《（北京专用）2020版高考物理总复习 第十二章 第2讲 法拉第电磁感应定律 自感精练（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（北京专用）2020版高考物理总复习 第十二章 第2讲 法拉第电磁感应定律 自感精练（含解析）（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2讲法拉第电磁感应定律自感A组基础巩固1.如图,在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动,MN中产生的感应电动势为E1;若磁感应强度增为2B,其他条件不变,MN中产生的感应电动势变为E2。则通过电阻R的电流方向及E1与E2之比E1E2分别为()A.ca,21B.ac,21C.ac,12D.ca,12答案C杆MN向右匀速滑动,由右手定则判知,通过R的电流方向为ac;又因为E=BLv,所以E1E2=12,故选项C正确。2.(2017昌平二模)图甲为手机及无线充电板。图乙为充电原理示意图。充电板接交流电源,对充电板供电,充电板内的送电线圈可产生
2、交变磁场,从而使手机内的受电线圈产生交变电流,再经整流电路转变成直流电后对手机电池充电。为方便研究,现将问题做如下简化:设受电线圈的匝数为n,面积为S,若在t1到t2时间内,磁场垂直于受电线圈平面向上穿过线圈,其磁感应强度由B1均匀增加到B2。下列说法正确的是()A.c点的电势高于d点的电势B.受电线圈中感应电流方向由d到cC.c、d之间的电势差为n(B2-B1)St2-t1D.c、d之间的电势差为n(B2-B1)t2-t1答案C受电线圈内原磁场增强,由楞次定律知,感应电流产生的磁场与原磁场反向,再由安培定则可得,俯视时电流方向为顺时针,即由c到d,受电线圈作为电源,d为正极,d点电势比c点的
3、高,A、B错误;由法拉第电磁感应定律得,c、d间电势差E=nt=n(B2-B1)St2-t1,C正确,D错误。3.(2017东城二模)如图所示,在光滑水平桌面上有一边长为L、总电阻为R的正方形导线框abcd,在导线框右侧有一边长为2L、磁感应强度为B、方向竖直向下的正方形匀强磁场区域。磁场的左边界与导线框的ab边平行。在导线框以速度v匀速向右穿过磁场区域的全过程中()A.感应电动势的大小为2BLvRB.感应电流的方向始终沿abcda方向C.导线框受到的安培力先向左后向右D.导线框克服安培力做功2B2L3vR答案D导线框进入、穿出磁场的过程中感应电动势的大小E=BLv。由右手定则可知进入磁场的过
4、程中,感应电流的方向为abcda方向;出磁场的过程中,感应电流的方向为adcba方向,由左手定则可知,进、出磁场的过程安培力始终向左。F安=BIL=B2L2vR,则W克安=F安2L=2B2L3vR,D正确。4.(2018东城一模)如图所示,将两端刮掉绝缘漆的导线绕在一把锉刀上,一端接上电池(电池另一极与锉刀接触),手执导线的另一端,在锉刀上来回划动,由于锉刀表面凹凸不平,就会产生电火花。下列说法正确的是()A.产生电火花的回路只由导线与电池组成B.如导线端只向一个方向划动也能产生电火花C.锉刀采用什么材料制成对实验没有影响D.导线端划动的方向决定了自感电动势的方向答案B回路由导线、锉刀、电池组
5、成,故A错误;锉刀是回路的一部分,必须是导体,故材料对实验有影响,C错;锉刀表面凹凸不平,导线端在划动过程中,电路在通路和断路状态间不断变化,线圈产生自感电动势,自感电动势的方向与导线端划动方向无关,所以D错。5.(2018朝阳期末)如图所示的电路中,a、b是两个完全相同的灯泡,L为自感线圈(直流电阻不计),E为电源,S为开关。下列说法中正确的是()A.闭合开关,a、b同时亮B.闭合开关,a先亮,b后亮C.断开开关,a、b过一会儿同时熄灭D.断开开关,b先熄灭,a闪亮后熄灭答案C闭合开关,含有电感线圈支路的电流将从0开始逐渐增加,故b灯先亮,而a灯后亮,选项A、B均错误;电路稳定后, a、b两
