高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 電磁感應(yīng) 課后分級演練29 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感現(xiàn)象
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1、 課后分級演練(二十九) 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感現(xiàn)象 【A級——基礎(chǔ)練】 1.如圖所示,兩塊水平放置的金屬板距離為d,用導(dǎo)線、開關(guān)K與一個n匝的線圈連接,線圈置于方向豎直向上的均勻變化的磁場B中.兩板間放一臺小型壓力傳感器,壓力傳感器上表面絕緣,在其上表面靜止放置一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電小球.K沒有閉合時傳感器有示數(shù),K閉合時傳感器示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话耄畡t線圈中磁場B的變化情況和磁通量的變化率分別為( ) A.正在增強,= B.正在增強,= C.正在減弱,= D.正在減弱,= 解析:B 根據(jù)K閉合時傳感器示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?,推出帶正電小球受向上的電場力,即上極板帶負(fù)電
2、,下極板帶正電,線圈感應(yīng)電動勢的方向從上極板經(jīng)線圈流向下極板,根據(jù)安培定則知感應(yīng)磁場的方向向下,與原磁場方向相反,又由楞次定律得線圈中磁場正在增強;對小球受力分析得q=,其中感應(yīng)電動勢E=n,代入得=,故B正確. 2.如圖甲所示,電路的左側(cè)是一個電容為C的電容器,電路的右側(cè)是一個環(huán)形導(dǎo)體,環(huán)形導(dǎo)體所圍的面積為S,在環(huán)形導(dǎo)體中有一垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度的大小隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示.則在0~t0時間內(nèi),電容器( ) A.上極板帶正電;所帶電荷量為 B.上極板帶正電,所帶電荷量為 C.上極板帶負(fù)電,所帶電荷量為 D.上極板帶負(fù)電,所帶電荷量為 解析:A 由題圖乙可知
3、=,B增大,根據(jù)楞次定律知,感應(yīng)電流沿逆時針方向,故電容器上極板帶正電,E=n=,Q=CE=,故A正確. 3.(多選)法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖所示.銅圓盤安裝在豎直的銅軸上,兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸.圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中.圓盤旋轉(zhuǎn)時,關(guān)于流過電阻R的電流,下列說法正確的是( ) A.若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度恒定,則電流大小恒定 B.若從上向下看,圓盤順時針轉(zhuǎn)動,則電流沿a到b的方向流動 C.若圓盤轉(zhuǎn)動方向不變,角速度大小發(fā)生變化,則電流方向可能發(fā)生變化 D.若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍,則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍 解析:AB 設(shè)圓盤的半經(jīng)為
4、r,圓盤轉(zhuǎn)動的角速度為ω,則圓盤轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電動勢為E=Brω2,可知,轉(zhuǎn)動的角速度恒定,電動勢恒定,電流恒定,A項正確;根據(jù)右手定則可知,從上向下看,圓盤順時針轉(zhuǎn)動,圓盤中電流由邊緣指向圓心,即電流沿a到b的方向流動,B項正確;圓盤轉(zhuǎn)動方向不變,產(chǎn)生的電流方向不變,C項錯誤;若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍,則電動勢變?yōu)樵瓉淼?倍,電流變?yōu)樵瓉淼?倍,由P=I2R可知,電阻R上的熱功率變?yōu)樵瓉淼?6倍,D項錯誤. 4.如圖為無線充電技術(shù)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(nèi),勻強磁場平行于線圈軸線向右穿過線圈,其磁感應(yīng)強度大小由B1均勻增加到B2,則該段時間線圈
5、兩端a和b之間的電勢差φa-φb( ) A.恒為 B.從0均勻變化到 C.恒為- D.從0均勻變化到- 解析:C 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,E=n=n,由楞次定律可以判斷a點電勢低于b點電勢,所以a、b兩點之間的電勢差為-n,C項正確. 5.隨著新能源轎車的普及,無線充電技術(shù)得到進一步開發(fā)和應(yīng)用.一般給大功率電動汽車充電時利用的是電磁感應(yīng)原理.如圖所示,由地面供電裝置(主要裝置有線圈和電源)將電能傳送至電動車底部的感應(yīng)裝置(主要裝置是線圈),該裝置使用接收到的電能對車載電池進行充電,供電裝置與車身接收裝置之間通過磁場傳送能量,由于電磁輻射等因素,其能量傳輸效率只能達到90%左右.無
6、線充電樁一般采用平鋪式放置,用戶無需下車、無需插電即可對電動車進行充電.目前,無線充電樁可以允許的充電有效距離一般為15~25 cm,允許的錯位誤差一般為15 cm左右.下列說法正確的是( ) A.無線充電樁的優(yōu)越性之一是在百米開外也可以對電動汽車快速充電 B.車身感應(yīng)線圈中感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化 C.車身感應(yīng)線圈中感應(yīng)電流的磁場總是與地面發(fā)射線圈中電流的磁場方向相反 D.若線圈均采用超導(dǎo)材料則能量的傳輸效率有望達到100% 解析:B 題中給出無線充電樁可以允許的充電有效距離一般為15~25 cm,在百米開外無法充電,故A項錯誤.該充電裝置是通過改變
