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高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 電磁感應(yīng) 課后分級(jí)演練29 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感現(xiàn)象

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1、 課后分級(jí)演練(二十九) 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感現(xiàn)象 【A級(jí)——基礎(chǔ)練】 1.如圖所示,兩塊水平放置的金屬板距離為d,用導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)K與一個(gè)n匝的線圈連接,線圈置于方向豎直向上的均勻變化的磁場(chǎng)B中.兩板間放一臺(tái)小型壓力傳感器,壓力傳感器上表面絕緣,在其上表面靜止放置一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電小球.K沒(méi)有閉合時(shí)傳感器有示數(shù),K閉合時(shí)傳感器示數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的一半.則線圈中磁場(chǎng)B的變化情況和磁通量的變化率分別為(  ) A.正在增強(qiáng),=   B.正在增強(qiáng),= C.正在減弱,= D.正在減弱,= 解析:B 根據(jù)K閉合時(shí)傳感器示數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的一半,推出帶正電小球受向上的電場(chǎng)力,即上極板帶負(fù)電

2、,下極板帶正電,線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向從上極板經(jīng)線圈流向下極板,根據(jù)安培定則知感應(yīng)磁場(chǎng)的方向向下,與原磁場(chǎng)方向相反,又由楞次定律得線圈中磁場(chǎng)正在增強(qiáng);對(duì)小球受力分析得q=,其中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=n,代入得=,故B正確. 2.如圖甲所示,電路的左側(cè)是一個(gè)電容為C的電容器,電路的右側(cè)是一個(gè)環(huán)形導(dǎo)體,環(huán)形導(dǎo)體所圍的面積為S,在環(huán)形導(dǎo)體中有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示.則在0~t0時(shí)間內(nèi),電容器(  ) A.上極板帶正電;所帶電荷量為 B.上極板帶正電,所帶電荷量為 C.上極板帶負(fù)電,所帶電荷量為 D.上極板帶負(fù)電,所帶電荷量為 解析:A 由題圖乙可知

3、=,B增大,根據(jù)楞次定律知,感應(yīng)電流沿逆時(shí)針?lè)较?,故電容器上極板帶正電,E=n=,Q=CE=,故A正確. 3.(多選)法拉第圓盤(pán)發(fā)電機(jī)的示意圖如圖所示.銅圓盤(pán)安裝在豎直的銅軸上,兩銅片P、Q分別與圓盤(pán)的邊緣和銅軸接觸.圓盤(pán)處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中.圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí),關(guān)于流過(guò)電阻R的電流,下列說(shuō)法正確的是(  ) A.若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定,則電流大小恒定 B.若從上向下看,圓盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),則電流沿a到b的方向流動(dòng) C.若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變,角速度大小發(fā)生變化,則電流方向可能發(fā)生變化 D.若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉?lái)的2倍 解析:AB 設(shè)圓盤(pán)的半經(jīng)為

4、r,圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω,則圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E=Brω2,可知,轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定,電動(dòng)勢(shì)恒定,電流恒定,A項(xiàng)正確;根據(jù)右手定則可知,從上向下看,圓盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),圓盤(pán)中電流由邊緣指向圓心,即電流沿a到b的方向流動(dòng),B項(xiàng)正確;圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變,產(chǎn)生的電流方向不變,C項(xiàng)錯(cuò)誤;若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,則電動(dòng)勢(shì)變?yōu)樵瓉?lái)的4倍,電流變?yōu)樵瓉?lái)的4倍,由P=I2R可知,電阻R上的熱功率變?yōu)樵瓉?lái)的16倍,D項(xiàng)錯(cuò)誤. 4.如圖為無(wú)線充電技術(shù)中使用的受電線圈示意圖,線圈匝數(shù)為n,面積為S.若在t1到t2時(shí)間內(nèi),勻強(qiáng)磁場(chǎng)平行于線圈軸線向右穿過(guò)線圈,其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小由B1均勻增加到B2,則該段時(shí)間線圈

5、兩端a和b之間的電勢(shì)差φa-φb(  ) A.恒為 B.從0均勻變化到 C.恒為- D.從0均勻變化到- 解析:C 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,E=n=n,由楞次定律可以判斷a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì),所以a、b兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差為-n,C項(xiàng)正確. 5.隨著新能源轎車(chē)的普及,無(wú)線充電技術(shù)得到進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和應(yīng)用.一般給大功率電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)利用的是電磁感應(yīng)原理.如圖所示,由地面供電裝置(主要裝置有線圈和電源)將電能傳送至電動(dòng)車(chē)底部的感應(yīng)裝置(主要裝置是線圈),該裝置使用接收到的電能對(duì)車(chē)載電池進(jìn)行充電,供電裝置與車(chē)身接收裝置之間通過(guò)磁場(chǎng)傳送能量,由于電磁輻射等因素,其能量傳輸效率只能達(dá)到90%左右.無(wú)

