高考物理总复习 配餐作业29 法拉第电磁感应定律 自感和涡流-人教版高三全册物理试题.doc

(二十九)法拉第电磁感应定律自感和涡流A组·基础巩固题1如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图。炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉上面的铁质(或钢质)锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便起到加热物体的作用从而煮食。因为电磁炉是以电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用。以下说法正确的是 ()A最好使用铝锅或铜锅B最好使用平底不锈钢锅或铁锅C最好使用陶瓷锅或耐热玻璃锅D在电磁炉与铁锅之间放一层白纸后无法加热解析选用陶瓷锅或耐热玻璃锅无法形成涡流，C选项错误；A、B选项中均能形成涡流，铜和铝的电阻率小，电热少，效率低，相对来说选用平底不锈钢锅或铁锅为最佳，A选项错误，B选项正确；由于线圈产生的磁场能穿透白纸到达锅底，在铁锅中产生涡流，能够加热，D选项错误。答案B2(多选)如图所示，将一个近似超导的圆环水平置于非匀强磁场中，圆环恰好能处于静态平衡。则以下分析正确的是()A俯视圆环，圆环中的电流方向为顺时针方向B若给圆环一个向下的扰动，俯视圆环，电流将变为逆时针方向C若增大圆环的微小阻值，圆环将缓慢下降D若增大磁场的磁感应强度，圆环将向下加速运动解析这里的“置于非匀强磁场中”，应该理解为从正上方放下，当将环靠近磁铁时，由于越靠近磁铁，其磁场就越强，磁感线就越密，所以在靠近过程中环会切割磁感线运动，即在该环中会产生感应电流；由于发生了超导，即没有电阻，所以此时环中的电流不会变小；同时据焦耳定律能看出，由于没有电阻，所以在B环上不会产生电热。根据楞次定律，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，原磁通量向上增加，所以感应出顺时针方向(俯视)的电流以阻碍之，A正确；在向下扰动使原磁通量继续向上增加，电流方向依然不变，B错；如果存在电阻，那么环中电流会不断减少，这样，安培力减小，不足以平衡重力时，环就会下降，C正确；若增大磁场的磁感应强度，则安培力增加，会排斥圆环即圆环向上运动，D错。答案AC3(2017·宁波联考)(多选)单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间t的关系图象如图所示，则()A在t0时刻，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大B在t1×102 s时刻，感应电动势最大C在t2×102 s时刻，感应电动势为零D在02×102 s时间内，线圈中感应电动势的平均值为零解析由法拉第电磁感应定律知E，故t0及t2×102 s时刻，E0，A错，C对；t1×102 s，E最大，B对；02×102 s，0，E0，D错。答案BC4(多选)如图所示是研究通电自感实验的电路图，A1、A2是两个规格相同的小灯泡，闭合开关S，调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，调节可变电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S，再重新闭合开关S，则()A闭合瞬间，A1立刻变亮，A2逐渐变亮B闭合瞬间，A2立刻变亮，A1逐渐变亮C稳定后，L和R两端电势差一定相同D稳定后，A1和A2两端电势差不相同解析根据题设条件可知，闭合开关S，调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，说明此时电阻R接入电路的阻值与线圈L的电阻一样大，断开开关S，再重新闭合开关S的瞬间，根据自感原理，可判断A2立刻变亮，而A1逐渐变亮，B正确，A错误；稳定后，自感现象消失，根据题设条件，可判断线圈L和R两端的电势差一定相同，A1和A2两端电势差也相同，所以，C正确，D错误。答案BC5如图甲所示，光滑导轨水平放置在斜向下且与水平方向夹角为60°的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示(规定斜向下为B的正方向)，导体棒ab垂直导轨放置且与导轨接触良好，除导体棒电阻R的阻值外，其余电阻不计，导体棒ab在水平外力作用下始终处于静止状态。规定ab的方向为电流的正方向，水平向右的方向为外力的正方向，则在0t1时间内，能正确反映流过导体棒ab的电流I和导体棒ab所受水平外力F随时间t变化的图象是()解析由楞次定律可判定回路中的电流方向始终为ba，由法拉第电磁感应定律可判定回路中的电流大小恒定，故A、B两项错；由F安BIl可得F安随B的变化而变化，在0t0时间内，F安方向水平向右，故外力F与F安等值反向，方向水平向左，为负值；在t0t1时间内，F安方向改变，故外力F方向也改变，为正值，综上所述，D项正确。