高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 第2節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感和渦流練習(xí)（含解析）新人教版-新人教版高三物理試題

第2節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流1.(2019·河北衡水金卷)如圖所示,三只完全相同的燈泡A,B,C分別與帶有鐵芯的電感線圈L、定值電阻R、二極管D串聯(lián)在電路中,閉合開關(guān)S,電路穩(wěn)定后,三只燈泡亮度相同.下列說法正確的是(B)A.斷開開關(guān)S,燈泡A,C馬上熄滅,燈泡B慢慢熄滅B.斷開開關(guān)S,燈泡C馬上熄滅,燈泡A,B慢慢熄滅C.斷開開關(guān)S瞬間,通過燈泡B的電流方向是從左向右的D.如果先抽掉電感線圈的鐵芯,再斷開開關(guān)S,會發(fā)現(xiàn)燈泡B熄滅得更慢解析:閉合開關(guān)S,電路穩(wěn)定后,三只燈泡亮度相同,說明導(dǎo)通狀態(tài)下,三個支路的電流相同;斷開開關(guān)S后,電感線圈產(chǎn)生自感電動勢,阻礙電流減小,與燈泡B所在支路形成回路,所以燈泡A,B不是馬上熄滅,而是慢慢熄滅,燈泡C所在支路由于二極管的作用反向電流不能通過,燈泡C馬上熄滅,故A項錯誤,B項正確;斷開開關(guān)S瞬間,通過電感線圈的電流方向不變,通過燈泡B的電流方向是從右向左的,故C項錯誤;根據(jù)自感電動勢可知如果先抽掉電感線圈的鐵芯,自感系數(shù)L減小,再斷開開關(guān)S,由于電感線圈的自感電動勢減小,會發(fā)現(xiàn)燈泡B熄滅得明顯變快,故D項錯誤.2.(多選)如圖所示,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,摩擦不計,曲面處在圖示磁場中,則(BD)A.若是勻強(qiáng)磁場,環(huán)滾上的高度小于hB.若是勻強(qiáng)磁場,環(huán)滾上的高度等于hC.若是非勻強(qiáng)磁場,環(huán)滾上的高度等于hD.若是非勻強(qiáng)磁場,環(huán)滾上的高度小于h解析:若是勻強(qiáng)磁場,金屬環(huán)中無渦流產(chǎn)生,無機(jī)械能損失,故選項A錯誤,B正確.若是非勻強(qiáng)磁場,金屬環(huán)中有渦流產(chǎn)生,機(jī)械能損失轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故選項C錯誤,D正確.3.(2018·福建漳州第二次調(diào)研)(多選)如圖是磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)簡圖.該裝置主要由測量齒輪、軟鐵、永久磁鐵、線圈等原件組成.測量齒輪為磁性材料.等距離地安裝在被測旋轉(zhuǎn)體的一個圓周上(圓心在旋轉(zhuǎn)體的軸線上),齒輪轉(zhuǎn)動時線圈內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電流.設(shè)感應(yīng)電流的變化頻率為f.測量齒輪的齒數(shù)為N,旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速為n,則(AD)A.f=nNB.f=C.線圈中的感應(yīng)電流方向不會變化D.旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速越高線圈中的感應(yīng)電流越強(qiáng)解析:測量齒輪的齒數(shù)為N,旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速為n,則每秒內(nèi)齒輪與線圈相互靠近和遠(yuǎn)離的次數(shù)為nN,即感應(yīng)電流的頻率為f=nN,選項A正確,B錯誤;當(dāng)齒輪與線圈相互靠近和遠(yuǎn)離的時候,在線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向要變化,選項C錯誤;旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速越高,穿過線圈的磁通量的變化率越大,則線圈中的感應(yīng)電流越強(qiáng),選項D正確.4.(2018·河北唐山一模)如圖所示,單匝金屬線圈半徑為r1,電阻為R,內(nèi)部存在一圓形區(qū)域勻強(qiáng)磁場,磁場區(qū)域半徑為r2,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化為B=kt(k>0),磁場方向垂直紙面向外,下列說法正確的是(C)A.