第2課時(shí)　法拉第電磁感應(yīng)定律　自感和渦流

1、.第2課時(shí)法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流1.2019·大連模擬如圖,電源電動(dòng)勢(shì)為E,線圈L的直流電阻不計(jì).那么以下判斷正確的選項(xiàng)是CA.閉合S,穩(wěn)定后,電容器兩端電壓為EB.閉合S,穩(wěn)定后,電容器的a極帶正電C.斷開(kāi)S瞬間,電容器的a極將帶正電D.斷開(kāi)S瞬間,電容器的a極將帶負(fù)電解析:因線圈L的直流電阻不計(jì),那么閉合S,穩(wěn)定后,電容器兩端電壓為零,電容器帶電荷量為零,選項(xiàng)A,B錯(cuò)誤;斷開(kāi)S瞬間,在線圈L中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的減小,通過(guò)L的電流向左,對(duì)電容器充電,a板帶正電,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤.2.多項(xiàng)選擇如下圖,閉合金屬環(huán)從曲面上h高處滾下,又沿曲面的另一側(cè)上升,設(shè)環(huán)的初速度為零,

2、摩擦不計(jì),曲面處在圖示磁場(chǎng)中,那么BDA.假設(shè)是勻強(qiáng)磁場(chǎng),環(huán)滾上的高度小于hB.假設(shè)是勻強(qiáng)磁場(chǎng),環(huán)滾上的高度等于hC.假設(shè)是非勻強(qiáng)磁場(chǎng),環(huán)滾上的高度等于hD.假設(shè)是非勻強(qiáng)磁場(chǎng),環(huán)滾上的高度小于h解析:假設(shè)是勻強(qiáng)磁場(chǎng),金屬環(huán)中無(wú)渦流產(chǎn)生,無(wú)機(jī)械能損失,應(yīng)選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確.假設(shè)是非勻強(qiáng)磁場(chǎng),金屬環(huán)中有渦流產(chǎn)生,機(jī)械能損失轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,應(yīng)選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確.3.2019·宜春模擬多項(xiàng)選擇如下圖,是高頻焊接機(jī)原理示意圖,線圈中通一高頻電流時(shí),待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流通過(guò)焊縫產(chǎn)生大量的熱量,將金屬熔化,把工件焊接在一起,而工件其他部分發(fā)熱很少,以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是ADA.交

3、變電流的頻率越高,焊縫處的溫度升高得越快B.交變電流的頻率越低,焊縫處的溫度升高得越快C.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻小D.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻大解析:線圈中通以高頻變化的電流時(shí),待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流的大小與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有關(guān),電流變化的頻率越高,電流變化得越快,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;工件上焊縫處的電阻大,電流產(chǎn)生的熱量就多,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確.4.2019·銅仁市模擬用均勻?qū)Ь€做成的正方形線框邊長(zhǎng)為0.2 m,正方形的一半放在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,如下圖.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度以10 T/s的變化率增強(qiáng)時(shí),線框

4、中a,b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差是BA.Uab=0.1 VB.Uab=-0.1 VC.Uab=0.2 VD.Uab=-0.2 V解析:正方形線框的左半部分磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),從而在線框中有感應(yīng)電流產(chǎn)生,把左半部分線框看成電源,其電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)電阻為r2,其等效電路如下圖.那么a,b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差即為電源的路端電壓,設(shè)l是邊長(zhǎng),且依題意知Bt=10 T/s.由E=t得E=BSt=Bl2t·2=10×0.222 V=0.2 V所以U=IR=Er2+r2·R=0.2r×r2 V=0.1 V,由于a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì),故Uab=-0.1 V,故B正確,A,C,D錯(cuò)

5、誤.5.2019·石家莊模擬如下圖,半徑為r的金屬圓盤在垂直于盤面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中,繞O軸以角速度沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng),那么通過(guò)電阻R的電流的方向和大小是金屬圓盤的電阻不計(jì)DA.由c到d,I=Br2RB.由d到c,I=Br2RC.由c到d,I=Br22RD.由d到c,I=Br22R解析:由右手定那么斷定通過(guò)電阻R的電流的方向是由d到c;而金屬圓盤產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=12Br2,所以通過(guò)電阻R的電流大小是I=Br22R,D正確.6.2019·西寧二模多項(xiàng)選擇如下圖,足夠長(zhǎng)的平行光滑導(dǎo)軌固定在程度面上,導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)=1 m,其右端連接有定值電阻R=2 ,整個(gè)裝置處于垂直導(dǎo)軌平面、