6、線充電樁一般采用平鋪式放置,用戶(hù)無(wú)需下車(chē)、無(wú)需插電即可對(duì)電動(dòng)車(chē)進(jìn)行充電.目前,無(wú)線充電樁可以允許的充電有效距離一般為15~25 cm,允許的錯(cuò)位誤差一般為15 cm左右.下列說(shuō)法正確的是(  ) A.無(wú)線充電樁的優(yōu)越性之一是在百米開(kāi)外也可以對(duì)電動(dòng)汽車(chē)快速充電 B.車(chē)身感應(yīng)線圈中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化 C.車(chē)身感應(yīng)線圈中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是與地面發(fā)射線圈中電流的磁場(chǎng)方向相反 D.若線圈均采用超導(dǎo)材料則能量的傳輸效率有望達(dá)到100% 解析:B 題中給出無(wú)線充電樁可以允許的充電有效距離一般為15~25 cm,在百米開(kāi)外無(wú)法充電,故A項(xiàng)錯(cuò)誤.該充電裝置是通過(guò)改變

7、地面供電裝置的電流使電動(dòng)車(chē)底部的感應(yīng)裝置產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律可知,車(chē)身感應(yīng)線圈中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化,故B項(xiàng)正確.由于不知道地面供電裝置的電流是增大還是減小,故車(chē)身感應(yīng)線圈中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)不一定總是與地面發(fā)射線圈中電流的磁場(chǎng)方向相反,故C項(xiàng)錯(cuò)誤.由于電磁輻射等因素,傳輸效率不可能達(dá)到100%,故D項(xiàng)錯(cuò)誤. 6.金屬桿ab水平放置在某高處,當(dāng)它被平拋進(jìn)入方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí)(如圖所示),忽略空氣阻力,以下說(shuō)法中正確的是(  ) A.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變,且φa>φb B.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變,且φa<φb C.由于速率不斷增大,所

8、以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不斷變大,且φa>φb D.由于速率不斷增大,所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不斷變大,且φa<φb 解析:A 金屬桿做平拋運(yùn)動(dòng),水平方向勻速垂直切割磁感線運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變,由右手定則知,a端電勢(shì)比b端高,豎直方向平行磁感線運(yùn)動(dòng),不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),故在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變,并且a端電勢(shì)比b端高,即選項(xiàng)A正確,其他錯(cuò)誤. 7.如圖,勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)邊緣重合;磁場(chǎng)方向垂直于半圓面(紙面)向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.使該線框從靜止開(kāi)始繞過(guò)圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)半周,在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流.現(xiàn)使線框保持圖中所示位置,

9、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間線性變化.為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動(dòng)半周過(guò)程中同樣大小的電流,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率的大小應(yīng)為(  ) A. B. C. D. 解析:C 由導(dǎo)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),設(shè)半徑為r,導(dǎo)線框電阻為R,在很短的Δt時(shí)間內(nèi),轉(zhuǎn)過(guò)圓心角Δθ=ωΔt,由法拉第電磁感應(yīng)定律及歐姆定律可得感應(yīng)電流I1===;當(dāng)導(dǎo)線框不動(dòng),而磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí),同理可得感應(yīng)電流I2==,令I(lǐng)1=I2,可得=,C對(duì). 8.(2017北京西城區(qū)期末)如圖所示,線圈L與小燈泡A并聯(lián)后接到電源上.先閉合開(kāi)關(guān)S,穩(wěn)定后,通過(guò)線圈的電流為I1,通過(guò)小燈泡的電流為I2.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S,發(fā)現(xiàn)小燈泡閃亮一下再熄滅.則下列說(shuō)法正確的是(

10、  ) A.I1I2,A、B錯(cuò);開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)瞬間電源與線圈和小燈泡斷開(kāi),線圈中的電流要發(fā)生突變,所以線圈中會(huì)感應(yīng)出新的電動(dòng)勢(shì)阻礙原電流的減小,所以線圈中的電流方向不變,D對(duì);斷開(kāi)開(kāi)關(guān)瞬間因?yàn)榫€圈相當(dāng)于電源與燈泡構(gòu)成一個(gè)回路,流過(guò)燈泡的電流方向與開(kāi)始時(shí)方向相反,C錯(cuò). 9.(2017無(wú)錫模擬)如圖所示,三個(gè)燈泡L1、L2、L3的電阻關(guān)系為R1

