2022年高三物理 楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律專練
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1、2022年高三物理 楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律專練 一、單項(xiàng)選擇題 1.(xx·江蘇·1)如圖1所示,一正方形線圈的匝數(shù)為n,邊長(zhǎng)為a,線圈平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直,且一半處在磁場(chǎng)中.在Δt時(shí)間內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不變,大小由B均勻地增大到2B.在此過(guò)程中,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為( ) 圖1 A. B. C. D. 答案 B 解析 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=n=n··S=n··=,選項(xiàng)B正確. 2.在大連某中學(xué)實(shí)驗(yàn)室的水平桌面上,放置一矩形閉合導(dǎo)體線圈,如圖2所示,線圈的ab邊沿南北方向,ad邊沿東西方向.僅考慮地磁場(chǎng)的影響,下列說(shuō)法正確的是( ) 圖2
2、A.若使線圈向東平動(dòng),則a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的電勢(shì)高 B.若使線圈向東平動(dòng),則a點(diǎn)的電勢(shì)與b點(diǎn)的電勢(shì)相等 C.若以bc邊為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn)90°過(guò)程中,則線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcda D.若以bc邊為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn)90°過(guò)程中,則線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍dcba 答案 C 解析 若使線圈向東平動(dòng),由于地磁場(chǎng)的磁感線是地理南極指向北極,則穿過(guò)線圈的磁通量不變,因此線圈中沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),故A、B錯(cuò)誤;若以bc為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn)90°過(guò)程中,ad邊切割磁感應(yīng)線,由右手定則可知線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcda,故C正確,D錯(cuò)誤. 3. (xx·安徽·20)英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為,磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)
3、在空間激發(fā)感生電場(chǎng).如圖3所示,一個(gè)半徑為r的絕緣細(xì)圓環(huán)水平放置,環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B,環(huán)上套一帶電荷量為+q的小球,已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增加,其變化率為k,若小球在環(huán)上運(yùn)動(dòng)一周,則感生電場(chǎng)對(duì)小球的作用力所做功的大小是( ) 圖3 A.0 B.r2qk C.2πr2qk D.πr2qk 答案 D 解析 變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng),電場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)的帶電粒子做功.均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng),電動(dòng)勢(shì)E==·S=kπr2,電場(chǎng)力做功W=qE=πr2qk,故選項(xiàng)D正確. 4.如圖4所示,邊長(zhǎng)為2L的正方形虛線框內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)粗
4、細(xì)均勻的正方形導(dǎo)線框abcd,其所在平面與磁場(chǎng)方向垂直,導(dǎo)線框的對(duì)角線與虛線框的對(duì)角線在一條直線上,導(dǎo)線框各邊的電阻大小均為R.在導(dǎo)線框從圖示位置開(kāi)始以恒定速度v沿對(duì)角線方向進(jìn)入磁場(chǎng),到整個(gè)導(dǎo)線框離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是( ) 圖4 A.導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流 B.導(dǎo)線框中有感應(yīng)電流的時(shí)間為 C.導(dǎo)線框的bd對(duì)角線有一半進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),整個(gè)導(dǎo)線框所受安培力大小為 D.導(dǎo)線框的bd對(duì)角線有一半進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),導(dǎo)線框a、c兩點(diǎn)間的電壓為 答案 D 解析 根據(jù)楞次定律的推論:感應(yīng)電流的效果總是阻礙磁通量的變化,故由楞次定律判斷出,導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí),
