物理大一輪復(fù)習(xí)第九章電磁感應(yīng)第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流3年高考

1、1.(2014江蘇單科,7,4分)(多選)如圖所示,在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯,現(xiàn)接通交流電源,過了幾分鐘,杯內(nèi)的水沸騰起來。若要縮短上述加熱時(shí)間,下列措施可行的有()A.增加線圈的匝數(shù)B.提高交流電源的頻率C.將金屬杯換為瓷杯D.取走線圈中的鐵芯2.(2014江蘇單科,1,3分)如圖所示,一正方形線圈的匝數(shù)為n,邊長為a,線圈平面與勻強(qiáng)磁場垂直,且一半處在磁場中。在t時(shí)間內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不變,大小由B均勻地增大到2B。在此過程中,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為()A.B.C.D.3.(2014課標(biāo),18,6分)如圖(a),線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上。在ab線圈中通以變化的電流。用示波

2、器測得線圈cd間電壓如圖(b)所示。已知線圈內(nèi)部的磁場與流經(jīng)線圈的電流成正比,則下列描述線圈ab中電流隨時(shí)間變化關(guān)系的圖中,可能正確的是()4.(2012課標(biāo),19,6分)如圖,均勻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勻速轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)間線性變化。為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動(dòng)半周過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.5.(2013四川理綜,7,6分)(多選)如圖所示,邊

3、長為L、不可形變的正方形導(dǎo)線框內(nèi)有半徑為r的圓形磁場區(qū)域,其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系為B=kt(常量k>0)。回路中滑動(dòng)變阻器R的最大阻值為R0,滑動(dòng)片P位于滑動(dòng)變阻器中央,定值電阻R1=R0、R2=。閉合開關(guān)S,電壓表的示數(shù)為U,不考慮虛線MN右側(cè)導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢,則()A.R2兩端的電壓為B.電容器的a極板帶正電C.滑動(dòng)變阻器R的熱功率為電阻R2的5倍D.正方形導(dǎo)線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢為kL26.(2012福建理綜,22,20分)如圖甲,在圓柱形區(qū)域內(nèi)存在一方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場,在此區(qū)域內(nèi),沿水平面固定一半徑為r的圓環(huán)形光滑細(xì)玻璃管,環(huán)心O在區(qū)域中心。一質(zhì)量為

4、m、帶電荷量為q(q>0)的小球,在管內(nèi)沿逆時(shí)針方向(從上向下看)做圓周運(yùn)動(dòng)。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示,其中T0=。設(shè)小球在運(yùn)動(dòng)過程中電荷量保持不變,對原磁場的影響可忽略。(1)在t=0到t=T0這段時(shí)間內(nèi),小球不受細(xì)管側(cè)壁的作用力,求小球的速度大小v0;(2)在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大過程中,將產(chǎn)生渦旋電場,其電場線是在水平面內(nèi)一系列沿逆時(shí)針方向的同心圓,同一條電場線上各點(diǎn)的場強(qiáng)大小相等。試求t=T0到t=1.5T0這段時(shí)間內(nèi):細(xì)管內(nèi)渦旋電場的場強(qiáng)大小E;電場力對小球做的功W。7.(2013重慶理綜,7,15分)小明在研究性學(xué)習(xí)中設(shè)計(jì)了一種可測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)

5、,其裝置如圖所示。在該實(shí)驗(yàn)中,磁鐵固定在水平放置的電子測力計(jì)上,此時(shí)電子測力計(jì)的讀數(shù)為G1,磁鐵兩極之間的磁場可視為水平勻強(qiáng)磁場,其余區(qū)域磁場不計(jì)。直銅條AB的兩端通過導(dǎo)線與一電阻連接成閉合回路,總阻值為R。若讓銅條水平且垂直于磁場,以恒定的速率v在磁場中豎直向下運(yùn)動(dòng),這時(shí)電子測力計(jì)的讀數(shù)為G2,銅條在磁場中的長度為L。(1)判斷銅條所受安培力的方向,G1和G2哪個(gè)大?(2)求銅條勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)所受安培力的大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。8.(2014課標(biāo),25,19分)半徑分別為r和2r的同心圓形導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi),一長為r、質(zhì)量為m且質(zhì)量分布均勻的直導(dǎo)體棒AB置于圓導(dǎo)軌上面,BA的延長線通過圓導(dǎo)軌

6、中心O,裝置的俯視圖如圖所示。整個(gè)裝置位于一勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,方向豎直向下。在內(nèi)圓導(dǎo)軌的C點(diǎn)和外圓導(dǎo)軌的D點(diǎn)之間接有一阻值為R的電阻(圖中未畫出)。直導(dǎo)體棒在水平外力作用下以角速度繞O逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng),在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌保持良好接觸。設(shè)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻均可忽略。重力加速度大小為g。求(1)通過電阻R的感應(yīng)電流的方向和大小;(2)外力的功率。1.AB該裝置的工作原理是,線圈內(nèi)變化的電流產(chǎn)生變化的磁場,從而使金屬杯體內(nèi)產(chǎn)生渦流,再把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,給杯內(nèi)的水加熱。交流電源的頻率一定時(shí),線圈產(chǎn)生的磁場越強(qiáng),杯體內(nèi)磁通量變化就越快,產(chǎn)生的渦流就越大,

