高考物理一輪基礎復習 法拉第電磁感應定律、自感和渦流1
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法拉第電磁感應定律、自感和渦流 一、選擇題(每小題5分,共40分) 1.位于直流長直導線近旁的兩根平行鐵軌A和B,與長直導線平行且在同一水平面上,在鐵軌A、B上套有兩段可以自由滑動的導體CD和EF,如圖所示,若用力使導體EF向右運動,則導體CD將( ) A.保持不動 B.向右運動 C.向左運動 D.先向右運動,后向左運動 解析 B 當EF向右運動時,由右手定則,可判斷產生FECD方向的感應電流.由左手定則可判斷CD受安培力方向向右,則CD向右運動. 2.如圖所示,勻強磁場的方向垂直于電路所在平面,導體棒ab與電路接觸良好.當導體棒ab在外力F作用下從左向右做勻加速直線運動時,若不計摩擦和導線的電阻,整個過程中,燈泡L未被燒毀,電容器C未被擊穿,則該過程中( ) A.感應電動勢將變大 B.燈泡L的亮度變大 C.電容器C的上極板帶負電 D.電容器兩極板間的電場強度將減小 解析 AB 設導體棒ab的加速度為a,則導體棒產生的感應電動勢E=Blat,隨時間增大,則E增大.A正確;由燈泡的功率P=可知B正確.由右手定則可判定a端為感應電動勢正極,電容器C上極板帶正電荷,此時電容器處于充電狀態(tài),則電容器兩極板間的電場強度將增大,C、D錯誤. 3.如圖所示,同一平面內的三條平行導線串有兩個電阻R和r,導體棒PQ與三條導線接觸良好;勻強磁場的方向垂直紙面向里.導體棒的電阻可忽略.當導體棒向左滑動時,下列說法正確的是( ) A.流過R的電流為由d到c,流過r的電流為由b到a B.流過R的電流為由c到d,流過r的電流為由b到a C.流過R的電流為由d到c,流過r的電流為由a到b D.流過R的電流為由c到d,流過r的電流為由a到b 解析 B 由右手定則可以判斷出導體棒切割磁感線產生感應電流的方向,從而得出感應電動勢的方向.由電流分支和各點電勢高低的判斷得出正確答案為B. 4.如下圖所示,三個相同的金屬圓環(huán)內存在不同的有界勻強磁場,虛線表示環(huán)的某條直徑.已知所有磁場的磁感應強度隨時間變化的關系都滿足B=kt,方向如圖所示.測得A環(huán)中感應電流強度為I,則B環(huán)和C環(huán)內感應電流強度分別為( ) A.IB=I,IC=0 B.IB=I,IC=2I C.IB=2I,IC=2I D.IB=2I,IC=0 解析 D 由E==s=ks,則EA=ks.IA===I;EB=ks,則IB===2I;EC=ks+(-ks)=0,IC==0.只有D正確. 5.如圖所示,有兩個相鄰的勻強磁場,寬度均為L,方向垂直紙面向外,磁感應強度大小分別為B、2B.邊長為L的正方形線框從位置甲勻速穿過兩個磁場到位置乙.規(guī)定感應電流逆時針方向為正,則感應電流i隨時間t變化的圖象是下圖中的( ) 解析 D 0~時間內,正方形線框右邊切割磁感線,產生順時針方向、大小為I的感應電流,且方向為負.~2時間內,正方形線框右邊在磁感應強度為2B的磁場中切割磁感線,產生順時針方向、大小為2I的感應電流,正方形線框左邊在磁感應強度為B的磁場中切割磁感線,產生逆時針方向、大小為I的感應電流,故線框在這段時間內產生順時針方向、大小為I的感應電流,且方向為負.2~3時間內,正方形線框左邊在磁感應強度為2B的磁場中切割磁感線,產生逆時針方向、大小為2I的感應電流,且方向為正.正確選項應是D. 6.如圖所示,垂直紙面的正方形勻強磁場區(qū)域內,有一位于紙面的、電阻均勻的正方形導體框abcd,現將導體框分別朝兩個方向以v、3v速度勻速拉出磁場,則導體框從兩個方向移出磁場的兩過程中( ) A.導體框中產生的感應電流方向相同 B.導體框中產生的焦耳熱相同 C.導體框ad邊兩端電勢差相同 D.通過導體框截面的電荷量相同 解析 AD 由右手定則判斷出兩種拉動方式,電流的方向相同,A正確.當導體框以速度v0拉出磁場時,產生的熱量Q=I2Rt=()2Rt=B2l3v0/R,可見,兩種方式產生的熱量不同,B錯.以v、3v速度勻速拉出磁場時,導體框ad邊兩端電勢差分別是Blv、Blv,C錯.通過導體框截面的電荷量q=IΔt==相同,D正確. 7.在勻強磁場中,有一個接有電容器的單匝導線回路,如圖所示,已知C=30 μF,L1=5 cm,L2=8 cm,磁場以510-2 T/s的速率增加,則( ) A.電容器上極板帶正電,帶電荷量為610-5 C B.電容器上極板帶負電,帶電荷量為610-5 C C.電容器上極板帶正電,帶電荷量為610-9 C D.電容器上極板帶負電,帶電荷量為610-9 C 解析 C 電容器兩極板間的電勢差U等于感應電動勢E,由法拉第電磁感應定律,可得E=L1L2=210-4 V,電容器的帶電荷量Q=CU=CE=610-9 C,再由楞次定律可知上極板的電勢高,帶正電,C項正確. 8.