線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r針方向B.線圈具有收縮趨勢C.線圈中感應(yīng)電流的大小為D.線圈中感應(yīng)電動勢的大小為πk解析:穿過線圈的磁通量向外增大,根據(jù)楞次定律,線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r針方向,線圈具有擴(kuò)張的趨勢,增大反向的磁通量以阻礙原磁場磁通量的增大,故A,B錯誤;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=S=πk,根據(jù)歐姆定律,感應(yīng)電流I==,故C正確,D錯誤.5.(2019·江西贛州中學(xué)模擬)(多選)1831年10月28日,法拉第展示了他發(fā)明的圓盤發(fā)電機(jī),其示意圖如圖所示,水平銅盤可繞豎直銅軸轉(zhuǎn)動,兩銅片M,N分別與銅盤邊緣和銅軸連接,使整個銅盤處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中.M和N之間連接阻值為R的電阻和滑動變阻器RP,若從上往下看,銅盤轉(zhuǎn)動的方向?yàn)轫槙r針方向.已知銅盤的半徑為L,銅盤轉(zhuǎn)動的角速度為ω,銅盤連同兩銅片對電流的等效電阻值為r,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,下列說法正確的是(BCD)A.導(dǎo)體R中的電流方向從a到bB.銅盤轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為BL2ωC.導(dǎo)體R的最大功率為D.如果RP=R+r,則滑動變阻器的最大功率為解析:若從上往下看,銅盤轉(zhuǎn)動的方向?yàn)轫槙r針方向,根據(jù)右手定則可知,導(dǎo)體R中的電流方向從b到a,故A錯誤;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得:銅盤轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=BL2ω,故B正確;根據(jù)閉合電路歐姆定律得I=,則導(dǎo)體R的功率為P=I2R=()2R,當(dāng)RP=0時,導(dǎo)體的功率最大,即Pm=,故C正確;把導(dǎo)體R等效成電源的內(nèi)阻,則電流的等效電阻為r′=r+R,此時外電路只有RP,故當(dāng)RP=r+R時,滑動變阻器的功率最大,即Pm′=,故D正確.6.(多選)如圖所示,足夠長的平行光滑導(dǎo)軌固定在水平面上,導(dǎo)軌間距為L=1m,其右端連接有定值電阻R=2Ω,整個裝置處于垂直導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T的勻強(qiáng)磁場中.一質(zhì)量m=2kg的金屬棒在恒定的水平拉力F=10N的作用下,在導(dǎo)軌上由靜止開始向左運(yùn)動,運(yùn)動中金屬棒始終與導(dǎo)軌垂直.導(dǎo)軌及金屬棒的電阻不計,下列說法正確的是(ACD)A.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)動直到靜止C.金屬棒的最大加速度為5m/s2D.水平拉力的最大功率為200W解析:金屬棒向左運(yùn)動切割磁感線,根據(jù)右手定則判斷得知產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向由a→b,A正確;金屬棒所受的安培力先小于拉力,棒做加速運(yùn)動,后等于拉力做勻速直線運(yùn)動,速度達(dá)到最大,B錯誤;根據(jù)牛頓第二定律得F-=ma,可知棒的速度v增大,加速度a減小,所以棒剛開始運(yùn)動時加速度最大,最大加速度amax==m/s2=5m/s2,C正確;當(dāng)棒的加速度a=0時速度最大,設(shè)最大速度為vmax,則有F=,所以vmax==m/s=20m/s,所以水平拉力的最大功率Pmax=Fvmax=10×20W=200W,D正確.7.(2019·新疆哈密校級模擬)線圈所圍的面積為0.1m2A.在時間0～5s內(nèi),I的最大值為0.1AB.在4s末,I的方向?yàn)檎鼵.前2s內(nèi),通過線圈某截面的總電荷量為0.01CD.第3s內(nèi),線圈的發(fā)熱功率最大解析:由題圖(乙)看出,在0s時圖線的斜率最大,B的變化率最大,根據(jù)閉合電路歐姆定律得,I==,0s時刻磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為0.1,則最大電流I=A=0.01A,故A錯誤.