2020版高考物理一轮复习（教师备用题库）第22讲 法拉第电磁感应定律自感和涡流

2020版高考物理一轮复习（教师备用题库）第22讲 法拉第电磁感应定律自感和涡流

第22讲 法拉第电磁感应定律 自感和涡流 教师备用题库 ‎1.(2018课标Ⅰ,19,6分)(多选)如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是(　　)‎ A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动 B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向 C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向 D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动 答案　AD　本题考查电流的磁效应、楞次定律等知识。当开关闭合瞬间,右侧线圈中电流突然增大,铁芯上向右的磁场增强,由楞次定律可知左侧线圈中正面感应电流向上,则远处直导线上电流向左,由安培定则可知小磁针处直导线上电流产生的磁场方向垂直纸面向里,A项正确。开关闭合并保持一段时间后,磁场不再变化,左侧线圈中没有感应电流,小磁针N、S极回到原始方向,故B、C两项错误。开关断开的瞬间,右侧线圈中电流减小,左侧线圈正面感应电流向下,远处直导线上电流向右,由安培定则知,小磁针处直导线上电流产生的磁场方向垂直纸面向外,故D项正确。‎ ‎2.(2017天津理综,3,6分)如图所示,两根平行金属导轨置于水平面内,导轨之间接有电阻R。金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小,ab始终保持静止,下列说法正确的是(　　)‎ ‎　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 ‎ A.ab中的感应电流方向由b到a ‎ B.ab中的感应电流逐渐减小 C.ab所受的安培力保持不变 ‎ D.ab所受的静摩擦力逐渐减小 答案　D　本题考查楞次定律、电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力、平衡条件。由于通过回路的磁通量向下减小,则根据楞次定律可知ab中感应电流的方向由a到b,A错误。因ab不动,回路面积不变;当B均匀减小时,由E=nΔΦΔt=nΔBΔtS知,产生的感应电动势恒定,回路中感应电流I=ER+r恒定,B错误。由F=BIL知F随B减小而减小,C错误。对ab由平衡条件有f=F,故D正确。‎ ‎3.(2017课标Ⅱ,20,6分)(多选)两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直。边长为0.1 m、总电阻为0.005 Ω的正方形导线框abcd位于纸面内,cd边与磁场边界平行,如图(a)所示。已知导线框一直向右做匀速直线运动,cd边于t=0时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图(b)所示(感应电流的方向为顺时针时,感应电动势取正)。下列说法正确的是(　　)‎ A.磁感应强度的大小为0.5 T B.导线框运动速度的大小为0.5 m/s C.磁感应强度的方向垂直于纸面向外 D.在t=0.4 s至t=0.6 s这段时间内,导线框所受的安培力大小为0.1 N 答案　BC　导线框匀速进入磁场时速度v=Lt=‎0.1‎‎0.2‎ m/s=0.5 m/s,选项B正确;由E=BLv,得B=ELv=‎0.01‎‎0.1×0.5‎ T=0.2 T,选项A错误;由右手定则可确定磁感应强度方向垂直于纸面向外,选项C正确;导线框所受安培力F=BLI=BLER=0.2×0.1×‎0.01‎‎0.005‎ N=0.04 N,选项D错误。‎ ‎4.(2017北京理综,19,6分)图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图,L1和L2为电感线圈。实验时,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是(　　)‎ A.图1中,A1与L1的电阻值相同 B.图1中,闭合S1,电路稳定后,A1中电流大于L1中电流 C.图2中,变阻器R与L2的电阻值相同 D.图2中,闭合S2瞬间,L2中电流与变阻器R中电流相等 答案　C　本题考查自感现象判断。在图1中断开S1瞬间,灯A1突然闪亮,说明断开S1前,L1中的电流大于A1中的电流,故L1的阻值小于A1的阻值,A、B选项均错误;在图2中,闭合S2瞬间,由于L2的自感作用,通过L2的电流很小,D错误;闭合S2后,最终A2与A3亮度相同,说明两支路电流相等,故R与L2的阻值相同,C项正确。‎ ‎5.(多选)如图甲所示,面积为S的n匝圆形闭合线圈内存在方向垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小随时间周期性变化,如图乙所示,已知线圈的电阻为R,则下列说法正确的是(　　)‎ A.线圈内产生的感应电动势最大值为SB0(V)‎ B.线圈内产生的感应电流最小值为nSB‎0‎‎2R(A)‎ C.