2011高考物理一轮复习 第九章第二讲《法拉第电磁感应定律自感和涡流》试题

用心 爱心 专心 1 第九章第九章 第二讲第二讲 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 自感和涡自感和涡流流 一 单项选择题一 单项选择题 本题共本题共 5 小题 每小题小题 每小题 7 分 共分 共 35 分分 1 假如宇航员登月后 想探测一下月球的表面是否有磁场 他手边有一只灵敏电流表和一假如宇航员登月后 想探测一下月球的表面是否有磁场 他手边有一只灵敏电流表和一 个小线圈 则下列推断正确的是个小线圈 则下列推断正确的是 A 直接将电流表放于月球表面 看是否有示数来判断磁场的有无直接将电流表放于月球表面 看是否有示数来判断磁场的有无 B 将电流表与线圈组成闭合电路 使线圈沿某一方向运动 将电流表与线圈组成闭合电路 使线圈沿某一方向运动 如电流表无示数 则可判断如电流表无示数 则可判断 月球表面无磁场月球表面无磁场 C 将电流表与线圈组成闭合回路 使线圈沿某一方向运动 如电流表有示数 则可判断将电流表与线圈组成闭合回路 使线圈沿某一方向运动 如电流表有示数 则可判断 月球表面有磁场月球表面有磁场 D 将电流表与线圈组成闭合电路 使线圈在某一平面内沿各个方向运动 如电流表无示将电流表与线圈组成闭合电路 使线圈在某一平面内沿各个方向运动 如电流表无示 数 则可判断月球表面无磁场数 则可判断月球表面无磁场 解析 解析 电磁感应现象产生的条件是 穿过闭合回路的磁通量发电磁感应现象产生的条件是 穿过闭合回路的磁通量发生改变时 回路中有感应生改变时 回路中有感应 电流产生电流产生 选项选项 A 中 即使有一个恒定的磁场 也不会有示数 中 即使有一个恒定的磁场 也不会有示数 所以所以 A 错误 同理 如错误 同理 如 果将电流表与线圈组成回路 使线圈沿某一方向运动 如电流表无示数 也不能判断出果将电流表与线圈组成回路 使线圈沿某一方向运动 如电流表无示数 也不能判断出 没有磁场 因为穿过线圈的磁通量可能是恒定的 所以选项没有磁场 因为穿过线圈的磁通量可能是恒定的 所以选项 B 错误 但是有示数则说明错误 但是有示数则说明 一定是一定是有磁场的 所以选项有磁场的 所以选项 C 正确 将电流表与线圈组成闭合回路 使线圈在某一平面正确 将电流表与线圈组成闭合回路 使线圈在某一平面 内沿各个方向运动 电流表也没有示数 只说明通过闭合回路的磁通量不变 该磁通量内沿各个方向运动 电流表也没有示数 只说明通过闭合回路的磁通量不变 该磁通量 可能为可能为 0 或为另一恒定值 所以 或为另一恒定值 所以 D 选项错误选项错误 答案 答案 C 2 图图 1 所示是法拉第做成的世界上第一台发电机模型的原理图所示是法拉第做成的世界上第一台发电机模型的原理图 将铜盘放在磁场中 让磁感线垂直穿过铜盘 图中将铜盘放在磁场中 让磁感线垂直穿过铜盘 图中 a b 导线导线与与 铜盘的中轴线处在同一竖直平面内 转动铜盘 就可以使闭铜盘的中轴线处在同一竖直平面内 转动铜盘 就可以使闭 合电路获得电流合电路获得电流 若图中铜盘半径为若图中铜盘半径为 L 匀强磁场的磁感应强 匀强磁场的磁感应强 度为度为 B 回路总电阻为 回路总电阻为 R 从上往下看逆时针匀速转动铜盘的 从上往下看逆时针匀速转动铜盘的 用心 爱心 专心 2 角速度为角速度为 则下列说法正确的是则下列说法正确的是 图图 1 A 回路中有大小和方向周期性变化的电流回路中有大小和方向周期性变化的电流 B 回路中电流大小恒定 且等于回路中电流大小恒定 且等于 BL2 R C 回路中电流方向不回路中电流方向不变 且从变 且从 b 导线流进灯泡 再从导线流进灯泡 再从 a 导线流向旋转的铜盘导线流向旋转的铜盘 D 若将匀强磁场改为仍然垂直穿过铜若将匀强磁场改为仍然垂直穿过铜盘的正弦变化的磁场 不转动铜盘盘的正弦变化的磁场 不转动铜盘 灯泡中也会有 灯泡中也会有 电流流过电流流过 解析 解析 