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2022年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第九章 第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感和渦流課時(shí)作業(yè)

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1、2022年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第九章 第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感和渦流課時(shí)作業(yè) 一、選擇題(在題后給的選項(xiàng)中,第1~4題只有一項(xiàng)符合題目要求,第5~9題有多項(xiàng)符合題目要求.) 1.如圖K9-2-1所示,平行導(dǎo)軌間距為d,一端跨接一個(gè)電阻R,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于平行金屬導(dǎo)軌所在平面.一根金屬棒與導(dǎo)軌成θ角放置,金屬棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì).當(dāng)金屬棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在金屬導(dǎo)軌上滑行時(shí),通過電阻R的電流是(  ) 圖K9-2-1 A. B. C. D. 【答案】D 【解析】電流應(yīng)等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)除以電阻R,問題在于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)如何計(jì)算.能夠引起感應(yīng)電流

2、的電動(dòng)勢(shì)是MN間產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì),所以有效切割長(zhǎng)度應(yīng)為.而用已知參數(shù)表示為d/sin θ,所以有效切割長(zhǎng)度L=d/sin θ.則E=BLv=,I==,所以D正確. 2.如圖K9-2-2所示,MN、PQ為兩平行金屬導(dǎo)軌,M、P間連有一阻值為R的電阻,導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌所在平面垂直,圖中磁場(chǎng)垂直紙面向里.有一金屬圓環(huán)沿兩導(dǎo)軌滑動(dòng),速度為v,與導(dǎo)軌接觸良好,圓環(huán)的直徑d與兩導(dǎo)軌間的距離相等.設(shè)金屬環(huán)與導(dǎo)軌的電阻均可忽略,當(dāng)金屬環(huán)向右做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)(  ) 圖K9-2-2 A.沒有感應(yīng)電流通過金屬環(huán) B.有感應(yīng)電流通過電阻R,大小為 C.有感應(yīng)電流通過電阻R,大

3、小為 D.沒有感應(yīng)電流通過電阻R 【答案】B 【解析】本題容易誤選AD,因?yàn)橛械耐瑢W(xué)認(rèn)為穿過金屬環(huán)的磁通量沒有變化,所以沒有感應(yīng)電流.或者是誤選C,認(rèn)為圓環(huán)切割磁感線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=2Bdv. 事實(shí)上,當(dāng)金屬環(huán)向右做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),依題意,將圓環(huán)轉(zhuǎn)換為并聯(lián)電源模型,如圖所示.因此,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Bdv,感應(yīng)電流I==. 3.如圖K9-2-3所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,半徑為r的金屬圓環(huán)垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng),跨過金屬圓環(huán)的直導(dǎo)線繞圓環(huán)圓心O以角速度ω沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng),則通過電阻R的電流的方向和大小是(不計(jì)其它導(dǎo)體的電阻)(  ) 圖K9-2-3 A.由c到d,I=Br2ω/R

4、 B.由d到c,I=Br2ω/R C.由c到d,I=Br2ω/(2R) D.由d到c,I=Br2ω/(2R) 【答案】D 【解析】直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E=Br2ω.由右手定則可知其方向由外指向圓心,故通過電阻R的電流I=Br2ω/(2R),方向由d到c,故選項(xiàng)D項(xiàng). 4.如圖K9-2-4是用電流傳感器(相當(dāng)于電流表,其電阻可以忽略不計(jì))研究自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路,圖中兩個(gè)電阻的阻值均為R,L是一個(gè)自感系數(shù)足夠大的自感線圈,其直流電阻值也為R.圖K9-2-5是某同學(xué)畫出的在t0時(shí)刻開關(guān)S切換前后,通過傳感器的電流隨時(shí)間變化的圖象.關(guān)于這些圖象,下列說法中正確

5、的是(  ) 圖K9-2-4 圖K9-2-5 A.甲是開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合,通過傳感器1的電流隨時(shí)間變化的情況 B.乙是開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合,通過傳感器2的電流隨時(shí)間變化的情況 C.丙是開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_,通過傳感器2的電流隨時(shí)間變化的情況 D.丁是開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_,通過傳感器2的電流隨時(shí)間變化的情況 【答案】C 【解析】開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合瞬間,流過自感線圈的電流為零,流過傳感器1、2的電流均為;閉合電路穩(wěn)定后,流過傳感器1的電流為,流過傳感器2的電流為;開關(guān)斷開后,流過傳感器1的電流立即變?yōu)榱?,流過傳感器2的電流方向相反,從逐漸變?yōu)榱悖梢陨戏治隹芍?,選項(xiàng)C正