6、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.一質(zhì)量m=2 kg的金屬棒在恒定的程度拉力F=10 N的作用下,在導(dǎo)軌上由靜止開(kāi)場(chǎng)向左運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)中金屬棒始終與導(dǎo)軌垂直.導(dǎo)軌及金屬棒的電阻不計(jì),以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是ACDA.產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向在金屬棒中由a指向bB.金屬棒向左做先加速后減速運(yùn)動(dòng)直到靜止C.金屬棒的最大加速度為5 m/s2D.程度拉力的最大功率為200 W解析:金屬棒向左運(yùn)動(dòng)切割磁感線,根據(jù)右手定那么判斷得知產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向由ab,A正確;金屬棒所受的安培力先小于拉力,棒做加速運(yùn)動(dòng),后等于拉力做勻速直線運(yùn)動(dòng),速度到達(dá)最大,B錯(cuò)誤;根據(jù)牛頓第二定律得F-B2L2vR=ma,可知棒的速度v增大,加

7、速度a減小,所以棒剛開(kāi)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度最大,最大加速度amax=Fm=102 m/s2=5 m/s2,C正確;當(dāng)棒的加速度a=0時(shí)速度最大,設(shè)最大速度為vmax,那么有F=B2L2vmaxR,所以vmax=FRB2L2=10×212×12 m/s=20 m/s,所以程度拉力的最大功率Pmax=Fvmax=10×20 W=200 W,D正確.7.2019·哈密市校級(jí)模擬線圈所圍的面積為0.1 m2,線圈電阻為 1 .規(guī)定線圈中感應(yīng)電流I的正方向從上往下看是順時(shí)針?lè)较?如圖甲所示.磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示.那么以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是CA.在

8、時(shí)間05 s內(nèi),I的最大值為0.1 AB.在4 s末,I的方向?yàn)檎鼵.前2 s內(nèi),通過(guò)線圈某截面的總電荷量為0.01 CD.第3 s內(nèi),線圈的發(fā)熱功率最大解析:由題圖乙看出,在0 s時(shí)圖線的斜率最大,B的變化率最大,根據(jù)閉合電路歐姆定律得,I=ER=BSt·R,0 s時(shí)刻磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為0.1,那么最大電流I=0.1×0.11×1 A=0.01 A,故A錯(cuò)誤.在4 s末,穿過(guò)線圈的磁場(chǎng)方向向上,磁通量減小,那么根據(jù)楞次定律判斷得知,I的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?即為負(fù)方向,故B錯(cuò)誤.前2 s內(nèi),通過(guò)線圈某截面的總電荷量q=R=BSR=0.1×0.11 C=0.

9、01 C,故C正確;第3 s內(nèi),B沒(méi)有變化,線圈中沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生,那么線圈的發(fā)熱功率為0,故D錯(cuò)誤.8.2019·張家口校級(jí)模擬如圖甲所示,導(dǎo)體棒MN置于程度導(dǎo)軌上,PQMN所圍的面積為S,PQ之間有阻值為R的電阻,不計(jì)導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻.導(dǎo)軌所在區(qū)域內(nèi)存在沿豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),規(guī)定磁場(chǎng)方向豎直向上為正,在02t0時(shí)間內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化情況如圖乙所示,導(dǎo)體棒MN始終處于靜止?fàn)顟B(tài).以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是BA.在0t0和t02t0時(shí)間內(nèi),導(dǎo)體棒受到的導(dǎo)軌的摩擦力方向一樣B.在0t0內(nèi),通過(guò)導(dǎo)體棒的電流方向?yàn)镹到MC.在t02t0內(nèi),通過(guò)電阻R的電流大小為SB0Rt0D.在02t0時(shí)間內(nèi),

