2020届高考物理一轮复习重要题型名师精讲之电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律自感.pdf

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1、2020 届高考物理一轮复习重要题型名师精讲之电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律自感图 9210 1如图 9210 所示，MN、PQ 为两条平行的水平放置的金属导轨，左端接有定值电阻R，金属棒 ab 斜放在两导轨之间，与导轨接触良好，磁感应强度为B 的匀强磁场垂直于导轨平面，设金属棒与两导轨接触点之间的距离为L，金属棒与导轨间夹角为60，以速度v 水平向右匀速运动，不计导轨和棒的电阻，那么流过金属棒中的电流为()A IBL vRBI3BLv2RCIBLv2RDI3BL v3R解析：(1)导体棒匀速运动，因此平均感应电动势的大小等于瞬时感应电动势的大小(2)题中 L 的有效长度为3L2，故 EBv

2、3L2.据闭合电路欧姆定律得I3BL v2R.答案：B 2.图 9211(2018 陕西省西安市统考)如图 9211 所示，Q 是单匝金属线圈，MN 是一个螺线管，它的绕线方法没有画出，Q 的输出端a、b 和 MN 的输入端c、d 之间用导线相连，P 是在 MN 的正下方水平放置的用细导线绕制的软弹簧线圈假设在Q 所处的空间加上与环面垂直的变化磁场，发觉在t1至 t2时刻段内弹簧线圈处于收缩状态，那么所加磁场的磁感应强度的变化情形可能是()解析：在 t1至 t2时刻段内弹簧线圈处于收缩状态，讲明此段时刻内穿过线圈的磁通量变大，即穿过线圈的磁场的磁感应强度变大，那么螺线管中电流变大，单匝金属线圈

3、Q 产生的感应电动势变大，所加磁场的磁感应强度的变化率变大，即B t 图线的斜率变大，选项D 正确答案：D 图 9212 3(2018 全国，24)如图9212 所示，匀强磁场的磁感应强度方向垂直于纸面向里，大小随时刻的变化率 B tk，k 为负的常量用电阻率为、横截面积为S的硬导线做成一边长为l 的方框将方框固定于纸面内，其右半部分位于磁场区域中，求：(1)导线中感应电流的大小；(2)磁场对方框作用力的大小随时刻的变化率解析：(1)导线框的感应电动势为E t 12l2 B导线框中的电流为IER式中 R 是导线框的电阻，依照电阻率公式有R4lS联立 式，将 B t k 代入得 IklS8.(2

4、)导线框所受磁场的作用力的大小为FBIl 它随时刻的变化率为 F t Il B t由 式得 F tk2l2S8.答案：(1)klS8(2)k2l2S8图 9213 4如图 9213 所示，在一倾角为37 的粗糙绝缘斜面上，静止地放置着一个匝数n10 匝的圆形线圈，其总电阻 R3.14、总质量m 0.4 kg、半径 r0.4 m假如向下轻推一下此线圈，那么它刚好可沿斜面匀速下滑现在将线圈静止放在斜面上后在线圈的水平直径以下的区域中，加上垂直斜面方向的，磁感应强度大小按如图92 14 所示规律变化的磁场(提示：通电半圆导线受的安培力与长为直径的直导线通同样大小的电流时受的安培力相等)咨询：(1)刚

5、加上磁场时线圈中的感应电流大小I？(2)从加上磁场开始到线圈刚要运动，线圈中产生的热量Q？(最大静摩擦力等于滑动摩擦力，sin 37 0.6，cos 37 0.8，g 取 10 m/s2.)解析：(1)由闭合电路的欧姆定律IER，由法拉第电磁感应定律En B S t，由图得，B t0.5 T/s，S12 r2.联立解得I0.4 A.(2)设线圈开始能匀速滑动时受的滑动摩擦力为Ff，那么 mgsin 37Ff加变化磁场后线圈刚要运动时nBILmgsin 37Ff，其中 L2r，由图象知BB0 kt 10.5t，由焦耳定律QI2Rt，联立解得Q0.5 J.答案：(1)0.4 A(2)0.5 J 5