6、確. 5.如圖K9-2-6甲、乙所示的電路中,電阻R和自感線圈L的電阻值都很小且小于燈A的電阻,接通S,使電路達(dá)到穩(wěn)定,燈泡A發(fā)光,則(  ) 圖K9-2-6 A.在電路甲中,斷開S,A將漸漸變暗 B.在電路甲中,斷開S,A將先變得更亮,然后漸漸變暗 C.在電路乙中,斷開S,A將漸漸變暗 D.在電路乙中,斷開S,A將先變得更亮,然后漸漸變暗 【答案】AD 【解析】在電路甲中,燈A和線圈L串聯(lián),它們的電流相同,斷開S時(shí),線圈上產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),阻礙原電流的減小,但流過燈A的電流仍逐漸減小,從而燈A只能漸漸變暗;在電路乙中,電阻R和燈A串聯(lián),燈A的電阻大于線圈L的電阻,電流則小于

7、線圈L中的電流,斷開S時(shí),電源不再給燈供電,而線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的減小,通過R、A形成回路,燈A中的電流突然變大,燈A變得更亮,然后漸漸變暗.故選項(xiàng)A、D正確. 6.(xx年深圳五校聯(lián)考)如圖K9-2-7所示,將條形磁鐵插入閉合線圈,第一次用時(shí)0.2 s,第二次用時(shí)0.5 s,并且兩次磁鐵的起始和終止位置相同,則(  ) 圖K9-2-7 A.兩次線圈中的磁通量變化相同 B.第一次電流表的最大偏轉(zhuǎn)角較大 C.第二次電流表的最大偏轉(zhuǎn)角較大 D.若斷開開關(guān)K,電流表均不偏轉(zhuǎn),故兩次線圈兩端均無感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 【答案】AB 【解析】線圈中磁通量變化相同.故A正確.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大

8、小與磁通量的變化率成正比,磁通量的變化率大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大,產(chǎn)生的感應(yīng)電流大.故B正確,C錯(cuò)誤.?dāng)嚅_電鍵,電流表不偏轉(zhuǎn),知感應(yīng)電流為零,但感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不為零.故D錯(cuò)誤.故選AB. 7.閉合回路由電阻R與導(dǎo)線組成,其內(nèi)部磁場(chǎng)方向如圖K9-2-8甲所示,大小按圖K9-2-8乙變化,則回路中(  ) 甲          乙 圖K9-2-8 A.電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向 B.電流強(qiáng)度越來越大 C.磁通量的變化率恒定不變 D.產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越來越大 【答案】AC 【解析】由楞次定律可以判斷電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向,A項(xiàng)正確;由法拉第電磁感應(yīng)定律E=N可得,E=NS ,由題圖可知是恒量,所以

9、電動(dòng)勢(shì)恒定,D項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)歐姆定律,電路中電流是不變的,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由于磁場(chǎng)均勻增加,線圈面積不變,所以磁通量的變化率恒定不變,C項(xiàng)正確. 8.(xx年湛江模擬)光滑金屬導(dǎo)軌寬L=0.4m,電阻不計(jì),均勻變化的磁場(chǎng)穿過整個(gè)軌道平面,如圖K9-2-9甲所示.磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的情況如圖乙所示.金屬棒ab的電阻為1Ω,自t=0時(shí)刻起,從導(dǎo)軌最左端以v=1m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng),則(  ) 圖K9-2-9 A.1s末回路中電動(dòng)勢(shì)為0.8V B.1s末ab棒所受磁場(chǎng)力為0.64N C.1s末回路中電動(dòng)勢(shì)為1.6V D.1s末ab棒所受磁場(chǎng)力為1.28N 【答案】CD 【解析

10、】1s末磁場(chǎng)強(qiáng)度為B=2T,回路中電動(dòng)勢(shì)E=BLv+·S=(2×0.4×1+2×1×1×0.4) V=1.6V,則選項(xiàng)A錯(cuò)誤,C正確;回路中的電流I==1.6A,桿受的安培力F=BIL=1.28N,則選項(xiàng)B錯(cuò)誤,D正確. 9.在北半球,地磁場(chǎng)的水平分量由南向北,豎直分量豎直向下.如圖K9-2-10所示,北京平安大街上,某人騎車從東往西行走,下列說法正確的是(  ) 圖K9-2-10 A.自行車左車把的電勢(shì)比右車把的電勢(shì)高 B.自行車左車把的電勢(shì)比右車把的電勢(shì)低 C.圖中輻條AB,此時(shí)A端比B端的電勢(shì)高 D.圖中輻條AB,此時(shí)A端比B端的電勢(shì)低 【答案】AD 【解析】某人騎車

11、從東往西行走,車把切割地磁場(chǎng)的豎直分量,由右手定則知左車把的電勢(shì)高.而輻條在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)切割地磁場(chǎng)的水平分量,由右手定則知B端的電勢(shì)高. 二、非選擇題 10.(xx年天津卷)如圖K9-2-11所示,一對(duì)光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi),導(dǎo)軌間距 l=0.5 m,左端接有阻值 R=0.3 Ω的電阻.一質(zhì)量 m=0.1 kg,電阻r=0.1 Ω 的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上,整個(gè)裝置置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4 T.棒在水平向右的外力作用下,由靜止開始以a=2 m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)棒的位移 x=9 m 時(shí)撤去外力,棒繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段距離后停下來,已知撤去外力前后回路中

