2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第九章 第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流 新人教版.doc

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2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第九章 第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流 新人教版 1．如圖1所示，閉合金屬導(dǎo)線框放置在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨時(shí)間變化而變化．下列說(shuō)法中正確的是 (　　)． A．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí)，線框中的感應(yīng)電流可能減小 B．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí)，線框中的感應(yīng)電流一定增大 C．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時(shí)，線框中的感應(yīng)電流一定增大 D．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時(shí)，線框中的感應(yīng)電流可能不變 圖1 解析　線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝S，設(shè)線框的電阻為R，則線框中的電流I＝＝，因?yàn)锽增大或減小時(shí)，可能減小，可能增大，也可能不變．線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小只和磁通量的變化率有關(guān)，和磁通量的變化量無(wú)關(guān)．故選項(xiàng)A、D正確． 答案　AD 2．如圖2所示，豎直平面內(nèi)有一金屬環(huán)，半徑為a，總電阻為R(指拉直時(shí)兩端的電阻)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)環(huán)平面，在環(huán)的最高點(diǎn)A用鉸鏈連接長(zhǎng)度為2a、電阻為的導(dǎo)體棒AB，AB由水平位置緊貼環(huán)面擺下，當(dāng)擺到豎直位置時(shí)，B點(diǎn)的線速度為v，則這時(shí)AB兩端的電壓大小為(　　)． 圖2 A. B. C. D．Bav 解析　擺到豎直位置時(shí)，AB切割磁感線的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝B2a＝Bav.由閉合電路歐姆定律得，UAB＝＝Bav，故A正確． 答案　A 3．A、B兩閉合圓形導(dǎo)線環(huán)用相同規(guī)格的導(dǎo)線制成，它們的半徑之比rA∶rB＝2∶1，在兩導(dǎo)線環(huán)包圍的空間內(nèi)存在一正方形邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直于兩導(dǎo)線環(huán)的平面，如圖3所示．當(dāng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大的過(guò)程中，流過(guò)兩導(dǎo)線環(huán)的感應(yīng)電流大小之比為(　　)． 圖3 A.＝1 B.＝2 C.＝ D.＝ 解析　勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化，設(shè)t時(shí)刻的磁感應(yīng)強(qiáng)度為Bt，則Bt＝B0＋kt，其中B0為t＝0時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，k為一常數(shù)，A、B兩導(dǎo)線環(huán)的半徑不同，它們所包圍的面積不同，但某一時(shí)刻穿過(guò)它們的磁通量均為穿過(guò)磁場(chǎng)所在區(qū)域面積上的磁通量，設(shè)磁場(chǎng)區(qū)域的面積為S，則Φt＝BtS，即在任一時(shí)刻穿過(guò)兩導(dǎo)線環(huán)包圍面上的磁通量是相等的，所以兩導(dǎo)線環(huán)上的磁通量變化率是相等的．E＝＝S(S為磁場(chǎng)區(qū)域面積)．對(duì)A、B兩導(dǎo)線環(huán)，由于及S均相同，得＝1，I＝，R＝ρ(S1為導(dǎo)線的橫截面積)，l＝2πr，所以＝，代入數(shù)值得＝＝. 答案　D 4．如圖4所示，一個(gè)菱形的導(dǎo)體線框沿著自己的對(duì)角線勻速運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)具有一定寬度的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，已知對(duì)角線AC的長(zhǎng)度為磁場(chǎng)寬度的兩倍且與磁場(chǎng)邊界垂直．下面對(duì)于線框中感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖象(電流以ABCD順序流向?yàn)檎较颍瑥腃點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)開(kāi)始計(jì)時(shí))正確的是(　　)． 圖4 解析　利用“增反減同”，線框從進(jìn)入磁場(chǎng)到穿過(guò)線框的磁通量最大的過(guò)程中，電流沿逆時(shí)針?lè)较?，且先增大后減小；從穿過(guò)線框的磁通量最大的位置到離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程中，電流沿順時(shí)針?lè)较颍蚁仍龃蠛鬁p?。O(shè)∠C為θ，剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的切割有效長(zhǎng)度為2tan vt，所以電流與t成正比，只有B項(xiàng)正確． 答案　B 5．