《2022高考物理一輪復習 微專題系列之熱點專題突破 專題55 法拉第電磁感應定律的理解和應用學案》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《2022高考物理一輪復習 微專題系列之熱點專題突破 專題55 法拉第電磁感應定律的理解和應用學案(12頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、2022高考物理一輪復習 微專題系列之熱點專題突破 專題55 法拉第電磁感應定律的理解和應用學案
1.對法拉第電磁感應定律的理解
(1)感應電動勢的大小由線圈的匝數(shù)和穿過線圈的磁通量的變化率共同決定,而與磁通量Φ的大小、變化量ΔΦ的大小沒有必然聯(lián)系。
(2)磁通量的變化率對應Φt圖線上某點切線的斜率.
2.應用法拉第電磁感應定律應注意的三個問題
(1)公式E=n求解的是一個回路中某段時間內的平均電動勢,在磁通量均勻變化時,瞬時值才等于平均值.
(2)利用公式E=nS求感應電動勢時,S為線圈在磁場范圍內的有效面積.
(3)通過回路截面的電荷量q僅與n、ΔΦ和回路電阻R有關,與時
2、間長短無關.推導如下:q=Δt=Δt=.
3. 對Φ、ΔΦ和的理解和易錯提醒
(1)不能通過公式正確地計算Φ、ΔΦ和的大小,錯誤地認為它們都與線圈的匝數(shù)n成正比.
(2)認為公式中的面積S就是線圈的面積,而忽視了無效的部分;不能通過Φt(或Bt)圖象正確地求解.
(3)認為Φ=0(或B=0)時,一定等于0.
(4)不能正確地分析初、末狀態(tài)穿過線圈的磁通量的方向關系,從而不能正確利用公式ΔΦ=Φ2-Φ1求解ΔΦ.
【典例1】如圖所示,由一根金屬導線繞成閉合線圈,線圈的半徑分別為R、2R,磁感應強度B隨時間t的變化規(guī)律是B=kt(k為常數(shù)),方向垂直于線圈平面.閉合線圈中產生的感應
3、電動勢為( )
A.kπR2 B.3kπR2
C.4kπR2 D.5kπR2
【答案】B
【解析】 由法拉第電磁感應定律可得E=,ΔΦ=ΔBS,故E=S=k(4πR2-πR2)=3kπR2,選項B正確.
【典例2】一電容器的電容為10F,A、C兩板間距極小,垂直于回路平面的磁感應強度以5×10-3T/s的變化率增加,回路面積為1×10-2m2,如圖所示。則
A. A板帶正電 B. C板帶正電
C. A板帶電量為2×10-10C D. A板帶電量為5×10-10C
【答案】AD
【跟蹤短
4、訓】
1.如圖所示,勻強磁場中有兩個導體圓環(huán)a、b,磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應強度B隨時間均勻增大。兩圓環(huán)半徑之比為2:1,圓環(huán)中產生的感應電動勢分別為Ea和Eb,不考慮兩環(huán)間的相互影響。下列說法正確的是( )
A. ,感應電流均沿逆時針方向
B. ,感應電流均沿順時針方向
C. ,感應電流均沿逆時針方向
D. ,感應電流均沿順時針方向
【答案】B
2.如圖所示,乙半徑為a、電阻為R的金屬圓環(huán)(被固定)與勻強磁場垂直,且一半處在磁場中。在Δt時間內,磁感應強度的方向不變。大小由B均勻地增大到3B,在此過程中
A. 線圈中產生的感應電動勢為
B. 線圈中
5、產生的感應電動勢為
C. 線圈中產生的感應電流為0
D. 線圈中產生的感應電流為
【答案】B
【解析】根據(jù)法拉第電磁感應定律,感應電流為,故ACD錯誤,B正確,故選B。
3.如圖所示,n=50匝的圓形線圈M,它的兩端點a、b與內阻很大的電壓表相連,線圈中磁通量的變化規(guī)律如圖所示,則ab兩點的電勢高低與電壓表的讀數(shù)為:
A. ,20V B. ,100V
C. ,20V D. ,100V
【答案】B
課后作業(yè)
1.、兩閉合圓形導線環(huán)用相同規(guī)格的導線制成,它們的半徑之比,在兩導線環(huán)包圍的空間內存在一正方形邊界的勻強磁場區(qū)域,磁場方向垂直于兩導線環(huán)的平面
6、,如圖所示。當磁場的磁感應強度隨時間均勻增大的過程中,兩導線環(huán)的感應電動勢大小之比和流過兩導線環(huán)的感應電流大小之比產分別為( )
