高考物理一轮复习 第十章 电磁感应 2 法拉第电磁感应定律及其应用考点规范练.doc

法拉第电磁感应定律及其应用一、单项选择题1.在半径为r、电阻为r的圆形导线框内,以直径为界,左、右两侧分别存在着方向如图甲所示的匀强磁场。以垂直纸面向外的磁场为正,两部分磁场的磁感应强度b随时间t的变化规律分别如图乙所示。则在0t0时间内,导线框中()a.没有感应电流b.感应电流方向为逆时针c.感应电流大小为2r2b0t0rd.感应电流大小为r2b0t0r导学号17420355解析根据题图乙可知,在0t0时间内,向外的磁通量在增加,向内的磁通量在减小,由楞次定律可得,整个导线框的感应电流方向为顺时针,故a、b错误;根据法拉第电磁感应定律,磁通量的变化导致导线框内产生感应电动势,结合题意,产生的感应电动势e=12r2b0t0+12r2b0t0=r2b0t0;再由闭合电路欧姆定律,可得感应电流大小为i=r2b0t0r,故c错误,d正确。答案d2.(2016福建质检)如图所示,线圈abcd固定于分布均匀的磁场中,磁场方向垂直线圈平面。当磁场的磁感应强度b随时间t变化时,该磁场对ab边的安培力大小恒定。下列描述b随t变化的图象中,可能正确的是()解析磁场对ab边的安培力大小f=bil,若磁场的磁感应强度b随时间t增大,则电流i必是逐渐减小,根据法拉第电磁感应定律可知,磁感应强度b随时间t的变化率必须逐渐减小,所以选项b正确,a、d错误;若磁场的磁感应强度b逐渐减小,则电流i必须随时间t增大,根据法拉第电磁感应定律,磁感应强度b随时间t的变化率必须逐渐增大,所以选项c错误。答案b3.(2016江苏泰州期末)如图甲所示,一个圆形线圈的匝数n=100,线圈面积s=200 cm2,线圈的电阻r=1 ,线圈外接一个阻值r=4 的电阻。把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。下列说法正确的是()a.线圈中的感应电流方向为顺时针方向b.电阻r两端的电压随时间均匀增大c.线圈电阻r消耗的功率为410-4 wd.前4 s内通过r的电荷量为410-4 c解析由楞次定律可知,线圈中的感应电流方向为逆时针方向,选项a错误;根据法拉第电磁感应定律,产生的感应电动势恒定为e=nsbt=0.1 v,电阻r两端的电压不随时间变化,选项b错误;回路中电流i=er+r=0.02 a,线圈电阻r消耗的功率为p=i2r=410-4 w,选项c正确;前4 s内通过r的电荷量为q=it=0.08 c,选项d错误。答案c4.如图所示,a、b、c是3个完全相同的灯泡,l是一个自感系数较大的线圈(直流电阻可忽略不计)。则()a.s闭合时,a灯立即亮,然后逐渐熄灭b.s闭合时,b灯立即亮,然后逐渐熄灭c.电路接通稳定后,三个灯亮度相同d.电路接通稳定后,s再断开时,c灯立即熄灭解析因线圈l的自感系数较大且直流电阻可忽略不计,s闭合时,a灯立即亮,然后逐渐熄灭,a正确;s闭合时,b灯先不太亮,然后变亮,b错误;电路接通稳定后,b、c灯亮度相同,a灯不亮,c错误;电路接通稳定后,s再断开时,l产生自感电动势向由a、b、c组成的电路供电,因此c灯逐渐熄灭,d错误。答案a5.如图所示,半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场b中,绕o轴以角速度沿逆时针方向匀速转动,则通过电阻r的电流的大小和方向是(金属圆盘的电阻不计)()a.由c到d,i=br2rb.由d到c,i=br2rc.由c到d,i=br22rd.由d到c,i=br22r解析由右手定则判定通过电阻r的电流的方向是由d到c,金属圆盘产生的感应电动势e=12br2,所以通过电阻r的电流大小是i=br22r。选项d正确。答案d6.