线圈内产生的感应电动势周期为4 s D.0~1 s内线圈内产生的感应电流沿顺时针方向 答案　CD　由图乙可知,在0~1 s内产生的感应电动势最大,最大值为Emax=nΔBΔtS=nB0S,选项A错误;1~2 s内线圈内产生的感应电动势最小,最小值为零,选项B错误;由图线可知,线圈内产生的感应电动势周期为4 s,选项C正确;根据楞次定律可知,0~1 s内线圈内产生的感应电流沿顺时针方向,选项D正确。‎ ‎6.(多选)如图所示电路中,电源电动势为E(内阻不可忽略),线圈L的电阻不计。以下判断正确的是(　　)‎ A.闭合S稳定后,电容器两端电压为E B.闭合S稳定后,电容器的a极板带负电 C.断开S的瞬间,通过R1的电流方向向右 D.断开S的瞬间,通过R2的电流方向向右 答案　BC　闭合S稳定后,L相当于一段导线,R1被短路,所以C两端的电压等于R2两端的电压,故A错误;由图知b板带正电,故B正确;断开S的瞬间,L相当于电源,与R1组成回路,通过R1的电流方向自左向右,故C正确;断开S的瞬间,R2中无电流通过,故D错误。‎ ‎7.(多选)如图所示,在磁感应强度B=1.0 T的匀强磁场中,金属杆PQ在外力F作用下在粗糙U形导轨上以速度v=2 m/s向右匀速滑动,两导轨间距离L=1.0 m,电阻R=3.0 Ω,金属杆的电阻r=1.0 Ω,导轨电阻忽略不计,则下列说法正确的是(　　)‎ A.通过R的感应电流的方向由a到d B.金属杆PQ切割磁感线产生的感应电动势的大小为2.0 V C.金属杆PQ受到的安培力大小为0.5 N D.外力F做功的数值等于电路产生的焦耳热 答案　ABC　由右手定则判断知,当导体棒滑动时产生逆时针方向的电流,通过R的感应电流的方向由a到d,故A正确。金属杆PQ切割磁感线产生的感应电动势的大小为:E=BLv=1.0×1.0×2 V=2 V,故B正确。在整个回路中产生的感应电流为:I=ER+r,代入数据得:I=0.5 A,由安培力公式:F安=BIL,代入数据得:F安=0.5 N,故C正确。金属杆PQ在外力F作用下在粗糙U形导轨上以速度v向右匀速滑动,外力F做功的大小等于电路产生的焦耳热和导轨与金属杆之间的摩擦力产生的内能之和,故D错误。‎ ‎8.(2016四川理综,7,6分)(多选)如图所示,电阻不计、间距为l的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中,导轨左端接一定值电阻R。质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上,受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动,外力F与金属棒速度v的关系是F=F0+kv(F0、k是常量),金属棒与导轨始终垂直且接触良好。金属棒中感应电流为i,受到的安培力大小为FA,电阻R两端的电压为UR,感应电流的功率为P,它们随时间t变化图像可能正确的有(　　)‎ 答案　BC　金属棒MN相当于电源,其感应电动势E=Blv,感应电流I=BlvR+r　即I∝v FA=BIl=B‎2‎l‎2‎vR+r　即:FA∝v UR=IR=BlvR+rR　即:UR∝v P=IE=B‎2‎l‎2‎v‎2‎R+r　即:P∝v2‎ 对金属棒MN:F-FA=ma F0+kv-B‎2‎l‎2‎R+rv=ma F0+k-‎B‎2‎l‎2‎R+rv=ma 若k-B‎2‎l‎2‎R+r>0,随着v增大,a也增大,棒做加速度增大的加速运动,B项正确。‎ 若k-B‎2‎l‎2‎R+r<0,随着v增大,a减小,棒做加速度减小的加速运动,当a=0时,v达到最大后保持不变,C项正确,A项错误。‎ 若k-B‎2‎l‎2‎R+r=0,则a=F‎0‎m,金属棒做匀加速运动 则v=at,P=IE=B‎2‎l‎2‎a‎2‎R+rt2,D项错误。‎ ‎9.(2017江苏单科,13,15分)如图所示,两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内,其右端接一阻值为R的电阻。质量为m的金属杆静置在导轨上,其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B、方向竖直向下。当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后,金属杆的速度变为v。导轨和金属杆的电阻不计,导轨光滑且足够长,杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。求:‎ ‎(1)MN刚扫过金属杆时,杆中感应电流的大小I;‎ ‎(2)MN刚扫过金属杆时,杆的加速度大小a;‎ ‎(3)PQ刚要离开金属杆时,感应电流的功率P。‎ 答案　(1)‎Bdv‎0‎R ‎(2)‎B‎2‎d‎2‎v‎0‎mR ‎(3)‎B‎2‎d‎2‎‎(v‎0‎-v‎)‎‎2‎R 解析　本题考查法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿第二定律。‎ ‎(1)感应电动势E=Bdv0‎ 感应电流I=‎ER 解得I=‎Bdv‎0‎R ‎(2)安培力F=BId 牛顿第二定律F=ma 解得a=‎B‎2‎d‎2‎v‎0‎mR ‎(3)金属杆切割磁感线的速度v'=v0-v,则 感应电动势E=Bd(v0-v)‎ 电功率P=‎E‎2‎R 解得P=‎B‎2‎d‎2‎‎(v‎0‎-v‎)‎‎2‎R