在4s末,穿過線圈的磁場方向向上,磁通量減小,則根據(jù)楞次定律判斷得知,I的方向?yàn)槟鏁r針方向,即為負(fù)方向,故B錯誤.前2s內(nèi),通過線圈某截面的總電荷量q===C=0.01C,故C正確;第3s內(nèi),B沒有變化,線圈中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生,則線圈的發(fā)熱功率為0,故D錯誤.8.(2018·四川樂山三次調(diào)考)(多選)如圖,兩根平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi),其左端接有定值電阻R,Ox軸平行于金屬導(dǎo)軌,在0≤x≤4m的空間區(qū)域內(nèi)存在著垂直導(dǎo)軌平面向下的磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨坐標(biāo)x(以m為單位)的分布規(guī)律為B=0.8-0.2x(T),金屬棒ab在外力作用下從x=0處沿導(dǎo)軌運(yùn)動,ab始終與導(dǎo)軌垂直并接觸良好,不計導(dǎo)軌和金屬棒的電阻.設(shè)在金屬棒從x1=1m經(jīng)x2=2m到x3=3m的過程中,R的電功率保持不變,則金屬棒(CD)A.在x1與x3處的電動勢之比為1∶3B.在x1與x2處受到磁場B的作用力大小之比為2∶1C.從x1到x2與從x2到x3的過程中通過R的電荷量之比為5∶3D.從x1到x2與從x2到x3的過程中通過R產(chǎn)生的焦耳熱之比為5∶3解析:由功率的計算公式P==,知道由于金屬棒從x1=1m經(jīng)x2=2m到x3=3m的過程中電功率保持不變,所以E不變,I不變;由安培力公式F=BIL,可知x1與x2處受到磁場B的作用力大小之比====;由安培力公式F=BIL,Fx圖像如圖所示,圖像的面積就是克服安培力做的功,即R產(chǎn)生的熱量,從x1到x2與從x2到x3的過程中通過R產(chǎn)生的焦耳熱之比為===,根據(jù)熱量Q=I2Rt,熱量之比為5∶3,電流、電阻相同,說明時間之比為5∶3,因此電荷量之比===,綜上分析,C,D正確.9.(2019·江西南昌模擬)如圖所示,長為L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為電容器的兩個極板,磁場方向垂直于環(huán)面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度以B=B0+Kt(K>0)隨時間變化.t=0時,P,Q兩極板電勢相等,兩極板間的距離遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑.經(jīng)時間t,電容器的P極板(D)A.不帶電 B.所帶電荷量與t成正比C.帶正電,電荷量是 D.帶負(fù)電,電荷量是解析: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針方向,Q板帶正電,P板帶負(fù)電,A錯誤;由于E==·S=K·πR2,而L=2πR,R=,解得E=.電容器上的電荷量Q=CE=,B,C錯誤,D正確.10.(2018·山東濰坊一模)(多選)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,t=0時起,穿過線圈的磁通量按圖(乙)所示規(guī)律變化.下列說法正確是(AC)A.時刻,R中電流方向由a到bB.t0時刻,R中電流方向由a到bC.0～t0時間內(nèi)R中的電流是t0～2t0時間內(nèi)的D.0～t0時間內(nèi)R產(chǎn)生的焦耳熱是t0～2t0時間內(nèi)的解析:時刻,線圈中向里的磁通量在增加,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流沿逆時針方向,所以R中電流方向由a到b,故A正確;t0時刻,線圈中向里的磁通量在減少,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流沿順時針方向,R中的電流方向由b到a,故B錯誤;0～t0時間內(nèi)感應(yīng)電動勢E1==;t0～2t0時間內(nèi)感應(yīng)電動勢E2==;由歐姆定律I=,知0～t0時間內(nèi)R中的電流是t0～2t0時間的,故C正確;根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt,知0～t0時間內(nèi)R產(chǎn)生的焦耳熱是t0～2t0時間內(nèi)的,故D錯誤.11.