A. B. C. D.
【答案】BC
【解析】根據(jù)法拉第電磁感應定律,題中n相同,相同,有效面積S也相同,則得到A、B環(huán)中感應電動勢之比為:,根據(jù)電阻定律,,ρ、S相同,則電阻之比為:,根據(jù)歐姆定律得產生的感應電流之比為:,故B、C正確,A、D錯誤;
故選BC。
2.如圖為無線充電技術中使用的受電線圈示意圖,線圈匝數(shù)為n,面積為S。若在t1到t2時間內,勻強磁場平行于線圈軸線向右穿過線圈,其磁感應強度大小由B1均勻增加到
7、B2,則該段時間線圈兩端a和b之間的電勢差
A. 恒為 B. 從0均勻變化到
C. 恒為 D. 從0均勻變化到
【答案】C
故選:C.
3. 如圖所示,將外皮絕緣的圓形閉合細導線扭一次變成兩個面積比為1∶4的圓形閉合回路(忽略兩部分連接處的導線長度),分別放入垂直圓面向里、磁感應強度大小隨時間按B=kt(k>0,為常數(shù))的規(guī)律變化的磁場,前后兩次回路中的電流比為( )
A.1∶3 B.3∶1
C.1∶1 D.9∶5
【答案】D
4.如圖甲所示,一個阻值為的電阻與阻值為單匝圓形金屬線圈連接成閉合回路。金屬線圈的面積,在線圈
8、中存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場,磁感應強度B隨時間t變化的關系圖線如圖乙所示,導線的電阻不計,在前2s時間內
A. 流過電阻R的電流方向從E到F B. 流過電阻R的電流0.4A
C. 通過電阻R的電荷量0.2C D. 電阻R上產生的熱量0.064J
【答案】AD
【解析】由楞次定律可知:通過R的電流方向為E→F;選項A正確;由法拉第電磁感應定律得:感應電動勢:;感應電流:,選項B錯誤;前2s時間內通過電阻R的電荷量,選項C錯誤;電阻R上產生的熱量,選項D正確;故選AD.
5.如圖甲所示,abcd是匝數(shù)為100匝、邊長為lOcm、總電阻為0.1Ω的正方形閉合導線圈,
9、放在與線圈平面垂直的圖示勻強磁場中,磁感應強度B隨時間t的變化關系如圖乙所示,則以下說法正確的是( )
A. 導線圈中產生的是交變電流
B. 在t=2. 5s時導線圖產生的感應電動勢為1V
C. 在0 -2s內通過導線橫截面的電荷量為20C
D. 在t=ls時,導線圈內電流的瞬時功率為20W
【答案】AC
根據(jù)Q=It,解得:Q=10×2C=20C,故C正確;
D. 在t=ls時,導線圈內電流的瞬時功率P= =102×0.1=10W,故D錯誤;
故選:AC
6.如圖甲所示,一單匝圓形閉合導線框半徑為r,線框電阻為R,連接一交流電流表(內阻不計).線框內充滿勻強磁
10、場,已知該磁場磁感應強度B隨時間按正弦規(guī)律變化,如圖乙所示(規(guī)定向下為B的正方向),則下列說法正確的是( )
A. t=0.005 s時線框中的感應電流最大
B. t=0.01 s時線框中感應電流方向從上往下看為順時針方向
C. t=0.015 s時電流表的示數(shù)為零
D. 0~0.02 s內閉合導線框上產生的熱量為
【答案】BD