7、地面供電裝置的電流使電動車底部的感應(yīng)裝置產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律可知,車身感應(yīng)線圈中感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化,故B項正確.由于不知道地面供電裝置的電流是增大還是減小,故車身感應(yīng)線圈中感應(yīng)電流的磁場不一定總是與地面發(fā)射線圈中電流的磁場方向相反,故C項錯誤.由于電磁輻射等因素,傳輸效率不可能達到100%,故D項錯誤. 6.金屬桿ab水平放置在某高處,當(dāng)它被平拋進入方向豎直向上的勻強磁場中時(如圖所示),忽略空氣阻力,以下說法中正確的是( ) A.運動過程中感應(yīng)電動勢大小不變,且φa>φb B.運動過程中感應(yīng)電動勢大小不變,且φa<φb C.由于速率不斷增大,所
8、以感應(yīng)電動勢不斷變大,且φa>φb D.由于速率不斷增大,所以感應(yīng)電動勢不斷變大,且φa<φb 解析:A 金屬桿做平拋運動,水平方向勻速垂直切割磁感線運動,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小不變,由右手定則知,a端電勢比b端高,豎直方向平行磁感線運動,不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,故在運動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小不變,并且a端電勢比b端高,即選項A正確,其他錯誤. 7.如圖,勻強磁場中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導(dǎo)線框,半圓直徑與磁場邊緣重合;磁場方向垂直于半圓面(紙面)向里,磁感應(yīng)強度大小為B.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)動半周,在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流.現(xiàn)使線框保持圖中所示位置,
9、磁感應(yīng)強度大小隨時間線性變化.為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動半周過程中同樣大小的電流,磁感應(yīng)強度隨時間的變化率的大小應(yīng)為( ) A. B. C. D. 解析:C 由導(dǎo)線框勻速轉(zhuǎn)動時,設(shè)半徑為r,導(dǎo)線框電阻為R,在很短的Δt時間內(nèi),轉(zhuǎn)過圓心角Δθ=ωΔt,由法拉第電磁感應(yīng)定律及歐姆定律可得感應(yīng)電流I1===;當(dāng)導(dǎo)線框不動,而磁感應(yīng)強度發(fā)生變化時,同理可得感應(yīng)電流I2==,令I(lǐng)1=I2,可得=,C對. 8.(2017北京西城區(qū)期末)如圖所示,線圈L與小燈泡A并聯(lián)后接到電源上.先閉合開關(guān)S,穩(wěn)定后,通過線圈的電流為I1,通過小燈泡的電流為I2.斷開開關(guān)S,發(fā)現(xiàn)小燈泡閃亮一下再熄滅.則下列說法正確的是(
10、 )
A.I1 11、從閉合狀態(tài)突然斷開時,下列判斷正確的是( )
A.L1逐漸變暗,L2、L3均先變亮,然后逐漸變暗
B.L1逐漸變暗,L2立即熄滅,L3先變亮,然后逐漸變暗
C.L1立即熄滅,L2、L3均逐漸變暗
D.L1、L2、L3均先變亮,然后逐漸變暗
解析:B 開關(guān)K處于閉合狀態(tài)時,由于R1 12、,導(dǎo)軌所在平面與水平面成θ角,M、P間接阻值為R的電阻.勻強磁場的方向與導(dǎo)軌所在平面垂直,磁感應(yīng)強度大小為B.質(zhì)量為m、阻值為r的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上,在平行于導(dǎo)軌的拉力作用下,以速度v勻速向上運動.已知金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直并且保持良好接觸,重力加速度為g.求:
(1)金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E;
(2)通過電阻R的電流I;
(3)拉力F的大小.
解析:(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得E=Bdv.
(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律得
I==
(3)導(dǎo)體棒的受力情況如圖所示,根據(jù)牛頓第二定律有F-F安-mgsin θ=0,
又因為F安=BId=,所以F=mgsin θ+.
答案:(1)Bd 13、v (2) (3)mgsin θ+
【B級——提升練】
11.(多選)1824年,法國科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”.實驗中將一銅圓盤水平放置,在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針,如圖所示.實驗中發(fā)現(xiàn),當(dāng)圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時,磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來,但略有滯后.下列說法正確的是( )
A.圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢
B.圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動
C.在圓盤轉(zhuǎn)動的過程中,磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化
D.圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流,此電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動
解析:AB 把圓盤等效成由無數(shù)輻條組成的自 14、行車車輪,車輪在轉(zhuǎn)動時輻條切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,但由于不同的輻條所在位置磁場大小及方向不相同,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也不相同,從而在圓盤內(nèi)部形成渦形電流,該電流產(chǎn)生的磁場使磁針轉(zhuǎn)動,A、B正確.由于磁針放在圓盤中心正上方,穿出與穿入的磁感線應(yīng)該一樣多,即穿過圓盤的磁通量始終為零,C錯誤.圓盤整體不帶電,若無磁場,則正負(fù)電荷均做圓周運動,不會形成電流,D錯誤.
