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1、
2022年高考物理一輪復(fù)習(xí)方案 第30講 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感和渦流(含解析)
1.xx·南通一模電磁爐的原理是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的渦流使鍋體發(fā)熱從而加熱食物.有關(guān)電磁爐,下列說法中正確的是( )
A.鍋體中渦流的強(qiáng)弱與磁場變化的頻率有關(guān)
B.電磁爐中通入電壓足夠高的直流電也能正常工作
C.金屬或環(huán)保絕緣材料制成的鍋體都可以利用電磁爐來烹飪食物
D.電磁爐的上表面一般都用金屬材料制成,以加快熱傳遞、減少熱損耗
2.xx·安徽六校聯(lián)考圖K30-1中(a)~(d)為穿過某一閉合回路的磁通量Φ隨時(shí)間t變化的圖象,關(guān)于回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢,下列論述正確的是( )
2、
(a) (b) (c) (d)
圖K30-1
A.圖(a)中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定不變
B.圖(b)中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一直在變大
C.圖(c)中回路在0~t1時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢小于在 t1~t2時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢
D.圖(d)中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢先變小再變大
3.xx·廣州模擬(雙選)線圈通以如圖K30-2所示的隨時(shí)間變化的電流,則( )
圖K30-2
A.0~t1時(shí)間內(nèi)線圈中的自感電動勢最大
B.t1~t2時(shí)間內(nèi)線圈中的自感電動勢最大
C.t2~t3時(shí)間內(nèi)線圈中的自感電動勢最大
D.t1~t2時(shí)間內(nèi)線圈中的自感電動勢為零
3、
4.(雙選)如圖K30-3所示,A、B兩個(gè)閉合線圈由同種材料、同樣粗細(xì)的導(dǎo)線繞成,半徑為rA=2rB,兩個(gè)線圈的圓心重合,勻強(qiáng)磁場只分布在B線圈內(nèi).若磁場均勻地減弱,則( )
圖K30-3
A.A中無感應(yīng)電流
B.A、B中均有恒定的感應(yīng)電流
C.A、B中感應(yīng)電動勢之比為2∶1
D.A、B中感應(yīng)電流之比為1∶2
5.如圖K30-4所示,三個(gè)相同的金屬圓環(huán)內(nèi)存在不同的有界勻強(qiáng)磁場,虛線表示環(huán)的某條直徑.已知所有磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系都滿足B=kt,方向如圖所示.測得A環(huán)中感應(yīng)電流為I,則B環(huán)和C環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流大小分別為( )
圖K30-4
A
4、.IB=I,IC=0 B.IB=I,IC=2I
C.IB=2I,IC=2I D.IB=2I,IC=0
6.(雙選)用一根橫截面積為S、電阻率為ρ的硬質(zhì)導(dǎo)線做成一個(gè)半徑為r的圓環(huán),AB為圓環(huán)的一條直徑.如圖K30-5所示,在AB的左側(cè)存在一個(gè)均勻變化的勻強(qiáng)磁場,磁場垂直圓環(huán)所在平面,方向如圖K30-5所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化率=k(k<0).則( )
圖K30-5
A.圓環(huán)中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流
B.圓環(huán)具有擴(kuò)張的趨勢
C.圓環(huán)中感應(yīng)電流的大小為
D.圖中A、B兩點(diǎn)間的電勢差UAB=
圖K30-6
7.xx·南充模擬(雙選)如圖K30-6所示
