2025版高考物理一輪復習第九章電磁感應交變電流課時1法拉第電磁感應定律楞次定律自感渦流課時訓練含解析新人教版

PAGE11-課時1法拉第電磁感應定律楞次定律自感渦流1.下列四幅演示試驗圖中,試驗現(xiàn)象能正確表述試驗結論的是(B)A.圖甲用磁鐵靠近輕質(zhì)鋁環(huán)A,A會靠近磁鐵B.圖乙斷開開關S,觸點C不馬上斷開C.圖丙閉合開關S時,電流表有示數(shù),斷開開關S時,電流表沒有示數(shù)D.圖丁銅盤靠慣性轉動,手持磁鐵靠近銅盤,銅盤轉動加快解析:圖甲用磁鐵靠近輕質(zhì)鋁環(huán)A,由于A環(huán)中發(fā)生電磁感應現(xiàn)象,依據(jù)楞次定律可知,A將遠離磁鐵,故A錯誤;圖乙斷開開關S,由于B線圈中發(fā)生電磁感應現(xiàn)象阻礙電流的減小,因此線圈仍有磁性,觸點C不馬上斷開,故B正確;圖丙閉合開關S和斷開開關S時均會發(fā)生電磁感應,因此電流表均有示數(shù),故C錯誤;當轉動銅盤時,磁鐵靠近銅盤,導致銅盤切割磁感線,從而產(chǎn)生感應電流,出現(xiàn)安培力,由楞次定律可知,產(chǎn)生安培力導致銅盤轉動受到阻礙,因此銅盤轉動減慢,故D錯誤。2.如圖所示為感應式發(fā)電機,a,b,c,d是空間四個可用電刷與銅盤邊緣接觸的點,O1,O2是連接銅盤軸線導線的接線端,M,N是電流表的接線端。現(xiàn)在將銅盤轉動,能視察到感應電流的是(B)A.將電流表的接線端M,N分別連接a,c位置B.將電流表的接線端M,N分別連接O1,a位置C.將電流表的接線端M,N分別連接O1,O2位置D.將電流表的接線端M,N分別連接c,d位置解析:當銅盤轉動時,其切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢,此時銅盤相當于電源,銅盤邊緣和中心為電源的兩個極,則要想視察到感應電流,M,N應分別連接電源的兩個極,故B正確。3.現(xiàn)代科學探討中常要用到高速電子,電子感應加速器就是電子加速的設備。它的基本原理如圖所示,上、下為電磁鐵的兩個磁極,磁極之間有一個環(huán)形真空室,電子在真空室中做圓周運動。電磁鐵線圈電流的大小、方向可以變更。上圖為側視圖,下圖為真空室的俯視圖,假如從上向下看,電子沿逆時針方向運動。以下分析正確的是(A)A.變更的磁場在真空室內(nèi)形成感生電場使電子加速B.變更的電場在真空室內(nèi)形成磁場使電子加速C.當電磁鐵線圈電流的方向與圖示方向相反時,為使電子加速,電磁鐵中的電流應當由小變大D.當電磁鐵線圈電流的方向與圖示方向一樣時,為使電子加速,電磁鐵中的電流應當由大變小解析:依據(jù)法拉第電磁感應定律可知,變更的磁場在真空室內(nèi)形成感生電場,而電場能使電子加速,選項A正確;因洛倫茲力對電荷不做功,故選項B錯誤;當電磁鐵線圈電流的方向與圖示方向一樣時,線圈中的電流增加,磁場就增大了,依據(jù)楞次定律,感生電場產(chǎn)生的磁場要阻礙它增大,所以感生電場為順時針方向,即電流方向為順時針,所以電子沿逆時針方向在電場力作用下加速運動,在洛倫茲力約束下做圓周運動,選項C,D錯誤。4.(多選)如圖所示,在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯,現(xiàn)接通溝通電源,過了幾分鐘,杯內(nèi)的水沸騰起來。若要縮短上述加熱時間,下列措施可行的有(AB)A.增加線圈的匝數(shù)B.提高溝通電源的頻率C.將金屬杯換為瓷杯D.取走線圈中的鐵芯解析:依據(jù)法拉第電磁感應定律E=nΔΦΔt5.大小不等的兩導電圓環(huán)P,Q均固定于水平桌面,Q環(huán)位于P環(huán)內(nèi)。