(江蘇專用)2021版高考物理一輪復(fù)習(xí) 課后限時集訓(xùn)29 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流
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1、 課后限時集訓(xùn)29 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流 建議用時:45分鐘 1.(多選)如圖所示,閉合金屬導(dǎo)線框放置在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間變化。下列說法正確的是( ) A.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增加時,線框中的感應(yīng)電流可能減小 B.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增加時,線框中的感應(yīng)電流一定增大 C.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時,線框中的感應(yīng)電流一定增大 D.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時,線框中的感應(yīng)電流可能不變 AD [線框中的感應(yīng)電動勢為E=S,設(shè)線框的電阻為R,則線框中的電流I==·,因為B增大或減小時,可能減小,可能增大,也可能不變,故選項A、D正確。] 2.如圖所示,正方形線框的左
2、半側(cè)處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向與線框平面垂直,線框的對稱軸MN恰與磁場邊緣平齊。若第一次將線框從磁場中以恒定速度v1向右勻速拉出,第二次以線速度v2讓線框繞軸MN勻速轉(zhuǎn)過90°。為使兩次操作過程中,線框產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢相等,則( ) A.v1∶v2=2∶π B.v1∶v2=π∶2 C.v1∶v2=1∶2 D.v1∶v2=2∶1 A [第一次將線框從磁場中以恒定速度v1向右勻速拉出,線框中的感應(yīng)電動勢恒定,有1=E1=BLv1。第二次以線速度v2讓線框繞軸MN勻速轉(zhuǎn)動90°,所需時間t==,線框中的磁通量變化量ΔΦ=B·L·=BL2,產(chǎn)生的平均電動勢2=
3、=。由題意知1=2,可得v1∶v2=2∶π,A正確。] 3.如圖所示,兩根相距為l的平行直導(dǎo)軌ab、cd,b、d間連有一固定電阻R,導(dǎo)軌電阻可忽略不計。MN為放在ab和cd上的一導(dǎo)體桿,與ab垂直,其電阻也為R。整個裝置處于勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,磁場方向垂直于導(dǎo)軌所在平面(垂直紙面向里)?,F(xiàn)對MN施力使它沿導(dǎo)軌方向以速度v水平向右做勻速運(yùn)動。令U表示MN兩端電壓的大小,下列說法正確的是( ) A.U=Blv,流過固定電阻R的感應(yīng)電流由b經(jīng)R到d B.U=Blv,流過固定電阻R的感應(yīng)電流由d經(jīng)R到b C.MN受到的安培力大小FA=,方向水平向右 D.MN受到的安培力大
4、小FA=,方向水平向左 A [根據(jù)電磁感應(yīng)定律,MN產(chǎn)生的電動勢E=Blv,由于MN的電阻與外電路電阻相同,所以MN兩端的電壓U=E=Blv,根據(jù)右手定則,流過固定電阻R的感應(yīng)電流由b經(jīng)R到d,故A正確,B錯誤;MN受到的安培力大小FA=BIl=Bl·=,方向水平向左,故C、D錯誤。] 4.電流傳感器在電路中相當(dāng)于電流表,可以用來研究自感現(xiàn)象。在如圖所示的實驗電路中,L是自感線圈,其自感系數(shù)足夠大,直流電阻值大于燈泡D的阻值,電流傳感器的電阻可以忽略不計。在t=0時刻閉合開關(guān)S,經(jīng)過一段時間后,在t=t1時刻斷開開關(guān)S。在下列表示電流傳感器記錄的電流隨時間變化情況的圖象中,可能正確的是(
5、 ) A B C D D [閉合S瞬間,外電路電阻最大,然后外電路電阻逐漸減小,外電壓逐漸減小,所以通過電流傳感器的電流逐漸減小,電路穩(wěn)定后,外電路電阻不變,外電壓不變,通過電流傳感器的電流不變;因為線圈的直流電阻值大于燈泡D的阻值,穩(wěn)定后,通過線圈的電流小于通過電流傳感器的電流。t=t1時刻斷開開關(guān)S,由于自感現(xiàn)象,原來通過線圈L的電流從左向右流過電流傳感器,逐漸減小。D圖符合題中情況。] 5.(多選)(2019·鹽城調(diào)研)如圖甲所示,水平放置的平行金屬導(dǎo)軌連接一個平行板電容器C和電阻R,導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上且接觸良好,整個裝置放于垂直導(dǎo)軌平面的磁場中,
