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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)跟蹤訓(xùn)練32 法拉第電磁感應(yīng)定律、自感和渦流
一、選擇題
1.
(xx·江蘇卷)如圖所示,一正方形線圈的匝數(shù)為n,邊長為a,線圈平面與勻強(qiáng)磁場垂直,且一半處在磁場中.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.在此過程中,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為 ( )
A. B. C. D.
解析:本題考查法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得,E=nS=n·a2=,B正確.
答案:B
2.(xx·新課標(biāo)全國卷Ⅰ)如圖(甲)所示,線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上,在ab線圈中通以變化的電流,用示波器測得線圈cd間電壓如
2、圖(乙)所示,已知線圈內(nèi)部的磁場與流經(jīng)線圈的電流成正比, 則下列描述線圈ab中電流隨時(shí)間變化關(guān)系的圖中,可能正確的是( )
解析:由法拉第電磁感應(yīng)定律得E=N=NS,又B∝I,故∝∝E,由乙圖可知i-t圖象中的斜率應(yīng)不為0,且在0~0.5 s、0.5~1.5 s、1.5~2.5 s各段時(shí)間內(nèi)斜率不變.分析圖象可知,只有C正確.
答案:C
3.(多選)(xx·江蘇卷)
如圖所示,在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯,現(xiàn)接通交流電源,過了幾分鐘,杯內(nèi)的水沸騰起來.若要縮短上述加熱時(shí)間,下列措施可行的有 ( )
A.增加線圈的匝數(shù)
B.提高交流電源的頻率
C.將金屬杯換為瓷杯
3、
D.取走線圈中的鐵芯
解析:考查渦流現(xiàn)象、影響感應(yīng)電動(dòng)勢大小的因素及分析問題的能力.增大線圈的匝數(shù),可以增大通過金屬杯的磁通量及磁通量的變化率,從而增大金屬杯中產(chǎn)生感應(yīng)電流的大小,增大加熱功率,縮短加熱時(shí)間,A正確.提高交流電的頻率,最大磁通量不變,但交替變化快也能提高磁通量的變化率,產(chǎn)生更大的感應(yīng)電流,達(dá)到縮短加熱時(shí)間的目的,B正確.瓷杯是絕緣體,不能產(chǎn)生感應(yīng)電流,不能加熱,C錯(cuò)誤.取走鐵芯,金屬杯中的磁通量變小,磁通量的變化率也變小,從而導(dǎo)致加熱功率變小,加熱時(shí)間加長,D錯(cuò)誤.
答案:AB
4.(多選)
一個(gè)面積S=4×10-2 m2、匝數(shù)n=100的線圈放在勻強(qiáng)磁場,磁場方
4、向垂直于線圈平面,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖所示,則下列判斷正確的是( )
A.在開始的2 s內(nèi)穿過線圈的磁通量變化率等于0.08 Wb/s
B.在開始的2 s內(nèi)穿過線圈的磁通量的變化量等于零
C.在開始的2 s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢等于8 V
D.在第3 s末線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢等于零
解析:由圖知,前2 s內(nèi)=2 T/s,所以=2×4×10-2 Wb/s=0.08 Wb/s,A選項(xiàng)正確;在開始的2 s內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B由2 T減到0,又從0向相反方向增加到2 T,所以這2 s內(nèi)的磁通量的變化量ΔΦ=B1S+B2S=2BS=2×2×4×10-2 Wb=0.16 Wb,B選項(xiàng)錯(cuò)
5、;開始的2 s內(nèi)E=n=100×0.08 V=8 V,C選項(xiàng)正確;第3 s末的感應(yīng)電動(dòng)勢等于2 s~4 s內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢,E=n=nS=100×2×4×10-2 V=8 V,D選項(xiàng)錯(cuò)誤.
答案:AC
5.有人把自行車進(jìn)行了改裝,在后車輪上裝上了一個(gè)小型發(fā)電機(jī),想看電視時(shí),就騎在自行車上不停地蹬車,可供電視、照明用電.發(fā)電機(jī)原理如圖甲所示,在勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,放置一個(gè)有固定轉(zhuǎn)軸的發(fā)電輪,如圖乙所示,發(fā)電輪平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直,發(fā)電輪半徑為r,輪軸和輪緣為兩個(gè)輸出電極,該發(fā)電機(jī)輸出電壓接一理想變壓器,再給一小燈泡供電,則下列說法中正確的是( )
A.當(dāng)人蹬車的速度增大時(shí),
6、小燈泡兩端的電壓降低
B.當(dāng)人蹬車的速度增大時(shí),小燈泡兩端的電壓不變
C.小燈泡的功率與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)
D.小燈泡的功率隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而增大
解析:轉(zhuǎn)輪發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢為E=Br2ω,蹬車的速度增大時(shí),角速度增大,電動(dòng)勢增大,輸入電壓和輸入功率增大,D正確.