5、感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?,故A選項(xiàng)錯(cuò)誤;導(dǎo)線框完全進(jìn)入磁場(chǎng)后感應(yīng)電流消失,完全進(jìn)入經(jīng)歷的時(shí)間為,完全穿出經(jīng)歷時(shí)間也為,導(dǎo)線框中有感應(yīng)電流的時(shí)間t=×2,故B選項(xiàng)錯(cuò)誤;導(dǎo)線框的bd對(duì)角線有一半進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),導(dǎo)體的有效切割長(zhǎng)度為,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為,由安培力公式為F=,可算出安培力為,故C選項(xiàng)錯(cuò)誤;導(dǎo)線框的bd對(duì)角線有一半進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),導(dǎo)線框a、c兩點(diǎn)間的電壓為電動(dòng)勢(shì)的一半,大小為,故D選項(xiàng)正確. 5.電吉他是利用電磁感應(yīng)原理工作的一種樂(lè)器.如圖5甲所示為電吉他的拾音器的原理圖,在金屬弦的下方置有一個(gè)連接到放大器的螺線管.一條形磁鐵固定在管內(nèi),當(dāng)撥動(dòng)金屬弦后,螺線管內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化后可將
6、電信號(hào)轉(zhuǎn)為聲音信號(hào).若由于金屬弦的振動(dòng),螺線管內(nèi)的磁通量隨時(shí)間的變化如圖乙所示,則對(duì)應(yīng)感應(yīng)電流的變化為( ) 圖5 答案 D 解析 在0~時(shí)間內(nèi),磁通量增加但增加的越來(lái)越慢,因此感應(yīng)電流越來(lái)越小,到時(shí)刻,感應(yīng)電流減小到零;在~t0時(shí)間內(nèi),磁通量越來(lái)越小,感應(yīng)電流反向,磁通量變化的越來(lái)越快,感應(yīng)電流越來(lái)越大,到t0時(shí)刻達(dá)到反向最大值,從這兩段時(shí)間斷定,選項(xiàng)D正確,A、B、C錯(cuò)誤. 6.如圖6甲所示,一個(gè)圓形線圈的匝數(shù)n=100,線圈面積S=200 cm2,線圈的電阻r=1 Ω,線圈外接一個(gè)阻值R=4 Ω的電阻,把線圈放入一方向垂直線圈平面向里的磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化
7、規(guī)律如圖乙所示.下列說(shuō)法中正確的是( ) 圖6 A.線圈中的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较? B.電阻R兩端的電壓隨時(shí)間均勻增大 C.線圈電阻r消耗的功率為4×10-4 W D.前4 s內(nèi)通過(guò)R的電荷量為4×10-4 C 答案 C 解析 由圖可知,穿過(guò)線圈的磁通量變大,由楞次定律可得:線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?,故A錯(cuò)誤.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,磁通量的變化率恒定,所以電動(dòng)勢(shì)恒定,則電阻兩端的電壓恒定,故B錯(cuò)誤;由法拉第電磁感應(yīng)定律:E=N=N=100××0.02 V=0.1 V,由閉合電路歐姆定律,可知電路中的電流為I== A=0.02 A,所以線圈電阻r消耗的功率P=I
8、2r=0.022×1 W=4×10-4 W,故C正確;前4 s內(nèi)通過(guò)R的電荷量Q=It=0.02×4 C=0.08 C,故D錯(cuò)誤. 7.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一矩形導(dǎo)線框,以相同的角速度按圖7a、b、c、d所示的固定轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn),用I1、I2、I3、I4表示四種情況下線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值,則( ) 圖7 A.I1=I2=I3=I4 B.I2>I1>I3>I4 C.I1>I2>I3>I4 D.I1=I2=I3>I4 答案 A 解析 據(jù)題意,相同的矩形線框在磁場(chǎng)中,以題圖所示的四種方式轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為:E=,產(chǎn)生的感應(yīng)電流為:I==,由于轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等,轉(zhuǎn)動(dòng)相同的弧度所用時(shí)間