6、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化情況如圖乙所示(圖示磁感應(yīng)強(qiáng)度方向為正),MN始終保持靜止,則0~t2時間( ) 甲 乙 A.電容器C的電荷量大小始終沒變 B.電容器C的a板先帶正電后帶負(fù)電 C.MN所受安培力的大小始終不變 D.MN所受安培力的方向先向右后向左 AD [由題圖乙可知,磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻變化,產(chǎn)生恒定電動勢,由C=可知,感應(yīng)電動勢不變,電容器的電壓U不變,則電荷量大小不變,故A正確;根據(jù)楞次定律可知MN中的感應(yīng)電流方向由N到M,電容器的a極板一直帶正電,故B錯誤;感應(yīng)電流不變,由于磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小先減小后增大,MN所受安培力F=BIL,所以安培力的大小先減小后增大
7、,方向先向右后向左,故C錯誤,D正確。] 6.(多選)如圖甲所示,abcd是匝數(shù)為100匝、邊長為10 cm、總電阻為0.1 Ω的正方形閉合導(dǎo)線圈,放在與線圈平面垂直的圖示勻強(qiáng)磁場中。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示。則以下說法正確的是( ) 甲 乙 A.導(dǎo)線圈中產(chǎn)生的是交變電流 B.在t=2.5 s時導(dǎo)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為1 V C.在0~2 s內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量為20 C D.在t=1 s時,導(dǎo)線圈內(nèi)電流的瞬時功率為10 W ACD [在0~2 s內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為=1 T/s,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E1=nS=100
8、×0.12×1 V=1 V;在2~3 s內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為=2 T/s,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E2=nS=100×0.12×2 V=2 V。導(dǎo)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為方波交變電流,選項A正確;在t=2.5 s時,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E2=2 V,選項B錯誤;在0~2 s內(nèi),感應(yīng)電流I==10 A,通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為q=IΔt1=20 C,選項C正確;在t=1 s時,導(dǎo)線圈內(nèi)感應(yīng)電流的瞬時功率P=UI=I2R=102×0.1 W=10 W,選項D正確。] 7.在范圍足夠大、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,B=0.2 T,有一水平放置的光滑框架,寬度為l=0.4 m,如圖所示
9、,框架上放置一質(zhì)量為0.05 kg、電阻為1 Ω的金屬桿cd,框架電阻不計。若cd桿以恒定加速度a=2 m/s2,由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動,則: (1)在5 s內(nèi)平均感應(yīng)電動勢是多少; (2)第5 s末,回路中的電流多大; (3)第5 s末,作用在cd桿上的水平外力多大? [解析] (1)5 s內(nèi)的位移x=at2=25 m, 5 s內(nèi)的平均速度v==5 m/s 故平均感應(yīng)電動勢E=Blv=0.4 V。 (2)第5 s末:v′=at=10 m/s, 此時感應(yīng)電動勢E′=Blv′ 則回路電流為I=== A=0.8 A。 (3)桿做勻加速運(yùn)動,則F-F安=ma, 即F
