高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十章 電磁感應(yīng)（第2課時(shí)）法拉第電磁感應(yīng)定律 自感、渦流檢測(cè)試題

第2課時(shí)法拉第電磁感應(yīng)定律自感、渦流【基礎(chǔ)鞏固】對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解和應(yīng)用1.(多選)單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)軸垂直于磁場(chǎng),若線圈所圍面里的磁通量隨時(shí)間變化規(guī)律如圖所示(磁通量變化曲線是正弦函數(shù)圖像),則(ABD)A.線圈中零時(shí)刻的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B.線圈中D時(shí)刻的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零C.線圈中D時(shí)刻的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大D.線圈中零到D時(shí)刻內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0.4V解析:根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=ΔΦ0.01s時(shí)曲線的斜率最大,則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大;而D時(shí)刻曲線的斜率為零,則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,故選項(xiàng)A,B正確,C錯(cuò)誤;零時(shí)刻Φ1=0,D時(shí)刻Φ2=2×10-3Wb,則ΔΦ=Φ2-Φ1=2×10-3Wb,經(jīng)歷的時(shí)刻Δt=0.005s,所以平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=2×2.(2016·北京卷,16)如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有兩個(gè)導(dǎo)體圓環(huán)a,b,磁場(chǎng)方向與圓環(huán)所在平面垂直.磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增大.兩圓環(huán)半徑之比為2∶1,圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為Ea和Eb,不考慮兩圓環(huán)間的相互影響.下列說(shuō)法正確的是(B)A.Ea∶Eb=4∶1,感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針?lè)较駼.Ea∶Eb=4∶1,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針?lè)较駽.Ea∶Eb=2∶1,感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針?lè)较駾.Ea∶Eb=2∶1,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針?lè)较蚪馕?根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,有E=ΔBΔtπr2,則EaEb3.(2016·河北唐山摸底)(多選)如圖(甲)所示,水平放置的平行金屬導(dǎo)軌連接一個(gè)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(gè)裝置放于垂直導(dǎo)軌平面的磁場(chǎng)中,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?yàn)檎?,MN始終保持靜止,則0～t2時(shí)間(AD)A.電容器C的電荷量大小始終沒(méi)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沒(méi)變D.MN所受安培力的方向先向右后向左解析:磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻變化,產(chǎn)生恒定電動(dòng)勢(shì),電容器C的電荷量大小始終沒(méi)變,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;由于磁感應(yīng)強(qiáng)度變化,MN所受安培力的大小變化,MN所受安培力的方向先向右后向左,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確.切割磁感線的分析與計(jì)算4.導(dǎo)學(xué)號(hào)00622669如圖所示,虛線區(qū)域內(nèi)有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)寬度為L(zhǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.總電阻為R的直角三角形導(dǎo)線框,兩條直角邊邊長(zhǎng)分別為2L和L,在該線框以垂直于磁場(chǎng)邊界的速度v勻速穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是(C)A.線框中的感應(yīng)電流方向始終不變B.線框中的感應(yīng)電流一直在增大C.線框所受安培力方向始終相同D.當(dāng)通過(guò)線框的磁通量最大時(shí),線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零解析:該線框以垂直于磁場(chǎng)邊界的速度v勻速穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中,穿過(guò)線框的磁通量先增大后減小,根據(jù)楞次定律、安培定則可以判斷線框中的感應(yīng)電流先沿逆時(shí)針?lè)较蚝笱仨槙r(shí)針?lè)较?且始終不為零,由左手定則可以判斷線框在該磁場(chǎng)中一直受到水平向左的安培力作用,故選項(xiàng)A,D錯(cuò)誤,C正確;該線框勻速穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中,導(dǎo)線框切割磁感線的有效長(zhǎng)度先增大、后不變、再增大,由E=Blv及閉合電路的歐姆定律可得線框中的感應(yīng)電流先增大、后不變、再增大,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤.5.