把铜盘看做若干条由中心指向边缘的铜棒组合而成 当铜盘转动时 每根金属棒把铜盘看做若干条由中心指向边缘的铜棒组合而成 当铜盘转动时 每根金属棒 都在切割磁感线 相当于电源 由右手定则知 中心为电源正极 盘边缘为负极 若干都在切割磁感线 相当于电源 由右手定则知 中心为电源正极 盘边缘为负极 若干 个相同的电源并联对外供电 电流方向由个相同的电源并联对外供电 电流方向由 b 经灯泡再从经灯泡再从 a 流向铜盘 方向不变 流向铜盘 方向不变 C 对 对 A 错错 回路中感应电动势为回路中感应电动势为 E BL B L2 所以电流 所以电流 I B 错错 当铜盘不动 当铜盘不动 v 1 2 E R B L2 2R 磁场按正弦规律变化时 铜盘中形成涡流 但没有电流通过灯泡 磁场按正弦规律变化时 铜盘中形成涡流 但没有电流通过灯泡 D 错错 答案 答案 C 3 一个由电阻均匀的导线绕制成的闭合线圈放在磁场中 如图一个由电阻均匀的导线绕制成的闭合线圈放在磁场中 如图 2 所示 线圈所示 线圈 平平 面与磁场方向成面与磁场方向成 60 角 磁感应强度随时间均匀变化 下列方法可使角 磁感应强度随时间均匀变化 下列方法可使感应电感应电 流增加一倍的是流增加一倍的是 A 把线圈匝数把线圈匝数增加一倍增加一倍 图图 2 B 把线圈面积增加一倍把线圈面积增加一倍 C 把线圈半径增加一倍把线圈半径增加一倍 D 改变线圈与磁场方向的夹角改变线圈与磁场方向的夹角 解析 解析 设导线的电阻率为设导线的电阻率为 横截面积为 横截面积为 S0 线圈的半径为 线圈的半径为 r 则 则 I sin E R n t R n r2 B t sin n 2 r S0 S0r 2 B t 可见 将可见 将 r 增加一倍 增加一倍 I 增加一倍 将线圈与磁场方向的夹角改变时 增加一倍 将线圈与磁场方向的夹角改变时 sin 不能变为不能变为 用心 爱心 专心 3 原来的原来的 2 倍倍 因因 sin 最大值为最大值为 1 若将线圈的面积增加一倍 半径 若将线圈的面积增加一倍 半径 r 增加增加 1 倍 电倍 电 2 流增加流增加 1 倍 倍 I 与线圈匝数无关与线圈匝数无关 综上所述 只有综上所述 只有 D 项正确项正确 2 答案 答案 C 4 2009 安徽高考安徽高考 如图如图 3 甲所示 一个电阻为甲所示 一个电阻为 R 面积为 面积为 S 的矩形导线框的矩形导线框 abcd 水平 水平放置放置 在匀强磁场中 磁场的磁感应强度为在匀强磁场中 磁场的磁感应强度为 B 方向与 方向与 ad 边垂直并与线框平面成边垂直并与线框平面成 45 角 角 o o 分别是分别是 ab 边和边和 cd 边的中点边的中点 现将线框右半边现将线框右半边 obco 绕绕 oo 逆时针旋转逆时针旋转 90 到图乙所示位置到图乙所示位置 在这一过程中 导线中通过的电荷量是在这一过程中 导线中通过的电荷量是 图图 3 A B 2BS 2R 2BS R C D 0 BS R 解析 解析 甲图中 磁通量甲图中 磁通量 1 BS 乙图中穿过线圈的磁通量等于零 根据公式得 乙图中穿过线圈的磁通量等于零 根据公式得 q 2 2 A 正确正确 R 2BS 2R 答案 答案 A 5 如图如图 4 所示 长为所示 长为 L 的金属导线弯成一圆环 导线的两端接在电容为的金属导线弯成一圆环 导线的两端接在电容为 C 的平行的平行 板电容器上 板电容器上 P Q 为电容器的两个极板 磁场垂直于环面向里 磁感应强度为电容器的两个极板 磁场垂直于环面向里 磁感应强度 以以 B B0 Kt K 0 随时间变化 随时间变化 t 0 时 时 P Q 两板电势相等两板电势相等 两板间的距离两板间的距离 远小于环的半径 经时间远小于环的半径 经时间 t 电容器电容器 P 板板 A 不带电不带电 B 所带电荷量与所带电荷量与 t 成正比成正比 图图 4 C 带正电 电荷量是带正电 电荷量是 D 带负电 电荷量是带负电 电荷量是 KL2C 4 KL2C 4 