在兩環(huán)間的范圍內(nèi)存在方向豎直向下、大小隨時間勻稱增加的磁場B,則(D)A.Q環(huán)內(nèi)有順時針方向的感應電流B.Q環(huán)內(nèi)有逆時針方向的感應電流C.P環(huán)內(nèi)有順時針方向的感應電流D.P環(huán)內(nèi)有逆時針方向的感應電流解析:磁場變更時穿過Q環(huán)的磁通量不變,穿過P環(huán)的磁通量勻稱增大,則Q環(huán)內(nèi)無感應電流、P環(huán)中有感應電流,由楞次定律可知P環(huán)內(nèi)有逆時針方向的感應電流,故A,B,C錯誤,D正確。6.如圖所示,固定的水平長直導線中通有電流I,矩形線框與導線在同一豎直平面內(nèi),且一邊與導線平行。線框由靜止釋放,在下落過程中(B)A.穿過線框的磁通量保持不變B.線框中感應電流方向保持不變C.線框所受安培力的合力為零D.線框的機械能不斷增大解析:因為磁感應強度隨線框下落而減小,所以穿過線框的磁通量也減小,A錯誤;因為磁通量隨線框下落而減小,依據(jù)楞次定律,感應電流的磁場與原磁場方向始終相同,所以感應電流的方向不變,B正確;感應電流在磁場中受安培力作用,上邊框比下邊框始終處于較強的磁場區(qū)域,線框所受安培力的合力向上而不為零,C錯誤;下落過程中克服安培力做功,機械能轉化為內(nèi)能,機械能削減,D錯誤。7.如圖所示,螺線管的導線的兩端與兩平行金屬板相接,一個帶負電的小球用絲線懸掛在兩金屬板間,并處于靜止狀態(tài),若條形磁鐵突然插入線圈時,小球的運動狀況是(A)A.向左搖擺 B.向右搖擺C.保持靜止 D.無法判定解析:條形磁鐵突然插入線圈時,由楞次定律可判定線圈中產(chǎn)生瞬間電流給平行金屬板充電,左板帶正電,右板帶負電,小球在電場力作用下向左搖擺,故A正確。8.(多選)如圖,磁場垂直于紙面,磁感應強度在豎直方向勻稱分布,水平方向非勻稱分布。一銅制圓環(huán)用絲線懸掛于O點,將圓環(huán)拉至位置a后無初速釋放,在圓環(huán)從a擺向b的過程中(AD)A.感應電流方向先逆時針后順時針再逆時針B.感應電流方向始終是逆時針C.安培力方向始終與速度方向相反D.安培力方向始終沿水平方向解析:圓環(huán)從位置a運動到磁場分界線前,磁通量向里增大,感應電流方向為逆時針;跨越分界線過程中,磁通量由向里最大變?yōu)橄蛲庾畲?感應電流方向為順時針;再擺到b的過程中,磁通量向外減小,感應電流方向為逆時針,A正確,B錯誤;由于圓環(huán)所在處的磁場,上下對稱,所受安培力在豎直方向平衡,因此總的安培力方向沿水平方向,故C錯誤,D正確。實力提升9.如圖所示的電路中,L是一個自感系數(shù)很大、直流電阻不計的線圈,L1,L2和L3是3個完全相同的燈泡,E是內(nèi)阻不計的電源。在t=0時刻,閉合開關S,電路穩(wěn)定后在t1時刻斷開開關S。規(guī)定以電路穩(wěn)定時流過L1,L2的電流方向為正方向,分別用I1,I2表示流過L1和L2的電流,則下圖中能定性描述電流I隨時間t變更關系的是(C)解析:L的直流電阻不計,電路穩(wěn)定后通過L1的電流是通過L2,L3電流的2倍,閉合開關瞬間,L2馬上變亮,由于L的阻礙作用,L1漸漸變亮,即I1漸漸變大,在t1時刻斷開開關S,之后電流I1由電路穩(wěn)定時通過L1的電流大小基礎上漸漸變小,I1方向不變,I2反向,故選C。10.如圖,勻強磁場中有一由半圓弧及其直徑構成的導線框,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,磁感應強度大小為B0。使該線框從靜止起先繞過圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度ω勻速轉動半周,在線框中產(chǎn)生感應電流?，F(xiàn)使線框保持圖中所示位置,磁感應強度大小隨時間線性變更。為了產(chǎn)生與線框轉動半周過程中同樣大小的電流,磁感應強度隨時間的變更率ΔBA.4ωB0π B.2解析:當線框繞過圓心O的轉動軸以角速度ω勻速轉動時,由于面積的變更產(chǎn)生感應電動勢,從而產(chǎn)生感應電流。