(2016江西南昌模拟)如图所示的电路中,l是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈,d1、d2和d3是3个完全相同的灯泡,e是内阻不计的电源。在t=0时刻,闭合开关s,电路稳定后在t1时刻断开开关s。规定以电路稳定时流过d1、d2的电流方向为正方向,分别用i1、i2表示流过d1和d2的电流,则下图中能定性描述电流i随时间t变化关系的是()解析l的直流电阻不计,电路稳定后通过d1的电流是通过d2、d3电流的2倍。闭合开关瞬间,d2立即变亮,由于l的阻碍作用,d1逐渐变亮,即i1逐渐变大。在t1时刻断开开关s,l产生自感电动势,与d1、d2和d3形成回路,所以通过d2、d3的电流反向,且是从i1逐渐减小的,i1方向不变,故选c。答案c二、多项选择题7.如图所示,用一根横截面积为s、电阻率为的硬质导线做成一个半径为r的圆环,ab为圆环的一条直径。在ab的左侧存在一个均匀变化的匀强磁场,磁场垂直圆环所在平面,磁感应强度大小随时间的变化率bt=k(k0)。则()a.圆环中产生逆时针方向的感应电流b.圆环具有扩张的趋势c.圆环中感应电流的大小为krs2d.图中a、b两点间的电势差uab=kr24导学号17420357解析磁通量均匀减少,根据楞次定律可知,圆环中产生顺时针方向的感应电流,选项a错误;由于磁通量减小,根据“增缩减扩”的原理,线圈有扩张的趋势,选项b正确;根据法拉第电磁感应定律可得圆环产生的感应电动势大小为kr22,则圆环中的电流大小为i=ksr4,选项c错误;由于内电路和外电路电阻等大,所以uab=e2=kr24,选项d正确。答案bd8.如图所示,水平放置的粗糙u形框架上接一个阻值为r0的电阻,放在垂直纸面向里、磁感应强度大小为b的匀强磁场中,一个半径为l、质量为m的半圆形硬导体ac在水平向右的恒定拉力f作用下,由静止开始运动距离d后速度达到v,半圆形硬导体ac的电阻为r,其余电阻不计。下列说法正确的是()a.此时ac两端电压为uac=2blvb.此时ac两端电压为uac=2blvr0r0+rc.此过程中电路产生的电热为q=fd-12mv2d.此过程中通过电阻r0的电荷量为q=2bldr0+r导学号17420358解析导体ac的感应电动势为e=2blv,两端电压为uac=er0r0+r=2blvr0r0+r,a错、b对;根据功能关系有fd=12mv2+q+qf,c错;此过程中平均感应电流为i=2bld(r0+r)t,通过电阻r0的电荷量为q=it=2bldr0+r,d对。答案bd9.如图所示,两根足够长、电阻不计且相距l=0.2 m的平行金属导轨固定在倾角=37的绝缘斜面上,顶端接有一盏额定电压u=4 v的小灯泡,两导轨间有一磁感应强度b=5 t、方向垂直斜面向上的匀强磁场。今将一根长为2l、质量m=0.2 kg、电阻r=1.0 的金属棒垂直于导轨放置在顶端附近无初速度释放,金属棒与导轨接触良好,金属棒与导轨间的动摩擦因数=0.25。已知金属棒下滑到速度稳定时,小灯泡恰能正常发光,重力加速度g取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8,则()a.金属棒刚开始运动时的加速度大小为3 m/s2b.金属棒刚开始运动时的加速度大小为4 m/s2c.金属棒稳定下滑时的速度大小为9.6 m/sd.金属棒稳定下滑时的速度大小为4.8 m/s解析金属棒刚开始运动时初速度为零,不受安培力作用,由牛顿第二定律得mgsin -mgcos =ma,代入数据得a=4 m/s2,故选项a错误,b正确;设金属棒稳定下滑时速度为v,感应电动势为e(金属棒的有效长度为l),回路中的电流为i,由平衡条件得mgsin =bil+mgcos ,由闭合电路欧姆定律得i=e-ur,由法拉第电磁感应定律得e=blv,联立解得v=4.8 m/s,故选项c错误,d正确。答案bd10.(2016广东汕头质检)如图所示,正方形线框的边长为l,电容器的电容为c。