高考物理一輪復(fù)習(xí)練習(xí)：10.2《法拉第電磁感應(yīng)定律　自感和渦流》(含答案詳解)

1、配餐作業(yè)法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流見學(xué)生用書P369A組·基礎(chǔ)鞏固題1如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖。爐子的內(nèi)部有一個金屬線圈，當(dāng)電流通過線圈時，會產(chǎn)生磁場，這個磁場的大小和方向是不斷變化的，這個變化的磁場又會引起放在電磁爐上面的鐵質(zhì)(或鋼質(zhì))鍋底內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于鍋底有電阻，所以感應(yīng)電流又會在鍋底產(chǎn)生熱效應(yīng)，這些熱能便起到加熱物體的作用從而煮熟。因為電磁爐是以電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流，利用電流的熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量，所以不是所有的鍋或器具都適用。以下說法正確的是 ()A最好使用鋁鍋或銅鍋B最好使用平底不銹鋼鍋或鐵鍋C最好使用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋D在電磁爐與鐵鍋之間放一層白紙后無法加熱解析

2、選用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋無法形成渦流，C項錯誤；A、B項中均能形成渦流，銅和鋁的電阻率小，電熱少，效率低，相對來說選用平底不銹鋼鍋或鐵鍋為最佳，A項錯誤，B項正確；由于線圈產(chǎn)生的磁場能穿透白紙到達(dá)鍋底，在鐵鍋中產(chǎn)生渦流，能夠加熱，D項錯誤。答案B2(多選)單匝線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間t的關(guān)系圖象如圖所示，則()A在t0時刻，線圈中磁通量最大，感應(yīng)電動勢也最大B在t1×102 s時刻，感應(yīng)電動勢最大C在t2×102 s時刻，感應(yīng)電動勢為零D在02×102 s時間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動勢的平均值為零解析由法拉第電磁感應(yīng)定律知E，故t0

3、及t2×102 s時刻，E0，A錯，C對；t1×102 s，E最大，B項對；02×102 s，0，E0，D項錯。答案BC3(多選)如圖所示是研究通電自感實(shí)驗的電路圖，A1、A2是兩個規(guī)格相同的小燈泡，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)電阻R，使兩個燈泡的亮度相同，調(diào)節(jié)可變電阻R1，使它們都正常發(fā)光，然后斷開開關(guān)S，再重新閉合開關(guān)S，則()A閉合瞬間，A1立刻變亮，A2逐漸變亮B閉合瞬間，A2立刻變亮，A1逐漸變亮C穩(wěn)定后，L和R兩端電勢差一定相同D穩(wěn)定后，A1和A2兩端電勢差不相同解析根據(jù)題設(shè)條件可知，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)電阻R，使兩個燈泡的亮度相同，說明此時電阻R接入電路的阻值與線圈

4、L的電阻一樣大，斷開開關(guān)S，再重新閉合開關(guān)S的瞬間，根據(jù)自感原理，可判斷A2立刻變亮，而A1逐漸變亮，B項正確，A項錯誤；穩(wěn)定后，自感現(xiàn)象消失，根據(jù)題設(shè)條件，可判斷線圈L和R兩端的電勢差一定相同，A1和A2兩端電勢差也相同，所以，C項正確，D項錯誤。答案BC4如圖甲所示，光滑導(dǎo)軌水平放置在斜向下且與水平方向夾角為60°的勻強(qiáng)磁場中，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示(規(guī)定斜向下為B的正方向)，導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置且與導(dǎo)軌接觸良好，除導(dǎo)體棒電阻R的阻值外，其余電阻不計，導(dǎo)體棒ab在水平外力作用下始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。規(guī)定ab的方向為電流的正方向，水平向右的方向為外力的正方

