高考物理大一輪復(fù)習(xí) 課后限時(shí)集訓(xùn)29 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流-人教版高三全冊(cè)物理試題
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1、課后限時(shí)集訓(xùn)29 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流 建議用時(shí):45分鐘 1.(多選)如圖所示,閉合金屬導(dǎo)線框放置在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化。下列說法正確的是( ) A.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增加時(shí),線框中的感應(yīng)電流可能減小 B.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增加時(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 AD [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,故選項(xiàng)A、D正確。] 2.如圖所示,正方形線框的左半
2、側(cè)處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向與線框平面垂直,線框的對(duì)稱軸MN恰與磁場(chǎng)邊緣平齊。若第一次將線框從磁場(chǎng)中以恒定速度v1向右勻速拉出,第二次以線速度v2讓線框繞軸MN勻速轉(zhuǎn)過90°。為使兩次操作過程中,線框產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等,則( ) A.v1∶v2=2∶π B.v1∶v2=π∶2 C.v1∶v2=1∶2 D.v1∶v2=2∶1 A [第一次將線框從磁場(chǎng)中以恒定速度v1向右勻速拉出,線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定,有1=E1=BLv1。第二次以線速度v2讓線框繞軸MN勻速轉(zhuǎn)動(dòng)90°,所需時(shí)間t==,線框中的磁通量變化量ΔΦ=B·L·=BL2,產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢(shì)2==。由題意
3、知1=2,可得v1∶v2=2∶π,A正確。] 3.如圖所示,兩根相距為l的平行直導(dǎo)軌ab、cd,b、d間連有一固定電阻R,導(dǎo)軌電阻可忽略不計(jì)。MN為放在ab和cd上的一導(dǎo)體桿,與ab垂直,其電阻也為R。整個(gè)裝置處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌所在平面(垂直紙面向里)。現(xiàn)對(duì)MN施力使它沿導(dǎo)軌方向以速度v水平向右做勻速運(yùn)動(dòng)。令U表示MN兩端電壓的大小,下列說法正確的是( ) A.U=Blv,流過固定電阻R的感應(yīng)電流由b經(jīng)R到d B.U=Blv,流過固定電阻R的感應(yīng)電流由d經(jīng)R到b C.MN受到的安培力大小FA=,方向水平向右 D.MN受到的安培力大小FA=,
4、方向水平向左 A [根據(jù)電磁感應(yīng)定律,MN產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E=Blv,由于MN的電阻與外電路電阻相同,所以MN兩端的電壓U=E=Blv,根據(jù)右手定則,流過固定電阻R的感應(yīng)電流由b經(jīng)R到d,故A正確,B錯(cuò)誤;MN受到的安培力大小FA=BIl=Bl·=,方向水平向左,故C、D錯(cuò)誤。] 4.電流傳感器在電路中相當(dāng)于電流表,可以用來研究自感現(xiàn)象。在如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路中,L是自感線圈,其自感系數(shù)足夠大,直流電阻值大于燈泡D的阻值,電流傳感器的電阻可以忽略不計(jì)。在t=0時(shí)刻閉合開關(guān)S,經(jīng)過一段時(shí)間后,在t=t1時(shí)刻斷開開關(guān)S。在下列表示電流傳感器記錄的電流隨時(shí)間變化情況的圖象中,可能正確的是( )
5、 A B C D D [閉合S瞬間,外電路電阻最大,然后外電路電阻逐漸減小,外電壓逐漸減小,所以通過電流傳感器的電流逐漸減小,電路穩(wěn)定后,外電路電阻不變,外電壓不變,通過電流傳感器的電流不變;因?yàn)榫€圈的直流電阻值大于燈泡D的阻值,穩(wěn)定后,通過線圈的電流小于通過電流傳感器的電流。t=t1時(shí)刻斷開開關(guān)S,由于自感現(xiàn)象,原來通過線圈L的電流從左向右流過電流傳感器,逐漸減小。D圖符合題中情況。] 5.(多選)(2019·鹽城調(diào)研)如圖甲所示,水平放置的平行金屬導(dǎo)軌連接一個(gè)平行板電容器C和電阻R,導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上且接觸良好,整個(gè)裝置放于垂直導(dǎo)軌平面的磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變
6、化情況如圖乙所示(圖示磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)檎?,MN始終保持靜止,則0~t2時(shí)間( ) 甲 乙 A.電容器C的電荷量大小始終沒變 B.電容器C的a板先帶正電后帶負(fù)電 C.MN所受安培力的大小始終不變 D.MN所受安培力的方向先向右后向左 AD [由題圖乙可知,磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻變化,產(chǎn)生恒定電動(dòng)勢(shì),由C=可知,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不變,電容器的電壓U不變,則電荷量大小不變,故A正確;根據(jù)楞次定律可知MN中的感應(yīng)電流方向由N到M,電容器的a極板一直帶正電,故B錯(cuò)誤;感應(yīng)電流不變,由于磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小先減小后增大,MN所受安培力F=BIL,所以安培力的大小先減小后增大,方向先向右后向左