如圖所示,P、Q是兩個完全相同的燈泡,L是直流電阻為零的純電感,且自感系數L很大.C是電容較大且不漏電的電容器,下列判斷正確的是( ) A.S閉合時,P燈亮后逐漸熄滅,Q燈逐漸變亮 B.S閉合時,P燈、Q燈同時亮,然后P燈變暗,Q燈變得更亮 C.S閉合,電路穩(wěn)定后,S斷開時,P燈突然亮一下,然后熄滅,Q燈立即熄滅 D.S閉合,電路穩(wěn)定后,S斷開時,P燈突然亮一下,然后熄滅,Q燈逐漸熄滅 解析 D 當S閉合時,通過自感線圈的電流逐漸增大而產生自感電動勢,故通過P、Q的電流幾乎相同,故兩燈同時亮,當電流穩(wěn)定時,燈泡P被短路而熄滅,此時通過燈泡Q的電流變大,故Q變亮;當S斷開時,燈泡P與自感線圈L組成了閉合回路,燈泡P中的電流先增大后減小至零,故閃亮一下熄滅,電容器與燈泡Q組成閉合回路,電容器放電,故燈泡Q逐漸熄滅,選項D正確. 二、非選擇題(共60分) 9.(8分)如圖所示,金屬棒ab置于水平放置的U形光滑導軌上,在ef右側存在有界勻強磁場B,磁場方向垂直導軌平面向下,在ef左側的無磁場區(qū)域cdef內有一半徑很小的金屬圓環(huán)L,圓環(huán)與導軌在同一平面內.當金屬棒ab在水平恒力F作用下從磁場左邊界ef處由靜止開始向右運動后,圓環(huán)L有________(填“收縮”或“擴張”)趨勢,圓環(huán)內產生的感應電流________(填“變大”“變小”或“不變”). 解析 由于金屬棒ab在恒力F的作用下向右運動,則abcd回路中產生逆時針方向的感應電流,則在圓環(huán)處產生垂直于紙面向外的磁場,隨著金屬棒向右加速運動,圓環(huán)的磁通量將增大,依據楞次定律可知,圓環(huán)將有收縮的趨勢以阻礙圓環(huán)磁通量的增大;又由于金屬棒向右運動的加速度減小,單位時間內磁通量的變化率減小,所以在圓環(huán)中產生的感應電流不斷減小. 【答案】 收縮 變小 10.(16分)如圖所示,質量為m=100 g的鋁環(huán),用細線懸掛起來,環(huán)中央距地面高度h=0.8 m,有一質量為M=200 g的小磁鐵(長度可忽略),以v0=10 m/s的水平速度射入并穿過鋁環(huán),落地點距鋁環(huán)原位置的水平距離為3.6 m,則磁鐵與鋁環(huán)發(fā)生相互作用時(小磁鐵穿過鋁環(huán)后的運動看做平拋運動): (1)鋁環(huán)向哪邊偏斜? (2)若鋁環(huán)在磁鐵穿過后速度為v′=2 m/s,在磁鐵穿過鋁環(huán)的整個過程中,環(huán)中產生了多少電能?(g=10 m/s2) 解析 (1)由楞次定律可知,當小磁鐵向右運動時,鋁環(huán)向右偏斜(阻礙相對運動). (2)由磁鐵穿過鋁環(huán)飛行的水平距離可求出穿過后的速度 v= m/s=9 m/s,由能量守恒可得: W電=Mv-Mv2-mv′2=1.7 J. 【答案】 (1)向右偏斜 (2)1.7 J 11.(18分)如圖所示,足夠長的光滑平行金屬導軌MN、PQ豎直放置,一個磁感應強度B=0.50 T的勻強磁場垂直穿過導軌平面,導軌的上端M與P間連接阻值為R=0.30 Ω的電阻,長為L=0.40 m、電阻為r=0.20 Ω的金屬棒ab緊貼在導軌上.現使金屬棒ab由靜止開始下滑,通過傳感器記錄金屬棒ab下滑的距離,其下滑距離與時間的關系如下表所示,導軌電阻不計(g=10 m/s2).求: 時間t(s) 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 下滑距離x(m) 0 0.10 0.30 0.70 1.20 1.70 2.20 2.70 (1)在前0.4 s的時間內,金屬棒ab電動勢的平均值. (2)金屬棒的質量. (3)在前0.7 s的時間內,電阻R上產生的熱量. 解析 (1)===0.6 V. (2)從表格中數據可知,0.3 s后棒做勻速運動 速度v==5 m/s. 由mg-F=0,F=BIL,I=,E=BLv, 解得m=0.04 kg. (3)棒在下滑過程中,有重力和安培力做功,克服安培力做的功等于回路的焦耳熱.則: mgx-Q=mv2-0,QR=Q.解得QR=0.348 J. 【答案】 (1)0.6 V (2)0.04 kg (3)0.348 J 12.(18分)如圖所示,兩平行長直金屬導軌置于豎直平面內,間距為L,導軌上端有阻值為R的電阻,質量為m的導體棒垂直跨放在導軌上,并擱在支架上,導軌和導體棒電阻不計,接觸良好,且無摩擦.在導軌平面內有一矩形區(qū)域的勻強磁場,方向垂直紙面向里,磁感應強度為B.開始時導體棒靜止,當磁場以速度v勻速向上運動時,導體棒也隨之開始運動,并很快達到恒定的速度,此時導體棒仍處在磁場區(qū)域內,試求: (1)導體棒的恒定速度. (2)導體棒以恒定速度運動時,電路中消耗的電功率. 解析 (1)設棒速度為v′,有E=BL(v-v′),① F安=BIL==.② 棒受力平衡有:mg=F安,③ 聯立得:v′=v-,方向向上.④ (2)P=,⑤ 聯立①④⑤得:P=. 【答案】 (1)v-,方向向上 (2) - 6 -- 配套講稿:
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