5、向，則在0t1時間內(nèi)，能正確反映流過導(dǎo)體棒ab的電流I和導(dǎo)體棒ab所受水平外力F隨時間t變化的圖象是()解析由楞次定律可判定回路中的電流方向始終為ba，由法拉第電磁感應(yīng)定律可判定回路中的電流大小恒定，故A、B項錯；由F安BIl可得F安隨B的變化而變化，在0t0時間內(nèi)，F(xiàn)安方向水平向右，故外力F與F安等值反向，方向水平向左，為負(fù)值；在t0t1時間內(nèi)，F(xiàn)安方向改變，故外力F方向也改變，為正值，綜上所述，D項正確。答案D5.如圖所示，兩塊水平放置的金屬板距離為d，用導(dǎo)線、開關(guān)K與一個n匝的線圈連接，線圈置于方向豎直向上的均勻變化的磁場B中。兩板間放一臺小型壓力傳感器，壓力傳感器上表面絕緣，在其上表面

6、靜止放置一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電小球。K沒有閉合時傳感器有示數(shù)，K閉合時傳感器示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?。則線圈中磁場B的變化情況和磁通量的變化率分別為()A正在增強(qiáng)，B正在增強(qiáng)，C正在減弱，D正在減弱，解析根據(jù)K閉合時傳感器示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?，推出帶正電小球受向上的電場力，即上極板帶負(fù)電，下極板帶正電，線圈感應(yīng)電動勢的方向從上極板經(jīng)線圈流向下極板，根據(jù)安培定則知感應(yīng)電流磁場的方向向下，與原磁場方向相反，又由楞次定律得線圈中磁場正在增強(qiáng)；對小球受力分析得q，其中感應(yīng)電動勢En，代入得，故B項正確。答案B6如圖所示，用一條橫截面積為S的硬導(dǎo)線做成一個邊長為L的正方形線框，把正方形線框的一半固定在

7、均勻增大的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時間的變化率k(k>0)，虛線ab與正方形線框的一條對角線重合，導(dǎo)線的電阻率為。則下列說法正確的是()A線框中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流B線框具有擴(kuò)張的趨勢C若某時刻的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則線框受到的安培力為D線框中ab兩點(diǎn)間的電勢差大小為解析根據(jù)楞次定律判斷線框中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向向外，再由安培定則判斷線框的感應(yīng)電流方向為逆時針，A項錯誤；根據(jù)楞次定律阻礙磁通量變化的含義可知線框應(yīng)該有收縮的趨勢，B項錯誤；線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為ES，電流為I，線框的總電阻為R，磁場中兩條邊每條受到的安培力為F安BIL，而線框受到的安培力是這兩

8、個安培力的合力，所以有FF安，聯(lián)立以上各式可得F，C項正確；a、b兩點(diǎn)間的電勢差應(yīng)該是電源的路端電壓，是電動勢的一半即Uab，D項錯誤。答案C7.(多選)如圖所示，在水平光滑絕緣桌面上建立直角坐標(biāo)系xOy，第一象限內(nèi)存在垂直桌面向上的磁場，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿x軸正方向均勻增大且k，一邊長為a、電阻為R的單匝正方形線圈ABCD在第一象限內(nèi)以速度v沿x軸正方向勻速運(yùn)動，運(yùn)動中AB邊始終與x軸平行，則下列判斷正確的是()A線圈中的感應(yīng)電流沿逆時針方向B線圈中感應(yīng)電流的大小為C為保持線圈勻速運(yùn)動，可對線圈施加大小為的水平外力D線圈不可能有兩條邊所受安培力大小相等解析由楞次定律得感應(yīng)電流沿順時針方向，

9、A項錯誤；設(shè)線圈向右移動一段距離l，則通過線圈的磁通量變化為l··a2l·a2k，而所需時間為t，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢為Eka2v，故感應(yīng)電流大小為I，B項正確；線圈勻速運(yùn)動時，外力與安培力平衡，由平衡條件得F(B2B1)Iaka2I，C項正確；線圈的AB、CD兩條邊所受安培力大小相等，D項錯誤。答案BC8. (中原名校質(zhì)量考評)(多選)如圖甲所示，光滑“”形金屬支架ABC固定在水平面里，支架處在垂直于水平面向下的勻強(qiáng)磁場中，一金屬導(dǎo)體棒EF放在支架上，用一輕桿將導(dǎo)體棒與墻固定連接，導(dǎo)體棒與金屬支架接觸良好，磁場隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示，則下列說法