(2015·全國(guó)Ⅱ卷,15)如圖,直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向平行于ab邊向上.當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),a,b,c三點(diǎn)的電勢(shì)分別為Ua,Ub,Uc.已知bc邊的長(zhǎng)度為l.下列判斷正確的是(C)A.Ua>Uc,金屬框中無(wú)電流B.Ub>Uc,金屬框中電流方向沿abcaC.Ubc=-12Bl2ωD.Uac=12Bl2ω解析:閉合金屬框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),穿過(guò)金屬框的磁通量始終為零,金屬框中無(wú)電流.由右手定則可知Ub=Ua<Uc,選項(xiàng)A,B,D錯(cuò)誤;b,c兩點(diǎn)的電勢(shì)差Ubc=-Blv中=-12Bl2ω6.(2016·山東青島質(zhì)檢)(多選)如圖所示,在空間存在著豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一水平放置的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的金屬桿ab與圓弧形金屬導(dǎo)軌P,Q緊密接觸,P,Q之間接有電容為C的電容器.若ab桿繞a點(diǎn)以角速度ω沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng),則下列說(shuō)法正確的是(AC)A.電容器與a相連的極板帶正電B.金屬桿ab所受的安培力是阻力C.電容器所帶電荷量是12CBL2D.金屬桿中的電流方向從b流向a解析:根據(jù)右手定則判斷可知a端電勢(shì)高,電容器與a相連的極板帶正電;由于電路中沒(méi)有電流,不受安培力作用,選項(xiàng)A正確,B,D錯(cuò)誤;電容器兩端的電壓等于導(dǎo)體棒ab產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì),電容器所帶電荷量是q=CE=12CBL2ω7.導(dǎo)學(xué)號(hào)00622670(2016·江西十校聯(lián)盟)(多選)如圖所示,矩形線框abcd通過(guò)導(dǎo)體桿搭接在金屬導(dǎo)軌EF和MN上,整個(gè)裝置放在方向垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,導(dǎo)軌左側(cè)接有定值電阻R,當(dāng)線框向右運(yùn)動(dòng)時(shí),下面說(shuō)法正確的是(BD)A.R中無(wú)電流B.R中有電流,方向?yàn)镋→MC.ab中無(wú)電流D.ab中有電流,方向?yàn)閎→a解析:由于線框向右運(yùn)動(dòng),所以ab兩端和dc兩端存在著相同大小的電勢(shì)差,ab中有電流,方向?yàn)閎→a,cd中也有電流,方向?yàn)閏→d,回路內(nèi)有電流,R中電流方向?yàn)镋→M,選項(xiàng)B,D正確.自感、渦流8.(2016·山東臨沂質(zhì)檢)(多選)如圖所示,是高頻焊接機(jī)原理示意圖,線圈中通一高頻電流時(shí),待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流通過(guò)焊縫產(chǎn)生大量的熱量,將金屬熔化,把工件焊接在一起,而工件其他部分發(fā)熱很少,以下說(shuō)法中正確的是(AD)A.交變電流的頻率越高,焊縫處的溫度升高得越快B.交變電流的頻率越低,焊縫處的溫度升高得越快C.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻小D.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻大解析:線圈中通以高頻變化的電流時(shí),待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流的大小與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有關(guān),電流變化的頻率越高,電流變化得越快,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;工件上焊縫處的電阻大,電流產(chǎn)生的熱量就多,選項(xiàng)D正確,C錯(cuò)誤.9.(2016·江蘇無(wú)錫模擬)如圖所示,三個(gè)燈泡L1,L2,L3的電阻關(guān)系為R1<R2<R3,電感線圈L的電阻可忽略,D為理想二極管,開關(guān)S從閉合狀態(tài)突然斷開時(shí),下列判斷正確的是(B)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:開關(guān)S處于閉合狀態(tài)時(shí),由于R1<R2<R3,則I1>I2>I3,開關(guān)S從閉合狀態(tài)突然斷開時(shí),由于二極管的反向截止作用,L2立即熄滅,則電感線圈、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,選項(xiàng)B正確.10.導(dǎo)學(xué)號(hào)00622671(多選)如圖所示,兩個(gè)相同燈泡L1,L2,分別與電阻R和自感線圈L串聯(lián),接到內(nèi)阻不可忽略的電源的兩端,當(dāng)閉合開關(guān)S到電路穩(wěn)定后,兩燈泡均正常發(fā)光.已知自感線圈的自感系數(shù)很大.則下列說(shuō)法正確的是(AB)A.閉合開關(guān)S到電路穩(wěn)定前,燈泡L1逐漸變亮B.閉合開關(guān)S到電路穩(wěn)定前,燈泡L2由亮變暗C.斷開開關(guān)S的一段時(shí)間內(nèi),A點(diǎn)電勢(shì)比B點(diǎn)電勢(shì)高D.