廣東高考物理一輪復(fù)習(xí)第九章第二講法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流試題高三

第九章第二講法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流一、單項(xiàng)選擇題(本題共5小題，每小題7分，共35分)1.假如宇航員登月后，想探測(cè)一下月球的表面是否有磁場(chǎng)，他手邊有一只靈敏電流表和一個(gè)小線圈，則下列推斷正確的是()A.直接將電流表放于月球表面，看是否有示數(shù)來判斷磁場(chǎng)的有無B.將電流表與線圈組成閉合電路，使線圈沿某一方向運(yùn)動(dòng)，如電流表無示數(shù)，則可判斷月球表面無磁場(chǎng)C.將電流表與線圈組成閉合回路，使線圈沿某一方向運(yùn)動(dòng)，如電流表有示數(shù)，則可判斷月球表面有磁場(chǎng)D.將電流表與線圈組成閉合電路，使線圈在某一平面內(nèi)沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，如電流表無示數(shù)，則可判斷月球表面無磁場(chǎng)解析：電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件是：穿過閉合回路的磁通量發(fā)生改變時(shí)，回路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生.選項(xiàng)A中，即使有一個(gè)恒定的磁場(chǎng)，也不會(huì)有示數(shù)，所以A錯(cuò)誤；同理，如果將電流表與線圈組成回路，使線圈沿某一方向運(yùn)動(dòng)，如電流表無示數(shù)，也不能判斷出沒有磁場(chǎng)，因?yàn)榇┻^線圈的磁通量可能是恒定的，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；但是有示數(shù)則說明一定是有磁場(chǎng)的，所以選項(xiàng)C正確；將電流表與線圈組成閉合回路，使線圈在某一平面內(nèi)沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，電流表也沒有示數(shù)，只說明通過閉合回路的磁通量不變，該磁通量可能為0，或?yàn)榱硪缓愣ㄖ?，所以D選項(xiàng)錯(cuò)誤.答案：C2.圖1所示是法拉第做成的世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)模型的原理圖.將銅盤放在磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿過銅盤；圖中a、b導(dǎo)線與銅盤的中軸線處在同一豎直平面內(nèi)；轉(zhuǎn)動(dòng)銅盤，就可以使閉合電路獲得電流.若圖中銅盤半徑為L(zhǎng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，回路總電阻為R，從上往下看逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)銅盤的()圖1B.回路中電流大小恒定，且等于eq\f(BL2ω,R)C.回路中電流方向不變，且從b導(dǎo)線流進(jìn)燈泡，再從a導(dǎo)線流向旋轉(zhuǎn)的銅盤D.若將勻強(qiáng)磁場(chǎng)改為仍然垂直穿過銅盤的正弦變化的磁場(chǎng)，不轉(zhuǎn)動(dòng)銅盤，燈泡中也會(huì)有電流流過解析：把銅盤看做若干條由中心指向邊緣的銅棒組合而成，當(dāng)銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每根金屬棒都在切割磁感線，相當(dāng)于電源，由右手定則知，中心為電源正極，盤邊緣為負(fù)極，若干個(gè)相同的電源并聯(lián)對(duì)外供電，電流方向由b經(jīng)燈泡再從aE＝BLeq\o(v,\s\up6(－))＝eq\f(1,2)BωL2，所以電流I＝eq\f(E,R)＝eq\f(BωL2,2R)，B錯(cuò).當(dāng)銅盤不動(dòng)，磁場(chǎng)按正弦規(guī)律變化時(shí)，銅盤中形成渦流，但沒有電流通過燈泡，D錯(cuò).答案：C3.一個(gè)由電阻均勻的導(dǎo)線繞制成的閉合線圈放在磁場(chǎng)中，如圖2所示，線圈平面與磁場(chǎng)方向成60°角，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化，下列方法可使感應(yīng)電流增加一倍的是()圖2解析：設(shè)導(dǎo)線的電阻率為ρ，橫截面積為S0，線圈的半徑為r，則I＝eq\f(E,R)＝eq\f(n\f(ΔΦ,Δt),R)＝eq\f(nπr2\f(ΔB,Δt)sinθ,ρ\f(n·2πr,S0))＝eq\f(S0r,2ρ)·eq\f(ΔB,Δt)·sinθ可見，將r增加一倍，I增加一倍，將線圈與磁場(chǎng)方向的夾角改變時(shí)，sinθ不能變?yōu)樵瓉淼?