（通用版）2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 課后限時(shí)集訓(xùn)29 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流

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1、課后限時(shí)集訓(xùn)29 法拉第電磁感應(yīng)定律　自感　渦流 建議用時(shí)：45分鐘 1．(多選)如圖所示，閉合金屬導(dǎo)線框放置在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化。下列說法正確的是(　　) A．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增加時(shí)，線框中的感應(yīng)電流可能減小 B．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增加時(shí)，線框中的感應(yīng)電流一定增大 C．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時(shí)，線框中的感應(yīng)電流一定增大 D．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時(shí)，線框中的感應(yīng)電流可能不變 AD　[線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝S，設(shè)線框的電阻為R，則線框中的電流I＝＝·，因?yàn)锽增大或減小時(shí)，可能減小，可能增大，也可能不變，故選項(xiàng)A、D正確。] 2．如圖所示，正方形線框的左半

2、側(cè)處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與線框平面垂直，線框的對(duì)稱軸MN恰與磁場(chǎng)邊緣平齊。若第一次將線框從磁場(chǎng)中以恒定速度v1向右勻速拉出，第二次以線速度v2讓線框繞軸MN勻速轉(zhuǎn)過90°。為使兩次操作過程中，線框產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，則(　　) A．v1∶v2＝2∶π B．v1∶v2＝π∶2 C．v1∶v2＝1∶2 D．v1∶v2＝2∶1 A　[第一次將線框從磁場(chǎng)中以恒定速度v1向右勻速拉出，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定，有1＝E1＝BLv1。第二次以線速度v2讓線框繞軸MN勻速轉(zhuǎn)動(dòng)90°，所需時(shí)間t＝＝，線框中的磁通量變化量ΔΦ＝B·L·＝BL2，產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢(shì)2＝＝。由題意

3、知1＝2，可得v1∶v2＝2∶π，A正確。] 3．如圖所示，兩根相距為l的平行直導(dǎo)軌ab、cd，b、d間連有一固定電阻R，導(dǎo)軌電阻可忽略不計(jì)。MN為放在ab和cd上的一導(dǎo)體桿，與ab垂直，其電阻也為R。整個(gè)裝置處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌所在平面(垂直紙面向里)。現(xiàn)對(duì)MN施力使它沿導(dǎo)軌方向以速度v水平向右做勻速運(yùn)動(dòng)。令U表示MN兩端電壓的大小，下列說法正確的是(　　) A．U＝Blv，流過固定電阻R的感應(yīng)電流由b經(jīng)R到d B．U＝Blv，流過固定電阻R的感應(yīng)電流由d經(jīng)R到b C．MN受到的安培力大小FA＝，方向水平向右 D．MN受到的安培力大小FA＝，

4、方向水平向左 A　[根據(jù)電磁感應(yīng)定律，MN產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E＝Blv，由于MN的電阻與外電路電阻相同，所以MN兩端的電壓U＝E＝Blv，根據(jù)右手定則，流過固定電阻R的感應(yīng)電流由b經(jīng)R到d，故A正確，B錯(cuò)誤；MN受到的安培力大小FA＝BIl＝Bl·＝，方向水平向左，故C、D錯(cuò)誤。] 4．電流傳感器在電路中相當(dāng)于電流表，可以用來研究自感現(xiàn)象。在如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路中，L是自感線圈，其自感系數(shù)足夠大，直流電阻值大于燈泡D的阻值，電流傳感器的電阻可以忽略不計(jì)。在t＝0時(shí)刻閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時(shí)間后，在t＝t1時(shí)刻斷開開關(guān)S。在下列表示電流傳感器記錄的電流隨時(shí)間變化情況的圖象中，可能正確的是(　　)

5、 A　　　　B　　　　C　　　　D D　[閉合S瞬間，外電路電阻最大，然后外電路電阻逐漸減小，外電壓逐漸減小，所以通過電流傳感器的電流逐漸減小，電路穩(wěn)定后，外電路電阻不變，外電壓不變，通過電流傳感器的電流不變；因?yàn)榫€圈的直流電阻值大于燈泡D的阻值，穩(wěn)定后，通過線圈的電流小于通過電流傳感器的電流。t＝t1時(shí)刻斷開開關(guān)S，由于自感現(xiàn)象，原來通過線圈L的電流從左向右流過電流傳感器，逐漸減小。D圖符合題中情況。] 5．(多選)(2019·鹽城調(diào)研)如圖甲所示，水平放置的平行金屬導(dǎo)軌連接一個(gè)平行板電容器C和電阻R，導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上且接觸良好，整個(gè)裝置放于垂直導(dǎo)軌平面的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變