12、產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1∶Q2=2∶1.導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì),棒在運(yùn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸.求: 圖K9-2-11 (1)棒在勻加速運(yùn)動(dòng)過程中,通過電阻R的電荷量q; (2)撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2; (3)外力做的功WF. 【答案】(1)4.5 C (2)1.8 J (3)5.4 J 【解析】(1)設(shè)棒勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為Δt,回路的磁通量變化量為ΔΦ,回路中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為,由法拉第電磁感應(yīng)定律,得 =,① 其中ΔΦ=Blx.② 設(shè)回路中的平均電流為,由閉合電路的歐姆定律,得 =.③ 則通過電阻R的電荷量q=Δt.④ 聯(lián)立①②③④式,

13、代入數(shù)據(jù)得 q=4.5 C.⑤ (2)設(shè)撤去外力時(shí)棒的速度為v,對(duì)棒的勻加速運(yùn)動(dòng)過程,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,得 v2=2aqx.⑥ 設(shè)棒在撤去外力后的運(yùn)動(dòng)過程中安培力做功為W,由動(dòng)能定理,得 W=0-mv2.⑦ 撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱 Q2=-W.⑧ 聯(lián)立⑥⑦⑧式,代入數(shù)據(jù)得 Q2=1.8 J.⑨ (3)由題意知撤去外力前、后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比 Q1∶Q2=2∶1,可得 Q1=3.6 J.⑩ 在棒運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程中,由功能關(guān)系可知 WF=Q1+Q2.? 由⑨⑩?式得 WF=5.4 J. 11.(xx年汕頭調(diào)研)如圖K9-2-12所示,兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在同一

14、水平面內(nèi),間距為l,導(dǎo)軌左端連接一個(gè)電阻.一根質(zhì)量為m、電阻為r的金屬桿ab垂直放置在導(dǎo)軌上.在桿的右方距桿為d處有一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直于軌道平面向下,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.對(duì)桿施加一個(gè)大小為F、方向平行于導(dǎo)軌的恒力,使桿從靜止開始運(yùn)動(dòng),已知桿到達(dá)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)速度為v,之后進(jìn)入磁場(chǎng)恰好做勻速運(yùn)動(dòng).不計(jì)導(dǎo)軌的電阻,假定導(dǎo)軌與桿之間存在恒定的阻力.求: (1)導(dǎo)軌對(duì)桿ab的阻力大小f; (2)桿ab中通過的電流及其方向; (3)導(dǎo)軌左端所接電阻的阻值R. 圖K9-2-12 【答案】見解析 【解析】(1)桿進(jìn)入磁場(chǎng)前做勻加速運(yùn)動(dòng),有 F-f=ma,① v2=2ad② 解得導(dǎo)軌對(duì)桿

15、的阻力 f=F-.③ (2)桿進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速運(yùn)動(dòng),有 F=f+F安,④ 桿ab所受的安培力 F安=IBl,⑤ 解得桿ab中通過的電流 I=.⑥ 桿中的電流方向自a流向b (3)桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E=Blv,⑦ 桿中的感應(yīng)電流 I=,⑧ 解得導(dǎo)軌左端所接電阻阻值 R=-r.⑨ 12.在圖K9-2-13甲中,直角坐標(biāo)系xOy的Ⅰ、Ⅲ象限內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng),第Ⅰ象限內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B,第Ⅲ象限內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向均垂直于紙面向里.現(xiàn)將半徑為l,圓心角為90°的扇形導(dǎo)線框OPQ以角速度ω繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)沿逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng),導(dǎo)線框回路電阻為R. (1)

16、求導(dǎo)線框中感應(yīng)電流最大值. (2)在圖K9-2-13乙中畫出導(dǎo)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖象.(規(guī)定與甲圖中線框的位置相對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為t=0,以逆時(shí)針方向?yàn)檎较? 圖K9-2-13 【答案】(1) (2)見解析 【解析】(1)線框從圖甲位置開始(t=0)轉(zhuǎn)過90°的過程中,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由E=BLv=BωL2,有 E1=·2B·ω·l2, 由閉合電路歐姆定律,得回路電流I1=. 聯(lián)立以上各式解得I1=,方向由右手定則可知為逆時(shí)針. 同理可求得線框進(jìn)入第 Ⅱ 象限的過程中,回路電流 I2=,方向?yàn)轫槙r(shí)針方向. 同理可求得線框進(jìn)入第 Ⅲ 象限的過程中,回路電流 I3=,方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向. 同理可求得線框進(jìn)入第 Ⅳ 象限的過程中,回路電流 I4=,方向?yàn)轫槙r(shí)針方向. 故感應(yīng)電流最大值為Im=. (2)線框做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T=,由(1)可知I-t圖象如圖所示.

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