倍(因sinθ最大值為1)，若將線圈的面積增加一倍，半徑r增加(eq\r(2)－1)倍，電流增加(eq\r(2)－1)倍，I與線圈匝數(shù)無關(guān).綜上所述，只有D項(xiàng)正確.答案：C4.(2009·安徽高考)如圖3甲所示，一個(gè)電阻為R、面積為S的矩形導(dǎo)線框abcd，水平放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向與ad邊垂直并與線框平面成45°角，o、o′分別是ab邊和cdobco′繞oo′逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°到圖乙所示位置.在這一過程中，導(dǎo)線中通過的電荷量是()圖3A.eq\f(\r(2)BS,2R)B.eq\f(\r(2)BS,R)C.eq\f(BS,R)解析：甲圖中，磁通量Φ1＝eq\f(\r(2),2)BS，乙圖中穿過線圈的磁通量等于零，根據(jù)公式得q＝eq\f(ΔΦ,R)＝eq\f(\r(2)BS,2R)，A正確.答案：A5.如圖4所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬導(dǎo)線彎成一圓環(huán)，導(dǎo)線的兩端接在電容為C的平行板電容器上，P、Q為電容器的兩個(gè)極板，磁場(chǎng)垂直于環(huán)面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度以B＝B0＋Kt(K>0)隨時(shí)間變化，t＝0時(shí)，P、Q遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑，經(jīng)時(shí)間t電容器P板()A.不帶電t成正比圖4C.帶正電，電荷量是eq\f(KL2C,4π)D.帶負(fù)電，電荷量是eq\f(KL2C,4π)解析：磁感應(yīng)強(qiáng)度以B＝B0＋Kt(K>0)隨時(shí)間變化，由法拉第電磁感應(yīng)定律E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝Seq\f(ΔB,Δt)＝KS，而S＝eq\f(L2,4π)，經(jīng)時(shí)間t電容器P板所帶電荷量Q＝EC＝eq\f(KL2C,4π)；由楞次定律知電容器P板帶負(fù)電，故D選項(xiàng)正確.答案：D二、雙項(xiàng)選擇題(本題共5小題，共35分.在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有兩個(gè)選項(xiàng)正確，全部選對(duì)的得7分，只選一個(gè)且正確的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分)6.如圖5所示，矩形線圈abcd的邊長(zhǎng)分別是ab＝L，ad＝D，線圈與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)平行，線圈以ab邊為軸做角速度為ω的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，下列說法正確的是(從圖示位置開始計(jì)時(shí))()A.t＝0時(shí)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零圖5B.轉(zhuǎn)過90°時(shí)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零C.轉(zhuǎn)過90°的過程中線圈中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為eq\f(1,2)ωBLDD.轉(zhuǎn)過90°的過程中線圈中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為eq\f(2ωBLD,π)解析：A、B兩選項(xiàng)中都是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，用E＝BLv求解比較方便，t＝0時(shí)，只有cd邊切割磁感線，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1＝BLv＝BL·ωD＝BSω≠0，A錯(cuò)；轉(zhuǎn)過90°時(shí)，線圈的四條邊均不切割磁感線，E2＝0，B正確；C、D兩選項(xiàng)求的都是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，用E＝eq\f(ΔΦ,Δt)較方便，轉(zhuǎn)過90°的過程中，穿過線圈的磁通量由0變?yōu)棣担紹LD.