2024-2025學(xué)年新教材高中物理第二章電磁感應(yīng)2法拉第電磁感應(yīng)定律課時(shí)練習(xí)含解析新人教版選擇性必修2

PAGE9-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.匝數(shù)為100的線圈的面積S=100cm2,放在方向如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。線圈平面與磁場(chǎng)的方向垂直,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度由2×10-3T經(jīng)過(guò)5s勻稱(chēng)減小到0時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為 ()A.4×10-4V B.2×10-3VC.4×10-2V D.0.2V【解析】選A。線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為:E=NS=100××0.01V=4×10-4V,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。2.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(chēng)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)法正確的是 ()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。3.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,a、b是兩條平行金屬導(dǎo)軌,而c、d為串有電流表、電壓表的兩金屬棒,如圖所示,兩棒以相同的速度向右勻速運(yùn)動(dòng),則以下結(jié)論正確的是()A.電壓表有讀數(shù),電流表沒(méi)有讀數(shù)B.電壓表有讀數(shù),電流表也有讀數(shù)C.電壓表無(wú)讀數(shù),電流表有讀數(shù)D.電壓表無(wú)讀數(shù),電流表也無(wú)讀數(shù)【解析】選D。當(dāng)兩棒以相同的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),回路的磁通量不變,沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生,電流表沒(méi)有讀數(shù)。電壓表是由電流表改裝而成的,沒(méi)有電流,指針不偏轉(zhuǎn),電壓表也沒(méi)有讀數(shù)。故D正確。4.(2024·武漢高二檢測(cè))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為 ()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。【補(bǔ)償訓(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。5.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.BLv B.BLvsinθC.BLvcosθ D.BLv(1+sinθ)【解析】選B。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。6.如圖所示,一面積為S的正三角形金屬框abc固定,M、N分別為ab和ac邊的中點(diǎn),直線MN上方有垂直于線框的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。在時(shí)間t內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小由B勻稱(chēng)增加到3B,方向不變,在此過(guò)程中 ()A.穿過(guò)金屬框的磁通量改變量為BSB.N點(diǎn)電勢(shì)比M點(diǎn)的高C.金屬框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為D.金屬框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為【解析】選C。由幾何關(guān)系知三角形aMN的面積為S′=S,起先時(shí)穿過(guò)金屬框的磁通量為Φ1=BS′,末磁通量為Φ2=3BS′,所以此過(guò)程中磁通量的改變量為ΔΦ=Φ2-Φ1=BS,故A錯(cuò)誤;依據(jù)楞次定律可以推斷三角形金屬框中的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?其中aMN部分為電源部分,在電源內(nèi)部電流從低電勢(shì)流向高電勢(shì),故M點(diǎn)的電勢(shì)高于N點(diǎn)的電勢(shì),故B錯(cuò)誤;依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得金屬框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E==,故C正確,D錯(cuò)誤。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)(2024·天津等級(jí)考)如圖所示,垂直于紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t勻稱(chēng)改變。正方形硬質(zhì)金屬框abcd放置在磁場(chǎng)中,金屬框平面與磁場(chǎng)方向垂直,電阻R=0.1Ω,邊長(zhǎng)l=0.2m。求:(1)在t=0到t=0.1s時(shí)間內(nèi),金屬框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E;(2)t=0.05s時(shí),金屬框ab邊受到的安培力F的大小和方向;(3)在t=0到t=0.1s時(shí)間內(nèi),金屬框中電流的電功率P?！窘馕觥?1)在t=0到t=0.1s的時(shí)間Δt內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度的改變量ΔB=0.2T,設(shè)穿過(guò)金屬框的磁通量改變量為ΔΦ,有ΔΦ=ΔBl2 ①由于磁場(chǎng)勻稱(chēng)改變,所以金屬框中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)是恒定的,有E= ②聯(lián)立①②式,代入數(shù)據(jù),解得E=0.08V ③(2)設(shè)金屬框中的電流為I,由閉合電路歐姆定律,有I=④由圖可知,t=0.05s時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1=0.1T,金屬框ab邊受到的安培力F=IB1l聯(lián)立①②④⑤式,代入數(shù)據(jù),解得F=0.016N⑥方向垂直于ab向左。