設半圓的半徑為r,導線框的電阻為R,則I1=ER=ΔΦRΔt=B0ΔSRΔt=12πr2B0Rπω=11.某同學為了驗證斷電自感現(xiàn)象,自己找來帶鐵芯的線圈L、小燈泡A、開關S和電池組E,用導線將它們連接成如圖所示的電路。檢查電路后,閉合開關S,小燈泡發(fā)光;再斷開開關S,小燈泡僅有不顯著的延時熄滅現(xiàn)象。雖經(jīng)多次重復,仍未見老師演示時出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象,他冥思苦想找不出緣由,你認為最有可能造成小燈泡未閃亮的緣由是(C)A.電源的內(nèi)阻較大 B.小燈泡電阻偏大C.線圈電阻偏大 D.線圈的自感系數(shù)較大解析:閉合開關S,電路穩(wěn)定小燈泡正常發(fā)光時,假如電感線圈L的電阻比小燈泡A的電阻大,則電感線圈L中的電流IL比小燈泡A中的電流IA小。當開關S斷開時,由于自感現(xiàn)象,電感線圈L和小燈泡A構成回路使電感線圈L和小燈泡A中的電流從IL起先減小,因此不行能看到小燈泡閃亮的現(xiàn)象,C正確。12.如圖所示,導體棒AB,CD可以在水平導軌上無摩擦地滑動,并對稱地放在導軌上,兩導軌在O處交叉,但不連通,勻強磁場垂直穿過導軌平面,則下列說法正確的是(A)A.將AB向左移動能使AB,CD作相互遠離運動B.將CD向右移動能使AB也向右移運動C.將磁感應強度勻稱變大能使AB,CD做相互遠離運動D.將磁感應強度勻稱變小能使AB,CD做相互靠近運動解析:可假設勻強磁場方向垂直穿過紙面對里,將AB向左移動時,產(chǎn)生的感應電流方向由A→B,流經(jīng)CD棒的電流由C→D,由左手定則可推斷CD棒所受磁場力向右,A正確;同理可判知,B錯誤;由于左右回路對稱,穿過整個回路的磁通量始終為0,故磁感應強度發(fā)生變更時,回路中不產(chǎn)生感應電流,C,D錯誤。13.如圖所示為安檢門原理圖,左邊門框中有一通電線圈,右邊門框中有一接收線圈。某段時間通電線圈中存在順時針方向勻稱增大的電流,則(D)A.無金屬片通過時,接收線圈中的感應電流方向為順時針B.無金屬片通過時,接收線圈中的感應電流增大C.有金屬片通過時,接收線圈中的感應電流方向為順時針D.有金屬片通過時,接收線圈中的感應電流大小發(fā)生變更解析:依據(jù)楞次定律可得,無論有無金屬片通過時,接收線圈中的感應電流方向為逆時針,A,C錯誤:無金屬片通過時,通電線圈中的電流勻稱增大,則依據(jù)法拉第電磁感應定律,接收線圈中的感應電流恒定,B錯誤;有金屬片通過時,金屬片中產(chǎn)生感應電流會使接收線圈中的磁場不再勻稱變更,故接收線圈中的感應電流大小發(fā)生變更,D正確。14.英國物理學家麥克斯韋認為,磁場變更時會在空間激發(fā)感生電場。如圖所示,一個半徑為r的絕緣細圓環(huán)水平放置,環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強磁場B,環(huán)上套一帶電荷量為+q的小球。已知磁感應強度B隨時間勻稱增加,其變更率為k,若小球在環(huán)上運動一周,則感生電場對小球的作用力所做的功是(D)A.0 B.12r2qk C.2πr2qk D.πr2解析:本題考查電磁感應、動能定理等學問點,考查對“變更的磁場產(chǎn)生電場”的理解實力與推理實力。由法拉第電磁感應定律可知,圓環(huán)中感生電動勢E感=ΔΦΔt=ΔBΔt·S=k·πr2,電荷環(huán)繞一周,受環(huán)形電場的加速作用,應用動能定理可得W=qE15.如圖甲所示,在水平面上固定有長為L=2m、寬為d=1m的金屬“U”形導軌,在“U”形導軌右側l=0.5m范圍內(nèi)存在垂直紙面對里的勻強磁場,且磁感應強度隨時間變更的規(guī)律如圖乙所示。在t=0時刻,質(zhì)量為m=0.1kg的導體棒以v0=1m/s的初速度從導軌的左端起先向右運動,導體棒與導軌之間的動摩擦因數(shù)為μ=0.1,導軌與導體棒單位長度的電阻均為λ=0.1Ω/m,不計導體棒與導軌之間的接觸電阻及地球磁場的影響(取g=10m/s2)。