轉(zhuǎn)過90°所用時(shí)間Δt＝eq\f(T,4)＝eq\f(2π/ω,4)＝eq\f(π,2ω)，故平均電動(dòng)勢(shì)為：E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(BLD,\f(π,2ω))＝eq\f(2ωBLD,π)，故C錯(cuò)D正確.答案：BD7.如圖6所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直于電路所在平面，導(dǎo)體棒ab與ab在外力F作用下從左向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，若不計(jì)摩擦和導(dǎo)線的電阻，整個(gè)過程中，燈泡L未被燒毀，電容器C未被擊穿，則該過程中()圖6L的亮度變大C的上極板帶負(fù)電解析：當(dāng)導(dǎo)體棒ab在外力F作用下從左向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由右手定則，導(dǎo)體棒a端的電勢(shì)高，電容器C的上極板帶正電；由公式E＝Blv，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將變大，導(dǎo)體棒兩端的電壓變大，燈泡L的亮度變大，由E＝U/d，電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度將變大.故A、B正確，C、D錯(cuò).答案：AB8.如圖7所示，E為電池，L是電阻可忽略不計(jì)、自感系數(shù)足夠大的線圈，D1、D2是兩個(gè)規(guī)格相同且額定電壓足夠大的燈泡，S是控制電路的開關(guān).對(duì)于這個(gè)電路，下列說法中正確的是()A.剛閉合開關(guān)S的瞬間，通過D1、D2的電流大小相等B.剛閉合開關(guān)S的瞬間，通過D1、D2的電流大小不相等C.閉合開關(guān)S待電路達(dá)到穩(wěn)定，D1熄滅，D2亮度始終不變圖7D.閉合開關(guān)S待電路達(dá)到穩(wěn)定，再將S斷開瞬間，D2立即熄滅，D1閃亮一下再熄滅解析：開關(guān)S閉合的瞬間，線圈L可看做暫時(shí)的斷路，故通過兩燈泡的電流相等，且同時(shí)亮，A對(duì)B錯(cuò)；電路穩(wěn)定后，由于線圈直流電阻忽略不計(jì)，將燈泡D1短路，燈泡D2獲得更多電壓，會(huì)更亮，C錯(cuò)誤；若斷開開關(guān)S，此時(shí)線圈與燈泡D1構(gòu)成回路，繼續(xù)對(duì)其供電，燈泡D1將閃亮一下后再逐漸熄滅，燈泡D2無法形成回路將立即熄滅，D對(duì).答案：AD9.(2009·福建高考)如圖8所示，固定放置在同一水平面內(nèi)的兩根平行長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌的間距為d，其右端接有阻值為R的電阻，整個(gè)裝置處在豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為Bm(質(zhì)量分布均勻)的導(dǎo)體桿ab垂直于導(dǎo)軌放置，且與兩導(dǎo)軌保持良好接觸，桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.現(xiàn)桿在水平向左、垂直于桿的恒力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)距離l時(shí)，速度恰好達(dá)到最大(運(yùn)動(dòng)圖8過程中桿始終與導(dǎo)軌保持垂直).設(shè)桿接入電路的電阻為r，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，重力加速度大小為g.則此過程()eq\f((F－μmg)R,B2d2)R的電荷量為eq\f(Bdl,R＋r)F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動(dòng)能的變化量F做的功與安培力做的功之和大于桿動(dòng)能的變化量解析：當(dāng)桿的速度達(dá)到最大時(shí)，安培力F安＝eq\f(B2d2v,R＋r)，桿受力平衡，故F－μmg－F安＝0，所以v＝eq\f((F－μmg)(R＋r),B2d2)，選項(xiàng)A錯(cuò)；流過電阻R的電荷量為q＝It＝eq\f(ΔΦ,R＋r)＝eq\f(Bdl,R＋r)，選項(xiàng)B對(duì)；根據(jù)動(dòng)能定理，恒力F、安培力、摩擦力做功的代數(shù)和等于桿動(dòng)能的變化量，由于摩擦力做負(fù)功，所以恒力F、安培力做功的代數(shù)和大于桿動(dòng)能的變化量，選項(xiàng)C錯(cuò)D對(duì).答案：BD10.