7、,故C錯(cuò)誤,D正確。] 6.(多選)如圖甲所示,abcd是匝數(shù)為100匝、邊長為10 cm、總電阻為0.1 Ω的正方形閉合導(dǎo)線圈,放在與線圈平面垂直的圖示勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示。則以下說法正確的是( ) 甲 乙 A.導(dǎo)線圈中產(chǎn)生的是交變電流 B.在t=2.5 s時(shí)導(dǎo)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為1 V C.在0~2 s內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量為20 C D.在t=1 s時(shí),導(dǎo)線圈內(nèi)電流的瞬時(shí)功率為10 W ACD [在0~2 s內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為=1 T/s,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1=nS=100×0.12×1 V
8、=1 V;在2~3 s內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為=2 T/s,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E2=nS=100×0.12×2 V=2 V。導(dǎo)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為方波交變電流,選項(xiàng)A正確;在t=2.5 s時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E2=2 V,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在0~2 s內(nèi),感應(yīng)電流I==10 A,通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為q=IΔt1=20 C,選項(xiàng)C正確;在t=1 s時(shí),導(dǎo)線圈內(nèi)感應(yīng)電流的瞬時(shí)功率P=UI=I2R=102×0.1 W=10 W,選項(xiàng)D正確。] 7.在范圍足夠大、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,B=0.2 T,有一水平放置的光滑框架,寬度為l=0.4 m,如圖所示,框架上放置一質(zhì)量
9、為0.05 kg、電阻為1 Ω的金屬桿cd,框架電阻不計(jì)。若cd桿以恒定加速度a=2 m/s2,由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),則: (1)在5 s內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多少; (2)第5 s末,回路中的電流多大; (3)第5 s末,作用在cd桿上的水平外力多大? [解析] (1)5 s內(nèi)的位移x=at2=25 m, 5 s內(nèi)的平均速度v==5 m/s 故平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Blv=0.4 V。 (2)第5 s末:v′=at=10 m/s, 此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E′=Blv′ 則回路電流為I=== A=0.8 A。 (3)桿做勻加速運(yùn)動(dòng),則F-F安=ma, 即F=BIl+ma=0
10、.164 N。 [答案] (1)0.4 V (2)0.8 A (3)0.164 N 8.(多選)如圖所示是研究通電自感實(shí)驗(yàn)的電路圖,A1、A2是兩個(gè)規(guī)格相同的小燈泡,閉合開關(guān)S,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,然后斷開開關(guān)S,再重新閉合開關(guān)S,則( ) A.閉合瞬間,A1立刻變亮,A2逐漸變亮 B.閉合瞬間,A2立刻變亮,A1逐漸變亮 C.穩(wěn)定后,L和R兩端電勢(shì)差一定相同 D.穩(wěn)定后,A1和A2兩端電勢(shì)差不相同 BC [根據(jù)題設(shè)條件可知,閉合開關(guān)S,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接入電路的阻值與線圈L的電阻一樣大,
11、斷開開關(guān)S,再重新閉合開關(guān)S的瞬間,根據(jù)自感原理,可判斷A2立刻變亮,而A1逐漸變亮,B項(xiàng)正確,A項(xiàng)錯(cuò)誤;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(shì)差一定相同,A1和A2兩端電勢(shì)差也相同,C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤。] 9.(多選)如圖所示,一導(dǎo)線彎成直徑為d的半圓形閉合回路,虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直于回路所在的平面。回路以速度v向右勻速進(jìn)入磁場(chǎng),直徑CD始終與MN垂直。從D點(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)為止,下列說法中正確的是( ) A.感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向 B.CD段直導(dǎo)線始終不受安培力 C.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值E=Bdv D.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
12、的平均值=πBdv AD [線圈進(jìn)磁場(chǎng)過程,垂直平面向里的磁通量逐漸增大,根據(jù)楞次定律“增反減同”,感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向,選項(xiàng)A正確;CD端導(dǎo)線電流方向與磁場(chǎng)垂直,根據(jù)左手定則判斷,安培力豎直向下,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;線圈進(jìn)磁場(chǎng)切割磁感線的有效長度是線圈與MN交點(diǎn)位置的連線,進(jìn)磁場(chǎng)過程,有效切割長度最長為半徑,所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值===,選項(xiàng)D正確。] 10.如圖所示,由某種粗細(xì)均勻的總電阻為3R的金屬條制成的矩形線框abcd,固定在水平面內(nèi)且處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。一接入電路電阻為R的導(dǎo)體棒PQ,在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v勻速滑動(dòng),滑動(dòng)過程P