正方形线框的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中,当磁感应强度以k为变化率均匀减小时,下列说法正确的是()a.线框产生的感应电动势大小为kl2b.电压表没有读数c.a点的电势高于b点的电势d.电容器所带的电荷量为零解析由于线框的一半放在磁场中,因此线框产生的感应电动势大小为kl22,a错误;由于线框所产生的感应电动势是恒定的,且线框连接了一个电容器,相当于电路断路,没有电流通过电压表(电压表的工作原理是电流流过表头),所以电压表两端无电压,电压表没有读数,b正确;根据楞次定律可以判断,a点的电势高于b点的电势,c正确;由c=qu可知,电容器所带电荷量q=ckl22,d错误。答案bc11.(2016江苏徐州联考)如图所示,宽为l的水平光滑金属轨道上放置一根质量为m的导体棒mn,轨道左端通过一个单刀双掷开关与一个电容器和一个阻值为r的电阻连接,匀强磁场的方向与轨道平面垂直,磁感应强度大小为b,电容器的电容为c,金属轨道和导体棒的电阻不计。现将开关拨向“1”,导体棒mn在水平向右的恒力f作用下由静止开始运动,经时间t0后,将开关s拨向“2”,再经时间t,导体棒mn恰好开始匀速向右运动。下列说法正确的是()a.开关拨向“1”时,金属棒做加速度逐渐减小的加速运动b.t0时刻电容器所带的电荷量为cblft0m+cb2l2c.开关拨向“2”后,导体棒匀速运动的速率为frb2l2d.开关拨向“2”后t时间内,导体棒通过的位移为frb2l2t+mt0m+cb2l2-mrb2l2解析开关拨向“1”时,设在极短时间t内流过金属棒的电荷量为q,则电路中的瞬时电流为i=qt,电容器的电压u=blv,电荷量q=cu,则q=cu=cblv,可得i=cblvt=cbla。对金属棒,由牛顿第二定律得f-bil=ma,联立得金属棒的瞬时加速度为a=fm+cb2l2。由于加速度表达式中的各个物理量都不随时间、位移变化,由此可知金属棒的加速度不变,做匀加速直线运动,故选项a错误;t0时刻导体棒mn速度v=at0,电容器两极板电压u=blv=blat0,电荷量q=cu,则得q=cblft0m+cb2l2,选项b正确;由f安=bil,i=er,e=blv,联立解得f安=b2l2vr,开关拨向“2”后,导体棒匀速运动时,有f=f安,解得v=frb2l2,选项c正确;开关拨向“2”后t时间内,根据牛顿第二定律得f-f安=f-b2l2vr=ma=mvt,则得ft-b2l2vrt=mv。两边求和得(ft-b2l2vrt)=mv。而vt=x,v=v,联立解得位移x=frb2l2(t+mt0m+cb2l2-mrb2l2),故选项d正确。答案bcd三、非选择题12.(2016北京海淀区期末)如图所示,在光滑水平面上有一长为l1、宽为l2的单匝矩形闭合导体线框abcd,处于磁感应强度为b的有界匀强磁场中,其ab边与磁场的边界重合。线框由同种粗细均匀的导线制成,总电阻为r。现用垂直于线框ab边的水平拉力,将线框以速度v向右沿水平方向匀速拉出磁场,此过程中保持线框平面与磁感线垂直,且ab边与磁场边界平行。在线框被拉出磁场的过程中,求:(1)通过线框的电流大小。(2)线框中产生的焦耳热。(3)线框中a、b两点间的电压。解析(1)线框产生的感应电动势e=bl2v通过线框的电流i=er=bl2vr。(2)线框被拉出磁场所需时间t=l1v此过程中线框中产生的焦耳热q=i2rt=b2l1l22vr。(3)线框ab边的电阻rab=l22(l1+l2)r线框中a、b两点间电压u=irab=bl22v2(l1+l2)。答案(1)bl2vr(2)b2l1l22vr(3)bl22v2(l1+l2)13.轻质细线吊着一质量为m=0.42 kg、边长为l=1 m、匝数n=10的正方形线圈,其总电阻为r=1 。在线圈的中间位置以下区域分布着磁场,如图