12.(多選)線圈所圍的面積為0.1 m2,線圈電阻為1 Ω.規(guī)定線圈中感應(yīng)電流I的正方向從上往下看沿順時針方向,如圖甲所示.磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示.則以下說法正確的是( )
A.在0~5 s時間內(nèi),I的最 15、大值為0.01 A
B.在t=4 s時刻,I的方向為逆時針
C.前2 s內(nèi),通過線圈某一截面的總電荷量為0.01 C
D.第3 s內(nèi),線圈的發(fā)熱功率最大
解析:BC 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=n=n可知,在B-t圖象中圖線的斜率越大,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大,由圖乙可知,t=0時刻線圈的感應(yīng)電動勢最大,Emax=> V=0.01 V,由歐姆定律得Imax=>=0.01 A,選項A錯誤;3~5 s內(nèi),豎直向上的磁場一直在減弱,根據(jù)楞次定律可知,線圈中感應(yīng)電流方向沿逆時針方向,選項B正確;由法拉第電磁感應(yīng)定律得=,由閉合電路歐姆定律得=,通過線圈某一橫截面的電荷量q=Δt,聯(lián)立以上三式得 16、,前2 s內(nèi)通過線圈某一截面的總電荷量q=== C=0.01 C,選項C正確;線圈的發(fā)熱功率P==()2,由此可知在B-t圖象中圖線的斜率越大,線圈的發(fā)熱功率越大,由圖乙可知,t=0時刻線圈的發(fā)熱功率最大,選項D錯誤.
13.在xOy平面內(nèi)有一條拋物線金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌的拋物線方程為y2=4x,磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直于導(dǎo)軌平面向里,一根足夠長的金屬棒ab垂直于x軸從坐標(biāo)原點開始,以恒定速度v沿x軸正方向運動,運動中始終與金屬導(dǎo)軌保持良好接觸,如圖所示.則下列圖象中能表示回路中感應(yīng)電動勢大小隨時間變化的是( )
解析:B 金屬棒ab沿x軸以恒定速度v運動,因此x=vt,則金屬棒在回路 17、中的有效長度l=2y=4=4,由電磁感應(yīng)定律得回路中感應(yīng)電動勢E=Blv=4B,即E2∝t,選項B正確.
14.如圖甲所示,光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距L=0.30 m.導(dǎo)軌電阻忽略不計,其間接有定值電阻R=0.40 Ω.導(dǎo)軌上停放一質(zhì)量為m=0.10 kg、電阻r=0.20 Ω的金屬桿ab,整個裝置處于磁感應(yīng)強度B=0.50 T的勻強磁場中,磁場方向豎直向下.利用一外力F沿水平方向拉金屬桿ab,使之由靜止開始做勻加速直線運動,電壓傳感器可將R兩端的電壓U即時采集并輸入電腦,電腦屏幕描繪出U隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示.求:
(1)金屬桿加速度的大 18、??;
(2)第2 s末外力的瞬時功率.
解析:(1)設(shè)金屬桿的運動速度為v,則感應(yīng)電動勢
E=BLv,
通過電阻R的電流I=,
電阻R兩端的電壓U=IR=.
由圖乙可得U=kt,k=0.10 V/s,
解得v=t,
金屬桿做勻加速運動的加速度a==1.0 m/s2.
(2)在第2 s末,F(xiàn)安=BIL===0.075 N.
設(shè)外力大小為F2,由F2-F安=ma解得F2=0.175 N.
故第2 s末外力的瞬時功率P=F2at=0.35 W.
答案:(1)1.0 m/s2 (2)0.35 W
15.(1)如圖甲所示,兩根足夠長的平行導(dǎo)軌,間距L=0.3 m,在導(dǎo)軌間有垂直 19、紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B1=0.5 T.一根直金屬桿MN以v=2 m/s的速度向右勻速運動,桿MN始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好.桿MN的電阻r1=1 Ω,導(dǎo)軌的電阻可忽略.求桿MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E1.
(2)如圖乙所示,一個匝數(shù)n=100的圓形線圈,面積S1=0.4 m2,電阻r2=1 Ω.在線圈中存在面積S2=0.3 m2垂直線圈平面(指向紙外)的勻強磁場區(qū)域,磁感應(yīng)強度B2隨時間t變化的關(guān)系如圖丙所示.求圓形線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E2.
(3)將一個R=2 Ω的電阻分別與圖甲和圖乙中的a、b端相連接,然后b端接地.試判斷以上兩種情況中,哪種情況a端的電勢較高?并求出較高的電勢φ 20、a.
解析:(1)桿MN做切割磁感線的運動,
產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E1=B1Lv=0.3 V.
(2)穿過圓形線圈的磁通量發(fā)生變化,
產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E2=nS2=4.5 V.
(3)題圖甲中φa>φb=0,題圖乙中φa<φb=0,所以當(dāng)電阻R與題圖甲中的導(dǎo)軌相連接時,a端的電勢較高.
此時通過電阻R的電流I=
電阻R兩端的電勢差φa-φb=IR
a端的電勢φa=IR=0.2 V.
答案:(1)0.3 V (2)4.5 V (3)與圖甲中的導(dǎo)軌相連接a端電勢高 φa=0.2 V
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