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)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)軸垂直于磁場,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)電動勢最大B.線圈中D時(shí)刻的感應(yīng)電動勢為零C.線圈中D時(shí)刻的感應(yīng)電動勢最大D.線圈中零到D時(shí)刻內(nèi)平均感應(yīng)電動勢為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)電動勢最大;而D時(shí)刻曲線的斜率為零,則感應(yīng)電動勢為零,故選項(xiàng)A,B正確,C錯誤;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)電動勢E=2×2.(2016·北京卷,16)如圖所示,勻強(qiáng)磁場中有兩個導(dǎo)體圓環(huán)a,b,磁場方向與圓環(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)電動勢分別為Ea和Eb,不考慮兩圓環(huán)間的相互影響.下列說法正確的是(B)A.Ea∶Eb=4∶1,感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向B.Ea∶Eb=4∶1,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向C.Ea∶Eb=2∶1,感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向D.Ea∶Eb=2∶1,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向解析: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,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)生恒定電動勢,電容器C的電荷量大小始終沒變,選項(xiàng)A正確,B錯誤;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錯誤,D正確.切割磁感線的分析與計(jì)算4.導(dǎo)學(xué)號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,磁場寬度為L,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,兩條直角邊邊長分別為2L和L,在該線框以垂直于磁場邊界的速度v勻速穿過磁場的過程中,下列說法正確的是(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)通過線框的磁通量最大時(shí),線框中的感應(yīng)電動勢為零解析:該線框以垂直于磁場邊界的速度v勻速穿過磁場的過程中,穿過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)針方向后沿順時(shí)針方向,且始終不為零,由左手定則可以判斷線框在該磁場中一直受到水平向左的安培力作用,故選項(xiàng)A,D錯誤,C正確;該線框勻速穿過磁場的過程中,導(dǎo)線框切割磁感線的有效長度先增大、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錯誤.5.(2015·全國Ⅱ卷,15)如圖,直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場中,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)動時(shí),a,b,c三點(diǎn)的電勢分別為Ua,Ub,Uc.已知bc邊的長度為l.下列判斷正確的是(C)A.Ua>Uc,金屬框中無電流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)磁場中以角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí),穿過金屬框的磁通量始終為零,金屬框中無電流.由右手定則可知Ub=Ua<Uc,選項(xiàng)A,B,D錯誤;b,c兩點(diǎn)的電勢差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,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一水平放置的長度為L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)針方向勻速轉(zhuǎn)動,則下列說法正確的是(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端電勢高,電容器與a相連的極板帶正電;由于電路中沒有電流,不受安培力作用,選項(xiàng)A正確,B,D錯誤;電容器兩端的電壓等于導(dǎo)體棒ab產(chǎn)生的電動勢,電容器所帶電荷量是q=CE=12CBL2ω7.導(dǎo)學(xué)號00622670(2016·江西十校聯(lián)盟)(多選)如圖所示,矩形線框abcd通過導(dǎo)體桿搭接在金屬導(dǎo)軌EF和MN上,整個裝置放在方向垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場中,導(dǎo)軌左側(cè)接有定值電阻R,當(dāng)線框向右運(yùn)動時(shí),下面說法正確的是(BD)A.R中無電流B.R中有電流,方向?yàn)镋→MC.ab中無電流D.ab中有電流,方向?yàn)閎→a解析:由于線框向右運(yùn)動,所以ab兩端和dc兩端存在著相同大小的電勢差,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)電動勢有關(guān),電流變化的頻率越高,電流變化得越快,感應(yīng)電動勢越大,選項(xiàng)A正確,B錯誤;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錯誤.9.(2016·江蘇無錫模擬)如圖所示,三個燈泡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00622671(多選)如圖所示,兩個相同燈泡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)電勢比B點(diǎn)電勢高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)生自感電動勢,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)生自感電動勢,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)生自感電動勢,相當(dāng)于電源,電流的方向與L1的方向相同,從右向左流過L2燈,所以A點(diǎn)電勢比B點(diǎn)電勢低,故選C錯誤;斷開開關(guān)S的一段時(shí)間內(nèi),L中產(chǎn)生自感電動勢,電流從原來開始減小,所以兩個燈泡都是逐漸熄滅,不會閃亮一下,故選項(xiàng)D錯誤.【素能提升】11.導(dǎo)學(xué)號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,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,棒在平行直導(dǎo)軌上垂直導(dǎo)軌做勻速直線運(yùn)動,速度大小為v;棒在圓弧導(dǎo)軌上勻速轉(zhuǎn)動,棒與外圓導(dǎo)軌接觸點(diǎn)的線速度大小為v,運(yùn)動中棒的延長線始終過圓心O1或O2.求:(1)當(dāng)棒在圓弧導(dǎo)軌上運(yùn)動時(shí),電阻R兩端的電壓U;(2)棒在平直導(dǎo)軌上運(yùn)動距離為L的過程中,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)動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E2=Bdv,通過電阻的電流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)了一個電磁推動加噴氣推動的火箭發(fā)射裝置,如圖所示.豎直固定在絕緣底座上的兩根長直光滑導(dǎo)軌,間距為L.導(dǎo)軌間加有垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場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,當(dāng)回路CEFDC面積減少量達(dá)到最大值ΔS,用時(shí)Δt,此過程激出強(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)電動勢的平均值及通過金屬棒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姎馇盎鸺乃俣葹閡,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,正方形線框的邊長為L,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),下列說法正確的是(ABC)A.線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為kB.電壓表沒有讀數(shù)C.a點(diǎn)的電勢高于b點(diǎn)的電勢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中,因此線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為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,邊長為L=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,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)電動勢大小及感應(yīng)電流的方向;(2