如圖5，EOF和E′O′F′為空間一勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界，其中EO∥E′O′，F(xiàn)O∥F′O′，且EO⊥OF；OO′為∠EOF的角平分線，OO′間的距離為l；磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里．一邊長(zhǎng)為l的正方形導(dǎo)線框沿O′O方向勻速通過(guò)磁場(chǎng)，t＝0時(shí)刻恰好位于圖示位置．規(guī)定導(dǎo)線框中感應(yīng)電流沿逆時(shí)針?lè)较驎r(shí)為正，則感應(yīng)電流i與時(shí)間t的關(guān)系圖線可能正確的是 (　　)． 圖5 解析　本題中四個(gè)選項(xiàng)都是it關(guān)系圖線，故可用排除法．因在第一個(gè)階段內(nèi)通過(guò)導(dǎo)線框的磁通量向里增大，由楞次定律可判定此過(guò)程中電流沿逆時(shí)針?lè)较颍蔆、D錯(cuò)誤．由于穿過(guò)整個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域的磁通量變化量ΔΦ＝0，由q＝可知整個(gè)過(guò)程中通過(guò)導(dǎo)線框的總電荷量也應(yīng)為零，而在it圖象中圖線與時(shí)間軸所圍總面積表示通過(guò)的總電荷量，為零，即時(shí)間軸的上下圖形面積的絕對(duì)值應(yīng)相等．故A錯(cuò)誤，B正確． 答案　B 6．如圖6甲所示線圈的匝數(shù)n＝100匝，橫截面積S＝50 cm2，線圈總電阻r＝10 Ω，沿軸向有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，設(shè)圖示磁場(chǎng)方向?yàn)檎?，磁?chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間作如圖乙所示變化，則在開(kāi)始的0.1 s內(nèi) (　　)． 圖6 A．磁通量的變化量為0.25 Wb B．磁通量的變化率為2.510－2 Wb/s C．a(chǎn)、b間電壓為0 D．在a、b間接一個(gè)理想電流表時(shí)，電流表的示數(shù)為0.25 A 解析　通過(guò)線圈的磁通量與線圈的匝數(shù)無(wú)關(guān)，若設(shè)Φ2＝B2S為正，則線圈中磁通量的變化量為ΔΦ＝B2S－(－B1S)，代入數(shù)據(jù)即ΔΦ＝(0.1＋0.4)5010－4 Wb＝2.510－3 Wb，A錯(cuò)；磁通量的變化率＝ Wb/s＝2.510－2 Wb/s，B正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，當(dāng)a、b間斷開(kāi)時(shí)，其間電壓等于線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E＝n＝2.5 V且恒定，C錯(cuò)；在a、b間接一個(gè)理想電流表時(shí)相當(dāng)于a、b間接通而形成回路，回路總電阻即為線圈的總電阻，故感應(yīng)電流大小I＝＝ A＝0.25 A，D項(xiàng)正確． 答案　BD 7．如圖7所示，兩個(gè)完全相同的線圈從同一高度自由下落，途中在不同高度處通過(guò)兩個(gè)寬度為d、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域后落到水平地面上．設(shè)兩線圈著地時(shí)動(dòng)能分別為Eka和Ekb，通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中流過(guò)線圈導(dǎo)線橫截面的總電荷量分別為qa和qb，則下列判斷正確的有 (　　)． 圖7 A．Eka＝Ekb、qaEkb、qa>qb C．Eka>Ekb、qa＝qb D．EkaEkb；而線圈在通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中流過(guò)線圈導(dǎo)線橫截面的總電荷量為q＝Δt＝Δt＝，即qa＝qb，C對(duì)． 答案　C 8．如圖8所示，把一塊金屬板折成“”形的金屬槽MNPQ，豎直放置在方向垂直紙面向外、大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并以速率v1水平向左勻速運(yùn)動(dòng)．一帶電微粒從槽口左側(cè)以速度v2射入，恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是 (　　)． 圖8 A．微粒帶正電 B．微粒的比荷＝ C．微粒做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r＝ D．微粒做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T＝ 解析　當(dāng)導(dǎo)體棒切割磁感線的電動(dòng)勢(shì)E＝BLv1，由金屬槽開(kāi)路，所以UNP＝BLv1，MN與QP間的電場(chǎng)強(qiáng)度為E＝U/L＝Bv1，方向由上向下，因?yàn)閹щ娢⒘淖髠?cè)進(jìn)入后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以mg＝qE，所以微粒帶負(fù)電，＝＝，所以B正確．由qvB＝可知：r＝＝＝，所以C正確．T＝＝＝，所以D錯(cuò)誤． 答案　BC 9．如圖9所示是用電流傳感器(相當(dāng)于電流表，其電阻可以忽略不計(jì))研究自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路，圖中兩個(gè)電阻的阻值均為R，L是一個(gè)自感系數(shù)足夠大的自感線圈，其直流電阻值為R.圖10所示是某同學(xué)畫出的在t0時(shí)刻開(kāi)關(guān)S切換前后，通過(guò)傳感器的電流隨時(shí)間變化的圖象，關(guān)于這些圖象，下列說(shuō)法中正確的是 (　　)． 圖9 圖10 A．甲圖是開(kāi)關(guān)S由斷開(kāi)變?yōu)殚]合，通過(guò)傳感器1的電流隨時(shí)間變化的情況 B．乙圖是開(kāi)關(guān)S由斷開(kāi)變?yōu)殚]合，通過(guò)傳感器1的電流隨時(shí)間變化的情況 C．丙圖是開(kāi)關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_(kāi)，通過(guò)傳感器2的電流隨時(shí)間變化的情況 D．