5、的電路中,L是一個(gè)自感系數(shù)很大、直流電阻不計(jì)的線圈,D1、D2和D3是三個(gè)完全相同的燈泡,E是內(nèi)阻不計(jì)的電源.在t=0時(shí)刻,閉合開關(guān)S,電路穩(wěn)定后在t1時(shí)刻斷開開關(guān)S.規(guī)定電路穩(wěn)定時(shí)流過D1、D2的電流方向?yàn)檎较颍謩e用I1、I2表示流過D1、D2的電流,則圖K30-7中能定性描述電流隨時(shí)間變化關(guān)系的是( )
A B
C D
圖K30-7
8. xx·宜昌模擬(雙選)如圖K30-8所示,兩條平行虛線之間存在勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直紙面向里,虛線間的距離為l.金屬圓環(huán)的直徑也是l.圓環(huán)從左邊界進(jìn)入磁場,以垂直于
6、磁場邊界的恒定速度v穿過磁場區(qū)域.則下列說法正確的是( )
圖K30-8
A.感應(yīng)電流先增大后減小再增大再減小
B.感應(yīng)電流先逆時(shí)針后順時(shí)針
C.金屬圓環(huán)受到的安培力先向左后向右
D.進(jìn)入磁場時(shí)感應(yīng)電動勢平均值E=πBlv
9.如圖K30-9所示,光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為L,直導(dǎo)線MN垂直跨在導(dǎo)軌上,且與導(dǎo)軌接觸良好,整個(gè)裝置處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.電容器的電容為C,除電阻R外,導(dǎo)軌和導(dǎo)線的電阻均不計(jì).現(xiàn)給導(dǎo)線MN一初速度,使導(dǎo)線MN向右運(yùn)動,當(dāng)電路穩(wěn)定后,MN以速度v向右做勻速運(yùn)動,則( )
圖K30-9
A.電容器兩端的電壓為零
B.電阻兩
7、端的電壓為BLv
C.電容器所帶電荷量為CBLv
D.為保持MN勻速運(yùn)動,需對其施加的拉力大小為
10. xx·惠州模擬在質(zhì)量為M=1 kg的小車上豎直固定著一個(gè)質(zhì)量m=0.2 kg、高h(yuǎn)=0.05 m、總電阻R=100 Ω、n=100匝的矩形線圈,且小車與線圈的水平長度l相同.現(xiàn)線圈和小車一起在光滑的水平面上運(yùn)動,速度v1=10 m/s,隨后穿過與線圈平面垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0 T的水平有界勻強(qiáng)磁場,方向垂直紙面向里,如圖K30-10甲所示.已知小車運(yùn)動(包括線圈)的速度v隨車的位移x變化的v-x圖象如圖乙所示.求:
(1)小車的水平長度l和磁場的寬度d;
8、(2)小車的位移x=10 cm時(shí)線圈中的電流大小I以及此時(shí)小車的加速度a;
(3)線圈和小車通過磁場的過程中線圈電阻產(chǎn)生的熱量Q.
圖K30-10
課時(shí)作業(yè)(三十)
1.A [解析] 渦流是高頻交流電產(chǎn)生的磁場引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,其強(qiáng)弱與磁場變化的頻率有關(guān),選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電磁爐表面一般用絕緣材料制成,是為了避免安全隱患,鍋體用金屬制成,利用渦流加熱食物,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤.
2.D [解析] 磁通量Φ隨時(shí)間t變化的圖象中,斜率可定性地表示感應(yīng)電動勢,故圖(a)中不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,圖(b)中產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電動勢,圖(c)中0~t1時(shí)間內(nèi)的感應(yīng)電動勢大于t1~t2時(shí)間內(nèi)
9、的感應(yīng)電動勢,圖(d)中感應(yīng)電動勢先變小再變大,選項(xiàng)D正確.
3.CD [解析] 線圈中的自感電動勢與電流的變化率成正比,即E∝.根據(jù)圖象可知:0~t1時(shí)間內(nèi)的電流變化率小于t2~t3時(shí)間內(nèi)的電流變化率,t1~t2時(shí)間內(nèi)的電流變化率為零,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,選項(xiàng)C、D正確.