解析 解析 磁感磁感应强度以应强度以 B B0 Kt K 0 随时间变化 由法拉第电磁感应定律随时间变化 由法拉第电磁感应定律 用心 爱心 专心 4 E S KS 而 而 S 经时间 经时间 t 电容器电容器 P 板所带电荷量板所带电荷量 Q EC 由楞次 由楞次 t B t L2 4 KL2C 4 定律知电容器定律知电容器 P 板带负电 故板带负电 故 D 选项正确选项正确 答案 答案 D 二 双项选择题二 双项选择题 本题共本题共 5 小题 共小题 共 35 分分 在每小题给出的四个选项中 只有两个选项正确 在每小题给出的四个选项中 只有两个选项正确 全部选对的得全部选对的得 7 分 只选一个且正确的得分 只选一个且正确的得 2 分 有选错或不答的得分 有选错或不答的得 0 分分 6 如图如图 5 所示 矩形线圈所示 矩形线圈 abcd 的边长分别是的边长分别是 ab L ad D 线圈 线圈 与磁感应强度为与磁感应强度为 B 的匀强磁场平行 线圈以的匀强磁场平行 线圈以 ab 边为轴做角速度边为轴做角速度 为为 的匀速转动 下列说法正的匀速转动 下列说法正确的是确的是 从图示位置开始计时从图示位置开始计时 A t 0 时线圈的感应电动势为零时线圈的感应电动势为零 图图 5 B 转过转过 90 时线圈的感应电动势为零时线圈的感应电动势为零 C 转过转过 90 的过程中线圈中的平均感应电动势为的过程中线圈中的平均感应电动势为 BLD 1 2 D 转过转过 90 的过程中线圈中的平均感应电动势为的过程中线圈中的平均感应电动势为 2 BLD 解析 解析 A B 两选项中都是瞬时感应电动势 用两选项中都是瞬时感应电动势 用 E BLv 求解比较方便 求解比较方便 t 0 时 只有时 只有 cd 边切割磁感线 感应电动势边切割磁感线 感应电动势 E1 BLv BL D BS 0 A 错 转过错 转过 90 时 线圈的时 线圈的 四条边均不切割磁感线 四条边均不切割磁感线 E2 0 B 正确 正确 C D 两选项求的都是平均感应电动势 用两选项求的都是平均感应电动势 用 E 较方便 转过较方便 转过 90 的过程中 穿过线圈的磁通量由的过程中 穿过线圈的磁通量由 0 变为变为 BLD 转过转过 90 所用所用 t 时间时间 t 故平均电动势为 故平均电动势为 E 故 故 C 错错 D 正确正确 T 4 2 4 2 t BLD 2 2 BLD 答案 答案 BD 7 如图如图 6 所示 匀强磁场的方向垂直于电路所在平面 导体棒所示 匀强磁场的方向垂直于电路所在平面 导体棒 ab 与与 电路接触良好电路接触良好 当导体棒当导体棒 ab 在外力在外力 F 作用下从左向右做匀加速直作用下从左向右做匀加速直 线运动时 若不计摩擦和导线的电阻 整个过程中 灯泡线运动时 若不计摩擦和导线的电阻 整个过程中 灯泡 L 未被未被 烧毁 电容器烧毁 电容器 C 未被击穿 则该过程中未被击穿 则该过程中 图图 6 来来 用心 爱心 专心 5 A 感应电动势将变大感应电动势将变大 B 灯泡灯泡 L 的亮度变大的亮度变大 C 电容器电容器 C 的上极板带负电的上极板带负电 D 电容器两极板间的电场强度将减小电容器两极板间的电场强度将减小 解析 解析 当导体棒当导体棒 ab 在外力在外力 F 作用下从左向右做匀加速直线运动时 作用下从左向右做匀加速直线运动时 由右手定则 导体由右手定则 导体 棒棒 a 端的电势高 电容器端的电势高 电容器 C 的上极板带正电 由公式的上极板带正电 由公式 E Blv 感应电动势将变大 导 感应电动势将变大 导 体棒两端的电压变大 灯泡体棒两端的电压变大 灯泡 L 的亮度变大 由的亮度变大 由 E U d 电容器两极板间的电场强度将 电容器两极板间的电场强度将 变大变大 故故 A B 正确 正确 C D 错错 答案 答案 AB 8 如图如图 7 所示 所示 E 为电池 为电池 L 是电阻可忽略不计 自感系数足够大是电阻可忽略不计 自感系数足够大 来来 