6、化情況如圖乙所示(圖示磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)檎?，MN始終保持靜止，則0～t2時(shí)間(　　) 甲　　　　　　　乙 A．電容器C的電荷量大小始終沒變 B．電容器C的a板先帶正電后帶負(fù)電 C．MN所受安培力的大小始終不變 D．MN所受安培力的方向先向右后向左 AD　[由題圖乙可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻變化，產(chǎn)生恒定電動(dòng)勢(shì)，由C＝可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不變，電容器的電壓U不變，則電荷量大小不變，故A正確；根據(jù)楞次定律可知MN中的感應(yīng)電流方向由N到M，電容器的a極板一直帶正電，故B錯(cuò)誤；感應(yīng)電流不變，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小先減小后增大，MN所受安培力F＝BIL，所以安培力的大小先減小后增大，方向先向右后向左

7、，故C錯(cuò)誤，D正確。] 6．(多選)如圖甲所示，abcd是匝數(shù)為100匝、邊長為10 cm、總電阻為0.1 Ω的正方形閉合導(dǎo)線圈，放在與線圈平面垂直的圖示勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示。則以下說法正確的是(　　) 甲　　　　　　　乙 A．導(dǎo)線圈中產(chǎn)生的是交變電流 B．在t＝2.5 s時(shí)導(dǎo)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為1 V C．在0～2 s內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量為20 C D．在t＝1 s時(shí)，導(dǎo)線圈內(nèi)電流的瞬時(shí)功率為10 W ACD　[在0～2 s內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為＝1 T/s，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1＝nS＝100×0.12×1 V

8、＝1 V；在2～3 s內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為＝2 T/s，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E2＝nS＝100×0.12×2 V＝2 V。導(dǎo)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為方波交變電流，選項(xiàng)A正確；在t＝2.5 s時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E2＝2 V，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在0～2 s內(nèi)，感應(yīng)電流I＝＝10 A，通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為q＝IΔt1＝20 C，選項(xiàng)C正確；在t＝1 s時(shí)，導(dǎo)線圈內(nèi)感應(yīng)電流的瞬時(shí)功率P＝UI＝I2R＝102×0.1 W＝10 W，選項(xiàng)D正確。] 7.在范圍足夠大、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，B＝0.2 T，有一水平放置的光滑框架，寬度為l＝0.4 m，如圖所示，框架上放置一質(zhì)量

9、為0.05 kg、電阻為1 Ω的金屬桿cd，框架電阻不計(jì)。若cd桿以恒定加速度a＝2 m/s2，由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則： (1)在5 s內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多少； (2)第5 s末，回路中的電流多大； (3)第5 s末，作用在cd桿上的水平外力多大？ [解析]　(1)5 s內(nèi)的位移x＝at2＝25 m， 5 s內(nèi)的平均速度v＝＝5 m/s 故平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Blv＝0.4 V。 (2)第5 s末：v′＝at＝10 m/s， 此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E′＝Blv′ 則回路電流為I＝＝＝ A＝0.8 A。 (3)桿做勻加速運(yùn)動(dòng)，則F－F安＝ma， 即F＝BIl＋ma＝0

10、.164 N。 [答案]　(1)0.4 V　(2)0.8 A　(3)0.164 N 8．(多選)如圖所示是研究通電自感實(shí)驗(yàn)的電路圖，A1、A2是兩個(gè)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(gè)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(shì)差一定相同 D．穩(wěn)定后，A1和A2兩端電勢(shì)差不相同 BC　[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(gè)燈泡的亮度相同，說明此時(shí)電阻R接入電路的阻值與線圈L的電阻一樣大，

11、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(xiàng)正確，A項(xiàng)錯(cuò)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(shì)差一定相同，A1和A2兩端電勢(shì)差也相同，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。] 9.(多選)如圖所示，一導(dǎo)線彎成直徑為d的半圓形閉合回路，虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于回路所在的平面?；芈芬运俣葀向右勻速進(jìn)入磁場(chǎng)，直徑CD始終與MN垂直。從D點(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)為止，下列說法中正確的是(　　) A．感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向 B．CD段直導(dǎo)線始終不受安培力 C．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值E＝Bdv D．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

12、的平均值＝πBdv AD　[線圈進(jìn)磁場(chǎng)過程，垂直平面向里的磁通量逐漸增大，根據(jù)楞次定律“增反減同”，感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，選項(xiàng)A正確；CD端導(dǎo)線電流方向與磁場(chǎng)垂直，根據(jù)左手定則判斷，安培力豎直向下，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；線圈進(jìn)磁場(chǎng)切割磁感線的有效長度是線圈與MN交點(diǎn)位置的連線，進(jìn)磁場(chǎng)過程，有效切割長度最長為半徑，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值＝＝＝，選項(xiàng)D正確。] 10.如圖所示，由某種粗細(xì)均勻的總電阻為3R的金屬條制成的矩形線框abcd，固定在水平面內(nèi)且處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。一接入電路電阻為R的導(dǎo)體棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v勻速滑動(dòng)，滑動(dòng)過程P