9、相等,線框所發(fā)生的面積變化也相等,則四種方式產(chǎn)生的感應(yīng)電流相等,故選項(xiàng)A正確. 8.如圖8甲所示閉合矩形導(dǎo)線框abcd固定在磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的方向與導(dǎo)線框所在平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的的規(guī)律如圖乙所示.規(guī)定垂直紙面向里為磁場(chǎng)的正方向,abcda的方向?yàn)榫€框中感應(yīng)電流的正方向,水平向右為安培力的正方向.關(guān)于線框中的電流i與ad邊所受的安培力F隨時(shí)間t變化的圖象,下列選項(xiàng)正確的是( ) 圖8 答案 D 解析 由圖示B-t圖象可知,0~1 s時(shí)間內(nèi),B增大,Φ增大,由楞次定律可知,感應(yīng)電流是逆時(shí)針的,為負(fù)值;1~2 s內(nèi),磁通量減小,感應(yīng)電流是順時(shí)針,為正值;2~3 s內(nèi)
10、,磁通量不變,無(wú)感應(yīng)電流;3~4 s內(nèi),B的方向垂直紙面向外,B減小,Φ減小,由楞次定律可知,感應(yīng)電流沿逆時(shí)針?lè)较?,感?yīng)電流是負(fù)的,故A、B錯(cuò)誤.由左手定則可知,在0~1 s內(nèi),ad受到的安培力方向水平向右,是正的;1~2 s安培力向左,是負(fù)的,2~3 s時(shí)間內(nèi),無(wú)感應(yīng)電流,沒(méi)有安培力,3~4 s,安培力向左,是負(fù)的;由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E==,感應(yīng)電流I==,由B-t圖象可知,在0~2 s和3~4 s內(nèi),是定值,在各時(shí)間段內(nèi)I是定值,ad邊受到的安培力F=BIL,I、L不變,B均勻變化,則安培力F均勻變化,不是定值,故C錯(cuò)誤,D正確,故選D. 9.如圖9所示,等離子氣流(由
11、高溫高壓的等電量的正、負(fù)離子組成)由左方連續(xù)不斷的以速度v0射入P1和P2兩極板間的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,ab和cd的作用情況為:0~1 s內(nèi)互相排斥,1~3 s內(nèi)互相吸引,3~4 s內(nèi)互相排斥.規(guī)定向左為磁感應(yīng)強(qiáng)度B的正方向,線圈A內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的圖象可能是( ) 圖9 答案 C 解析 等離子氣流由左方連續(xù)不斷地以速度v0射入P1和P2兩極板間的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,正電荷向上偏,負(fù)電荷向下偏,上板帶正電,下板帶負(fù)電,且能形成穩(wěn)定的電流,電流方向由a到b,0~1 s內(nèi)互相排斥,1~3 s內(nèi)互相吸引,3~4 s內(nèi)互相排斥,則0~1 s內(nèi)cd的電流方向由d到c,根據(jù)楞次定律判斷:磁感
12、應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)檎掖笮≡跍p小,或磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)樨?fù),且大小在增大;1~3 s內(nèi)cd的電流方向由c到d,根據(jù)楞次定律判斷:磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)檎?,且大小在增大,或磁感?yīng)強(qiáng)度方向?yàn)樨?fù),大小在減??;3~4 s內(nèi)d的電流方向由d到c,根據(jù)楞次定律判斷:磁感應(yīng)強(qiáng)度為正,大小在減小,或磁感應(yīng)強(qiáng)度為負(fù),大小在增大,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤. 10.如圖10所示,磁場(chǎng)垂直于紙面向外,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨水平向右的x軸按B=B0+kx(B0、k為常量)的規(guī)律均勻增大.位于紙面內(nèi)的正方形導(dǎo)線框abcd處于磁場(chǎng)中,在外力作用下始終保持dc邊與x軸平行向右勻速運(yùn)動(dòng).若規(guī)定電流沿a→b→c→d→a的方向?yàn)檎较?,則從t=0
13、到t=t1的時(shí)間間隔內(nèi),下列關(guān)于該導(dǎo)線框中產(chǎn)生的電流i隨時(shí)間t變化的圖象,正確的是( ) 圖10 答案 A 解析 由題意可知,ad、bc兩邊均在切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向相反,大小不相等,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=BLv,由于ad與bc兩邊所切割的磁感應(yīng)強(qiáng)度的差始終為ΔB=kL有:E=Lv·kL,而感應(yīng)電流i==,是定值,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤,故選A. 二、不定項(xiàng)選擇題 11. (xx·山東·16)如圖11所示,一端接有定值電阻的平行金屬軌道固定在水平面內(nèi),通有恒定電流的長(zhǎng)直絕緣導(dǎo)線垂直并緊靠軌道固定,導(dǎo)體棒與軌道垂直且接觸良好.在向右勻速通過(guò)M、N兩區(qū)的過(guò)程