的线圈 的线圈 D1 D2是两个规格相同且额定电压足够大的灯泡 是两个规格相同且额定电压足够大的灯泡 S 是是 控制电路的开关控制电路的开关 对于这个电路 下列说法中正确的是对于这个电路 下列说法中正确的是 A 刚闭合开关刚闭合开关 S 的瞬间 通过的瞬间 通过 D1 D2的电流大小相等的电流大小相等 B 刚闭合开关刚闭合开关 S 的瞬间 通过的瞬间 通过 D1 D2的电流大小不相等的电流大小不相等 C 闭合开关闭合开关 S 待电路达到稳定 待电路达到稳定 D1熄灭 熄灭 D2亮度始终不变亮度始终不变 图图 7 D 闭合开关闭合开关 S 待电路达到稳定 再将待电路达到稳定 再将 S 断开瞬间 断开瞬间 D2立即熄灭 立即熄灭 D1闪亮一下再熄灭闪亮一下再熄灭 解析 解析 开关开关 S 闭合的瞬间 线圈闭合的瞬间 线圈 L 可看做暂时的断路 故通过两灯泡的电流相等 且可看做暂时的断路 故通过两灯泡的电流相等 且 同时亮 同时亮 A 对对 B 错 电路稳定后 由于线圈直流电阻忽略不计 将灯泡错 电路稳定后 由于线圈直流电阻忽略不计 将灯泡 D1短路 灯泡短路 灯泡 D2获得更多电压 会更亮 获得更多电压 会更亮 C 错误 若断开开关错误 若断开开关 S 此时线圈与灯泡 此时线圈与灯泡 D1构成回路 继构成回路 继 续对其供电 灯泡续对其供电 灯泡 D1将闪亮一下后再逐渐熄灭 灯泡将闪亮一下后再逐渐熄灭 灯泡 D2无法形成回路将立即熄灭 无法形成回路将立即熄灭 D 对对 答案 答案 AD 9 2009 福建高考福建高考 如图如图 8 所示 固所示 固定放置在同一水平面内的两根平行定放置在同一水平面内的两根平行 用心 爱心 专心 6 长直金属导轨的间距为长直金属导轨的间距为 d 其右端接有阻值为 其右端接有阻值为 R 的电阻 整个装置的电阻 整个装置 处在竖直向上的磁感应强度大小为处在竖直向上的磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中的匀强磁场中 一质量为一质量为 m 质质 量分布均匀量分布均匀 的导体杆的导体杆 ab 垂直于导轨放置 且与两导轨保持良好接垂直于导轨放置 且与两导轨保持良好接 触 杆与导轨之触 杆与导轨之间的动摩擦因数为间的动摩擦因数为 现杆在水平向左 垂直于杆的恒现杆在水平向左 垂直于杆的恒 力力 F 作用下从静止开始沿导轨运动距离作用下从静止开始沿导轨运动距离 l 时 速度恰好达到最大时 速度恰好达到最大 运动运动 图图 8 过程中杆始终与导轨保持垂直过程中杆始终与导轨保持垂直 设杆接入电路的电阻为设杆接入电路的电阻为 r 导轨电阻 导轨电阻 不计 重力加速度大小为不计 重力加速度大小为 g 则此过程则此过程 A 杆的速度最大值为杆的速度最大值为 F mg R B2d2 B 流过电阻流过电阻 R 的电荷量为的电荷量为 Bdl R r C 恒力恒力 F 做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量 D 恒力恒力 F 做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量 解析 解析 当杆的速度达到最大时 安培力当杆的速度达到最大时 安培力 F安 安 杆受力平衡 故 杆受力平衡 故 F mg F安 安 B2d2v R r 0 所以所以 v 选项 选项 A 错 流过电阻错 流过电阻 R 的电荷量为的电荷量为 q It F mg R r B2d2 R r Bdl R r 选项选项 B 对 根据动能定理 恒力对 根据动能定理 恒力 F 安培力 摩擦力做功的代数和等于杆动能的变化 安培力 摩擦力做功的代数和等于杆动能的变化 量 由于摩擦力做负功 所以恒力量 由于摩擦力做负功 所以恒力 F 安培力做功的代数和大于杆动能的变化量 选项 安培力做功的代数和大于杆动能的变化量 选项 C 错错 D 对对 答案 答案 BD 10 2010 佛山模拟佛山模拟 