2019-2020年高考物理一輪總復(fù)習(xí) 9.2法拉第電磁感應(yīng)定律 自感現(xiàn)象隨堂集訓(xùn).doc

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2019-2020年高考物理一輪總復(fù)習(xí) 9.2法拉第電磁感應(yīng)定律 自感現(xiàn)象隨堂集訓(xùn) 考向一　 A. t＝1 s時，金屬桿中感應(yīng)電流方向從C到D B. t＝3 s時，金屬桿中感應(yīng)電流方向從D到C C. t＝1 s時，金屬桿對擋板P的壓力大小為0.1 N D. t＝3 s時，金屬桿對擋板H的壓力大小為0.2 N 解析：據(jù)已知B＝(0.4－0.2t) T可知t＝1 s時，正方向的磁場在減弱，由楞次定律可判定電流方向?yàn)橛蒀到D，A項(xiàng)正確。同理可判定B項(xiàng)錯誤。t＝1 s時感應(yīng)電動勢E＝＝Ssin30＝0.1 V，I＝E/R＝1 A，安培力F安＝BIL＝0.2 N，對桿受力分析如圖。 對擋板P的壓力大小為F″N＝F′N＝F安cos60＝0.1 N，C項(xiàng)正確。同理可得t＝3 s時對擋板H的壓力大小為0.1 N，D項(xiàng)錯誤。 答案：AC 2. [xx課標(biāo)全國卷]如圖，均勻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(qiáng)度大小為B0。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，磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)度隨時間的變化率的大小應(yīng)為(　　) A. 　　　　　　　 B. C. D. 解析：線框轉(zhuǎn)動過程中，等效于長度為半徑R的導(dǎo)體棒繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動切割磁感線，＝ω，其產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝B0R＝；線框靜止不動時，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知導(dǎo)線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E′＝。根據(jù)題意有E＝E′，可得＝，選項(xiàng)C正確。 答案：C 3. [xx課標(biāo)全國卷Ⅱ]半徑分別為r和2r的同心圓形導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，一長為r、質(zhì)量為m且質(zhì)量分布均勻的直導(dǎo)體棒AB置于圓導(dǎo)軌上面，BA的延長線通過圓導(dǎo)軌中心O，裝置的俯視圖如圖所示。整個裝置位于一勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，方向豎直向下。在內(nèi)圓導(dǎo)軌的C點(diǎn)和外圓導(dǎo)軌的D點(diǎn)之間接有一阻值為R的電阻(圖中未畫出)。直導(dǎo)體棒在水平外力作用下以角速度ω繞O逆時針勻速轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動過程中始終與導(dǎo)軌保持良好接觸。設(shè)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻均可忽略。重力加速度大小為g。求： (1)通過電阻R的感應(yīng)電流的方向和大??； (2)外力的功率。 解析：(1)方法一：在Δt時間內(nèi)，導(dǎo)體棒掃過的面積為 ΔS＝ωΔt[(2r)2－r2]① 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體棒上感應(yīng)電動勢的大小為 ε＝② 根據(jù)右手定則，感應(yīng)電流的方向是從B端流向A端。因此，通過電阻R的感應(yīng)電流的方向是從C端流向D端。由歐姆定律可知，通過電阻R的感應(yīng)電流的大小I滿足 I＝③ 聯(lián)立①②③式得 I＝④ 方法二：ε＝Br ＝Br＝Br2ω I＝＝ 由右手定則判得通過R的感應(yīng)電流從C→D 方法三：取Δt＝T ε＝＝＝Br2ω I＝＝ 由右手定則判得通過R的感應(yīng)電流從C→D (2)方法一：在豎直方向有 mg－2N＝0⑤ 式中，由于質(zhì)量分布均勻，內(nèi)、外圓導(dǎo)軌對導(dǎo)體棒的正壓力大小相等，其值為N。