应电流沿逆时针方向,所以 R 中 电流方向由 a 到 b,故 A 正确; t0时刻,线圈中向里的磁通量在减少,根据楞次定律,感应电流 沿顺时针方向,R 中的电流方向由 b 到 a,故 B 错误;0t0时间内感应电动势 E1= ;t02t0时间内感应电动势 E2=;由欧姆定律 I= ,知 0t0时间内 R 中的电流是 t02t0时间的 ,故 C 正确;根据焦耳定律 Q=I2Rt,知 0t0时间内 R 产生的焦耳热是 t02t0 时间内的 ,故 D 错误. 11.(多选)如图(甲)所示,间距为 L 的光滑导轨水
16、平放置在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强 度为 B,轨道左侧连接一定值电阻 R.垂直导轨的导体棒 ab 在水平外力 F 作用下沿导轨运动, F 随 t 变化的规律如图(乙)所示.在 0t0时间内,棒从静止开始做匀加速直线运动.(乙)图中 t0,F1,F2为已知,棒和轨道的电阻不计.则( BD ) A.在 t0以后,导体棒一直做匀加速直线运动 B.在 t0以后,导体棒先做加速,最后做匀速直线运动 C.在 0t0时间内,导体棒的加速度大小为 D.在 0t0时间内,通过导体棒横截面的电荷量为 解析:因在 0t0时间内棒做匀加速直线运动,故在 t0时刻 F2大于棒所受的安培力,在 t0以后, 外力保持
17、F2不变,安培力逐渐变大,导体棒做加速度越来越小的加速运动,当加速度 a=0,即 导体棒所受安培力与外力 F2大小相等后,导体棒做匀速直线运动,故 A 错误,B 正确;设在 0 t0时间内导体棒的加速度为 a,导体棒的质量为 m,t0时刻导体棒的速度为 v,根据牛顿运动定 律,t=0时有F1=ma,t=t0时有F2-=ma而v=at0,由此得a=,故C错误;在0t0 内,导体棒 ab 扫过面积 S=L a=,则通过导体横截面的电荷量 q= ,故 D 正确. 12.(2019山东济南模拟)(多选)如图,两根电阻不计的足够长的光滑金属导轨 MN,PQ,间距 为L,两导轨构成的平面与水平面成角.金属
18、棒ab,cd用绝缘轻绳连接,其电阻均为R,质量 分别为m和2m.沿斜面向上的外力F作用在cd上使两棒静止,整个装置处在垂直于导轨平面、 磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中,重力加速度大小为 g.将轻绳烧断后,保持 F 不变,金属棒 始终与导轨垂直且接触良好.则( AD ) A.轻绳烧断瞬间,cd 的加速度大小 a= gsin B.轻绳烧断后,cd 做匀加速运动 C.轻绳烧断后,任意时刻两棒运动的速度大小之比 vabvcd=12 D.棒 ab 的最大速度 vabm= 解析:轻绳烧断前,对两金属棒组成的整体,有 F=(m+2m)gsin = 3mgsin ,轻绳烧断瞬间, 对 cd 有 F-2mg
19、sin =2ma 解得 a= gsin ,故 A 正确;随着速度的变化,电动势不断变化,电流 不断变化,安培力不断变化,加速度不断变化,所以cd棒不可能做匀加速运动,故B错误;两金 属棒组成的系统合力为0,动量守恒,所以有0=mvab-2mvcd,得vabvcd=21,故C错误;回路总 电动势 E=BLvab+BLvcd,因为 vab=2vcd,由闭合电路欧姆定律得 I=,当棒 ab 速度最大时, 有 BIL=mgsin ,则得 vabm=,故 D 正确. 13.(2018广东肇庆三模)如图(甲)所示,电阻不计、 间距为 l 的平行长金属导轨置于水平面 内,阻值为R的导体棒ab固定连接在导轨左
20、端,另一阻值也为R的导体棒ef垂直放置到导轨 上,ef与导轨接触良好,并可在导轨上无摩擦移动.现有一根轻杆一端固定在ef中点,另一端 固定于墙上,轻杆与导轨保持平行,ef,ab 两棒间距为 d.若整个装置处于方向竖直向下的匀 强磁场中,且从某一时刻开始,磁感应强度 B 随时间 t 按图(乙)所示的方式变化. (1)求在 0t0时间内流过导体棒 ef 的电流的大小与方向; (2)求在 t02t0时间内导体棒 ef 产生的热量; (3)1.5t0时刻杆对导体棒 ef 的作用力的大小和方向. 解析:(1)在 0t0时间内,磁感应强度的变化率= 产生感应电动势的大小 E1=S=ld= 流过导体棒 ef
21、 的电流大小 I1= 由楞次定律可判断电流方向为 ef. (2)在 t02to时间内,磁感应强度的变化率 = 产生感应电动势的大小 E2=S=ld= 流过导体棒 ef 的电流大小 I2= t02t0时间内导体棒 ef 产生的热量 Q=Rt0=. (3)在 1.5t0时,磁感应强度 B=B0 ef 棒受安培力 F=B2I2l=B0I2l=,方向水平向左. 根据导体棒受力平衡,杆对导体棒的作用力大小为,方向水平 向右. 答案:(1),方向为 ef (2) (3),方向水平向右 14.(2018江苏南通模拟)如图所示,两足够长的光滑金属导轨竖直放置,相距为L,一理想电 流表与两导轨相连,匀强磁场与导
22、轨平面垂直.一质量为 m、有效电阻为 R 的导体棒在距磁场 上边界h处静止释放.导体棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐减小,最终稳定为I.整个运 动过程中,导体棒与导轨接触良好,且始终保持水平,不计导轨的电阻.求: (1)磁感应强度的大小 B; (2)电流稳定后,导体棒运动速度的大小 v; (3)流经电流表电流的最大值 Im. 解析:(1)电流稳定后,导体棒做匀速运动,安培力与重力平衡,则有 BIL=mg,解得 B=. (2)电流稳定后,感应电动势 E=BLv=, 又感应电流 I= ,解得 v=. (3)由题意知,导体棒刚进入磁场时的速度最大,产生的感应电流最大,设最大速度为 vm. 对于自由下落的过程,根据机械能守恒得 mgh= m 感应电流的最大值 Im=代入解得, Im=. 答案:(1) (2) (3)