10、正確的是()At1時刻輕桿對導(dǎo)體棒的作用力最大Bt2時刻輕桿對導(dǎo)體棒的作用力為零Ct2到t3時間內(nèi)，輕桿對導(dǎo)體棒的作用力先增大后減小Dt2到t4時間內(nèi)，輕桿對導(dǎo)體棒的作用力方向不變解析t1時刻磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率為零，因此回路中的感應(yīng)電流為零，導(dǎo)體棒受到的安培力為零，因此輕桿對導(dǎo)體棒的作用力為零，A項錯誤；t2時刻回路中的感應(yīng)電流不為零，但磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，因此導(dǎo)體棒受到的安培力為零，輕桿對導(dǎo)體棒的作用力為零，B項正確；t2時刻桿對導(dǎo)體棒的作用力為零，t3時刻桿對導(dǎo)體棒的作用力也為零，過程中不為零，因此C項正確；t2到t3時間內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，因此回路有收縮的趨勢，導(dǎo)體棒受到的安培力向左，輕桿對

11、導(dǎo)體棒的作用力向右，同理分析，t3到t4時間內(nèi)，桿對導(dǎo)體棒的作用力向左，D項錯誤。答案BC【素養(yǎng)立意】考查數(shù)學(xué)在物理中的運(yùn)用，是高考要求的五大能力之一，本題考查電磁感應(yīng)與二次函數(shù)的結(jié)合。B組·能力提升題9如圖所示，已知大線圈的面積為2×103 m2，小探測線圈有2 000匝，小線圈的面積為5×104 m2。整個串聯(lián)回路的電阻是1 000 ，當(dāng)電鍵S反向時測得Q5.0×107 C。則被測處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為()A1.25×104 TB5×104 TC2.5×104 T D1×103 T解析由I，I，得感應(yīng)電荷量公式Qn，

12、2BS，聯(lián)立得BR，代入數(shù)據(jù)得B2.5×104 T，故C對。答案C10英國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為，磁場變化時會在空間激發(fā)感生電場，如圖所示，一個半徑為r的絕緣細(xì)圓環(huán)水平放置，環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場B，環(huán)上套一帶電荷量為q的小球。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間均勻增加，其變化率為k，若小球在環(huán)上運(yùn)動一周，則感生電場對小球的作用力所做功的大小是()A0 B.r2qk C2r2qk Dr2qk解析變化的磁場產(chǎn)生的感生電動勢為Er2kr2，小球在環(huán)上運(yùn)動一周感生電場對其所做的功WqEr2qk，D項正確，A、B、C項錯誤。答案D11CD、EF是兩條水平放置的電阻可忽略的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為L，在

13、水平導(dǎo)軌的左側(cè)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，磁場區(qū)域的長度為d，如圖所示。導(dǎo)軌的右端接有一電阻R，左端與一彎曲的光滑軌道平滑連接。將一阻值也為R的導(dǎo)體棒從彎曲軌道上h高處由靜止釋放，導(dǎo)體棒最終恰好停在磁場的右邊界處。已知導(dǎo)體棒與水平導(dǎo)軌接觸良好，且動摩擦因數(shù)為，則下列說法正確的是()A電阻R的最大電流為B流過電阻R的電荷量為C整個電路中產(chǎn)生的焦耳熱為mghD電阻R中產(chǎn)生的焦耳熱為mg(hd)解析由題圖可知，導(dǎo)體棒剛進(jìn)入磁場的瞬間速度最大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大，由機(jī)械能守恒有mghmv2，所以I，A項錯誤；流過R的電荷量為qt，B項錯誤；由能量守恒定律可知整個電