11、從閉合狀態(tài)突然斷開(kāi)時(shí),下列判斷正確的是(  ) A.L1逐漸變暗,L2、L3均先變亮,然后逐漸變暗 B.L1逐漸變暗,L2立即熄滅,L3先變亮,然后逐漸變暗 C.L1立即熄滅,L2、L3均逐漸變暗 D.L1、L2、L3均先變亮,然后逐漸變暗 解析:B 開(kāi)關(guān)K處于閉合狀態(tài)時(shí),由于R1I2>I3,開(kāi)關(guān)K從閉合狀態(tài)突然斷開(kāi)時(shí),電感線圈、L1、L3組成閉合回路,L1逐漸變暗,通過(guò)L3的電流由I3變?yōu)镮1,再逐漸減小,故L3先變亮,然后逐漸變暗,而由于二極管的反向截止作用,L2立即熄滅,選項(xiàng)B正確. 10.如圖所示,MN、PQ是兩根足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間距為d

12、,導(dǎo)軌所在平面與水平面成θ角,M、P間接阻值為R的電阻.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向與導(dǎo)軌所在平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.質(zhì)量為m、阻值為r的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上,在平行于導(dǎo)軌的拉力作用下,以速度v勻速向上運(yùn)動(dòng).已知金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直并且保持良好接觸,重力加速度為g.求: (1)金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E; (2)通過(guò)電阻R的電流I; (3)拉力F的大小. 解析:(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得E=Bdv. (2)根據(jù)閉合電路歐姆定律得 I== (3)導(dǎo)體棒的受力情況如圖所示,根據(jù)牛頓第二定律有F-F安-mgsin θ=0, 又因?yàn)镕安=BId=,所以F=mgsin θ+. 答案:(1)Bd

13、v (2) (3)mgsin θ+ 【B級(jí)——提升練】 11.(多選)1824年,法國(guó)科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤(pán)實(shí)驗(yàn)”.實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤(pán)水平放置,在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針,如圖所示.實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)圓盤(pán)在磁針的磁場(chǎng)中繞過(guò)圓盤(pán)中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí),磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),但略有滯后.下列說(shuō)法正確的是(  ) A.圓盤(pán)上產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) B.圓盤(pán)內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng) C.在圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中,磁針的磁場(chǎng)穿過(guò)整個(gè)圓盤(pán)的磁通量發(fā)生了變化 D.圓盤(pán)中的自由電子隨圓盤(pán)一起運(yùn)動(dòng)形成電流,此電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng) 解析:AB 把圓盤(pán)等效成由無(wú)數(shù)輻條組成的自

14、行車(chē)車(chē)輪,車(chē)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輻條切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),但由于不同的輻條所在位置磁場(chǎng)大小及方向不相同,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不相同,從而在圓盤(pán)內(nèi)部形成渦形電流,該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)使磁針轉(zhuǎn)動(dòng),A、B正確.由于磁針?lè)旁趫A盤(pán)中心正上方,穿出與穿入的磁感線應(yīng)該一樣多,即穿過(guò)圓盤(pán)的磁通量始終為零,C錯(cuò)誤.圓盤(pán)整體不帶電,若無(wú)磁場(chǎng),則正負(fù)電荷均做圓周運(yùn)動(dòng),不會(huì)形成電流,D錯(cuò)誤. 12.(多選)線圈所圍的面積為0.1 m2,線圈電阻為1 Ω.規(guī)定線圈中感應(yīng)電流I的正方向從上往下看沿順時(shí)針?lè)较?,如圖甲所示.磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示.則以下說(shuō)法正確的是(  ) A.在0~5 s時(shí)間內(nèi),I的最

15、大值為0.01 A B.在t=4 s時(shí)刻,I的方向?yàn)槟鏁r(shí)針 C.前2 s內(nèi),通過(guò)線圈某一截面的總電荷量為0.01 C D.第3 s內(nèi),線圈的發(fā)熱功率最大 解析:BC 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=n=n可知,在B-t圖象中圖線的斜率越大,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大,由圖乙可知,t=0時(shí)刻線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,Emax=> V=0.01 V,由歐姆定律得Imax=>=0.01 A,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;3~5 s內(nèi),豎直向上的磁場(chǎng)一直在減弱,根據(jù)楞次定律可知,線圈中感應(yīng)電流方向沿逆時(shí)針?lè)较?,選項(xiàng)B正確;由法拉第電磁感應(yīng)定律得=,由閉合電路歐姆定律得=,通過(guò)線圈某一橫截面的電荷量q=Δt,聯(lián)立以上三式得