兩導(dǎo)軌對運(yùn)行的導(dǎo)體棒的滑動摩擦力均為 f＝μN(yùn)⑥ 在Δt時間內(nèi)，導(dǎo)體棒在內(nèi)、外圓導(dǎo)軌上掃過的弧長分別為 l1＝rωΔt⑦ 和 l2＝2rωΔt⑧ 克服摩擦力做的總功為 Wf＝f(l1＋l2)⑨ 在Δt時間內(nèi)，消耗在電阻R上的功為 WR＝I2RΔt⑩ 根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律知，外力在Δt時間內(nèi)做的功為 W＝Wf＋WR? 外力的功率為 P＝? 由④至?式得 P＝μmgωr＋? 方法二：由能量守恒 P＝PR＋Pf 在豎直方向2N＝mg，則N＝mg，得f＝μN(yùn)＝μmg Pf＝μmgωr＋μmgω2r＝μmgωr PR＝I2R＝ 所以P＝μmgωr＋ 答案：(1)　方向：由C端到D端 (2)μmgωr＋ 考向二　 4. [xx江蘇高考](多選)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 D. 取走線圈中的鐵芯 解析：該裝置的工作原理是，線圈內(nèi)變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，從而使金屬杯體內(nèi)產(chǎn)生渦流，再把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使杯內(nèi)的水發(fā)熱。交流電源的頻率一定時，線圈產(chǎn)生的磁場越強(qiáng)，杯體內(nèi)磁通量變化就越快，產(chǎn)生的渦流就越大，增加線圈的匝數(shù)會使線圈產(chǎn)生的磁場增強(qiáng)，而取走線圈中的鐵芯會使線圈產(chǎn)生的磁場減弱，故A對、D錯。交流電源的頻率增大，杯體內(nèi)磁通量變化加快，產(chǎn)生的渦流增大，故B正確。瓷為絕緣材料，不能產(chǎn)生渦流，故C錯。 答案：AB 考向三　 5. [xx四川高考](多選)如圖所示，邊長為L、不可形變的正方形導(dǎo)線框內(nèi)有半徑為r的圓形磁場區(qū)域，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t的變化關(guān)系為B＝kt(常量k>0)?；芈分谢瑒幼冏杵鱎的最大阻值為R0，滑動片P位于滑動變阻器中央，定值電阻R1＝R0、R2＝。閉合開關(guān)S，電壓表的示數(shù)為U，不考慮虛線MN右側(cè)導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢，則(　　) A. R2兩端的電壓為 B. 電容器的a極板帶正電 C. 滑動變阻器R的熱功率為電阻R2的5倍 D. 正方形導(dǎo)線框中的感應(yīng)電動勢為kL2 解析：由法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n＝nS有E＝kπr2，D錯誤；因k>0，由楞次定律知線框內(nèi)感應(yīng)電流沿逆時針方向，故電容器b極板帶正電，B錯誤；由題圖知外電路結(jié)構(gòu)為R2與R的右半部并聯(lián)，再與R的左半部、R1相串聯(lián)，故R2兩端電壓U2＝U＝，A正確；設(shè)R2消耗的功率為P＝IU2，則R消耗的功率P′＝2I2U2＋I(xiàn)U2＝5P，故C正確。 答案：AC 6. [xx浙江高考]某同學(xué)設(shè)計(jì)一個發(fā)電測速裝置，工作原理如圖所示。一個半徑為R＝0.1 m的圓形金屬導(dǎo)軌固定在豎直平面上，一根長為R的金屬棒OA，A端與導(dǎo)軌接觸良好，O端固定在圓心處的轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)軸的左端有一個半徑為r＝R/3的圓盤，圓盤和金屬棒能隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動。圓盤上繞有不可伸長的細(xì)線，下端掛著一個質(zhì)量為m＝0.5 kg的鋁塊。在金屬導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面向右的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5 T。