答案D6如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的均匀变化的磁场B中。两板间放一台小型压力传感器，压力传感器上表面绝缘，在其上表面静止放置一个质量为m、电荷量为q的带正电小球。K没有闭合时传感器有示数，K闭合时传感器示数变为原来的一半。则线圈中磁场B的变化情况和磁通量的变化率分别为()A正在增强，B正在增强，C正在减弱， D正在减弱，解析根据K闭合时传感器示数变为原来的一半，推出带正电小球受向上的电场力，即上极板带负电，下极板带正电，线圈感应电动势的方向从上极板经线圈流向下极板，根据安培定则知感应电流磁场的方向向下，与原磁场方向相反，又由楞次定律得线圈中磁场正在增强；对小球受力分析得q，其中感应电动势En，代入得，故B正确。答案B7(2015·山东卷)(多选)如图所示，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动。现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速。在圆盘减速过程中，以下说法正确的是A处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高B所加磁场越强越易使圆盘停止转动C若所加磁场反向，圆盘将加速转动D若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动解析将圆盘看成很多根由圆心沿半径指向外的金属杆。根据右手定则可知，磁场中的导体部分电流由b指向a，即a端电势高，A正确。由于磁场部分导体切割磁感线，会在圆盘中形成涡流，根据楞次定律可知，磁场部分受到与转动方向相反的力使圆盘停止转动，而且磁场越强圆盘停止越快，B正确。若所加磁场方向相反，则电流会反向，安培力仍阻碍圆盘转动，不会加速，C错误。若磁场穿过整个圆盘，圆心与边缘会形成一个恒定的电势差，不会形成涡流，也就不存在安培力，因此，圆盘将匀速转动，D正确。答案ABD8(2017·南京、盐城模拟)(多选)如图所示，铁芯上有两个线圈A和B，线圈A跟电源相连，LED(发光二极管，具有单向导电性)M和N并联后接在线圈B两端。图中所有元件均正常，则()AS闭合瞬间，A中有感应电动势BS断开瞬间，A中有感应电动势CS闭合瞬间，M亮一下，N不亮DS断开瞬间，M和N二者均不亮解析S闭合和断开开关的瞬间，线圈A、B中均有感应电动势产生，所以选项A、B正确；S闭合瞬间，根据楞次定律、安培定则等可判断线圈B中产生感应电动势的方向下端电势高，则二极管M导通，亮一下，N不亮；S断开的瞬间，线圈B中上端电势高，二极管N亮一下，M不亮，故C正确，D错误。答案ABC9(多选)如图所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ为其边界，OO为其对称轴。一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd，回路在纸面内以恒定速度v0向右运动，当运动到关于OO对称的位置时()A穿过回路的磁通量为零B回路中感应电动势大小为2Blv0C回路中感应电流的方向为顺时针方向D回路中ab边与cd边所受安培力方向相同解析由于两磁场的磁感应强度大小相等，方向相反，且回路此时关于OO对称，因而此时穿过回路的磁通量为零，A项正确；ab、cd均切割磁感线，相当于两个电源，由右手定则知，回路中感应电流方向为逆时针，两电源串联，感应电动势为2Blv0，B项正确，C项错误；由左手定则知ab、cd所受安培力方向均向左，D项正确。答案ABDB组·能力提升题10如图所示，已知大线圈的面积为2×103 m2，小探测线圈有2 000匝，小线圈的面积为5×104 m2。整个串联回路的电阻是1 000 ，当电键S反向时测得Q5.0×107 C。则被测处的磁感应强度为()A1.25×104 TB5×104 TC2.5×104 T D1×103 T解析由I，I，得感应电荷量公式Qn，2BS，联立得BR，代入数据得B2.5×104 T，故C对。答案C11(2017·汕头质检)(多选)如图所示，正方形线框的边长为L，电容器的电容为C。正方形线框的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中，当磁感应强度以k为变化率均匀减小时，下列说法正确的是()A线框产生的感应电动势大小为kL2B电压表没有读数Ca点的电势高于b点的电势D电容器所带的电荷量为零解析由于线框的一半放在磁场中，因此线框产生的感应电动势大小为，A错误；由于线框所产生的感应电动势是恒定的，且线框连接了一个电容器，相当于电路断路，电路中无电流，电压表没有读数，B正确；根据楞次定律可以判断，a点的电势高于b点的电势，C正确；电容器所带电荷量为QC，D错误。