14、中,導(dǎo)體棒所受安培力分別用FM、FN表示.不計(jì)軌道電阻,以下敘述正確的是( ) 圖11 A.FM向右 B.FN向左 C.FM逐漸增大 D.FN逐漸減小 答案 BCD 解析 根據(jù)直線電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的分布情況知,M區(qū)的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,N區(qū)的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,離導(dǎo)線越遠(yuǎn),磁感應(yīng)強(qiáng)度越小.當(dāng)導(dǎo)體棒勻速通過(guò)M、N兩區(qū)時(shí),感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因,故導(dǎo)體棒在M、N兩區(qū)運(yùn)動(dòng)時(shí),受到的安培力均向左,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;導(dǎo)體棒在M區(qū)運(yùn)動(dòng)時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度B變大,根據(jù)E=Blv,I=及F=BIl可知,F(xiàn)M逐漸變大,故選項(xiàng)C正確;導(dǎo)體棒在N區(qū)運(yùn)動(dòng)時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度B變小
15、,根據(jù)E=Blv,I=及F=BIl可知,F(xiàn)N逐漸變小,故選項(xiàng)D正確. 12.如圖12所示,兩個(gè)有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,方向分別垂直紙面向里和向外,磁場(chǎng)寬度均為L(zhǎng),距磁場(chǎng)區(qū)域的左側(cè)L處,有一邊長(zhǎng)也為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)體線框,總電阻為R,且線框平面與磁場(chǎng)方向垂直,現(xiàn)用外力F使線框以速度v勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域,以初始位置為計(jì)時(shí)起點(diǎn),規(guī)定:電流沿逆時(shí)針?lè)较驎r(shí)電動(dòng)勢(shì)E為正,磁感線垂直紙面向里時(shí)磁通量Φ的方向?yàn)檎?,外力F向右為正.則以下關(guān)于線框中磁通量Φ、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E、外力F和線圈總電功率P隨時(shí)間t變化的圖象正確的是( ) 圖12 答案 BD 解析 當(dāng)運(yùn)動(dòng)到2.5L時(shí),磁通量為零,
16、故A錯(cuò)誤;當(dāng)線圈進(jìn)入第一個(gè)磁場(chǎng)和離開(kāi)第二個(gè)磁場(chǎng)時(shí),由E=BLv可知,E保持不變,方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?,而開(kāi)始進(jìn)入第二個(gè)磁場(chǎng)時(shí),兩端同時(shí)切割磁感線,電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為2BLv,方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?,故B正確;因安培力總是與運(yùn)動(dòng)方向相反,故拉力應(yīng)一直向右,故C錯(cuò)誤;拉力的功率P=Fv,因速度不變,故P與F的變化規(guī)律一致,所以D正確. 13.如圖13所示,平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ,它們的電阻可忽略不計(jì),在M和P之間接有阻值為R=3.0 Ω的定值電阻,導(dǎo)體棒ab長(zhǎng)l=0.5 m,其電阻不計(jì),且與導(dǎo)軌接觸良好,整個(gè)裝置處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4 T,現(xiàn)使ab以v=10 m/s的速度向右做勻速運(yùn)動(dòng),則以下判斷正確的是( ) 圖13 A.導(dǎo)體棒ab中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=2.0 V B.電路中的電流I=0.5 A C.導(dǎo)體棒ab所受安培力方向向右 D.導(dǎo)體棒ab所受合力做功為零 答案 AD 解析 ab棒切割磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):E=BLv=0.4×0.5×10 V=2 V,選項(xiàng)A正確;根據(jù)右手定則得,ab棒中的電流方向從b到a,電流大小為I== A,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)左手定則判斷知:棒ab所受安培力方向向左,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;棒ab做勻速運(yùn)動(dòng),動(dòng)能不變,根據(jù)動(dòng)能定理可知合力做功為零,選項(xiàng)D正確.
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