14、路中產(chǎn)生的焦耳熱為Qmghmgd，C項錯誤；由于導(dǎo)體棒的電阻也為R，則電阻R中產(chǎn)生的焦耳熱為Qmg(hd)，D項正確。答案D12.(2017·天津)如圖所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi)，導(dǎo)軌之間接有電阻R。金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，整個裝置放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向下?，F(xiàn)使磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均勻減小，ab始終保持靜止，下列說法正確的是()Aab中的感應(yīng)電流方向由b到aBab中的感應(yīng)電流逐漸減小Cab所受的安培力保持不變Dab所受的靜摩擦力逐漸減小解析磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均勻減小，根據(jù)楞次定律判斷回路中產(chǎn)生順時針的電流，ab中的感應(yīng)電流方向由a到b，故A項錯誤；根

15、據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，EnnS，電阻一定，In，磁通量隨時間的變化率為定值，ab中的感應(yīng)電流不變，故B項錯誤；安培力FBIL，磁感應(yīng)強(qiáng)度減小，安培力減小，故C項錯誤；ab始終保持靜止說明靜摩擦力和安培力為一對平衡力，故摩擦力逐漸減小，故D項正確。答案D13(2017·江蘇)如圖所示，兩條相距d的平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi)，其右端接一阻值為R的電阻。質(zhì)量為m的金屬桿靜置在導(dǎo)軌上，其左側(cè)的矩形勻強(qiáng)磁場區(qū)域MNPQ的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向下。當(dāng)該磁場區(qū)域以速度v0勻速地向右掃過金屬桿后，金屬桿的速度變?yōu)関。導(dǎo)軌和金屬桿的電阻不計，導(dǎo)軌光滑且足夠長，桿在運(yùn)動過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩

16、端與導(dǎo)軌保持良好接觸。求：(1)MN剛掃過金屬桿時，桿中感應(yīng)電流的大小I。(2)MN剛掃過金屬桿時，桿的加速度大小a。(3)PQ剛要離開金屬桿時，感應(yīng)電流的功率P。解析(1)MN剛掃過金屬桿時，桿上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢EBdv0, 感應(yīng)電流I，聯(lián)立以上兩式得I。(2)MN剛掃過金屬桿時，桿受到的安培力FBId，由牛頓第二定律Fma，聯(lián)立以上兩式得a。(3)PQ剛要離開金屬桿時，金屬桿切割磁感線的速度vv0v，則感應(yīng)電動勢EBd(v0v)，電功率P，解得P。答案(1)(2)(3)14如圖所示，兩條相距l(xiāng)的光滑平行金屬導(dǎo)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(dǎo)軌垂直的金屬棒置于兩導(dǎo)

17、軌上；在電阻、導(dǎo)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向里的均勻磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1隨時間t的變化關(guān)系為B1kt，式中k為常量；在金屬棒右側(cè)還有一勻強(qiáng)磁場區(qū)域，區(qū)域左邊界MN(虛線)與導(dǎo)軌垂直，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，方向也垂直于紙面向里。某時刻，金屬棒在一外加水平恒力的作用下從靜止開始向右運(yùn)動，在t0時刻恰好以速度v0越過MN，此后向右做勻速運(yùn)動。金屬棒與導(dǎo)軌始終相互垂直并接觸良好，它們的電阻均忽略不計。求：(1)在t0到tt0時間間隔內(nèi)，流過電阻的電荷量的絕對值。(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)在金屬棒未越過MN之前，t時刻穿過回路的磁通量為ktS，設(shè)在從t時刻到tt的時間間隔內(nèi)，回路磁通量的變化量為，流過電阻R的電荷量為q。由法拉第電磁感應(yīng)定律有，由歐姆定律有i，由電流的定義有i，聯(lián)立式得|q|t，由式得，在t0到tt0的時間間隔內(nèi)，流過電阻R的電荷量q的絕對值為|q|。(2)當(dāng)t>t0時，金屬棒已越過MN，由于金屬棒