10、通過(guò)電阻R的電荷量為SB02R解析:在0t0時(shí)間內(nèi)磁通量在減小,那么導(dǎo)體棒有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),摩擦力程度向左.在t02t0時(shí)間內(nèi)磁通量增大,同理可判斷導(dǎo)體棒有向左運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),摩擦力程度向右,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;0t0內(nèi)豎直向上的磁通量減小,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的方向由N到M,選項(xiàng)B正確;導(dǎo)體棒MN始終靜止,與導(dǎo)軌圍成的面積不變,根據(jù)電磁感應(yīng)定律可得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=t=BtS,即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與Bt圖像斜率成正比,0t0的感應(yīng)電流大小I1=E'R=B't'RS=B0Rt0S,t02t0的感應(yīng)電流大小I2=ER=BtRS=2B0Rt0S,選項(xiàng)C錯(cuò);在02t0時(shí)間內(nèi),通過(guò)電阻R的電荷量Q=

11、BSR=B0SR,選項(xiàng)D錯(cuò).9.2019·南昌模擬如下圖,長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬導(dǎo)線彎成一圓環(huán),導(dǎo)線的兩端接在電容為C的平行板電容器上,P,Q為電容器的兩個(gè)極板,磁場(chǎng)方向垂直于環(huán)面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度以B=B0+KtK>0隨時(shí)間變化.t=0時(shí),P,Q兩極板電勢(shì)相等,兩極板間的間隔 遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑.經(jīng)時(shí)間t,電容器的P極板DA.不帶電 B.所帶電荷量與t成正比C.帶正電,電荷量是KL2C4D.帶負(fù)電,電荷量是KL2C4解析:磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增加,回路中產(chǎn)生的充電電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?Q板帶正電,P板帶負(fù)電,A錯(cuò)誤;由于E=t=Bt·S=K·R2,而L= 2R,R=L2,解得

12、E=KL24.電容器上的電荷量Q=CE=KL2C4,B,C錯(cuò)誤,D正確.10.2019·濰坊一模多項(xiàng)選擇如圖甲所示,線圈兩端a,b與一電阻R相連.線圈內(nèi)有垂直線圈平面向里的磁場(chǎng),t=0時(shí)起,穿過(guò)線圈的磁通量按圖乙所示規(guī)律變化.以下說(shuō)法正確是ACA.t02時(shí)刻,R中電流方向由a到bB.32t0時(shí)刻,R中電流方向由a到bC.0t0時(shí)間內(nèi)R中的電流是t02t0時(shí)間內(nèi)的12D.0t0時(shí)間內(nèi)R產(chǎn)生的焦耳熱是t02t0時(shí)間內(nèi)的12解析:t02時(shí)刻,線圈中向里的磁通量在增加,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流沿逆時(shí)針?lè)较?所以R中電流方向由a到b,故A正確;32t0時(shí)刻,線圈中向里的磁通量在減少,根據(jù)楞次定律

13、,感應(yīng)電流沿順時(shí)針?lè)较?R中的電流方向由b到a,故B錯(cuò)誤;0t0時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1=20-0t0=0t0;t02t0時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2=202t0-t0=20t0;由歐姆定律I=ER,知0t0時(shí)間內(nèi)R中的電流是t02t0時(shí)間的12,故C正確;根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt,知0t0時(shí)間內(nèi)R產(chǎn)生的焦耳熱是t02t0時(shí)間內(nèi)的14,故D錯(cuò)誤.11.導(dǎo)學(xué)號(hào) 588262132019·泰安二模多項(xiàng)選擇如圖甲所示,間距為L(zhǎng)的光滑導(dǎo)軌程度放置在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,軌道左側(cè)連接一定值電阻R.垂直導(dǎo)軌的導(dǎo)體棒ab在程度外力F作用下沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng),F隨t變化的規(guī)律如圖乙所示.在0t0時(shí)間內(nèi),

14、棒從靜止開(kāi)場(chǎng)做勻加速直線運(yùn)動(dòng).乙圖中t0,F1,F2為,棒和軌道的電阻不計(jì).那么BDA.在t0以后,導(dǎo)體棒一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B.在t0以后,導(dǎo)體棒先做加速,最后做勻速直線運(yùn)動(dòng)C.在0t0時(shí)間內(nèi),導(dǎo)體棒的加速度大小為2(F2-F1)RB2L2t0D.在0t0時(shí)間內(nèi),通過(guò)導(dǎo)體棒橫截面的電荷量為(F2-F1)t02BL解析:因在0t0時(shí)間內(nèi)棒做勻加速直線運(yùn)動(dòng),故在t0時(shí)刻F2大于棒所受的安培力,在t0以后,外力保持F2不變,安培力逐漸變大,導(dǎo)體棒做加速度越來(lái)越小的加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)加速度a=0,即導(dǎo)體棒所受安培力與外力F2大小相等后,導(dǎo)體棒做勻速直線運(yùn)動(dòng),故A錯(cuò)誤,B正確;設(shè)在0t0時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒的加速度

