2021新高考物理选择性考试B方案一轮复习课时作业第10章第2讲法拉第电磁感应定律自感现象

第10章第2讲法拉第电磁感应定律自感现象课时作业时间：60分钟满分：100分一、选择题(本题共10小题，每小题8分，共80分。其中1～6题为单选，7～10题为多选)1．(2016·浙江高考)如图所示，a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，边长la＝3lA．两线圈内产生顺时针方向的感应电流B．a、b线圈中感应电动势之比为9∶1C．a、b线圈中感应电流之比为3∶4D．a、b线圈中电功率之比为3∶1答案B解析磁场均匀增大，穿过两线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知两线圈内会产生逆时针方向的感应电流，A错误；由法拉第电磁感应定律E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝neq\f(ΔB,Δt)l2，得eq\f(Ea,Eb)＝eq\f(l\o\al(2,a),l\o\al(2,b))＝eq\f(9,1)，B正确；由电阻定律R＝ρeq\f(L,S)，得eq\f(Ra,Rb)＝eq\f(la,lb)＝eq\f(3,1)，由闭合电路欧姆定律可得I＝eq\f(E,R)，即eq\f(Ia,Ib)＝eq\f(Ea,Eb)×eq\f(Rb,Ra)＝eq\f(3,1)，C错误；由P＝eq\f(E2,R)得eq\f(Pa,Pb)＝eq\f(E\o\al(2,a),E\o\al(2,b))×eq\f(Rb,Ra)＝eq\f(27,1)，D错误。2．(2019·河南名校高三上学期四联)如图甲所示，abcd是边长为L＝1m的正方形金属线框，电阻为R＝2Ω，虚线为正方形的对称轴，虚线上方线框内有按图乙变化的匀强磁场，虚线下方线框内有按图丙变化的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里为正，则线框中的感应电流大小为()A．eq\f(1,8)A B．eq\f(1,4)AC．eq\f(3,8)A D．eq\f(1,4)A答案C解析由图乙得：eq\f(ΔB,Δt)＝eq\f(3－1,4－0)T/s＝0.5T/s，由法拉第电磁感应定律得：E1＝eq\f(nΔΦ,Δt)＝eq\f(nL·\f(L,2)·ΔB,Δt)＝0.25V，由楞次定律得，线框的感应电流方向为逆时针方向；由图丙得：eq\f(ΔB,Δt)＝eq\f(3－0,3－0)T/s＝1T/s，由法拉第电磁感应定律得：E2＝eq\f(nΔΦ,Δt)＝eq\f(nL·\f(L,2)·ΔB,Δt)＝0.5V，由楞次定律得，线框的感应电流方向为逆时针方向。线框中的感应电流大小为I＝eq\f(E1＋E2,R)＝eq\f(3,8)A，故C正确，A、B、D错误。3．如图甲所示，固定闭合线圈abcd处于方向垂直纸面向外的磁场中，磁感线分布均匀，磁场的磁感应强度大小B随时间t的变化规律如图乙所示，则下列说法正确的是()A．t＝1s时，ab边受到的安培力方向向左B．t＝2s时，ab边受到的安培力为0C．t＝2s时，ab边受到的安培力最大D．t＝4s时，ab边受到的安培力最大答案B解析由题图知，0～2s内磁感应强度大小逐渐增大，根据楞次定律知线圈中产生感应电流的方向为顺时针方向，根据左手定则判断知ab边受到的安培力方向向右，A错误；t＝2s时，eq\f(ΔB,Δt)＝0，感应电流I＝0，安培力F＝0，B正确，C错误；t＝4s时，B＝0，安培力F＝0，D错误。4．如图所示，电路中有三个相同的灯泡L1、L2、L3，电感线圈L的电阻可忽略，D为理想二极管。下列说法正确的是()A．闭合开关S的瞬间，L3立即变亮，L1、L2逐渐变亮B．闭合开关S的瞬间，L2、L3立即变亮，L1逐渐变亮C．断开开关S的瞬间，L2立即熄灭，L1先变亮一下然后才熄灭D．断开开关S的瞬间，L2立即熄灭，L3先变亮一下然后才熄灭答案B解析开关S闭合的瞬间，由于自感线圈L产生自感电动势的作用，L1逐渐变亮，而L2、L3立即变亮，故A错误，B正确。