(1)通過計算分析4s內(nèi)導體棒的運動狀況;(2)計算4s內(nèi)回路中電流的大小,并推斷電流方向;(3)計算4s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱.解析:(1)導體棒先在無磁場區(qū)域做勻減速直線運動,有-μmg=ma,vt=v0+at,s=v0t+12at當導體棒速度減為零時,vt=0.代入數(shù)據(jù)解得t=1s,s=0.5m<L-l=1.5m,所以導體棒沒有進入磁場區(qū)域。導體棒在1s末已停止運動,以后始終保持靜止。(2)前2s磁通量不變,回路中電動勢和電流分別為E=0,I=0后2s回路產(chǎn)生的感應電動勢為E=ΔΦΔt=ldΔBΔt=0.1V,回路的總長度為5m,因此回路的總電阻為R=5λ依據(jù)楞次定律,回路中的電流方向是順時針方向。(3)前2s電流為零,后2s有恒定電流,所以4s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱為Q=I2Rt=0.04J。答案:(1)前1s導體棒做勻減速直線運動,1～4s內(nèi)始終保持靜止(2)0.2A順時針方向(3)0.04J[老師備用1]有人設計了一種可測速的跑步機。測速原理如圖所示,該機底面固定有間距為L、長度為d的平行金屬電極。電極間充溢磁感應強度為B、方向垂直紙面對里的勻強磁場,志向伏特表和電阻R并聯(lián)后接在電極的兩端。絕緣橡膠帶上固定有間距為d的平行細金屬條,橡膠帶在電動機帶動下運動時,金屬條將隨著橡膠帶進入磁場區(qū)域,金屬條跟電極接觸良好,每根金屬條的電阻均為r,其他部分的電阻均可忽視不計。(1)寫出橡膠帶運動速度v跟伏特表示數(shù)U之間的表達式;(2)橡膠帶以速度v1勻速運動時,求每根金屬條穿過磁場區(qū)域克服安培力做的功;(3)關閉電動機,運動員在跑步機上跑步時對橡膠帶的靜摩擦力也可以帶動橡膠帶運動,這種跑步機被稱為機械式跑步機。假定橡膠帶在此種狀況下運動時受到的機械阻力跟速度的平方成正比,即f=kv2(k為比例常數(shù)),并且運動員消耗的體能全部用來維持橡膠帶勻速運動。求橡膠帶以速度v2勻速運動時運動員消耗的功率。解析:(1)金屬條做切割磁感線運動產(chǎn)生的電動勢大小E=BLv,回路中的電流大小為I=ER伏特表的示數(shù)U=IR,解得v=(R(2)金屬條中的電流I1=BLv金屬條所受安培力大小F1=BI1L金屬條克服安培力做功W=F1d,解得W=B2(3)運動員對橡膠帶的摩擦力大小F=f+F2,其中f=kv2金屬條受的安培力大小F2=BI2L=B運動員消耗的功率P=Fv2=(f+F2)v2,解得P=v22(kv2+[老師備用2]如圖,兩條相距l(xiāng)的光滑平行金屬導軌位于同一水平面(紙面)內(nèi),其左端接一阻值為R的電阻;一與導軌垂直的金屬棒置于兩導軌上;在電阻、導軌和金屬棒中間有一面積為S的區(qū)域,區(qū)域中存在垂直于紙面對里的勻稱磁場,磁感應強度大小B1隨時間t的變更關系為B1=kt,式中k為常量;在金屬棒右側還有一勻強磁場區(qū)域,區(qū)域左邊界MN(虛線)與導軌垂直,磁場的磁感應強度大小為B0,方向也垂直于紙面對里。某時刻,金屬棒在一外加水平恒力的作用下從靜止起先向右運動,在t0時刻恰好以速度v0越過MN,此后向右做勻速運動。金屬棒與導軌始終相互垂直并接觸良好,它們的電阻均忽視不計。求(1)在t=0到t=t0時間間隔內(nèi),流過電阻的電荷量的肯定值;(2)在時刻t(t>t0)穿過回路的總磁通量和金屬棒所受外加水平恒力的大小。解析:(1)在金屬棒越過MN之前,t時刻穿過回路的磁通量為Φ=ktS①設在從t時刻到t+Δt的時間間隔內(nèi),回路磁通量的變更量為ΔΦ,流過電阻R的電荷量為Δq,由法拉第電磁感應定律有ε=-ΔΦΔ由歐姆定律有i=εR