16、,前2 s內(nèi)通過(guò)線圈某一截面的總電荷量q=== C=0.01 C,選項(xiàng)C正確;線圈的發(fā)熱功率P==()2,由此可知在B-t圖象中圖線的斜率越大,線圈的發(fā)熱功率越大,由圖乙可知,t=0時(shí)刻線圈的發(fā)熱功率最大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 13.在xOy平面內(nèi)有一條拋物線金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌的拋物線方程為y2=4x,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面向里,一根足夠長(zhǎng)的金屬棒ab垂直于x軸從坐標(biāo)原點(diǎn)開(kāi)始,以恒定速度v沿x軸正方向運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)中始終與金屬導(dǎo)軌保持良好接觸,如圖所示.則下列圖象中能表示回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小隨時(shí)間變化的是(  ) 解析:B 金屬棒ab沿x軸以恒定速度v運(yùn)動(dòng),因此x=vt,則金屬棒在回路

17、中的有效長(zhǎng)度l=2y=4=4,由電磁感應(yīng)定律得回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Blv=4B,即E2∝t,選項(xiàng)B正確. 14.如圖甲所示,光滑且足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距L=0.30 m.導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),其間接有定值電阻R=0.40 Ω.導(dǎo)軌上停放一質(zhì)量為m=0.10 kg、電阻r=0.20 Ω的金屬桿ab,整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向豎直向下.利用一外力F沿水平方向拉金屬桿ab,使之由靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),電壓傳感器可將R兩端的電壓U即時(shí)采集并輸入電腦,電腦屏幕描繪出U隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示.求: (1)金屬桿加速度的大

18、?。? (2)第2 s末外力的瞬時(shí)功率. 解析:(1)設(shè)金屬桿的運(yùn)動(dòng)速度為v,則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E=BLv, 通過(guò)電阻R的電流I=, 電阻R兩端的電壓U=IR=. 由圖乙可得U=kt,k=0.10 V/s, 解得v=t, 金屬桿做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度a==1.0 m/s2. (2)在第2 s末,F(xiàn)安=BIL===0.075 N. 設(shè)外力大小為F2,由F2-F安=ma解得F2=0.175 N. 故第2 s末外力的瞬時(shí)功率P=F2at=0.35 W. 答案:(1)1.0 m/s2 (2)0.35 W 15.(1)如圖甲所示,兩根足夠長(zhǎng)的平行導(dǎo)軌,間距L=0.3 m,在導(dǎo)軌間有垂直

19、紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=0.5 T.一根直金屬桿MN以v=2 m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng),桿MN始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好.桿MN的電阻r1=1 Ω,導(dǎo)軌的電阻可忽略.求桿MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1. (2)如圖乙所示,一個(gè)匝數(shù)n=100的圓形線圈,面積S1=0.4 m2,電阻r2=1 Ω.在線圈中存在面積S2=0.3 m2垂直線圈平面(指向紙外)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁感應(yīng)強(qiáng)度B2隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖丙所示.求圓形線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2. (3)將一個(gè)R=2 Ω的電阻分別與圖甲和圖乙中的a、b端相連接,然后b端接地.試判斷以上兩種情況中,哪種情況a端的電勢(shì)較高?并求出較高的電勢(shì)φ

20、a. 解析:(1)桿MN做切割磁感線的運(yùn)動(dòng), 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1=B1Lv=0.3 V. (2)穿過(guò)圓形線圈的磁通量發(fā)生變化, 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2=nS2=4.5 V. (3)題圖甲中φa>φb=0,題圖乙中φa<φb=0,所以當(dāng)電阻R與題圖甲中的導(dǎo)軌相連接時(shí),a端的電勢(shì)較高. 此時(shí)通過(guò)電阻R的電流I= 電阻R兩端的電勢(shì)差φa-φb=IR a端的電勢(shì)φa=IR=0.2 V. 答案:(1)0.3 V (2)4.5 V (3)與圖甲中的導(dǎo)軌相連接a端電勢(shì)高 φa=0.2 V 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375

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