6、.图 9214 在国庆焰火联欢晚会中，天空中显现了如图9214 所示的雪域天路巨幅烟花画，现场观众均为我国交通运输的进展而津津有味铁路运输的原理是：将能够产生匀强磁场的磁铁安装在火车首节车厢的下面，如图 9216 甲(俯视图)所示，当它通过安放在两铁轨之间的矩形线圈时，线圈会产生一个电信号传输给操纵中心矩形线圈的长为L1，宽为L2，匝数为n.假设安装在火车首节车厢下面的磁铁产生的匀强磁场的宽度大于L2，当火车通过安放在两铁轨之间的矩形线圈时，操纵中心接收到线圈两端的电压信号u 随时刻 t 变化的关系如图9215 乙所示不计线圈电阻，据此运算：图 9215(1)火车的加速度；(2)火车在 t1

7、t2时刻内的平均速度和安装在火车首节车厢下面的磁铁产生的匀强磁场宽度解析：(1)依照法拉第电磁感应定律可知，线圈中产生的感应电动势EnBL2v不计线圈电阻，t1时刻线圈两端电压u1nBL2v1，t2时刻线圈两端电压u2nBL2v2那么火车的加速度a(v2v1)/(t2t1)，联立解得au2u1nBL2(t2t1).(2)由于火车做匀加速运动，火车在t1t2时刻内的平均速度v(v2v1)/2u2u12nBL2，安装在火车首节车厢下面的磁铁产生的匀强磁场的宽度Dv(t2t1)u2u12nBL2(t2t1)答案：(1)u2u1nBL2(t2t1)(2)u2u12nBL2(t2t1)1以下关于感应电动

8、势大小的讲法中，正确的选项是()A线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大B线圈中磁通量越大，产生的感应电动势一定越大C线圈放在磁感应强度越强的地点，产生的感应电动势一定越大D线圈中磁通量变化越快，产生的感应电动势越大解析：由法拉第电磁感应定律En t知，感应电动势与磁通量的变化率成正比，与磁通量的大小、磁通量的变化和磁感应强度无关，故只有D 项正确答案：D 图 9216 2如图 9216 中半径为r 的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B 中，绕 O 轴以角速度沿逆时针方向匀速转动，那么通过电阻R 的电流的大小和方向是(金属圆盘的电阻不计)()A由 c 到 d，I Br2/RB由 d

9、 到 c，I Br2/RC由 c 到 d，I Br2/(2R)D由 d 到 c，IBr2/(2R)解析：金属圆盘在匀强磁场中匀速转动，能够等效为许多根长为r 的导体棒绕O 点做匀速圆周运动，其产生的感应电动势大小为EBr2/2，由右手定那么可知其方向由外指向圆心，故通过电阻R 的电流IBr2/(2R)，方向由d 到 c，应选 D 项答案：D 图 9217 3(2018 山东，2)如图 9217 所示，一导线弯成半径为a 的半圆形闭合回路虚线MN 右侧有磁感应强度为 B 的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面回路以速度v 向右匀速进入磁场，直径CD 始终与 MN垂直从D 点到达边界开始到C 点进入

10、磁场为止，以下结论正确的选项是()A感应电流方向不变BCD 段直导线始终不受安培力C感应电动势最大值EmBavD感应电动势平均值E 14 Bav解析：依照楞次定律可判定闭合回路中产生的感应电流方向始终不变，A 项正确；CD 段电流方向是D 指向 C，依照左手定那么可知，CD 段受到安培力，且方向竖直向下，B 项错；当有一半进入磁场时，产生的感应电流最大，EmBav，C 项对；由法拉第电磁感应定律得E t Bav4，D 项也对答案：ACD 4.图 9218 如图 9218 所示，多匝电感线圈L 的电阻不计，两个电阻的阻值差不多上R，电键 S 原先打开，通过电源的电流I0E2R，合上电键，线圈中有

11、自感电动势，那个电动势将()A有阻碍电流的作用，最后电流由I0减小到零B有阻碍电流的作用，最后电流小于I0C有阻碍电流增大的作用，因而电流I0保持不变D有阻碍电流增大的作用，但最后电流依旧增大到2I0答案：D 图 9219 5在匀强磁场中，有一个接有电容器的单匝导线回路，如图 9 219 所示，C30 F，L15 cm，L28 cm，磁场以 5102 T/s 的速率增加，那么()A电容器上极板带正电，带电荷量为6105 C B电容器上极板带负电，带电荷量为6105 C C电容器上极板带正电，带电荷量为6109 C D电容器上极板带负电，带电荷量为6109 C 解析：电容器两极板间的电势差U 等