⑦(3)在t=0到t=0.1s時(shí)間內(nèi),金屬框中電流的電功率P=I2R⑧聯(lián)立①②④⑧式,代入數(shù)據(jù),解得P=0.064W⑨答案:(1)0.08V(2)0.016N方向垂直于ab向左(3)0.064W8.(12分)如圖所示,在豎直面內(nèi)有兩平行金屬導(dǎo)軌AB、CD。導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),電阻不計(jì)。一根電阻不計(jì)的金屬棒ab可在導(dǎo)軌上無(wú)摩擦地滑動(dòng)。棒與導(dǎo)軌垂直,并接觸良好。導(dǎo)軌之間有垂直紙面對(duì)外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。導(dǎo)軌右邊與電路連接。電路中的三個(gè)定值電阻阻值分別為2R、R和R。在BD間接有一水平放置的電容為C的平行板電容器,板間距離為d,電容器中質(zhì)量為m的帶電微粒電量為q。(1)當(dāng)ab以速度v0勻速向左運(yùn)動(dòng)時(shí),帶電微粒恰好靜止。試推斷微粒的帶電性質(zhì)和電容器的電量Q。(2)ab棒由靜止起先,以恒定的加速度a向左運(yùn)動(dòng)。求帶電微粒q所受合力恰好為0的時(shí)間t。(設(shè)帶電微粒始終未與極板接觸)【解題指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行:(1)依據(jù)右手定則,可推斷a的正負(fù)極,電容器上極板帶電正負(fù),可推斷微粒帶電性質(zhì),又依據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),電容器電量與電壓關(guān)系可計(jì)算電量。(2)依據(jù)帶電微粒q所受合力恰好為0,得電場(chǎng)強(qiáng)度,得電容器電壓,得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),得金屬棒切割速度,得加速時(shí)間?！窘馕觥?1)ab以速度v0勻速向左運(yùn)動(dòng)時(shí),由右手定則,a為正極,電容器上極板帶正電,微粒帶負(fù)電,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv0電容器電壓U=,電容器的電量Q=CU=(2)帶電微粒q所受合力恰好為0時(shí),qE′=mgE′=U′===解得t=答案:(1)負(fù)電(2)(15分鐘·40分)9.(7分)(多選)如圖所示,A、B兩閉合線圈為同樣導(dǎo)線繞成,A有10匝,B有20匝,兩圓線圈半徑之比為2∶1。勻稱(chēng)磁場(chǎng)只分布在B線圈內(nèi)。當(dāng)磁場(chǎng)隨時(shí)間勻稱(chēng)減弱時(shí) ()A.A中無(wú)感應(yīng)電流B.A、B中均有恒定的感應(yīng)電流C.A、B中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比為2∶1D.A、B中感應(yīng)電流之比為1∶2【解析】選B、D。磁場(chǎng)隨時(shí)間勻稱(chēng)減弱,穿過(guò)閉合線圈A的磁通量削減,A中產(chǎn)生感應(yīng)電流,故A錯(cuò)誤;磁場(chǎng)隨時(shí)間勻稱(chēng)減弱,穿過(guò)閉合線圈A、B的磁通量削減,A、B中都產(chǎn)生感應(yīng)電流,故B正確;由法拉第電磁感應(yīng)定律得,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):E=n=nS,其中、S都相同,A有10匝,B有20匝,A、B線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EA∶EB=1∶2,故C錯(cuò)誤;線圈電阻:R=ρ=ρ=,兩圓線圈半徑之比為2∶1,A有10匝,B有20匝,ρ、S都相同,則電阻之比RA∶RB=1∶1,由歐姆定律I=得,產(chǎn)生的感應(yīng)電流之比IA∶IB=1∶2,故D正確。10.(7分)(多選)一個(gè)面積S=4×10-2mA.在起先的2s內(nèi)穿過(guò)線圈的磁通量改變率大小等于0.08Wb/sB.在起先的2s內(nèi)穿過(guò)線圈的磁通量的改變量等于零C.在起先的2s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于8VD.在第3s末線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零【解析】選A、C。由圖像的斜率求得:=T/s=-2T/s,因此=S=-2×4×10-2Wb/s=-8×10-2Wb/s,故A正確,起先的2s內(nèi)穿過(guò)線圈的磁通量的改變量不等于零,故B錯(cuò)誤;依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得:E=n=nS=100×2×4×10-2V=8V,故C正確;由圖看出,第3s末線圈中的磁通量為零,但磁通量的改變率不為零,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不等于零,故D錯(cuò)誤。11.(7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?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示,一光滑絕緣斜面與水平面成45°角,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向豎直向下,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。把由三段導(dǎo)線ab、bc、ca構(gòu)成的一個(gè)質(zhì)量為m、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的等邊三角形線框靜置于斜面上,導(dǎo)線ac與斜面底端平行,導(dǎo)線ac的a、c端分別接恒定電壓的正、負(fù)兩極。若三角形線框靜止在斜面上,重力加速度為g,每段導(dǎo)線的電阻均為R,則恒定電壓U的大小為 ()A.B.C. D.【解析】選B。依據(jù)電路特征可知,abc段電路的電阻為2R,ac段電路的電阻為R,則abc段和ac段電路中的電流大小分別為Iabc=,Iac=,又因?yàn)閍bc段和ac段電路的有效長(zhǎng)度均為L(zhǎng),依據(jù)安培力公式F安=BIL可得,三角形線框受到的安培力的合力大小為F=BIabcL+BIacL=,方向水平向右,因?yàn)槿切尉€框靜止在斜面上,依據(jù)平衡條件有Fcos45°=mgsin45°,解得U=,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。12.(19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=