10、=BIl+ma=0.164 N。 [答案] (1)0.4 V (2)0.8 A (3)0.164 N 8.(多選)(2019·江蘇金陵中學(xué)高考模擬)如圖所示電路中,P為發(fā)光氖泡,發(fā)光電壓U>60 V,L為自感系數(shù)很大、電阻不為零的電感線圈,直流電源電動勢E=6 V。接通開關(guān)S,氖泡不亮;穩(wěn)定時,L中電流恒定為I0;斷開S時,氖泡能短時間內(nèi)發(fā)光。關(guān)于該現(xiàn)象,下列說法正確的有( ) A.S接通瞬間,L中電流是逐漸增加的 B.S接通穩(wěn)定時,P兩端電壓為零 C.S斷開瞬間,氖泡P發(fā)光時電流最大值可能超過I0 D.S斷開瞬間,氖泡P發(fā)光時電流從右向左 AD [S接通瞬間,線圈L中
11、的電流從無到有發(fā)生變化,線圈L中產(chǎn)生的自感電動勢對電流的增大有阻礙作用,所以通過線圈L的電流慢慢變大,故選項A正確;S接通穩(wěn)定時,由于電感線圈的電阻不為零,電感線圈兩端電壓不為零,所以發(fā)光氖泡兩端電壓不為零,故選項B錯誤;S斷開前,線圈L中電流恒定為I0,S斷開瞬間,線圈L由于自感現(xiàn)象會產(chǎn)生與線圈中原電流方向相同的感應(yīng)電動勢,使線圈中的電流將從原來的I0逐漸減小,方向不變,且由于它和氖泡P構(gòu)成回路,通過氖泡P的電流和線圈L中的電流大小相同,也從I0逐漸減小,通過氖泡P的電流從右向左,故選項D正確,C錯誤。] 9.(多選)(2019·南京三模)目前無線電能傳輸技術(shù)已經(jīng)比較成熟,如圖所示為一種非
12、接觸式電源供應(yīng)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)基于電磁感應(yīng)原理可無線傳輸電能,兩個感應(yīng)線圈可以放置在左右相鄰位置,如圖所示。利用這一原理,可以實現(xiàn)對手機(jī)進(jìn)行無線充電,不計線圈的電阻。已知無線長直線電流在空間中所產(chǎn)生的磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B=,下列說法正確的是( ) A.若A線圈中輸入恒定電流,B線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 B.只有A線圈中輸入變化的電流,B線圈中才會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 C.在電能傳輸中,若只增加A、B間的距離,B線圈中感應(yīng)電動勢變大 D.若只增加A線圈中電流的變化率,B線圈中感應(yīng)電動勢變大 BD [根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,只有穿過B線圈的磁通量發(fā)生改變,才能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,所以A線圈中應(yīng)
13、輸入變化的電流,B正確,A錯誤;在A線圈上選取非常短的一段,則此時可看成直線電流,無限長直線電流在空間中所產(chǎn)生的磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B=,=,又由于B線圈中的感應(yīng)電動勢E=n=nS,分析可知只增加A、B間的距離,B線圈中的感應(yīng)電動勢變小,C錯誤;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,B的感應(yīng)電動勢E=n=nS,可知影響B(tài)線圈感應(yīng)電動勢大小的是空間中磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率,只增加A線圈中電流的變化率時,空間中磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率增大,所以B線圈中感應(yīng)電動勢變大,D正確。] 10.(多選)(2019·鹽城二模)如圖所示,A、B為相同的燈泡,C為電容器,L為電感線圈(其直流電阻小于燈泡電阻)。下列說法中正確的有( )
14、 A.閉合開關(guān),B立即發(fā)光 B.閉合開關(guān),電路穩(wěn)定后,A中沒有電流 C.電路穩(wěn)定后,斷開開關(guān),B變得更亮后再熄滅 D.電路穩(wěn)定后,斷開開關(guān),A中電流立即為零 AC [閉合開關(guān)S的瞬時,電容器C充電,相當(dāng)于短路;而電感L阻礙電流的增加,相當(dāng)于斷路,則B先發(fā)光;電路穩(wěn)定后,電容器充電完畢相當(dāng)于斷路,則A中有電流,選項A正確,B錯誤;電路穩(wěn)定后,斷開開關(guān),則電感L與燈泡B組成新的回路,因電路穩(wěn)定時L中的電流大于B的電流,則斷開S時,B變得更亮后再熄滅,選項C正確;電路穩(wěn)定后,斷開開關(guān),由于電容器放電,則A中電流不會立即為零,選項D錯誤。] 11.(2019·龍巖市3月模擬)如圖所示,