15、為a,導(dǎo)體棒的質(zhì)量為m,t0時(shí)刻導(dǎo)體棒的速度為v,根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律,t=0時(shí)有F1=ma,t=t0時(shí)有F2-B2L2vR=ma而v=at0,由此得a=(F2-F1)RB2L2t0,故C錯(cuò)誤;在0t0內(nèi),導(dǎo)體棒ab掃過(guò)面積S=L·12at02=(F2-F1)Rt02B2L,那么通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量q=R=(F2-F1)t02BL,故D正確.12.導(dǎo)學(xué)號(hào) 588262142019·濟(jì)南模擬多項(xiàng)選擇如圖,兩根電阻不計(jì)的足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌MN,PQ,間距為L(zhǎng),兩導(dǎo)軌構(gòu)成的平面與程度面成角.金屬棒ab,cd用絕緣輕繩連接,其電阻均為R,質(zhì)量分別為m和2m.沿斜面向上的外力F作用在

16、cd上使兩棒靜止,整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,重力加速度大小為g.將輕繩燒斷后,保持F不變,金屬棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好.那么ADA.輕繩燒斷瞬間,cd的加速度大小a=12gsin B.輕繩燒斷后,cd做勻加速運(yùn)動(dòng)C.輕繩燒斷后,任意時(shí)刻兩棒運(yùn)動(dòng)的速度大小之比vabvcd=12D.棒ab的最大速度vabm=4mgRsin3B2L2解析:輕繩燒斷前,對(duì)兩金屬棒組成的整體,有F=m+2mgsin =3mgsin ,輕繩燒斷瞬間,對(duì)cd有F-2mgsin =2ma解得a=12gsin ,故A正確;隨著速度的變化,電動(dòng)勢(shì)不斷變化,電流不斷變化,安培力不斷變化,加速度不

17、斷變化,所以cd棒不可能做勻加速運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤;兩金屬棒組成的系統(tǒng)合力為0,動(dòng)量守恒,所以有0=mvab-2mvcd,得vabvcd=21,故C錯(cuò)誤;回路總電動(dòng)勢(shì)E=BLvab+BLvcd,因?yàn)関ab=2vcd,由閉合電路歐姆定律得I=34BLvabR,當(dāng)棒ab速度最大時(shí),有BIL=mgsin ,那么得vabm=4gRsin3B2L2,故D正確.13.導(dǎo)學(xué)號(hào) 588262152019·河北邢臺(tái)模擬如圖1所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0 T的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中MN為邊界,用外力將邊長(zhǎng)為L(zhǎng)=10 cm的正方形金屬線框向右勻速拉出磁場(chǎng),在線框拉出磁場(chǎng)的過(guò)程中,ab邊受到的磁場(chǎng)力F隨時(shí)間t變化的關(guān)系

18、如圖2所示,bc邊剛分開(kāi)磁場(chǎng)的時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)即此時(shí)t=0.求:1將金屬框拉出的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量Q;2線框的電阻R.解析:1由圖像可知,當(dāng)t=0時(shí)刻ab邊的受力最大,為F1=BIL=0.02 N那么I=F1BL=0.021.0×0.1 A=0.2 A線框勻速運(yùn)動(dòng),其ad邊受到的安培力為阻力,大小即為F1,由能量守 恒得Q=W安=F1L=0.02×0.1 J=2.0×10-3 J.2根據(jù)焦耳定律,有Q=I2Rt那么R=QI2t=2.0×10-30.22×0.05 =1.0 .答案:12.0×10-3 J21.0 14.導(dǎo)學(xué)號(hào) 588262162019·南通模擬如下圖,兩足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置,相距為L(zhǎng),一理想電流表與兩導(dǎo)軌相連,勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直.一質(zhì)量為m、有效電阻為R的導(dǎo)體棒在距磁場(chǎng)上邊界h處?kù)o止釋放.導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)后,流經(jīng)電流表的電流逐漸減小,最終穩(wěn)定為I.整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,