2024-2025版高中物理第四章電磁感應(yīng)4法拉第電磁感應(yīng)定律課時(shí)練習(xí)含解析新人教版選修3-2

PAGE10-法拉第電磁感應(yīng)定律(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.穿過(guò)一個(gè)單匝線圈的磁通量始終保持每秒鐘勻稱地削減了2Wb,則 ()A.線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒增加2VB.線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒削減2VC.線圈中無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)D.線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變【解析】選D。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=n=1×=2V,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)定值,不隨時(shí)間改變,故A、B、C錯(cuò)誤,D正確。2.如圖所示,匝數(shù)為100匝的線圈與電流表串聯(lián),在0.3s內(nèi)把磁鐵插入線圈,這段時(shí)間穿過(guò)線圈的磁通量由0增至1.2×10-3Wb。這個(gè)過(guò)程中線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為()A.0.4V B.4VC.0.004V D.40V【解析】選A。磁鐵插入線圈,閉合線圈的磁通量發(fā)生改變,從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得:E=N=100×V=0.4V,故選A。3.如圖所示,一金屬?gòu)潡U處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,已知ab=bc=L,當(dāng)它以速度v向右平動(dòng)時(shí),a、c兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為()A.BLvB.BLvsinθC.BLvcosθ D.BLv(1+sinθ)【解題指南】解答本題要把握以下兩點(diǎn):(1)公式E=BLv的應(yīng)用條件是兩兩垂直,當(dāng)有物理量不垂直時(shí),要利用等效將其轉(zhuǎn)化為兩兩垂直。(2)將abc分為兩段,ab不切割磁感線,不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),bc切割磁感線但不符合兩兩垂直,要進(jìn)行轉(zhuǎn)化再求解?！窘馕觥窟xB。公式E=BLv中的L應(yīng)指導(dǎo)體切割磁感線的有效長(zhǎng)度,也就是與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和速度v垂直的長(zhǎng)度,因此該金屬?gòu)潡U的有效切割長(zhǎng)度為L(zhǎng)sinθ,故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為BLvsinθ,選項(xiàng)B正確。4.圖中a～d所示分別為穿過(guò)某一閉合回路的磁通量Φ隨時(shí)間t改變的圖象,關(guān)于回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),下列論述正確的是()A.圖a中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不變且為正B.圖b中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)始終在變大C.圖c中回路在0～t1時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小于在t1～t2時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)D.圖d中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先變小再變大【解題指南】依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律我們知道感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量的改變率成正比,即E=N。結(jié)合數(shù)學(xué)學(xué)問(wèn)我們知道:穿過(guò)閉合回路的磁通量Φ隨時(shí)間t改變的圖象的斜率k=。【解析】選D。圖a中磁通量Φ不變,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒為0,A錯(cuò)誤;圖b中磁通量Φ隨時(shí)間t勻稱增大,圖象的斜率k不變,也就是說(shuō)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不變,B錯(cuò)誤;圖c中回路在0～t1時(shí)間內(nèi)磁通量Φ隨時(shí)間t改變的圖象的斜率為k1,在t1～t2時(shí)間內(nèi)磁通量Φ隨時(shí)間t改變的圖象的斜率為k2,從圖象中發(fā)覺(jué):k1大于k2的肯定值,所以在0～t1時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于在t1～t2時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),C錯(cuò)誤;圖d中磁通量Φ隨時(shí)間t改變的圖象的斜領(lǐng)先變小后變大,所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先變小后變大,D正確。故選D。5.如圖所示,正方形線圈位于紙面內(nèi),邊長(zhǎng)為L(zhǎng),匝數(shù)為N,電阻為R,過(guò)ab中點(diǎn)和cd中點(diǎn)的連線OO′恰好位于垂直于紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的右邊界上,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,當(dāng)線圈在圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí),則穿過(guò)線圈某橫截面的總電量()A.BL2B.NBL2C.D.【解析】選D。當(dāng)正方形線圈abcd有一半處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí),磁通量為:Φ=B·L2=,q=N=N,故D正確,A、B、C錯(cuò)誤?！