7、增加線圈的匝數(shù)會使線圈產(chǎn)生的磁場增強(qiáng),而取走線圈中的鐵芯會使線圈產(chǎn)生的磁場減弱,故A對、D錯(cuò)。交流電源的頻率增大,杯體內(nèi)磁通量變化加快,產(chǎn)生的渦流增大,故B正確。瓷為絕緣材料,不能產(chǎn)生渦流,故C錯(cuò)。2.B由法拉第電磁感應(yīng)定律知線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E=n=n·S=n·,得E=,選項(xiàng)B正確。3.CA選項(xiàng)中只有電流方向改變的瞬間,線圈cd間才會產(chǎn)生電壓,其他時(shí)間cd間電壓為零,不符合題意,故A選項(xiàng)錯(cuò)誤。通電線圈中產(chǎn)生的磁場B=kI(k為比例系數(shù));在另一線圈中的磁通量=BS=kIS,由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,在另一線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E=n,由圖(b)可知,|Ucd|不變,則

8、不變,故不變,故選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤,C正確。4.C設(shè)圓弧的半徑為L,電阻為R,當(dāng)線框以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E1=B0L2。當(dāng)線框不動(dòng),而磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化時(shí)E2=L2,由=得B0L2=L2,即=,故C項(xiàng)正確。5.AC由法拉第電磁感應(yīng)定律E=n=nS有E=kr2,D錯(cuò)誤;因k>0,由楞次定律知線框內(nèi)感應(yīng)電流沿逆時(shí)針方向,故電容器b極板帶正電,B錯(cuò)誤;由題圖知外電路結(jié)構(gòu)為R2與R的右半部并聯(lián),再與R的左半部、R1相串聯(lián),故R2兩端電壓U2=U=,A正確;設(shè)R2消耗的功率為P=IU2,則R消耗的功率P'=2I×2U2+IU2=5P,故C正確。6.答案(1)(2)解析

9、(1)小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不受細(xì)管側(cè)壁的作用力,因而小球所受洛倫茲力提供向心力qv0B0=m由式解得v0=(2)在T0到1.5T0這段時(shí)間內(nèi),細(xì)管內(nèi)一周的感應(yīng)電動(dòng)勢E感=r2由圖乙可知=由于同一條電場線上各點(diǎn)的場強(qiáng)大小相等,所以E=由式及T0=得E=在T0到1.5T0時(shí)間內(nèi),小球沿切線方向的加速度大小恒為a=小球運(yùn)動(dòng)的末速度大小v=v0+at由圖乙t=0.5T0,并由式及 T0=得v=v0=由動(dòng)能定理,電場力做功為W=mv2-m由式解得W=m=7.答案(1)安培力方向豎直向上G2>G1(2)F安=G2-G1B=解析(1)銅條靜止時(shí):磁鐵平衡,G1=M磁鐵g銅條勻速運(yùn)動(dòng)時(shí):磁鐵與銅條整體處于平衡狀態(tài)

10、,G2=(M磁鐵+M銅條)g對銅條AB:勻速下落平衡F安=M銅條g由、可知G2>G1由式可知安培力方向與重力方向相反,豎直向上。(2)對銅條組成的回路:E=BLv=IR銅條受到的安培力F安=BIL由可得F安=G2-G1由得:磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=8.答案(1)方向:由C端到D端(2)mgr+解析(1)解法一在t時(shí)間內(nèi),導(dǎo)體棒掃過的面積為S=t根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,導(dǎo)體棒上感應(yīng)電動(dòng)勢的大小為=根據(jù)右手定則,感應(yīng)電流的方向是從B端流向A端。因此,通過電阻R的感應(yīng)電流的方向是從C端流向D端。由歐姆定律可知,通過電阻R的感應(yīng)電流的大小I滿足I=聯(lián)立式得I=由右手定則判得通過R的感應(yīng)電流從CD解法二=Br=Br=Br2I=由右手定則判得通過R的感應(yīng)電流從CD解法三取t=T=Br2I=由右手定則判得通過R的感應(yīng)電流從CD(2)解法一在豎直方向有mg-2N=0式中,由于質(zhì)量分布均勻,內(nèi)、外圓導(dǎo)軌對導(dǎo)體棒的正壓力大小相等,其值為N。兩導(dǎo)軌對運(yùn)行的導(dǎo)體棒的滑動(dòng)摩擦力均為f=N在t時(shí)間內(nèi),導(dǎo)體棒在內(nèi)、外圓導(dǎo)軌上掃過的弧長分別為l1=rt和l2=2rt克服摩擦力做的