13、Q始終與ab垂直，且與線框接觸良好，不計(jì)摩擦。在PQ從靠近ad處向bc滑動(dòng)的過程中(　　) A．PQ中電流先增大后減小 B．PQ兩端電壓先減小后增大 C．PQ上拉力的功率先減小后增大 D．線框消耗的電功率先減小后增大 C　[設(shè)PQ左側(cè)金屬線框的電阻為r，則右側(cè)電阻為3R－r；PQ相當(dāng)于電源，其電阻為R，則電路的外電阻為R外＝＝，當(dāng)r＝時(shí)，R外max＝R，此時(shí)PQ處于矩形線框的中心位置，即PQ從靠近ad處向bc滑動(dòng)的過程中外電阻先增大后減小。PQ中的電流為干路電流I＝，可知干路電流先減小后增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；PQ兩端的電壓為路端電壓U＝E－U內(nèi)，因E＝Blv不變，U內(nèi)＝IR先減小后增

14、大，所以路端電壓先增大后減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；拉力的功率大小等于安培力的功率大小，P＝F安v＝BIlv，可知因干路電流先減小后增大，PQ上拉力的功率也先減小后增大，選項(xiàng)C正確；線框消耗的電功率即為外電阻消耗的功率，因外電阻最大值為R，小于內(nèi)阻R；根據(jù)電源的輸出功率與外電阻大小的變化關(guān)系，外電阻越接近內(nèi)阻時(shí)，輸出功率越大，可知線框消耗的電功率先增大后減小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。] 11．(2019·龍巖市3月模擬)如圖所示，abcd為水平放置的平行“”形光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為l，電阻不計(jì)。導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。金屬桿放置在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌的接觸點(diǎn)為M、N，并與導(dǎo)軌成θ角。

15、金屬桿以ω 的角速度繞N點(diǎn)由圖示位置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)到與導(dǎo)軌ab垂直，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中金屬桿與導(dǎo)軌始終接觸良好，金屬桿單位長度的電阻為r。則在金屬桿轉(zhuǎn)動(dòng)過程中(　　) A．M、N兩點(diǎn)電勢(shì)相等 B．金屬桿中感應(yīng)電流的方向由N流向M C．電路中感應(yīng)電流的大小始終為 D．電路中通過的電荷量為 A　[根據(jù)題意可知，金屬桿MN為電源，導(dǎo)軌為外電路，由于導(dǎo)軌電阻不計(jì)，外電路短路，M、N兩點(diǎn)電勢(shì)相等，故選項(xiàng)A正確；根據(jù)右手定則可知金屬桿中感應(yīng)電流的方向是由M流向N，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由于切割磁場(chǎng)的金屬桿長度逐漸變短，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)逐漸變小，回路中的感應(yīng)電流逐漸變小，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；因?yàn)閷?dǎo)體棒MN在回路中的有效切割長度

16、逐漸減小，所以接入電路的電阻逐漸減小，不能根據(jù)q＝計(jì)算通過電路的電荷量，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。] 12．如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導(dǎo)線框，半圓直徑與磁場(chǎng)邊緣重合；磁場(chǎng)方向垂直于半圓面(紙面)向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0。使該線框從靜止開始繞過圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)半周，在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流?，F(xiàn)使線框保持圖中所示位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間線性變化。為了產(chǎn)生與線框運(yùn)動(dòng)過程中同樣大小的電流，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率的大小應(yīng)為(　　) A． B． C． D． C　[設(shè)半圓弧的半徑為r，線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1＝B0rv＝B0r＝B0ωr2。當(dāng)磁感

17、應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間線性變化時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2＝＝S＝πr2·，要使兩次產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小相等，則E1＝E2，即B0ωr2＝πr2·，解得＝，選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤。] 13．(2019·云南省統(tǒng)一檢測(cè))如圖所示，匝數(shù)為N、電阻為r、面積為S的圓形線圈P放置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與線圈平面垂直，線圈P通過導(dǎo)線與阻值為R的電阻以及兩平行金屬板相連，兩金屬板之間的距離為d，兩板間有垂直紙面的恒定勻強(qiáng)磁場(chǎng)。當(dāng)線圈P所在位置的磁場(chǎng)均勻變化時(shí)，一質(zhì)量為m、帶電荷量大小為q的油滴在兩金屬板之間的豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。重力加速度為g，求： (1)流過電阻R的電流； (2)線圈P所在磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率。 [解析]　(1)設(shè)兩金屬板之間的電壓為U，對(duì)金屬板之間的帶電油滴受力分析有： mg＝q 對(duì)電阻R，由歐姆定律得：U＝IR 解得：I＝。 (2)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得：E＝N＝NS 根據(jù)閉合電路的歐姆定律得：I＝ 聯(lián)立解得：＝。 [答案]　(1)　(2) 8