炯庸逃?xùn)練】如圖甲所示,圓形線圈M的匝數(shù)為50匝,它的兩個(gè)端點(diǎn)a、b與志向電壓表相連,線圈中磁場(chǎng)方向如圖,線圈中磁通量的改變規(guī)律如圖乙所示,則ab兩點(diǎn)的電勢(shì)凹凸與電壓表讀數(shù)為()A.φa>φb,20V B.φa>φb,10VC.φa<φb,20V D.φa<φb,10V【解析】選B。從圖中發(fā)覺(jué):線圈的磁通量是增大的,依據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)跟原磁場(chǎng)方向相反,即感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向?yàn)榇怪奔埫鎸?duì)外,依據(jù)安培定則,我們可以推斷出線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)?逆時(shí)針?lè)较?。在回路?線圈相當(dāng)于電源,由于電流是逆時(shí)針?lè)较?所以a相當(dāng)于電源的正極,b相當(dāng)于電源的負(fù)極,所以a點(diǎn)的電勢(shì)大于b點(diǎn)的電勢(shì)。依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得:E=n·=50×V=10V。電壓表讀數(shù)為10V。故選B。6.如圖所示,A、B兩閉合圓形線圈用同樣導(dǎo)線且均繞成100匝。半徑rA=2rB,內(nèi)有以B線圈作為志向邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。若磁場(chǎng)勻稱減小,則A、B環(huán)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EA∶EB與產(chǎn)生的感應(yīng)電流IA∶IB分別是 ()A.EA∶EB=2∶1;IA∶IB=1∶2B.EA∶EB=2∶1;IA∶IB=1∶1C.EA∶EB=1∶1;IA∶IB=2∶1D.EA∶EB=1∶1;IA∶IB=1∶2【解析】選D。依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=n=n題中n相同,相同,面積S也相同,則得到A、B環(huán)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EA∶EB=1∶1。依據(jù)電阻定律R=ρ,L=n·2πrρ、S0相同,則電阻之比RA∶RB=rA∶rB=2∶1依據(jù)歐姆定律I=得,產(chǎn)生的感應(yīng)電流之比IA∶IB=1∶2,故D正確,A、B、C錯(cuò)誤;故選D。【加固訓(xùn)練】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)間勻稱增大。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de()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)较颉窘馕觥窟xB。由法拉第電磁感應(yīng)定律得圓環(huán)中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E==πr2·,則==,由楞次定律可知感應(yīng)電流的方向均沿順時(shí)針?lè)较?選項(xiàng)B正確。二、計(jì)算題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)7.(12分)一個(gè)邊長(zhǎng)為10cm的正方形金屬線框置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線框匝數(shù)n=100,線框平面與磁場(chǎng)垂直,電阻為20Ω。磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間改變的圖象如圖所示。則前兩秒產(chǎn)生的電流為多大?【解析】依據(jù)B-t圖,兩條直線磁通量的改變率是相同的,所以電動(dòng)勢(shì)為定值,即為:E=nS=100××0.12V=1V;感應(yīng)電流:I==A=0.05A。答案:0.05A8.(12分)(2024·全國(guó)Ⅲ卷)如圖,一邊長(zhǎng)為l0的正方形金屬框abcd固定在水平面內(nèi),空間存在方向垂直于水平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一長(zhǎng)度大于l0的勻稱導(dǎo)體棒以速率v自左向右在金屬框上勻速滑過(guò),滑動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)體棒始終與ac垂直且中點(diǎn)位于ac上,導(dǎo)體棒與金屬框接觸良好。已知導(dǎo)體棒單位長(zhǎng)度的電阻為r,金屬框電阻可忽視。將導(dǎo)體棒與a點(diǎn)之間的距離記為x,求導(dǎo)體棒所受安培力的大小隨x(0≤x≤l0)改變的關(guān)系式?！窘馕觥慨?dāng)導(dǎo)體棒與金屬框接觸的兩點(diǎn)間棒的長(zhǎng)度為l時(shí),由法拉第電磁感應(yīng)定律知,導(dǎo)體棒上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為E=Blv ①由歐姆定律,流過(guò)導(dǎo)體棒的感應(yīng)電流為I= ②式中,R為這一段導(dǎo)體棒的電阻。按題意有R=rl ③此時(shí)導(dǎo)體棒所受安培力的大小為f=BIl ④由題設(shè)和幾何關(guān)系有l(wèi)= ⑤聯(lián)立①②③④⑤式得f= ⑥答案:f=(15分鐘·40分)9.(6分)如圖所示,a、b兩個(gè)閉合正方形線圈用同樣的導(dǎo)線制成,匝數(shù)均為10匝,邊長(zhǎng)la=3lA.兩線圈內(nèi)產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流B.a、b線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比為9∶1C.a、b線圈中感應(yīng)電流之比為3∶4D.a、b線圈中電功率之比為3∶1【解析】選B。依據(jù)楞次定律可知,兩線圈內(nèi)均產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;因磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間勻稱增大,則=k,依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知E=n=nl2,則=()2=,選項(xiàng)B正確;依據(jù)I====∝l,故a、b線圈中感應(yīng)電流之比為3∶1,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電功率P=IE=·nl2=∝l3,故a、b線圈中電功率之比為27∶1,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;故選B。