4.BD [解析] 線圈A、B的磁通量都發(fā)生變化,因此兩個(gè)線圈中都有感應(yīng)電流,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;由于兩個(gè)線圈中磁通量及其變化完全相同,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,兩個(gè)線圈中感應(yīng)電動勢之比為1∶1,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由于兩個(gè)線圈用同樣導(dǎo)線繞成,所以兩個(gè)線圈A、B的電阻之比為2∶1,因此A、B中感應(yīng)電流之比是1∶2,選項(xiàng)D正確.
10、
5.D [解析] 由于E==·S=kS,則=,且RA=RB,故IB=2IA=2I;C環(huán)中磁通量始終為零,不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,選項(xiàng)D正確.
6.BD [解析] 線圈磁通量減小,根據(jù)楞次定律可知,產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流,圓環(huán)有擴(kuò)張的趨勢,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E==,則電流I===,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;UAB==,選項(xiàng)D正確.
7.BC [解析] 閉合開關(guān)S,在線圈L中產(chǎn)生自感電動勢,I1逐漸增大,I2立即增大,穩(wěn)定后I1>I2.斷開開關(guān)S,線圈L中產(chǎn)生自感電動勢,與D2、D3、L形成閉合回路,電流由I1減小直至為零,但通過D2的電流與之前相反,選項(xiàng)B、C正確,選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤.
11、8.AB [解析] 金屬圓環(huán)進(jìn)入磁場時(shí),導(dǎo)體切割磁感線的有效長度先增大后減小,穿出磁場時(shí),導(dǎo)體切割磁感線有效長度也是先增大后減小,選項(xiàng)A正確;進(jìn)入磁場時(shí),穿過金屬圓環(huán)的磁通量向里增加,由楞次定律可知,感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針,穿出磁場時(shí),穿過金屬圓環(huán)的磁通量向里減小,由楞次定律可知,感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針,選項(xiàng)B正確;根據(jù)左手定則可知,金屬圓環(huán)受到的安培力方向始終向左,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;金屬圓環(huán)進(jìn)入磁場時(shí),磁通量的變化量為ΔΦ=,經(jīng)歷時(shí)間為Δt=,所以感應(yīng)電動勢平均值E==πBlv,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
9.C [解析] 當(dāng)導(dǎo)線MN勻速向右運(yùn)動時(shí),導(dǎo)線MN產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定,穩(wěn)定后,電容器既不充電也不放電
12、,無電流產(chǎn)生,故電阻兩端無電壓,電容器兩極板間電壓U=E=BLv,所帶電荷量Q=CU=CBLv,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確;導(dǎo)線MN勻速運(yùn)動時(shí),MN中無電流而不受安培力,故拉力為零,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
10.(1)10 cm 25 cm (2)0.4 A 1.67 m/s2 (3)57.6 J
[解析] (1)由圖乙可知:從x=5 cm開始,線圈進(jìn)入磁場,線圈中有感應(yīng)電流,受安培力作用,小車做減速運(yùn)動,速度v隨位移x減??;當(dāng)x=15 cm時(shí),線圈完全進(jìn)入磁場,線圈中感應(yīng)電流消失,小車做勻速運(yùn)動.因此小車的水平長度l=10 cm.當(dāng)x=30 cm時(shí),線圈開始離開磁場,則磁場的寬度d=30 cm-5 cm=25 cm.
(2)當(dāng)x=10 cm時(shí),由圖乙可知,線圈切割磁感線的速度v2=8 m/s
由法拉第電磁感應(yīng)定律,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)的動勢E=nBhv2=40 V
由閉合電路歐姆定律,線圈中的電流I==0.4 A
此時(shí)線圈所受安培力F=nBIh=2 N
小車的加速度a==1.67 m/s2.
(3)由圖乙可知,線圈離開磁場時(shí),小車的速度為v3=2 m/s.
線圈進(jìn)入磁場和離開磁場時(shí),都要克服安培力做功,并在線圈上產(chǎn)生電熱.由能量守恒定律,線圈電阻產(chǎn)生的熱量Q=(M+m)(v-v)=57.6 J.