答案:D
6.如圖所示,一段導(dǎo)線彎曲成半徑為R的半圓形閉合回路.虛線MN、PQ間有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,磁場的寬度等于R,方向垂直于回路所在的平面.現(xiàn)讓回路以速度v向右勻速穿過磁場,直徑CD始終與MN垂直.關(guān)于此過程,下列結(jié)論中正確的是
( )
A.穿過的過程中,回路中感應(yīng)電流一直不為零
B.感應(yīng)電流的方向一
7、直不變
C.感應(yīng)電動(dòng)勢先增大后減小再增大再減小
D.感應(yīng)電動(dòng)勢最大值Em=2BRv
解析:當(dāng)回路的圓心到磁場的中間時(shí),回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢為零,電流為零,A項(xiàng)錯(cuò)誤;磁通量先向里增大,后向里減小,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的方向先沿逆時(shí)針方向后沿順時(shí)針方向,B項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)回路的圓心到MN或PQ上時(shí),切割磁感線的有效長度最長,感應(yīng)電動(dòng)勢最大為BRv,D項(xiàng)錯(cuò)誤;在穿過磁場的過程中,回路切割磁感線的有效長度應(yīng)先變大,后變小,再變大,再變小,因此感應(yīng)電動(dòng)勢先增大后減小再增大再減小,C項(xiàng)正確.
答案:C
7.有一個(gè)勻強(qiáng)磁場邊界是EF,在EF右側(cè)無磁場,左側(cè)是勻強(qiáng)磁場區(qū)域,如圖甲所示.現(xiàn)有一個(gè)閉合的金屬線
8、框以恒定速度從EF右側(cè)水平進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū)域.線框中的電流隨時(shí)間變化的i-t圖象如圖乙所示,則可能的線框是下列四個(gè)選項(xiàng)中的( )
解析:由圖乙可知,電流先是均勻增加,后均勻減小,又i==∝l,所以金屬線框切割磁感線的有效長度應(yīng)先是均勻增加,后均勻減小,A項(xiàng)符合;B、C項(xiàng)線框中間部分進(jìn)入磁場后切割磁感線的有效長度不變;D項(xiàng)有效長度不是均勻地增加和減小.
答案:A
8.(多選)如圖所示,是研究自感通電實(shí)驗(yàn)的電路圖,L1、L2是兩個(gè)規(guī)格相同的小燈泡,閉合電鍵調(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,然后斷開電鍵S.重新閉合電鍵S,則( )
A.閉合瞬間,
9、L1立刻變亮,L2逐漸變亮
B.閉合瞬間,L2立刻變亮,L1逐漸變亮
C.穩(wěn)定后,L和R兩端電勢差一定相同
D.穩(wěn)定后,L1和L2兩端電勢差不相同
解析:根據(jù)題設(shè)條件可知,閉合電鍵調(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的阻值與線圈L的電阻一樣大,斷開電鍵再重新閉合電鍵的瞬間,根據(jù)自感原理,可判斷L2立刻變亮,而L1逐漸變亮,A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;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兩端的電勢差一定相同,L1和L2兩端電勢差也相同,所以C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤.
答案:BC
9.(多選)
如圖所示,水平放置的U形框架上接一個(gè)阻值為R0的電阻,放在垂直紙面向里的、
10、場強(qiáng)大小為B的勻強(qiáng)磁場中,一個(gè)半徑為L、質(zhì)量為m的半圓形硬導(dǎo)體AC在水平向右的恒定拉力F的作用下,由靜止開始運(yùn)動(dòng)距離d后速度達(dá)到v,半圓形硬導(dǎo)體AC的電阻為r,其余電阻不計(jì).下列說法正確的是( )
A.此時(shí)AC兩端電壓為UAC=2BLv
B.此時(shí)AC兩端電壓為UAC=
C.此過程中電路產(chǎn)生的電熱為Q=Fd-mv2
D.此過程中通過電阻R0的電荷量為q=
解析:AC的感應(yīng)電動(dòng)勢為:E=2BLv,兩端電壓為UAC==,A錯(cuò)、B對(duì);由功能關(guān)系得Fd=mv2+Q+Wμ,C錯(cuò);此過程中平均感應(yīng)電流為=,通過電阻R0的電荷量為q=Δt=,D對(duì).
答案:BD
10.