(多選)如圖(甲)所示,間距為L的光滑導(dǎo)軌水平放置在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,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在水平外力F作用下沿導(dǎo)軌運(yùn)動,F隨t變化的規(guī)律如圖(乙)所示.在0～t0時間內(nèi),棒從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動.(乙)圖中t0,F1,F2為已知,棒和軌道的電阻不計.則(BD)A.在t0以后,導(dǎo)體棒一直做勻加速直線運(yùn)動B.在t0以后,導(dǎo)體棒先做加速,最后做勻速直線運(yùn)動C.在0～t0時間內(nèi),導(dǎo)體棒的加速度大小為D.在0～t0時間內(nèi),通過導(dǎo)體棒橫截面的電荷量為解析:因在0～t0時間內(nèi)棒做勻加速直線運(yùn)動,故在t0時刻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)體棒做加速度越來越小的加速運(yùn)動,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,故A錯誤,B正確;設(shè)在0～t0時間內(nèi)導(dǎo)體棒的加速度為a,導(dǎo)體棒的質(zhì)量為m,t0時刻導(dǎo)體棒的速度為v,根據(jù)牛頓運(yùn)動定律,t=0時有F1=ma,t=t0時有F2-=ma而v=at0,由此得a=,故C錯誤;在0～t0內(nèi),導(dǎo)體棒ab掃過面積ΔS=L·a=,則通過導(dǎo)體橫截面的電荷量q==,故D正確.12.(2019·山東濟(jì)南模擬)(多選)如圖,兩根電阻不計的足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌MN,PQ,間距為L,兩導(dǎo)軌構(gòu)成的平面與水平面成θ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cd上使兩棒靜止,整個裝置處在垂直于導(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.則(AD)A.輕繩燒斷瞬間,cd的加速度大小a=gsinθB.輕繩燒斷后,cd做勻加速運(yùn)動C.輕繩燒斷后,任意時刻兩棒運(yùn)動的速度大小之比vab∶vcd=1∶2D.棒ab的最大速度vabm=解析:輕繩燒斷前,對兩金屬棒組成的整體,有F=(m+2m)gsinθ=3mgsinθ,輕繩燒斷瞬間,對cd有F-2mgsinθ=2ma解得a=gsinθ,故A正確;隨著速度的變化,電動勢不斷變化,電流不斷變化,安培力不斷變化,加速度不斷變化,所以cd棒不可能做勻加速運(yùn)動,故B錯誤;兩金屬棒組成的系統(tǒng)合力為0,動量守恒,所以有0=mvab-2mvcd,得vab∶vcd=2∶1,故C錯誤;回路總電動勢E=BLvab+BLvcd,因?yàn)関ab=2vcd,由閉合電路歐姆定律得I=,當(dāng)棒ab速度最大時,有BIL=mgsinθ,則得vabm=,故D正確.13.(2018·廣東肇慶三模)如圖(甲)所示,電阻不計、間距為l的平行長金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi),阻值為R的導(dǎo)體棒ab固定連接在導(dǎo)軌左端,另一阻值也為R的導(dǎo)體棒ef垂直放置到導(dǎo)軌上,ef與導(dǎo)軌接觸良好,并可在導(dǎo)軌上無摩擦移動.現(xiàn)有一根輕桿一端固定在ef中點(diǎn),另一端固定于墻上,輕桿與導(dǎo)軌保持平行,ef,ab兩棒間距為d.若整個裝置處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,且從某一時刻開始,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t按圖(乙)所示的方式變化.(1)求在0～t0時間內(nèi)流過導(dǎo)體棒ef的電流的大小與方向;(2)求在t0～2t0時間內(nèi)導(dǎo)體棒ef產(chǎn)生的熱量;(3)1.5t0時刻桿對導(dǎo)體棒ef的作用力的大小和方向.解析:(1)在0～t0時間內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率=產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的大小E1==S=ld=流過導(dǎo)體棒ef