2021高考物理一輪復(fù)習(xí)核心素養(yǎng)測評二十九法拉第電磁感應(yīng)定律自感現(xiàn)象含解析魯科版

1、法拉第電磁感應(yīng)定律自感現(xiàn)象(45分鐘100分)一、選擇題(本題共7小題,每小題8分,共56分,14題為單選題,57題為多選題)1.一個(gè)勻強(qiáng)磁場的邊界是mn,mn左側(cè)無磁場,右側(cè)是范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場區(qū)域,如圖甲所示?，F(xiàn)有一個(gè)金屬線框沿ab方向以恒定速度從mn左側(cè)垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū)域(abmn),線框中的電流隨時(shí)間變化的i-t圖象如圖乙所示,則線框可能是圖中的()【解析】選d。線框切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e=blv,設(shè)線框總電阻是r,則感應(yīng)電流i=er=blvr,由圖乙所示圖象可知,感應(yīng)電流先均勻變大,后均勻變小,由于b、v、r是定值,故有效切割長度l應(yīng)先變大后變小,且l隨時(shí)間均勻變化。閉合圓

2、環(huán)勻速進(jìn)入磁場時(shí),有效長度l先變大后變小,但l隨時(shí)間不是均勻變化,不符合題意,故a錯(cuò)誤;正方形線框進(jìn)入磁場時(shí),有效長度l不變,感應(yīng)電流不變,不符合題意,故b錯(cuò)誤;梯形線框勻速進(jìn)入磁場時(shí),有效長度l先均勻增加,后不變,再均勻減小,不符合題意,故c錯(cuò)誤;等腰三角形線框勻速進(jìn)入磁場時(shí),有效長度l先增加后減小,且隨時(shí)間均勻變化,符合題意,故d正確。2.如圖所示,abcd為水平放置的平行“匚”形光滑金屬導(dǎo)軌,間距為l,導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b,導(dǎo)軌電阻不計(jì)。已知金屬桿mn傾斜放置,與導(dǎo)軌成角,單位長度的電阻為r,保持金屬桿以速度v沿平行于cd的方向滑動(金屬桿滑動過程中與導(dǎo)軌

3、接觸良好),則()a.電路中感應(yīng)電動勢的大小為blvsinb.電路中感應(yīng)電流的大小為bvsinrc.金屬桿所受安培力的大小為b2lvsinrd.金屬桿的熱功率為b2lv2rsin【解析】選b。因?yàn)榻饘贄U以速度v沿平行于cd的方向滑動,其切割磁感線的有效長度為導(dǎo)軌間距l(xiāng),由法拉第電磁感應(yīng)定律得,電路中感應(yīng)電動勢e=blv,a錯(cuò)誤;由圖可知,金屬桿接入電路的實(shí)際長度為x=lsin,電路有效電阻r=xr=lrsin,由閉合電路的歐姆定律得,電路中電流大小i=er=blvlrsin=bvsinr,b正確;金屬桿所受安培力f=bix=bbvsinrlsin=b2lvr,c錯(cuò)誤;金屬桿的熱功率p=i2r=

4、bvsinr2lrsin=b2lv2sinr,d錯(cuò)誤。3.隨著科技的不斷發(fā)展,無線充電已經(jīng)進(jìn)入人們的視線。小到手表、手機(jī),大到電腦、電動汽車,都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無線充電從理論研發(fā)到實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。如圖所示為某品牌的無線充電手機(jī)利用電磁感應(yīng)方式充電的原理圖。關(guān)于無線充電,下列說法中正確的是()a.無線充電時(shí)手機(jī)接收線圈部分的工作原理是電流的磁效應(yīng)b.只有將充電底座接到直流電源上才能對手機(jī)進(jìn)行充電c.接收線圈中交變電流的頻率與發(fā)射線圈中交變電流的頻率相同d.只要有無線充電底座,所有手機(jī)都可以進(jìn)行無線充電【解析】選c。無線充電時(shí)手機(jī)接收線圈部分的工作原理是電磁感應(yīng),故a錯(cuò)誤;當(dāng)給充電底座的發(fā)射線圈通以恒定

5、直流電時(shí),接收線圈中不會產(chǎn)生交變磁場,即不能正常充電,故b錯(cuò)誤;接收線圈中交變電流的頻率與發(fā)射線圈中交變電流的頻率相同,故c正確;被充電手機(jī)內(nèi)部應(yīng)該有一類似金屬線圈的部件與手機(jī)電池相連,當(dāng)有交變磁場時(shí),產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,故d錯(cuò)誤。4.某?？萍夹〗M的同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)傳送帶測速儀,測速原理如圖所示。在傳送帶一端的下方固定有間距為l、長度為d的平行金屬電極。電極間充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為b、方向垂直于傳送帶平面(紙面)向里、有理想邊界的勻強(qiáng)磁場,且電極之間接有理想電壓表和電阻r,傳送帶背面固定有若干根間距為d的平行細(xì)金屬條,其電阻均為r,傳送帶運(yùn)行過程中始終僅有一根金屬條處于磁場中,且金屬條與電極接觸良好。當(dāng)傳