13、Q始終與ab垂直,且與線框接觸良好,不計(jì)摩擦。在PQ從靠近ad處向bc滑動(dòng)的過程中( ) A.PQ中電流先增大后減小 B.PQ兩端電壓先減小后增大 C.PQ上拉力的功率先減小后增大 D.線框消耗的電功率先減小后增大 C [設(shè)PQ左側(cè)金屬線框的電阻為r,則右側(cè)電阻為3R-r;PQ相當(dāng)于電源,其電阻為R,則電路的外電阻為R外==,當(dāng)r=時(shí),R外max=R,此時(shí)PQ處于矩形線框的中心位置,即PQ從靠近ad處向bc滑動(dòng)的過程中外電阻先增大后減小。PQ中的電流為干路電流I=,可知干路電流先減小后增大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;PQ兩端的電壓為路端電壓U=E-U內(nèi),因E=Blv不變,U內(nèi)=IR先減小后增
14、大,所以路端電壓先增大后減小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;拉力的功率大小等于安培力的功率大小,P=F安v=BIlv,可知因干路電流先減小后增大,PQ上拉力的功率也先減小后增大,選項(xiàng)C正確;線框消耗的電功率即為外電阻消耗的功率,因外電阻最大值為R,小于內(nèi)阻R;根據(jù)電源的輸出功率與外電阻大小的變化關(guān)系,外電阻越接近內(nèi)阻時(shí),輸出功率越大,可知線框消耗的電功率先增大后減小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。] 11.(2019·龍巖市3月模擬)如圖所示,abcd為水平放置的平行“”形光滑金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間距為l,電阻不計(jì)。導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。金屬桿放置在導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌的接觸點(diǎn)為M、N,并與導(dǎo)軌成θ角。
15、金屬桿以ω 的角速度繞N點(diǎn)由圖示位置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)到與導(dǎo)軌ab垂直,轉(zhuǎn)動(dòng)過程中金屬桿與導(dǎo)軌始終接觸良好,金屬桿單位長度的電阻為r。則在金屬桿轉(zhuǎn)動(dòng)過程中( ) A.M、N兩點(diǎn)電勢(shì)相等 B.金屬桿中感應(yīng)電流的方向由N流向M C.電路中感應(yīng)電流的大小始終為 D.電路中通過的電荷量為 A [根據(jù)題意可知,金屬桿MN為電源,導(dǎo)軌為外電路,由于導(dǎo)軌電阻不計(jì),外電路短路,M、N兩點(diǎn)電勢(shì)相等,故選項(xiàng)A正確;根據(jù)右手定則可知金屬桿中感應(yīng)電流的方向是由M流向N,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由于切割磁場(chǎng)的金屬桿長度逐漸變短,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)逐漸變小,回路中的感應(yīng)電流逐漸變小,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;因?yàn)閷?dǎo)體棒MN在回路中的有效切割長度
16、逐漸減小,所以接入電路的電阻逐漸減小,不能根據(jù)q=計(jì)算通過電路的電荷量,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。] 12.如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)邊緣重合;磁場(chǎng)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(dòng)半周,在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流?,F(xiàn)使線框保持圖中所示位置,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間線性變化。為了產(chǎn)生與線框運(yùn)動(dòng)過程中同樣大小的電流,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率的大小應(yīng)為( ) A. B. C. D. C [設(shè)半圓弧的半徑為r,線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1=B0rv=B0r=B0ωr2。當(dāng)磁感
17、應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間線性變化時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2==S=πr2·,要使兩次產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小相等,則E1=E2,即B0ωr2=πr2·,解得=,選項(xiàng)C正確,A、B、D錯(cuò)誤。] 13.(2019·云南省統(tǒng)一檢測(cè))如圖所示,匝數(shù)為N、電阻為r、面積為S的圓形線圈P放置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向與線圈平面垂直,線圈P通過導(dǎo)線與阻值為R的電阻以及兩平行金屬板相連,兩金屬板之間的距離為d,兩板間有垂直紙面的恒定勻強(qiáng)磁場(chǎng)。當(dāng)線圈P所在位置的磁場(chǎng)均勻變化時(shí),一質(zhì)量為m、帶電荷量大小為q的油滴在兩金屬板之間的豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。重力加速度為g,求: (1)流過電阻R的電流; (2)線圈P所在磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率。 [解析] (1)設(shè)兩金屬板之間的電壓為U,對(duì)金屬板之間的帶電油滴受力分析有: mg=q 對(duì)電阻R,由歐姆定律得:U=IR 解得:I=。 (2)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得:E=N=NS 根據(jù)閉合電路的歐姆定律得:I= 聯(lián)立解得:=。 [答案] (1) (2)
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