6、灯支路电流相同,当S断开时,电感线圈中的电流将通过a、b灯回路,通过两灯的电流时刻等大,故过一会儿a、b会同时熄灭,不会出现闪亮的现象,因此C选项正确,D选项错误。6.(2018东城一模)如图甲所示,一个面积为S,阻值为r的圆形金属线圈与阻值为2r的电阻R组成闭合回路。在线圈中存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示,图中B0和t0已知,导线电阻不计。在t=0至t=t0时间内,求: (1)电阻R中电流的方向;(2)感应电动势的大小E;(3)a、b两点间的电势差Uab。答案(1)由a到b(2)B0St0(3)2B0S3t0解析(1)由题图可知t=0至t=t0时间
7、内线圈中垂直于线圈平面向里的磁通量增加,由楞次定律和安培定则知,电阻R中的电流方向由a到b。(2)根据法拉第电磁感应定律E=nt,其中n=1,=B0S,t=t0,代入得到E=B0St0(3)根据闭合电路欧姆定律有I=E2r+rUab=I2r可得Uab=2B0S3t07.(2015北京理综,22,16分)如图所示,足够长的平行光滑金属导轨水平放置,宽度L=0.4 m,一端连接R=1 的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=1 T。导体棒MN放在导轨上,其长度恰好等于导轨间距,与导轨接触良好。导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。在平行于导轨的拉力F作用下,导体棒沿导轨向右匀速运动,速
8、度v=5 m/s。求:(1)感应电动势E和感应电流I;(2)在0.1 s时间内,拉力的冲量IF的大小;(3)若将MN换为电阻r=1 的导体棒,其他条件不变,求导体棒两端的电压U。答案(1)2 V2 A(2)0.08 Ns(3)1 V解析(1)由法拉第电磁感应定律可得,感应电动势E=BLv=10.45 V=2 V感应电流I=ER=21 A=2 A(2)拉力大小等于安培力大小F=BIL=120.4 N=0.8 N冲量大小IF=Ft=0.80.1 Ns=0.08 Ns(3)由闭合电路欧姆定律可得,电路中电流I=ER+r=22 A=1 A由欧姆定律可得,导体棒两端电压 U=IR=1 V8.(2018海
9、淀零模)麦克斯韦电磁理论认为:变化的磁场会在空间激发一种电场,这种电场与静电场不同,称为感生电场或涡旋电场。在如图甲所示的半径为r的圆形导体环内,存在以圆环为边界竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小随时间的变化关系为B=kt(k0且为常量)。该变化的磁场会在空间产生圆形的涡旋电场,如图乙所示,涡旋电场的电场线与导体环是同心圆,同一电场线上各点场强大小相同,方向沿切线。导体环中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动,产生感应电流,或者说导体中产生了感应电动势,涡旋电场力充当非静电力,其大小与涡旋电场的场强E关系满足F=Eq。(1)根据法拉第电磁感应定律,推导导体环中产生的感应电动势;(2)在乙
10、图中以圆心O为坐标原点,向右建立一维x坐标轴,推导在x轴上各处电场强度的大小E与x之间的函数表达式,在图丁中定性画出E-x图像;(3)图丙为图乙的俯视图,去掉导体环,在磁场圆形边界上有M、N两点,M、N之间所夹的小圆弧恰为整个圆周的16;将一个带电荷量为+q的带电小球沿着圆弧分别顺时针、逆时针从M移动到N,求涡旋电场力分别所做的功。在此基础上,对比涡旋电场和静电场,说明涡旋电场中为什么不存在电势的概念。丁答案见解析解析(1)=t=SBt=r2k(2)求x处的涡旋电场场强,可认为放一个半径为x的导体环(圆心和磁场区域圆心相同)当xr时:=t=BtS=kx2Ex=2x=kx22x=kx2当xr时:
11、=t=BtS=kr2Ex=2x=kr22x=kr22xE-x图像如图所示(3)Er=kr2,带正电小球所受电场力沿着电场线(顺时针)顺时针移动时W1=Erq562r=5qkr26逆时针移动时W2=-Erq162r=-qkr26因为沿不同路径从M点移动到N点,W1W2,即涡旋电场力做功与路径有关,所以不存在电势能Ep的概念,=Epq,所以不存在电势的概念。B组综合提能1.(2018海淀期末)如图所示,李辉用多用电表的欧姆挡测量一个变压器线圈的电阻,以判断它是否断路。刘伟为了使李辉操作方便,用两手分别握住线圈裸露的两端让李辉测量。测量时表针摆过了一定角度,李辉由此确认线圈没有断路。正当李辉把多用电
12、表的表笔与被测线圈脱离时,刘伟突然惊叫起来,觉得有电击感。下列说法正确的是()A.刘伟被电击时变压器线圈中的电流瞬间变大B.刘伟有电击感是因为两手之间瞬间有高电压C.刘伟受到电击的同时多用电表也可能被烧坏D.实验过程中若李辉两手分别握住红黑表笔的金属杆,他也会受到电击答案B欧姆挡内部有电源,测量时,刘伟和变压器线圈并联,但由于人体电阻比变压器线圈的电阻大得多,通过人体的电流非常小,两手之间的电压也不大,变压器的线圈匝数非常多,又有铁芯,自感系数很大,当李辉将多用电表的表笔与被测线圈脱离时,由E=Lit知,可以产生很大的自感电动势,使刘伟两手之间有瞬间高电压,刘伟才有电击感,B正确;变压器线圈中
13、的电流由表笔与被测线圈接通时的电流值开始减小,不会变大,A项错;刘伟受电击时,线圈与刘伟组成闭合回路,且与多用电表断开,没有通过电表的电流,多用电表不会被烧坏,C项错;实验过程中,若李辉握住红黑表笔的金属杆,在表笔与线圈接通时,由于欧姆挡内电源电动势比较小,不会受电击,在表笔与线圈断开时,李辉和多用电表组成回路,也不会受电击,D错误。2.(2017海淀期末)如图所示电路为演示自感现象的电路图,其中R0为定值电阻,电源电动势为E、内阻为r,小灯泡的灯丝电阻为R(可视为不变),电感线圈的自感系数为L、电阻为RL。电路接通并达到稳定状态后,断开开关S,可以看到灯泡先是“闪亮”(比开关断开前更亮)一下
14、,然后才逐渐熄灭,但实验发现“闪亮”现象并不明显。为了观察到断开开关S时灯泡比开关断开前有更明显的“闪亮”现象,下列措施中一定可行的是()A.撤去电感线圈中的铁芯,使L减小B.更换电感线圈中的铁芯,使L增大C.更换电感线圈,保持L不变,使RL增大D.更换电感线圈,保持L不变,使RL减小答案D灯泡闪亮的条件是断开开关瞬间通过灯泡的电流大小突然变大,则电路接通并达到稳定状态时通过电感线圈的电流应大于通过灯泡的电流,由此可知需要将电感线圈的电阻RL减小,故选D。3.如图甲所示,水平面上的平行导轨MN、PQ上放着两根导体棒ab、cd,两棒间用绝缘丝线系住,开始匀强磁场垂直纸面向里,磁感应强度B随时间t
15、的变化如图乙所示,图线与t轴的交点为t0,I和FT分别表示流过导体棒的电流和丝线的拉力(不计电流间的相互作用),则在t0时刻()A.I=0,FT=0B.I=0,FT0C.I0,FT=0D.I0,FT0答案C由题图看出,磁感应强度B随时间t均匀变化,则穿过回路的磁通量随时间也均匀变化,根据法拉第电磁感应定律可知回路中将产生恒定的感应电流,所以I0。t0时刻B=0,两棒都不受安培力,故丝线中拉力FT=0,所以C正确。4.(2017海淀期末)如图所示,两根相距为L的光滑金属导轨CD、EF固定在水平面内,并处在方向竖直向下的匀强磁场中,导轨足够长且电阻不计。在导轨的左端接入一阻值为R的定值电阻,将质量为m、电阻可忽略不计的金属棒MN垂直放置在导轨上。t=0时刻,MN棒与DE的距离为d,MN棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好,不计空气阻力。(1)金属棒MN以恒定速度v向右运动过程中若从t=0时刻起,所加
