新高考2023版高考物理一轮总复习练案28第十章第2讲法拉第电磁感应定律自感和涡流.docx

第2讲法拉第电磁感应定律自感和涡流一、选择题(本题共10小题，17题为单选，810题为多选)1将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是(C)A感应电动势的大小与线圈的匝数无关B穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大C穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大D感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同解析由法拉第电磁感应定律En知，感应电动势的大小与线圈匝数有关，A错误；感应电动势的大小正比于，与磁通量的大小无直接关系，B错误，C正确；根据楞次定律知，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，即“增反减同”原理，D错误。2(2021·北京高三一模)如图所示，金属圆环水平放置在匀强磁场中，磁场方向竖直向上，磁感应强度均匀增大。下列说法正确的是(B)A圆环内产生感应电流是因为自由电子受到洛伦兹力的作用B圆环内产生感应电流是因为自由电子受到电场力的作用C圆环内产生的感应电流逐渐增大D如果把金属圆环换成金属圆盘，不会产生感应电流解析由于磁场的磁感应强度在均匀增大，则圆环内会产生感应电流，这个电流是由于在圆环内产生了涡旋电场，自由电子受到涡旋电场电场力的作用而产生的，并不是因为自由电子受到洛伦兹力的作用而产生的，故A错误，B正确；由于磁场的磁感应强度在均匀增大，根据法拉第电磁感应定律可知，圆环内产生的感应电动势是不变的，则感应电流也是不变的，故C错误；如果把金属圆环换成金属圆盘，则金属圆盘可以看成由无数个这样的圆环组成的，所以它也会产生感应电流，故D错误。3(2021·全国高三专题练习)如图所示，线圈L的自感系数很大，且其电阻可以忽略不计，L1、L2是两个完全相同的小灯泡，随着开关S闭合和断开的过程中，L1、L2的亮度变化情况是(灯丝不会断)(D)AS闭合，L1亮度不变，L2亮度逐渐变亮，最后两灯一样亮；S断开，L2立即不亮，L1逐渐变亮BS闭合，L1亮度不变，L2很亮；S断开，L1、L2立即不亮CS闭合，L1、L2同时亮，而后L1逐渐熄灭，L2亮度不变；S断开，L2立即不亮，L1亮一下才灭DS闭合，L1、L2同时亮，而后L1逐渐熄灭，L2则逐渐变得更亮；S断开，L2立即熄灭，L1亮一下才灭解析S闭合瞬间，自感线圈L相当于一个大电阻，以后阻值逐渐减小到0，所以观察到的现象是灯泡L1和L2同时亮，以后L1逐渐变暗到熄灭，L2逐渐变得更亮。S断开瞬间，自感线圈相当于一个电动势逐渐减小的内阻不计的电源，它与灯泡L1组成闭合回路，所以L2立即熄灭，L1亮一下才熄灭，A、B、C错误，D正确。4如图所示，等边三角形导体框abc边长为l，bdac，导体框绕轴bd以角速度匀速转动，导体框所在空间有竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场。下列说法正确的是(D)A导体框中有感应电流B导体框中产生正弦交变电流Ca、d两点间电势差为0Da、d两点间电压为Bl2解析由于导体框平面始终与磁场方向平行，则穿过导体框的磁通量始终为零，即导体框中无感应电流，A错误，B错误；由导体棒在磁场中转动切割磁感线产生感应电动势可知，a、d两点间的电压为EB()2Bl2，C错误，D正确。5(2021·全国高三专题练习)A、B两个闭合线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，半径rA2rB，分别按图甲、乙两种方式放入匀强磁场中，且磁感应强度随时间均匀减小，则下列说法正确的是(C)A甲图中，A、B两线圈中电动势之比为41B甲图中，A、B两线圈中电流之比为21C乙图中，A、B两线圈中电动势之比为41D乙图中，A、B两线圈中电流之比为41解析由法拉第电磁感应定律可知，EnnS，其中S为有效面积。甲图中，A、B两线圈的有效面积相等，所以感应电动势之比就是匝数比，为11，由电阻定律R，可知电阻之比为两线圈周长之比，也就是21，所以甲图中，A、B两线圈中电流之比为12，A、B错误；同理，乙图中，A、B两线圈中电动势之比为41，电流之比为21，C正确，D错误。6(2022·唐山市高三月考)如图所示，水平桌面上有一圆形闭合线圈，右侧是匀强磁场区域，磁感应强度的方向与桌面垂直，线圈在外力作用下以恒定的速度进入匀强磁场，从线圈刚开始进入磁场到完全进入磁场的过程中，线圈中的感应电动势平均值与感应电动势最大值之比为(D)ABCD解析感应电动势最大值即为切割磁感线等效长度最大时的电动势，故Em2Brv，感应电动势平均值，B·r2，t，因此Brv，故，故D正确，A、B、C错误。7(2021·江苏高三一模)零刻度在表盘正中间的电流计，非常灵敏，通入电流后，线圈所受安培力和螺旋弹簧的弹力作用达到平衡时，指针在示数附近的摆动很难停下，使读数变得困难。