a點(diǎn)與導(dǎo)軌相連，b點(diǎn)通過電刷與O端相連。測量a、b兩點(diǎn)間的電勢差U可算得鋁塊速度。鋁塊由靜止釋放，下落h＝0.3 m時，測得U＝0.15 V。(細(xì)線與圓盤間沒有滑動，金屬棒、導(dǎo)軌、導(dǎo)線及電刷的電阻均不計(jì)，重力加速度g＝10 m/s2) (1)測U時，與a點(diǎn)相接的是電壓表的“正極”還是“負(fù)極”？ (2)求此時鋁塊的速度大?。? (3)求此下落過程中鋁塊機(jī)械能的損失。 解析：(1)由右手定則知，金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向由O→A，故A端電勢高于O端電勢，與a點(diǎn)相接的是電壓表的“正極”。 (2)由電磁感應(yīng)定律得 U＝E＝ ΔΦ＝BR2Δθ U＝BωR2 v＝rω＝ωR 所以v＝＝2 m/s (3)ΔE＝mgh－mv2 ΔE＝0.5 J 答案：(1)正極　(2)2 m/s　(3)0.5 J 【模擬題組——提考能】 1. [xx長沙模擬]如圖所示，閉合導(dǎo)線框的質(zhì)量可以忽略不計(jì)，將它從如圖所示的位置勻速拉出勻強(qiáng)磁場。若第一次用0.3 s時間拉出，外力所做的功為W1，通過導(dǎo)線截面的電荷量為q1；第二次用0.9 s時間拉出，外力所做的功為W2，通過導(dǎo)線截面的電荷量為q2，則(　　) A. W1W2，q1＝q2 D. W1>W2，q1>q2 解析：設(shè)線框長為L1，寬為L2，第一次拉出速度為v1，第二次拉出速度為v2，則v1＝3v2。勻速拉出磁場時，外力所做的功恰等于克服安培力所做的功，有W1＝F1L1＝BI1L2L1＝，同理W2＝，故W1>W2，又由于兩次拉出線框的過程中，磁通量的變化量相等，即ΔΦ1＝ΔΦ2，由q＝得q1＝q2，選項(xiàng)C正確。 答案：C 2. [xx廣東肇慶一模]如圖所示，水平放置的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ之間接有定值電阻R，導(dǎo)體棒ab長為L且與導(dǎo)軌接觸良好，整個裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，現(xiàn)使導(dǎo)體棒ab勻速向右運(yùn)動，下列說法正確的是(　　) A. 導(dǎo)體棒ab兩端的感應(yīng)電動勢越來越小 B. 導(dǎo)體棒ab中的感應(yīng)電流方向是a→b C. 導(dǎo)體棒ab所受安培力方向水平向右 D. 導(dǎo)體棒ab所受合力做功為零 解析：ab棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小E＝BLv，由于棒勻速運(yùn)動，v不變，又因?yàn)锽、L不變，所以棒ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢不變，A錯誤；根據(jù)右手定則可知，ab棒中的電流方向從b到a，B錯誤；根據(jù)左手定則判斷知，棒ab所受安培力方向向左，C錯誤；棒ab做勻速運(yùn)動，動能不變，根據(jù)動能定理可知合力做功為零，D正確。 答案：D 3. [xx河北石家莊一模]如圖所示的電路中，A、B、C是三個完全相同的燈泡，L是一個自感系數(shù)較大的線圈，其直流電阻與燈泡電阻相同。下列說法正確的是(　　) A. 閉合開關(guān)S，A燈逐漸變亮 B. 電路接通穩(wěn)定后，流過B燈的電流是流過C燈電流的 C. 電路接通穩(wěn)定后，斷開開關(guān)S，C燈立即熄滅 D. 電路接通穩(wěn)定后，斷開開關(guān)S，A、B、C燈過一會兒才熄滅，且A燈亮度比B、C燈亮度高 解析：電路中A燈與線圈并聯(lián)后與B燈串聯(lián)，再與C燈并聯(lián)。S閉合時，線圈的自感系數(shù)較大，自感電動勢很大，故三個燈同時立即發(fā)光，由于線圈的電阻與燈泡電阻相同，電路穩(wěn)定后，流過A燈的電流是流過C燈電流的，A燈逐漸變暗，故A、B錯誤。電路接通穩(wěn)定后，斷開開關(guān)S，由于線圈中電流減小，產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的減小，線圈中電流不會立即消失，這個自感線圈與A、B、C三燈構(gòu)成閉合回路，三燈都要過一會兒再熄滅。由于B、C串聯(lián)后同A并聯(lián)，流過A燈的電流大于流過B、C兩燈的電流，故A燈比B、C兩燈的亮度高，所以D正確，C錯誤。 答案：D