【加固訓(xùn)練】如圖所示,單匝線圈兩端與一個(gè)電容為C的平行板電容器相連。線圈內(nèi)有垂直紙面對(duì)里的磁場(chǎng),當(dāng)磁場(chǎng)隨時(shí)間改變時(shí),電容器A板帶電量恒為+Q,B板帶電量恒為-Q,則穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間t的改變規(guī)律為()A.Φ=Φ0+t B.Φ=Φ0-tC.Φ=Φ0+t D.Φ=Φ0-t【解析】選C。電容器的帶電量恒為Q,依據(jù)電容定義式有:C==,解得線圈上產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為:E=U=,據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有:E==,聯(lián)立解得:Φ=Φ0+,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。10.(6分)(多選)法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖如圖所示。銅圓盤安裝在豎直的銅軸上,兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸。圓盤處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中。圓回旋轉(zhuǎn)時(shí),關(guān)于流過(guò)電阻R的電流,下列說(shuō)法正確的是 ()A.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定,則電流大小恒定B.若從上向下看,圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),則電流沿a到b的方向流淌C.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變,角速度大小發(fā)生改變,則電流方向可能發(fā)生改變D.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉?lái)的2倍【解析】選A、B。由電磁感應(yīng)定律得E=Bl=,I=,故ω肯定時(shí),電流大小恒定,選項(xiàng)A正確;由右手定則知圓盤中心為等效電源正極,圓盤邊緣為負(fù)極,電流經(jīng)外電路從a經(jīng)過(guò)R流到b,選項(xiàng)B正確;圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變時(shí),等效電源負(fù)極不變,電流方向不變,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電流在R上的熱功率P==,角速度加倍時(shí)功率變成原來(lái)的4倍,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選A、B。11.(6分)在圖中,MN和PQ是兩根豎直放置的相互平行的光滑金屬導(dǎo)軌,已知導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),且電阻可忽視不計(jì)。ab是一根與導(dǎo)軌垂直且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿。起先時(shí),將電鍵S斷開(kāi),讓ab由靜止起先下滑,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,再將S閉合。若從S閉合起先計(jì)時(shí),則金屬桿ab的速度隨時(shí)間t的改變狀況不行能是圖中的()【解析】選B。閉合開(kāi)關(guān)時(shí),若重力與安培力相等,金屬桿做勻速直線運(yùn)動(dòng)。故A可能;若安培力小于重力,則合力向下,加速度的方向向下,金屬桿ab做加速運(yùn)動(dòng),在加速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,安培力增大,合力減小,則加速度減小,做加速度漸漸減小的加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)重力與安培力相等時(shí),做勻速直線運(yùn)動(dòng)。故B不行能,C可能;若安培力大于重力,則加速度的方向向上,做減速運(yùn)動(dòng),在減速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,安培力減小,做加速度漸漸減小的減速運(yùn)動(dòng),當(dāng)重力與安培力相等時(shí),做勻速直線運(yùn)動(dòng)。故D可能。本題選不行能的,故選B。【加固訓(xùn)練】如圖所示,閉合線圈abcd從高處自由下落一段時(shí)間后垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入一有界磁場(chǎng),從ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)到cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)的這段時(shí)間內(nèi),下列說(shuō)法正確的是()A.a端的電勢(shì)高于b端B.ab邊所受安培力方向?yàn)樨Q直向下C.線圈可能始終做勻速運(yùn)動(dòng)D.線圈可能始終做勻加速直線運(yùn)動(dòng)【解析】選C。此過(guò)程中ab邊始終切割磁感線,ab邊為電源,由右手定則可知電流為逆時(shí)針?lè)较?由a流向b,電源內(nèi)部電流從低電勢(shì)流向高電勢(shì),故a端的電勢(shì)低于b端,故A錯(cuò)誤;由左手定則可知ab邊所受安培力方向豎直向上,故B錯(cuò)誤;假如剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)安培力等于重力,則始終勻速進(jìn)入;假如安培力小于重力,則mg-=ma,可知線圈做變加速運(yùn)動(dòng),故C正確,D錯(cuò)誤。12.(22分)(2024·江蘇高考)如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)用軟導(dǎo)線制成的單匝閉合線圈,線圈平面與磁場(chǎng)垂直。已知線圈的面積S=