6、送帶以一定的速度勻速運(yùn)動時(shí),電壓表的示數(shù)為u。下列說法中正確的是()a.傳送帶勻速運(yùn)動的速率為ublb.電阻r產(chǎn)生焦耳熱的功率為u2r+rc.金屬條經(jīng)過磁場區(qū)域受到的安培力大小為budr+rd.每根金屬條經(jīng)過磁場區(qū)域的全過程中克服安培力做功為bludr【解析】選d。根據(jù)e=blv,電壓表測電阻r的電壓,讀數(shù)為u=err+r,解得v=u(r+r)blr,選項(xiàng)a錯(cuò)誤;電阻r產(chǎn)生焦耳熱的功率為pr=u2r,選項(xiàng)b錯(cuò)誤;金屬條經(jīng)過磁場區(qū)域受到的安培力大小為f=bil=blur,選項(xiàng)c錯(cuò)誤;每根金屬條經(jīng)過磁場區(qū)域的全過程中克服安培力做功為w=fd=bludr,選項(xiàng)d正確。5.(2019滄州模擬)線圈所圍

7、的面積為0.1 m2,線圈電阻為1 ,規(guī)定線圈中感應(yīng)電流i的正方向從上往下看是順時(shí)針方向,如圖甲所示,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度b隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示,則下列說法正確的是()a.在05 s時(shí)間內(nèi),i的最大值為0.01 ab.在第4 s末,i的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向c.前2 s內(nèi),通過線圈某截面的總電荷量為0.01 cd.第3 s內(nèi),線圈的發(fā)熱功率最大【解析】選a、b、c。由圖象可看出,在開始時(shí)刻圖線的斜率最大,b的變化率最大,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大,感應(yīng)電流也最大,最大值為i=emr=btsr=0.110.11 a=0.01 a,故a正確;在第4 s末,穿過線圈的磁通量減小,根據(jù)楞次定律可判斷,i

8、的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向,故b正確;前2 s內(nèi),通過線圈某截面的總電荷量q=it=trt=r=bsr=0.10.11 c=0.01 c,故c正確;第3 s內(nèi),b沒有變化,線圈中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生,則線圈的發(fā)熱功率最小,故d錯(cuò)誤。6.用導(dǎo)線繞成一圓環(huán),環(huán)內(nèi)有一用同種導(dǎo)線折成的內(nèi)接正方形線框,圓環(huán)與線框絕緣,如圖所示。把它們放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直于圓環(huán)和線框所在平面(紙面)向里。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減弱時(shí)()a.圓環(huán)和線框中的電流方向都為順時(shí)針方向b.圓環(huán)和線框中的電流方向都為逆時(shí)針方向c.圓環(huán)和線框中的電流大小之比為21d.圓環(huán)和線框中的電流大小之比為21【解析】選a、c。根據(jù)楞次定律

9、可得,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小時(shí),圓環(huán)和線框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向都與原磁場方向相同,即感應(yīng)電流方向都為順時(shí)針方向,a正確,b錯(cuò)誤;設(shè)圓環(huán)半徑為a,則圓面積為s=a2,圓周長為l=2a,正方形面積為s=2a2,正方形周長為l=42a,因?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度是均勻減小的,根據(jù)e=bst,所以圓環(huán)和正方形線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢之比為ee=ss,又根據(jù)r=ls0知兩者的電阻之比為rr=ll,故電流之比為ii=ssll=2,故c正確,d錯(cuò)誤。7.(2019全國卷)如圖,兩條光滑平行金屬導(dǎo)軌固定,所在平面與水平面夾角為,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。虛線ab、cd均與導(dǎo)軌垂直,在ab與cd之間的區(qū)域存在垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻

10、強(qiáng)磁場。將兩根相同的導(dǎo)體棒pq、mn先后自導(dǎo)軌上同一位置由靜止釋放,兩者始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。已知pq進(jìn)入磁場開始計(jì)時(shí),到mn離開磁場區(qū)域?yàn)橹?流過pq的電流隨時(shí)間變化的圖象可能正確的是()【解析】選a、d。如果pq進(jìn)入磁場時(shí)加速度為零,pq做勻速運(yùn)動,感應(yīng)電流恒定。若pq出磁場時(shí)mn仍然沒有進(jìn)入磁場,則pq出磁場后至mn進(jìn)入磁場的這段時(shí)間,由于磁通量不變,無感應(yīng)電流。由于pq、mn從同一位置釋放,故mn進(jìn)入磁場時(shí)與pq進(jìn)入磁場時(shí)的速度相同,所以電流大小也應(yīng)該相同,但方向相反,a正確,b錯(cuò)誤。若pq出磁場前mn已經(jīng)進(jìn)入磁場,由于磁通量不變,無感應(yīng)電流,pq、mn均加速運(yùn)動,pq出磁場后,m