在指针转轴上装上的扇形铝框或扇形铝板，在合适区域加上磁场，可以解决此困难。下列方案合理的是(D)ABCD解析如图A、C所示，当指针向左偏转时，铝框或铝板可能会离开磁场，产生不了涡流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，A、C方案不合理，A、C错误；图B是铝框，磁场在铝框中间，当指针偏转角度较小时，铝框不能切割磁感线，不能产生感应电流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，B方案不合理，B错误；图D是铝板，磁场在铝板中间，无论指针偏转角度大小，都会在铝板上产生涡流，起到电磁阻尼的作用，指针会很快稳定的停下，便于读数，D方案合理，D正确。8(2021·全国高三专题练习)用均匀导线做成的正方形线圈边长为l，正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图所示，当磁场以的变化率增强时，则(AB)A线圈中感应电流的方向为acbdaB线圈中产生的电动势E·C线圈中感应电流的方向为adbcaD线圈中产生的电动势E·l2解析当磁场增强时，由楞次定律可判定感应电流的方向为acbda，A正确，C错误；由法拉第电磁感应定律得E·，B正确，D错误。9(2022·安徽省定远中学高三模拟)如图甲所示，边长为10 cm、电阻为0.1 的单匝闭合正方形导线框abcd放在粗糙绝缘的水平面上。线框对称轴OO右侧处于方向竖直、分布均匀的磁场中，磁感应强度B随时间t变化的正弦规律如图乙所示(以竖直向上为正，线框始终处于静止状态)。下列说法正确的是(BD)At1 s时刻，穿过线框的磁通量为40 WbBt2 s时刻，线框中的感应电流方向为adcbaCt2.5 s时刻，线框有向右运动的趋势D01 s内，通过线框某一横截面的电荷量为0.02 C解析边长为10 cm0.1 m，t1 s时刻穿过线框的磁通量为Bm·S0.4××0.12 Wb0.002 Wb，故A错误；t2 s时刻，磁场方向竖直向上减小到0的时刻，根据楞次定律知感应电流的磁场方向竖直向上，根据右手螺旋定则知线框中的感应电流方向为adcba，故B正确；t2.5 s时刻，磁场方向竖直向下不断增大的过程，根据楞次定律知为阻碍磁通量的增大，线框有向左运动的趋势，故C错误；01 s内，通过线框某一横截面的电荷量为q0.02 C，故D正确。10(2022·济南市历城区高三月考)如图甲所示在绝缘的水平地面上有一质量为m的金属线框，线框的材料粗细均匀，且线框一直未离开地面。设线框的长为a，宽为b，线框的总电阻为R，整个线框的上半部分处于一磁场中，虚线为磁场的边界。磁场的变化规律如乙图所示，设t0时刻磁感应强度为B0，t0时刻磁场方向向里，下列说法正确的是(AD)A线框中始终有顺时针方向的电流B线框一直受到竖直向上的安培力C线框中的感应电流先变大后变小D若线框对地面压力恰好为零，则磁感应强度大小为B 解析根据楞次定律可知线框中的电流方向始终是顺时针方向，A正确；根据法拉第电磁感应定律和左手定则可知，电流方向不变，磁场方向发生变化，则线框受到的安培力方向发生变化，B错误；由乙图可知，磁场均匀变化，根据法拉第电磁感应定律可知，线框中产生的感应电动势恒定，线框中产生稳定的电流，C错误；当线框对地面的压力为零时有BIamg，线框中的电流大小由法拉第电磁感应定律和乙图可得I，由以上两式得B，D正确。二、非选择题11平行金属导轨宽度L1 m，固定在水平面内，左端A、C间接有R4 的电阻，金属棒DE质量m0.36 kg，电阻r1 ，垂直导轨放置，金属棒与导轨间的动摩擦因数为0.5，到AC的距离x1.5 m。匀强磁场与水平面成37°角斜向左上方，与金属棒垂直，磁感应强度随时间t变化的规律是B(12t) T。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计导轨电阻，sin 37°0.6，cos 37°0.8，g10 m/s2，则经多长时间金属棒开始滑动？ 答案12 s解析回路中的感应电动势ELxsin 37°感应电流I对金属棒受力分析如图，有FABILFAsin 37°NNmgFAcos 37°又B(12t)T，联立解得t12 s。12(2021·吉林东北师大附中高三模拟)图甲是法拉第发明的铜盘发电机，也是人类历史上第一台发电机。图乙是利用这种发电机给平行金属板电容器供电的示意图。已知铜盘的半径为R，加在盘下侧的匀强磁场磁感应强度为B1，盘匀速转动的角速度为，每块平行板长度为d，板间距离也为d，板间加垂直纸面向内、磁感应强度为B2(大小未知)的匀强磁场。已知重力加速度为g。(1)求电容器两极板间的电压U；(2)若有一带负电的小球以速度v0从电容器两板中间水平向右射入，并在复合场中做匀速圆周运动又恰好从极板右侧射出，求小球的电量与质量之比及磁感应强度B2的大小。答案(1)B1R2(2)解析(1)感应电动势E感B1R2，电容器两极板间的电压UB1R2。(2)对粒子：复合场中竖直方向平衡Eqmg，E，对粒子：合力即为洛伦兹力qv0B2m带电小球恰能从右板边缘射出，由几何关系可得：Rd22，R，解得B2。