答案BC12英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场，如图所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场B，环上套一带电荷量为q的小球。已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是()A0 B.r2qkC2r2qk Dr2qk解析变化的磁场产生的感生电动势为Er2kr2，小球在环上运动一周感生电场对其所做的功WqEr2qk，D项正确，A、B、C项错误。答案D13(多选)如图，在水平桌面上放置两条相距为l的平行光滑导轨ab与cd，阻值为R的电阻与导轨的a、c端相连。质量为m、电阻也为R的导体棒垂直于导轨放置并可沿导轨自由滑动。整个装置放于匀强磁场中，磁场的方向竖直向上，磁感应强度的大小为B。导体棒的中点系一不可伸长的轻绳，绳绕过固定在桌边的光滑轻滑轮后，与一个质量也为m的物块相连，绳处于拉直状态。现若从静止开始释放物块，用h表示物块下落的高度(物块不会触地)，g表示重力加速度，其他电阻不计，则物块下落h的过程中，下列说法正确的是()A电阻R中的感应电流方向由c到aB物块下落的最大加速度为gC若h足够大，物块下落的最大速度为D通过电阻R的电荷量为解析由右手定则可知，电阻R中的感应电流方向由c到a，A正确；物块刚下落时加速度最大，由牛顿第二定律有2ma0mg，最大加速度：a0，B错误；对导体棒与物块m，当所受的安培力与物块m的重力平衡时，达到最大速度，即mg，所以vm，C正确；通过电阻R的电荷量q，D错误。答案AC14(2017·石家庄质检一)某校科技实验小组利用如图甲所示装置测量圆环形匀强磁场区域的磁感应强度B的大小，O点为磁场区域的圆心，磁场区域的内、外半径分别为r1和r2。导体棒OA绕O点在纸面内顺时针匀速转动。导体棒每转一周与图中的弹性片短暂接触一次，利用传感器得到如图乙所示的脉冲电流。已知回路中每隔时间T有一次大小为I的瞬时电流且回路中的总电阻为R。(1)导体棒上的O点和A点哪点的电势高；(2)求匀强磁场的磁感应强度B的大小。解析(1)由右手定则，可知A点电势高。(2)根据匀速圆周运动规律可得：角速度在t内，导体棒在磁场中扫过的面积Srtrt(rr)t磁通量变化量B·S(rr)Bt感应电动势En(rr)B由闭合电路欧姆定律得：EIR有(rr)BIR解得：B答案(1)A点电势高(2) 15(2016·全国卷)如图，两条相距l的光滑平行金属导轨位于同一水平面(纸面)内，其左端接一阻值为R的电阻；一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上；在电阻、导轨和金属棒中间有一面积为S的区域，区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场，磁感应强度大小B1随时间t的变化关系为B1kt，式中k为常量；在金属棒右侧还有一匀强磁场区域，区域左边界MN(虚线)与导轨垂直，磁场的磁感应强度大小为B0，方向也垂直于纸面向里。某时刻，金属棒在一外加水平恒力的作用下从静止开始向右运动，在t0时刻恰好以速度v0越过MN，此后向右做匀速运动。金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好，它们的电阻均忽略不计。求：(1)在t0到tt0时间间隔内，流过电阻的电荷量的绝对值；(2)在时刻t(t>t0)穿过回路的总磁通量和金属棒所受外加水平恒力的大小。解析(1)在金属棒未越过MN之前，t时刻穿过回路的磁通量为ktS设在从t时刻到tt的时间间隔内，回路磁通量的变化量为，流过电阻R的电荷量为q。由法拉第电磁感应定律有由欧姆定律有i由电流的定义有i联立式得|q|t由式得，在t0到tt0的时间间隔内，流过电阻R的电荷量q的绝对值为|q|(2)当t>t0时，金属棒已越过MN，由于金属棒在MN右侧做匀速运动，有fF式中，f是外加水平恒力，F是匀强磁场施加的安培力。设此时回路中的电流为I，F的大小为FB0lI此时金属棒与MN之间的距离为sv0(tt0)匀强磁场穿过回路的磁通量为B0ls回路的总磁通量为t式中，仍如式所示。由式得，在时刻t(t>t0)穿过回路的总磁通量为tB0lv0(tt0)kSt在t到tt的时间间隔内，总磁通量的改变量为t(B0lv0kS)t由法拉第电磁感应定律得，回路感应电动势的大小为t由欧姆定律有I联立式得f(B0lv0kS)答案(1)(2)B0lv0(tt0)kSt(B0lv0kS)