12、于感应电动势E，由法拉第电磁感应定律，可得E B t L1L22104 V，电容器的带电荷量QCUCE6109 C，再由楞次定律可知上极板的电势高，带正电，C 项正确答案：C 图 9220 6如图 9220 甲所示，固定在水平桌面上的光滑金属框架cdeg 处于方向竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab 与金属框架接触良好在两根导轨的端点d、e 之间连接一电阻R，其他部分电阻忽略不计现用一水平向右的外力F 作用在金属杆ab 上，使金属杆由静止开始向右在框架上滑动，运动中杆ab 始终垂直于框架图乙为一段时刻内金属杆中的电流I 随时刻 t 的变化关系图象，那么以下选项中能够表示外力F 随时刻 t 变化关系

13、的图象是()解析：金属杆由静止开始向右在框架上滑动，金属杆切割磁感线产生感应电动势EBL v，在回路内产生感应电流 I E/RBL v/R.由题图乙金属杆中的电流I 随时刻 t 平均增大可知金属杆做初速度为零的匀加速运动，IBLat/R.由安培力公式可知金属杆所受安培力F安BIL，依照牛顿第二定律FF安ma 可得外力 FmaBIL maB2L2at/R，因此正确选项是B.答案：B 图 9221 7如图 92 21 所示在虚线空间内有一对彼此平行的金属导轨，宽为L，与水平面的夹角为，导轨电阻不计，在虚线空间内同时分布着垂直导轨平面向上的磁感应强度为B 的匀强磁场 导轨的下端接一定值电阻R，上端通

14、过导线与一对竖直放置的平行金属板相连接，两板间距为d，其间固定着一光滑绝缘直杆，它与水平面也成角，杆上套一带电小球当一电阻也为R 的光滑导体棒ab 沿导轨以速度v 匀速下滑时，小球恰好静止在绝缘直杆上那么由此能够判定小球的电性并能求出其荷质比为()A正电荷，2dgtan /BLvcos B正电荷，2dgtan /BL vC负电荷，2dgtan /BLvcos D负电荷，2dgtan /BL v解析：杆切割磁感线产生的感应电动势为BL v，因此 UBL v/2，对球：qU/dmgtan ，联立得 q/m2dgtan /BLv，故正确答案为B.答案：B 图 9222 8(2018 郑州调研)如图

15、92 22(甲)所示，面积S0.2 m2的线圈，匝数n 630 匝，总电阻r1.0 ，线圈处在变化的磁场中，设磁场垂直纸面向外为正方向，磁感应强度B 随时刻 t 按图(乙)所示规律变化，方向垂直线圈平面，图(甲)中传感器可看成一个纯电阻R，并标有 3 V、0.9 W，滑动变阻器R0上标有 10，1 A，那么以下讲法正确的选项是()A电流表的电流方向向左B为了保证电路的安全，电路中承诺通过的最大电流为1 A C线圈中产生的感应电动势随时刻在变化D假设滑动变阻器的滑片置于最左端，为了保证电路的安全，图9223(乙)中的 t0最小值为40 s 解析：由楞次定律可知：电流表的电流方向向右；又传感器正常

16、工作时的电阻RU2P(3 V)20.9 W10，工作电流 IUR3 V10 0.3 A，由于滑动变阻器工作电流是1 A，因此电路承诺通过的最大电流为Imax0.3 A；由于磁场时刻平均变化，因此线圈中产生的感应电动势是不变的滑动变阻器的滑片位于最左端时外电路的电阻为 R外20 ，故电流电动势的最大值En tnS B t6300.2 2.0t0，解得 t0 40 s故只有 D项正确答案：D 图 9223 9如图92 23 所示，一无限长的光滑金属平行导轨置于匀强磁场B 中，磁场方向垂直导轨平面，导轨平面竖直且与地面绝缘，导轨上M、N 间接一电阻R，P、Q 端接一对沿水平方向的平行金属板，导体棒a