(2010·佛山模擬)如圖9所示，金屬棒ab置于水平放置的U形光滑導(dǎo)軌上，在ef右側(cè)存在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向下，在ef左側(cè)的無磁場(chǎng)區(qū)域cdef內(nèi)有一半徑很小的金屬圓環(huán)Lab在水平恒力F作用下從磁場(chǎng)左邊界ef處由靜止開始向右運(yùn)動(dòng)后，下列說法正確的是()圖9L有收縮趨勢(shì)L有擴(kuò)張趨勢(shì)解析：由于金屬棒ab在恒力F的作用下向右運(yùn)動(dòng)，則abdc回路中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流，則在圓環(huán)處產(chǎn)生垂直于紙面向外的磁場(chǎng)，隨著金屬棒向右加速運(yùn)動(dòng)，通過圓環(huán)的磁通量將增大，由楞次定律可知，圓環(huán)將有收縮的趨勢(shì)以阻礙通過圓環(huán)的磁通量的增大，A項(xiàng)正確；隨著金屬棒速度的增大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流、安培力隨之增大，故金屬棒所受合力逐漸減小，因此金屬棒向右運(yùn)動(dòng)的加速度減小，磁通量的變化率減小，所以在圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流不斷減小，故D正確.答案：AD三、非選擇題(本題共2小題，共30分)11.(14分)(2009·廣東高考)如圖10(a)所示，一個(gè)電阻值為R、匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1r1，在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線如圖(b)所示.圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0t1時(shí)間內(nèi)：圖10(1)通過電阻R1上的電流大小和方向；(2)通過電阻R1上的電荷量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量.解析：(1)由圖象分析可知，0至t1時(shí)間內(nèi)eq\f(ΔB,Δt)＝eq\f(B0,t0)由法拉第電磁感應(yīng)定律有E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝neq\f(ΔB,Δt)S，而S＝πreq\o\al(2,2)由閉合電路歐姆定律有I1＝eq\f(E,R1＋R)聯(lián)立以上各式解得通過電阻R1上的電流大小為I1＝eq\f(nB0πr\o\al(2,2),3Rt0)由楞次定律可判斷通過電阻R1上的電流方向?yàn)閺腷到a(2)通過電阻R1上的電荷量q＝I1t1＝eq\f(nB0πr\o\al(2,2)t1,3Rt0)電阻R1上產(chǎn)生的熱量Q＝Ieq\o\al(2,1)R1t1＝eq\f(2n2B\o\al(2,0)π2r\o\al(4,2)t1,9Rt\o\al(2,0))答案：(1)eq\f(nB0πr\o\al(2,2),3Rt0)，b→a(2)eq\f(nB0πr\o\al(2,2)t1,3Rt0)，eq\f(2n2B\o\al(2,0)π2r\o\al(4,2)t1,9Rt\o\al(2,0))12.(16分)如圖11所示，MN、PQ是相互交叉成60°角的光滑金屬導(dǎo)軌，O是它們的交點(diǎn)且接觸良好.兩導(dǎo)軌處在同一水平面內(nèi)，并置于有理想邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(圖中經(jīng)過O點(diǎn)的虛線即為磁場(chǎng)的左邊界).導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌始終保持良好接觸，并在彈簧S的作用下沿導(dǎo)軌以速度v0小為BO點(diǎn)時(shí)，彈簧恰好處于原長(zhǎng)，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒單位長(zhǎng)度的電阻均為r，導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量為m.求：圖11(1)導(dǎo)體棒ab第一次經(jīng)過O點(diǎn)前，通過它的電流大?。?2)彈簧的勁度系數(shù)k；(3)從導(dǎo)體棒第一次經(jīng)過O點(diǎn)開始直到它靜止的過程中，導(dǎo)體棒ab中產(chǎn)生的熱量.解析：(1)設(shè)棒ab在導(dǎo)軌之間的長(zhǎng)度為l，由歐姆定律得I＝eq\f(Blv0,3lr)＝eq\f(Bv0,3r).(2)設(shè)O點(diǎn)到棒ab距離為x，則棒ab的