15、abcd為水平放置的平行“”形光滑金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間距為l,電阻不計。導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。金屬桿放置在導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌的接觸點(diǎn)為M、N,并與導(dǎo)軌成θ角。金屬桿以ω 的角速度繞N點(diǎn)由圖示位置勻速轉(zhuǎn)動到與導(dǎo)軌ab垂直,轉(zhuǎn)動過程中金屬桿與導(dǎo)軌始終接觸良好,金屬桿單位長度的電阻為r。則在金屬桿轉(zhuǎn)動過程中( ) A.M、N兩點(diǎn)電勢相等 B.金屬桿中感應(yīng)電流的方向由N流向M C.電路中感應(yīng)電流的大小始終為 D.電路中通過的電荷量為 A [根據(jù)題意可知,金屬桿MN為電源,導(dǎo)軌為外電路,由于導(dǎo)軌電阻不計,外電路短路,M、N兩點(diǎn)電勢相等,故選項A正確;根據(jù)右手定
16、則可知金屬桿中感應(yīng)電流的方向是由M流向N,故選項B錯誤;由于切割磁場的金屬桿長度逐漸變短,感應(yīng)電動勢逐漸變小,回路中的感應(yīng)電流逐漸變小,故選項C錯誤;因為導(dǎo)體棒MN在回路中的有效切割長度逐漸減小,所以接入電路的電阻逐漸減小,不能根據(jù)q=計算通過電路的電荷量,故選項D錯誤。] 12.如圖所示,勻強(qiáng)磁場中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導(dǎo)線框,半圓直徑與磁場邊緣重合;磁場方向垂直于半圓面(紙面)向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0。使該線框從靜止開始繞過圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動半周,在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流?,F(xiàn)使線框保持圖中所示位置,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時間線性變化。為了產(chǎn)生與線框運(yùn)動過程中同樣大小的
17、電流,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化率的大小應(yīng)為( ) A. B. C. D. C [設(shè)半圓弧的半徑為r,線框勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E1=B0rv=B0r=B0ωr2。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時間線性變化時,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E2==S=πr2·,要使兩次產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小相等,則E1=E2,即B0ωr2=πr2·,解得=,選項C正確,A、B、D錯誤。] 13.(2019·江蘇南京師大附中高考模擬)1831年10月28日,法拉第在一次會議上展示了他發(fā)明的圓盤發(fā)電機(jī)。如圖所示為一圓盤發(fā)電機(jī)對小燈泡供電的示意圖,銅圓盤可繞豎直銅軸轉(zhuǎn)動,兩塊銅片C、D分別與圓盤的豎直軸和邊緣接觸。已知銅圓
18、盤半徑為L,接入電路中的電阻為r,勻強(qiáng)磁場豎直向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,小燈泡電阻為R。不計摩擦阻力,當(dāng)銅圓盤以角速度ω沿順時針方向(俯視)勻速轉(zhuǎn)動時,求: (1)銅圓盤的銅軸與邊緣之間的感應(yīng)電動勢大小E; (2)流過小燈泡的電流方向,以及小燈泡兩端的電壓U; (3)維持圓盤勻速轉(zhuǎn)動的外力的功率P。 [解析] (1)由法拉第電磁感應(yīng)定律可得感應(yīng)電動勢:E=BL 圓盤半徑兩端的平均速度為:=(0+ωL) 由以上方程可得銅圓盤的銅軸與邊緣之間的感應(yīng)電動勢大小:E=BωL2。 (2) 由右手定則可得電流方向:由a到b; 由閉合電路歐姆定律可得電流為:I= 所以燈泡兩端的電壓為:U=IR 由以上方程解得:U=。 (3) 由能量的轉(zhuǎn)化與守恒可知,維持圓盤勻速轉(zhuǎn)動的外力的功率等于電路消耗的總功率,即:P=P電 而電路中消耗的總功率為:P電= 由以上方程解得:P=。 [答案] (1)BωL2 (2)電流方向由a到b (3) 9
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