(xx·江西省九所
11、重點(diǎn)中學(xué)高三聯(lián)考)如圖所示,虛線為磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B的兩勻強(qiáng)磁場的分界線,實(shí)線MN為它們的理想下邊界.長為L的正方形線圈電阻為R,邊與MN重合,且可以繞過a點(diǎn)并垂直線圈平面的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),則下列說法正確的是( )
A.從圖示的位置開始逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°的過程中,線框中感應(yīng)電流方向始終為逆時(shí)針
B.從圖示的位置開始順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°到180°這段時(shí)間內(nèi),因線圈完全在磁場中,故無感應(yīng)電流
C.從圖示的位置順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°的過程中,線框中感應(yīng)電流的最大值為
D.從圖示的位置開始順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)270°的過程中,通過線圈的電量為
解析:在線圈轉(zhuǎn)過180°的過程中,穿過線框的磁通量先
12、增大后減小,則由楞次定律可知,電流的方向應(yīng)先為逆時(shí)針后為順時(shí)針,故A錯(cuò)誤;順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°到180°過程中,由于磁通量發(fā)生了變化,故線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生,故B錯(cuò)誤;從圖示的位置順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°的過程中,當(dāng)bd與邊界重合時(shí),則bcd與bad均切割磁感線,則感應(yīng)電動(dòng)勢最大值為E=2×Bω(L)2=2BωL2,線框中感應(yīng)電流的最大值為,故C正確;順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)270°時(shí),線框內(nèi)的磁通量的變化量ΔΦ=0,故通過線圈的電量為0,故D錯(cuò)誤.
答案:C
二、非選擇題
11.
(xx·江蘇淮安市高三調(diào)研)如圖所示,相距L=0.4 m、電阻不計(jì)的兩平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置,一端與阻值R=0.15 Ω的
13、電阻相連,導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面.質(zhì)量m=0.1 kg、電阻r=0.05 Ω的金屬棒置于導(dǎo)軌上,并與導(dǎo)軌垂直.t=0時(shí)起棒在水平外力F作用下以初速度v0=2 m/s、加速度a=1 m/s2沿導(dǎo)軌向右勻加速運(yùn)動(dòng).求:
(1)t=1 s時(shí)回路中的電流;
(2)t=1 s時(shí)外力F大小;
(3)第1 s內(nèi)通過棒的電荷量.
解析:(1)t=1 s時(shí),棒的速度為:v1=v0+at=3 m/s
此時(shí)由于棒運(yùn)動(dòng)切割產(chǎn)生的電動(dòng)勢為:E=BLv1=0.6 V
根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,此時(shí)回路中的感應(yīng)電流為:I==3 A
(2)對(duì)棒,根據(jù)牛頓第二定律有:
14、F-ILB=ma
解得t=1 s時(shí)外力F大小為:F=ILB+ma=0.7 N
(3)在t=1 s時(shí)間內(nèi),棒的位移為:x=v0t+at2
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,在這段時(shí)間內(nèi),棒切割平均感應(yīng)電動(dòng)勢為:=
根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,在這段時(shí)間內(nèi),回路中的平均感應(yīng)電流為:=
在第1 s時(shí)間內(nèi),通過棒的電荷量為:q=·t
聯(lián)立以上各式解得:q=2.5 C
答案:(1)3 A (2)0.7 N (3)2.5 C
12.(xx·深圳市高三第二次調(diào)研)如圖甲所示,靜止在粗糙水平面上的正三角形金屬線框,匝數(shù)N=10、總電阻R=2.5 Ω、邊長L=0.3 m,處在兩個(gè)半徑均為r=的圓形勻強(qiáng)磁
15、場區(qū)域中,線框頂點(diǎn)與右側(cè)圓形中心重合,線框底邊中點(diǎn)與左側(cè)圓形中心重合.磁感應(yīng)強(qiáng)度B1垂直水平面向外,大小不變、B2垂直水平面向里,大小隨時(shí)間變化,B1、B2的值如圖乙所示.線框與水平面間的最大靜摩擦力f=0.6 N ,(取π≈3),求:
(1)t=0時(shí)刻穿過線框的磁通量;
(2)線框滑動(dòng)前的電流強(qiáng)度及電功率;
(3)經(jīng)過多長時(shí)間線框開始滑動(dòng)及在此過程中產(chǎn)生的熱量.
解析:(1)設(shè)磁場向下穿過線框磁通量為正,由磁通量的定義得t=0時(shí)
Φ=B2πr2-B1πr2=0.005 Wb
(2)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律
E=N=Nπr2=0.25 V
I==0.1 A
P=I2R=0.025 W
(3)右側(cè)線框每條邊受到的安培力
F1=NB2Ir=N(2+5t)Ir
因兩個(gè)力互成120°,兩條邊的合力大小仍為F1,
左側(cè)線框受力F2=2NB1Ir
線框受到的安培力的合力F安=F1+F2
當(dāng)安培力的合力等于最大靜摩擦力時(shí)線框就要開始滑動(dòng)F安=f
即F安=N(2+5t)Ir+2NB1Ir=f
解得t=0.4 s.
Q=I2Rt=0.01 J.
答案:(1)0.005 Wb (2)0.1 A 0.025 W (3)0.01 J