如图如图 9 所示 金属棒所示 金属棒 ab 置于水平放置的置于水平放置的 U 形形 光滑导轨上 在光滑导轨上 在 ef 右侧存在有界匀强磁场右侧存在有界匀强磁场 B 磁场方向垂直 磁场方向垂直 导导 轨平面向下 在轨平面向下 在 ef 左侧的无磁场区域左侧的无磁场区域 cdef 内有一半径很小的内有一半径很小的 金属圆环金属圆环 L 圆环与导轨在同一平面内 圆环与导轨在同一平面内 当金属棒当金属棒 ab 在水平恒在水平恒 力力 F 作用下从磁场左边界作用下从磁场左边界 ef处由静止开始向右运动后 下列处由静止开始向右运动后 下列 用心 爱心 专心 7 说法正确的是说法正确的是 图图 9 A 圆环圆环 L 有收缩趋势有收缩趋势 B 圆环圆环 L 有扩张趋势有扩张趋势 C 圆环内产生的感应电流变大圆环内产生的感应电流变大 D 圆环内产生的感应电流变小圆环内产生的感应电流变小 解析 解析 由于金属棒由于金属棒 ab 在恒力在恒力 F 的作用下向右运动 则的作用下向右运动 则 abdc 回路中产生逆时针方向的感回路中产生逆时针方向的感 应电流 则在圆环处产生垂直于纸面向外的磁场 随着金属棒向右加速运动 通过圆环应电流 则在圆环处产生垂直于纸面向外的磁场 随着金属棒向右加速运动 通过圆环 的磁通量将增大 由楞次定律可知 圆环将有收缩的趋势以阻碍通过圆环的磁通量的增的磁通量将增大 由楞次定律可知 圆环将有收缩的趋势以阻碍通过圆环的磁通量的增 大 大 A 项正确 随着金属棒速度的增大 感应电动势 感应电流 安培力随之增大 故项正确 随着金属棒速度的增大 感应电动势 感应电流 安培力随之增大 故 金属棒所受合力逐渐减小 因此金属棒向右运动的加速度减小 磁通量的变化率减小 金属棒所受合力逐渐减小 因此金属棒向右运动的加速度减小 磁通量的变化率减小 所以在圆环中产生的感应电流不断减小 故所以在圆环中产生的感应电流不断减小 故 D 正确正确 答案 答案 AD 三 非选择题三 非选择题 本题共本题共 2 小题 共小题 共 30 分分 11 14 分分 2009 广东高考广东高考 如图如图 10 a 所示 一个电阻值为所示 一个电阻值为 R 匝数为 匝数为 n 的圆形金属线圈与阻的圆形金属线圈与阻 值为值为 2R 的电阻的电阻 R1连接成闭合回路连接成闭合回路 线圈的半径为线圈的半径为 r1 在线圈中半径为 在线圈中半径为 r2的圆形区域内存的圆形区域内存 在垂直于线圈平面向里的匀强磁场 磁感应强度在垂直于线圈平面向里的匀强磁场 磁感应强度 B 随时间随时间 t 变化的关系图线如图变化的关系图线如图 b 所示所示 图线图线与横 纵轴的截距分别为与横 纵轴的截距分别为 t0和和 B0 导线的电阻不计导线的电阻不计 求求 0 至至 t1时间内 时间内 图图 10 1 通过电阻通过电阻 R1上的电流大小和方向 上的电流大小和方向 2 通过电阻通过电阻 R1上的电荷量上的电荷量 q 及电阻及电阻 R1上产生的上产生的 热量热量 解析 解析 1 由图象分析可知 由图象分析可知 0 至至 t1时间内时间内 B t B0 t0 用心 爱心 专心 8 由法拉第电磁感应定律有由法拉第电磁感应定律有 E n nS 而 而 S r t B t2 2 由闭合电路欧姆定律有由闭合电路欧姆定律有 I1 E R1 R 联立以上各式解得联立以上各式解得 通过电阻通过电阻 R1上的电流大小为上的电流大小为 I1 nB0 r2 2 3Rt0 由楞次定律可判断通过电阻由楞次定律可判断通过电阻 R1上的电流方向为从上的电流方向为从 b 到到 a 2 通过电阻通过电阻 R1上的电荷量上的电荷量 q I1t1 nB0 r2 2t1 3Rt0 电阻电阻 R1上产生的热量上产生的热量 Q I R1t1 2 1 2n2B2 0 2r4 2t1 9Rt2 0 答案 答案 1 b a 2 nB0 r2 2 3Rt0 nB0 r2 2t1 3Rt0 2n2B2 0 2r4 2t1 9Rt2 0 12 16 分分 如图如图 1