丁圖是開(kāi)關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_(kāi)，通過(guò)傳感器2的電流隨時(shí)間變化的情況 解析　開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)或閉合時(shí)，電路中電流要發(fā)生突變，但是，由于自感現(xiàn)象的存在，電流只能逐漸變化，最終達(dá)到穩(wěn)定．開(kāi)關(guān)S一直閉合時(shí)，通過(guò)傳感器2的電流方向向右，開(kāi)關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_(kāi)時(shí)，通過(guò)傳感器1的電流立即減為0，由于自感現(xiàn)象的存在，通過(guò)L的電流不能突變，所以B、C正確． 答案　BC 10．如圖11甲所示，光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ所在平面與水平面成θ角，M、P兩端接一阻值為R的定值電阻，阻值為r的金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放置，其他部分電阻不計(jì)．整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向上．t＝0時(shí)對(duì)金屬棒施一平行于導(dǎo)軌的外力F，金屬棒由靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)，通過(guò)R的感應(yīng)電流隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖乙所示．下列關(guān)于穿過(guò)回路abPMa的磁通量Φ和磁通量的瞬時(shí)變化率以及a、b兩端的電勢(shì)差Uab和通過(guò)金屬棒的電荷量q隨時(shí)間t變化的圖象中，正確的是 (　　)． 圖11 解析　設(shè)導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，通過(guò)R的電流I＝＝，因通過(guò)R的電流I隨時(shí)間均勻增大，即金屬棒ab的速度v隨時(shí)間t均勻增大，金屬棒ab的加速度a為恒量，故金屬棒ab做勻加速運(yùn)動(dòng)．磁通量Φ＝Φ0＋BS＝Φ0＋BLat2＝Φ0＋，Φ∝t2，A錯(cuò)誤；＝BLv＝BLat，∝t，B正確；因Uab＝IR，且I∝t，所以Uab∝t，C正確；q＝Δt＝Δt＝＝，q∝t2，D錯(cuò)誤． 答案　BC 11．如圖12所示，在絕緣光滑水平面上，有一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的單匝正方形線框abcd，在外力的作用下以恒定的速率v向右運(yùn)動(dòng)進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域．線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中線框平面保持與磁場(chǎng)方向垂直，線框的ab邊始終平行于磁場(chǎng)的邊界，已知線框的四個(gè)邊的電阻值相等，均為R.求： 圖12 (1)在ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，線框內(nèi)的電流大?。? (2)在ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，ab邊兩端的電壓． (3)在線框進(jìn)入磁場(chǎng)的整個(gè)過(guò)程中，線框中的電流產(chǎn)生的熱量． 解析　(1)ab邊切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝BLv，所以通過(guò)線框的電流為I＝. (2)在ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，ab邊兩端的電壓為路端電壓Uab＝E＝BLv. (3)因線框是勻速進(jìn)入的，所以線框中電流產(chǎn)生的熱量Q＝I24Rt＝. 答案　(1)　(2)BLv　(3) 12．如圖13甲所示，空間存在一寬度為2L的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里．在光滑絕緣水平面內(nèi)有一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形金屬線框，其質(zhì)量m＝1 kg、電阻R＝4 Ω，在水平向左的外力F作用下，以初速度v0＝4 m/s勻減速進(jìn)入磁場(chǎng)，線框平面與磁場(chǎng)垂直，外力F大小隨時(shí)間t變化的圖線如圖乙所示．以線框右邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)． 圖13 (1)求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B； (2)求線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，通過(guò)線框的電荷量q； (3)判斷線框能否從右側(cè)離開(kāi)磁場(chǎng)？說(shuō)明理由． 解析　(1)由Ft圖象可知，線框加速度a＝＝2 m/s2，　 線框的邊長(zhǎng)L＝v0t－at2＝ m＝3 m， t＝0時(shí)刻線框中的感應(yīng)電流I＝， 線框所受的安培力F安＝BIL， 由牛頓第二定律F1＋F安＝ma， 又F1＝1 N，聯(lián)立得B＝ T＝0.33 T. (2)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)＝ 平均電流＝， 通過(guò)線框的電荷量q＝t， 聯(lián)立得q＝0.75 C. (3)設(shè)勻減速運(yùn)動(dòng)速度減為零的過(guò)程中線框通過(guò)的位移為x，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得0－v＝－2ax， 代入數(shù)值得x＝4 m<2L， 所以線框不能從右側(cè)離開(kāi)磁場(chǎng)． 答案　(1)0.33 T　(2)0.75 C　(3)不能；理由見(jiàn)解析