11、n由于在磁場中的速度比進(jìn)磁場時(shí)的速度大,故電流比pq進(jìn)入磁場時(shí)電流大,此后pq做減速運(yùn)動,電流減小,故c錯(cuò)誤,d正確。二、計(jì)算題(14分,需寫出規(guī)范的解題步驟)8.一個(gè)圓形線圈共有n=10匝,其總電阻r=4.0 ,線圈與阻值r0=16 的外電阻連成閉合回路,如圖甲所示。線圈內(nèi)部存在著一個(gè)邊長l=0.20 m的正方形區(qū)域,其中有分布均勻但磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的磁場,圖乙顯示了一個(gè)周期內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化情況,周期t=1.010-2 s,磁場方向以垂直于線圈平面向外為正方向。求:(1)t=18t時(shí)刻電阻r0上的電流大小和方向。(2)0t2時(shí)間內(nèi)流過電阻r0的電荷量。(3)一個(gè)周期內(nèi)電阻r0上產(chǎn)生的熱

12、量?！窘馕觥?1)0t4內(nèi),感應(yīng)電動勢大小e1=n1t1=4nbst=8 v電流大小i1=e1r0+r=0.4 a由楞次定律可判斷,電流方向?yàn)閺腷到a。(2)同理可求,t4t2內(nèi),感應(yīng)電流大小i2=0.2 a0t2時(shí)間內(nèi)流過電阻r0的電荷量q=i1t4+i2t4=1.510-3 c。(3)一個(gè)周期內(nèi)電阻r0上產(chǎn)生的熱量q=i12r0t2+i22r0t2=1.610-2 j。答案:(1)0.4 a方向?yàn)閺腷到a(2)1.510-3 c(3)1.610-2 j9.(10分)(多選)在如圖所示的傾角為的光滑斜面上存在著兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為b的勻強(qiáng)磁場區(qū)域,區(qū)域的磁場方向垂直于斜面向上,區(qū)域的磁場方

13、向垂直于斜面向下,磁場寬度hp及pn均為l。一個(gè)質(zhì)量為m、電阻為r、邊長為l的正方形導(dǎo)線框由靜止開始沿斜面下滑,t1時(shí)刻ab邊剛好越過gh進(jìn)入磁場區(qū)域,此時(shí)導(dǎo)線框恰好以速度v1做勻速直線運(yùn)動;t2時(shí)刻ab邊下滑到j(luò)p與mn的中間位置,此時(shí)導(dǎo)線框又恰好以速度v2做勻速直線運(yùn)動。重力加速度為g。下列說法中正確的是()a.當(dāng)ab邊剛越過jp時(shí),導(dǎo)線框的加速度大小為a=gsinb.導(dǎo)線框兩次做勻速直線運(yùn)動的速度大小之比v1v2=41c.從t1時(shí)刻到t2時(shí)刻的過程中,導(dǎo)線框克服安培力做的功等于重力勢能的減少量d.從t1時(shí)刻到t2時(shí)刻的過程中,有3mglsin2+m(v12-v22)2的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能【

14、解析】選b、d。ab邊剛越過gh進(jìn)入磁場區(qū)域時(shí),感應(yīng)電動勢e1=blv1,電流i1=e1r=blv1r,線框做勻速運(yùn)動,所以有mgsin=bi1l=b2l2v1r,當(dāng)ab邊剛越過jp時(shí),感應(yīng)電動勢e2=2blv1,電流i2=e2r=2blv1r,根據(jù)牛頓第二定律得2bi2l-mgsin=ma,聯(lián)立解得a=3gsin,故a錯(cuò)誤;當(dāng)加速度a=0時(shí),以速度v2做勻速直線運(yùn)動,即mgsin=2bi3l=4b2l2v2r,所以v1v2=41,故b正確;從t1時(shí)刻到t2時(shí)刻的過程中,根據(jù)能量守恒定律,導(dǎo)線框克服安培力做的功等于重力勢能和動能的減少量之和,即克服安培力做功w=3mglsin2+m(v12-v

15、22)2,克服安培力做的功等于產(chǎn)生的電能,故c錯(cuò)誤,d正確。10.(20分)如圖甲所示,兩條阻值不計(jì)的足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌mn、pq之間的距離l=0.5 m,n、q兩端連接阻值r=2.0 的電阻,磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌所在平面向上,導(dǎo)軌平面與水平面的夾角=30。一質(zhì)量m=0.40 kg、阻值r=1.0 的金屬棒垂直于導(dǎo)軌放置并用絕緣細(xì)線跨過光滑的定滑輪與質(zhì)量m=0.80 kg的重物相連,細(xì)線與金屬導(dǎo)軌平行。金屬棒沿導(dǎo)軌向上滑行的速度v與時(shí)間t之間的關(guān)系如圖乙所示,已知在00.3 s內(nèi)通過金屬棒的電荷量是0.30.6 s內(nèi)通過金屬棒的電荷量的23,g取10 m/s2,求: (1)00.3 s內(nèi)金屬棒通過的位移。(2)00.6 s內(nèi)金屬棒產(chǎn)生的熱量?！窘馕觥?1)在0.30.6 s內(nèi)通過金屬棒的電荷量是q1=i1t1=blvt1r+r在00.3