17、b置于导轨上，其电阻为3R，导轨电阻不计，棒长为L，平行金属板间距为d.今导体棒通过定滑轮在一物块拉动下开始运动，稳固后棒的速度为v，不计一切摩擦阻力现在有一带电量为q 的液滴恰能在两板间做半径为r 的匀速圆周运动，且速率也为v.求：(1)棒向右运动的速度v；(2)物块的质量m.解析：(1)设带电液滴的质量为m0，关于液滴：qvBm0v2r，m0gqUd对导体棒匀速运动时：EBLv，IE4R，UIR由以上各式联立解得：v2 grdL.(2)对导体棒ab 水平方向：mg BIL，由以上各式联立可得：mB2L2gRgrdL.答案：(1)2 grdL(2)B2L2gRgrdL图 9224 10如图

18、9224 所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ 竖直放置，一个磁感应强度B0.50 T 的匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端M 与 P 间连接阻值为R0.30 的电阻，长为L0.40 m、电阻为r 0.20 的金属棒ab 紧贴在导轨上现使金属棒ab 由静止开始下滑，通过传感器记录金属棒ab 下滑的距离，其下滑距离与时刻的关系如下表所示，导轨电阻不计(g 10 m/s2)求：时刻 t(s)00.100.200.300.400.500.600.70 下滑距离 s(m)00.100.300.701.201.702.202.70(1)在前 0.4 s 的时刻内，金属棒ab 电动势的平均值；,(2

19、)金属棒的质量；,(3)在前 0.7 s 的时刻内，电阻R 上产生的热量.解析：(1)E tBLs t0.6 V.(2)从表格中数据可知，0.3 s 后棒做匀速运动，速度v s t5 m/s 由 mgF0，FBIL，IERr，EBL v，解得 m0.04 kg.(3)棒在下滑过程中，有重力和安培力做功，克服安培力做的功等于回路的焦耳热那么：mgsQ12mv20，QRRRrQ，解得 Q0.348 J.答案：(1)0.6 V(2)0.04 kg(3)0.348 J 图 9225 11如图 9225 所示，矩形导线圈边长分不为L1、L2，共有 N 匝，内有一匀强磁场，磁场方向垂直于线圈所在平面向里，

20、线圈通过导线接一对水平放置的平行金属板，两板间的距离为d，板长为 L0.t0 时，磁场的磁感应强度B 从 B0开始平均变化，同时一带电荷量为q、质量为m 的粒子从两板间的中点以水平初速度 v0向右进入两板间，不计重力，假设该粒子恰能从上板的右端射出，那么：(1)磁感应强度随时刻的变化率k 多大？(2)磁感应强度B 与时刻 t 应满足什么关系？(3)两板间电场对带电粒子做的功为多少？解析：(1)线圈中产生的感应电动势大小：EN tNL1L2 B t NL1L2k两板间电压：UE，粒子在两板间的加速度：aqEmqUmd设粒子通过平行金属板的时刻为t0，那么有：Lv0t0，d212at20，联立解得

21、：kmd2v20NqL1L2L2.(2)由题意可知磁感应强度是逐步增大的，那么有：BB0md2v20NqL1L2L2t.(3)电场力对带电粒子所做的功为W12qU，联立解得：Wmd2v202L2.答案：(1)md2v20NqL1L2L2(2)B0md2v20NqL1L2L2t(3)md2v202L2图 9226 12如图9226 所示，电阻不计的平行金属导轨MN 和 OP 放置在水平面内MO 间接有阻值为R3 的电阻导轨相距d1 m，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B0.5 T质量为m0.1 kg，电阻为 r1 的导体棒CD 垂直于导轨放置，并接触良好用平行于MN 的恒力 F1 N 向右拉

22、动CD.CD 受摩擦阻力f 恒为 0.5 N求：(1)CD 运动的最大速度是多少？(2)当 CD 到最大速度后，电阻R 消耗的电功率是多少？(3)当 CD 的速度为最大速度的一半时，CD 的加速度是多少？解析：(1)设 CD 棒运动速度为v，那么：导体棒产生的感应电动势为：EBdv据闭合电路欧姆定律有：IERr那么安培力为：F0BdI 据题意分析，当v 最大时，有：FF0Ff0联立 得：vm(FFf)(Rr)B2d28 m/s.(2)棒 CD 速度最大时同理有：EmBdvmImEmRr而 PRmI2m R联立 得：PRmB2d2v2mR(Rr)23 W(3)当 CD 速度为12vm时有：EBdvm/2IERr?F BId?据牛顿第二定律有：FFFfma?联立?得：a2.5 m/s2.?答案：(1)8 m/s(2)3 W(3)2.5 m/s2