斷開開關(guān)S的一段時(shí)間內(nèi),燈泡L2亮一下逐漸熄滅解析:閉合開關(guān)的瞬間,L2燈立即正常發(fā)光,L1燈所在電路上線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),阻礙電流的增大,電流只能逐漸增大,L1燈逐漸變亮,故選項(xiàng)A正確;閉合開關(guān)S到電路穩(wěn)定前,L1燈所在電路上線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),電流只能逐漸增大,則總電路中的電流逐漸增大,電源的內(nèi)電阻上的電壓逐漸增大,所以路端電壓逐漸減小,則燈泡L2逐漸變暗,故選項(xiàng)B正確;閉合開關(guān),待電路穩(wěn)定后斷開開關(guān),L中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),相當(dāng)于電源,電流的方向與L1的方向相同,從右向左流過(guò)L2燈,所以A點(diǎn)電勢(shì)比B點(diǎn)電勢(shì)低,故選C錯(cuò)誤;斷開開關(guān)S的一段時(shí)間內(nèi),L中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),電流從原來(lái)開始減小,所以兩個(gè)燈泡都是逐漸熄滅,不會(huì)閃亮一下,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤.【素能提升】11.導(dǎo)學(xué)號(hào)00622672如圖所示,水平固定的閉合導(dǎo)軌分別由平行的直軌和同心半圓形導(dǎo)軌構(gòu)成,兩軌間距離均為d,同心圓的內(nèi)圓半徑均為d,兩軌間充滿勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,方向垂直紙面向里,內(nèi)、外兩條導(dǎo)軌間用導(dǎo)線和阻值為R的電阻連接,其他電阻可忽略.一根導(dǎo)體棒在兩導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng),棒在平行直導(dǎo)軌上垂直導(dǎo)軌做勻速直線運(yùn)動(dòng),速度大小為v;棒在圓弧導(dǎo)軌上勻速轉(zhuǎn)動(dòng),棒與外圓導(dǎo)軌接觸點(diǎn)的線速度大小為v,運(yùn)動(dòng)中棒的延長(zhǎng)線始終過(guò)圓心O1或O2.求:(1)當(dāng)棒在圓弧導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí),電阻R兩端的電壓U;(2)棒在平直導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)距離為L(zhǎng)的過(guò)程中,電阻R產(chǎn)生的焦耳熱Q.解析:(1)根據(jù)題意,棒在圓弧導(dǎo)軌上轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω=v2根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E1=ΔΦΔt由幾何知識(shí)可知ΔS=ωΔt2ππ[(2d)聯(lián)立解得R兩端的電壓U=E1=3Bdv(2)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,棒在直軌上運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2=Bdv,通過(guò)電阻的電流I2=U2R=又Δt=Lv根據(jù)焦耳定律Q=I22R聯(lián)立解得Q=B2答案:(1)3Bdv412.(2016·浙江4月選考)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)電磁推動(dòng)加噴氣推動(dòng)的火箭發(fā)射裝置,如圖所示.豎直固定在絕緣底座上的兩根長(zhǎng)直光滑導(dǎo)軌,間距為L(zhǎng).導(dǎo)軌間加有垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B.絕緣火箭支撐在導(dǎo)軌間,總質(zhì)量為m,其中燃料質(zhì)量為m′,燃料室中的金屬棒EF電阻為R,并通過(guò)電刷與電阻可忽略的導(dǎo)軌良好接觸.引燃火箭下方的推進(jìn)劑,迅速推動(dòng)剛性金屬棒CD(電阻可忽略且和導(dǎo)軌接觸良好)向上運(yùn)動(dòng),當(dāng)回路CEFDC面積減少量達(dá)到最大值ΔS,用時(shí)Δt,此過(guò)程激出強(qiáng)電流,產(chǎn)生電磁推力,加速火箭.在Δt時(shí)間內(nèi),電阻R產(chǎn)生的焦耳熱使燃料燃燒形成高溫高壓氣體.當(dāng)燃燒室下方的可控噴氣孔打開后,噴出燃?xì)膺M(jìn)一步加速火箭.(1)求回路在Δt時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值及通過(guò)金屬棒EF的電荷量,并判斷金屬棒EF中的感應(yīng)電流方向;(2)經(jīng)Δt時(shí)間火箭恰好脫離導(dǎo)軌,求火箭脫離時(shí)的速度v0;(不計(jì)空氣阻力)(3)火箭脫離導(dǎo)軌時(shí),噴氣孔打開,在極短的時(shí)間內(nèi)噴射出質(zhì)量為m′的燃?xì)?噴出的燃?xì)庀鄬?duì)噴氣前火箭的速度為u,求噴氣后火箭增加的速度Δv.(提示:可選噴氣前的火箭為參考系)解析:(1)根據(jù)電磁感應(yīng)定律,有E=ΔΦΔtq=IΔt=ΔΦR=電流方向向右.(2)平均感應(yīng)電流I=ER=B平均安培力F=BIL,(F-mg)Δt=mv0,v0=B2LΔS(3)以火箭為參考系,設(shè)豎直向上為正,-m′u+(m-m′)Δv=0,得Δv=-m答案:(1)BΔSΔ(2)B2LΔS(3)-【備用題組】1.(2016·廣東汕頭質(zhì)檢)(多選)如圖所示,正方形線框的邊長(zhǎng)為L(zhǎng),電容器的電容為C.正方形線框的一半放在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度以k為變化率均勻減小時(shí),下列說(shuō)法正確的是(ABC)A.線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為kB.電壓表沒(méi)有讀數(shù)C.a點(diǎn)的電勢(shì)高于b點(diǎn)的電勢(shì)D.電容器所帶的電荷量為零解析:由于線框的一半放在磁場(chǎng)中,因此線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為kL222.如圖(甲)所示,一能承受最大拉力為16N的輕繩吊一質(zhì)量為m=0.8kg,邊長(zhǎng)為L(zhǎng)=2m的正方形線圈ABCD,已知線圈總電阻為R=0.5Ω,在線圈上半部分分布著垂直于線圈平面向里,大小隨時(shí)間變化的磁場(chǎng),如圖(乙)所示,已知t1時(shí)刻輕繩剛好被拉斷,g取10m/s2,求:(1)在輕繩被拉斷前線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小及感應(yīng)電流的方向;(2