7.如圖甲,線圈A(圖中實線,共100匝)的橫截面積為0.3m2,總電阻r=2Ω,A右側所接電路中,電阻R1=2Ω,R2=6Ω,電容C=3μF,開關S1閉合。A中有橫截面積為0.2m2的區(qū)域C(圖中虛線),C內有圖乙所示的變化磁場,t=0時刻,磁
11、場方向垂直于線圈平面向里。下列判斷正確的是
A. 閉合S2、電路穩(wěn)定后,通過R2的電流由b流向a
B. 閉合S2、電路穩(wěn)定后,通過R2的電流大小為0.4A
C. 閉合S2、電路穩(wěn)定后再斷開S1,通過R2的電流由b流向a
D. 閉合S2、電路穩(wěn)定后再斷開S1,通過R2的電荷量為7.2×10-6C
【答案】BD
【解析】根據(jù)楞次定律,線圈中產生的感應電流為順時針方向,則閉合S2、電路穩(wěn)定后,通過R2的電流由a流向b,選項A錯誤;根據(jù)法拉第電磁感應定律:,則閉合S2、電路穩(wěn)定后,通過R2的電流大小為,選項B正確;閉合S2、電路穩(wěn)定后電容器上極板帶正電,則當再斷開S1,電容器放電,通過
12、R2的電流由a流向b,選項C錯誤;電路穩(wěn)定后電容器帶電量,則電路穩(wěn)定后再斷開S1,通過R2的電荷量為7.2×10-6C,選項D正確;故選BD.
8.在如圖甲所示的電路中,螺線管匝數(shù)n=1 500匝,橫截面積S=20 cm2。螺線管導線電阻r=1.0 Ω,R1=4.0 Ω,R2=5.0 Ω,C=30 μF。在一段時間內,穿過螺線管的磁場的磁感應強度B按如圖乙所示的規(guī)律變化。則下列說法中正確的是( )
A. 螺線管中產生的感應電動勢為1 V
B. 閉合S,電路中的電流穩(wěn)定后,電阻R1的電功率為5×10-2 W
C. 電路中的電流穩(wěn)定后電容器下極板帶正電
D. S斷開后,流經(jīng)R2的
13、電量為1.8×10-5 C
【答案】CD
9.在如圖甲所示的電路中,電阻R1=R2=2R,圓形金屬線圈半徑為r1,線圈導線的電阻為R,半徑為r2(r2
14、截面積S = 20cm2。螺線管導線電阻r = 1.0Ω,R1 = 4.0Ω,R2 = 5.0Ω。在一段時間內,穿過螺線管的磁場的磁感應強度B按每秒增加0.40特斯拉的規(guī)律變化。求:
(1)求螺線管中產生的感應電動勢;
(2)閉合S,電路中的電流穩(wěn)定后,求通過電阻R1的電流;
(3)閉合S,電路中的電流穩(wěn)定后,求電阻R2的功率。
【答案】(1)1.6V(2)0.16A(3)0.128W
11.如圖甲,水平面上有兩電阻不計的光滑金屬導軌平行固定放置,間距為d ,右端通過導線與阻值為R的小燈泡L連接,在面積為S的CDEF矩形區(qū)域內有豎直向上的勻強磁場,磁感應強度B 隨時間變化如圖乙(其中B0 、t0 為已知量),在t=0 時,一阻值為R的金屬棒在恒力F作用下由靜止開始從ab位置沿導軌向右運動,當t=t0 時恰好運動到CD位置,并開始在磁場中勻速運動.求:
(1)0~t0時間內通過小燈泡的電流
(2)金屬棒在磁場中運動速度的大小
(3)金屬棒的質量m
【答案】⑴⑵⑶
【解析】⑴0~t0時間內,閉合電路產生的感應電動勢
①
通過小燈泡的電流 ②
聯(lián)立①②,得 ③
⑵若金屬棒在磁場中勻速運動的速度為v,則
金屬棒的動生電動勢 ④
金屬棒的電流 ⑤