断开开关S的瞬间，线圈L和L1、L3构成回路，因原来L1、L3两支路电流相等，所以L1、L3逐渐熄灭，L2立即熄灭，故C、D错误。5．如图甲所示，导体棒MN置于水平导轨上，P、Q之间有阻值为R的电阻，PQNM所围的面积为S，不计导轨和导体棒的电阻。导轨所在区域内存在沿竖直方向的磁场，规定磁场方向竖直向上为正，在0～2t0时间内磁感应强度的变化情况如图乙所示，导体棒MN始终处于静止状态。下列说法正确的是()A．在0～t0和t0～2t0内，导体棒受到导轨的摩擦力方向相同B．在t0～2t0内，通过电阻R的电流方向为P到QC．在0～t0内，通过电阻R的电流大小为eq\f(2B0S,Rt0)D．在0～2t0内，通过电阻R的电荷量为eq\f(B0S,R)答案D解析由楞次定律和右手定则，结合题图可知0～t0时间内，通过电阻R的电流方向为P→Q，t0～2t0时间内，电流方向为Q→P，B项错误；由左手定则可知，两段时间内安培力方向相反，故导体棒所受静摩擦力方向相反，A项错误；由法拉第电磁感应定律可知，0～t0时间内，E1＝eq\f(B0S,t0)，所以通过R的电流I1＝eq\f(B0S,Rt0)，C项错误；在0～2t0时间内，PQNM范围内磁通量变化量为ΔΦ＝B0S，则通过电阻R的电荷量q＝eq\x\to(I)·2t0＝eq\f(\x\to(E),R)·2t0＝eq\f(ΔΦ,R·2t0)·2t0＝eq\f(B0S,R)，D项正确。6．(2019·四川德阳高三二诊)如图所示，光滑绝缘水平面上嵌入一无限长通电直导线。一质量为0.02kg的金属片在该平面内以大小为v0＝2m/s、方向与电流方向成60°角的初速度滑出。则()A．圆形金属片最终将静止在水平面上的某处B．圆形金属片最终沿垂直导线方向做匀速直线运动C．圆形金属片所受安培力方向始终和运动方向相反D．圆形金属片中产生的电能最多为0.03J答案D解析直导线周围有环形磁场，且离导线越远磁场越弱，圆形金属片向右运动，磁通量减小，会产生涡流，根据“来拒去留”(电磁阻尼)可知，所受的安培力将阻碍金属圆片远离通电直导线，即安培力垂直直导线向左，与运动方向并非相反，安培力使圆形金属片在垂直导线方向做减速运动，当垂直导线方向的速度减为零时，只剩沿导线方向的速度，之后磁通量不变，无感应电流，水平方向合力为零，故接着做匀速直线运动，故A、B、C错误；由题意知：沿导线方向的分速度v1＝v0·cos60°＝1m/s，根据能量守恒定律，得：Q＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝0.03J，故金属片中最多产生0.03J的电能，D正确。7．如图所示，两根平行光滑金属导轨MN和PQ放置在水平面内，间距为L，电阻不计。磁感应强度为B的匀强磁场垂直轨道平面向下，两导轨之间连接的电阻阻值为R。在导轨上有一均匀金属棒ab，其长度为2L、阻值为2R，金属棒与导轨垂直且接触良好，接触点为c、d。在ab棒上施加水平拉力使其以速度vA．金属棒c、d两点间的电势差为BLvB．金属棒a、b两点间的电势差为eq\f(3,2)BLvC．通过电阻的电流大小为eq\f(BLv,R)D．水平拉力的功率为eq\f(B2L2v2,2R)答案BD解析导体棒以速度v向右匀速运动，电动势Ecd＝BLv，Eab＝2BLv，cd与导轨间电阻R组成闭合回路，Ucd＝eq\f(Ecd,2R)·R＝eq\f(1,2)BLv，故A错误。Uab＝Eac＋Ucd＋Edb，其中Eac＋Edb＝BLv，所以Uab＝eq\f(3,2)BLv，故B正确。通过电阻的电流I＝eq\f(BLv,2R)，故C错误。水平拉力的功率P＝Fv，其中F＝FA，FA＝BIL，联立得P＝eq\f(B2L2v2,2R)，故D正确。8．如图所示，水平面内固定两根足够长的金属导轨MN、M′N′，其电阻不计，两导轨之间存在竖直向下的匀强磁场。现将两根粗细均匀的相同铜棒ab、cd放在两导轨上，若两棒从图示位置开始以相同的速度沿MN方向做匀速直线运动，运动过程中两棒始终与两导轨接触良好，且始终与导轨MN垂直，不计一切摩擦，则下列说法正确的是()A．回路中有顺时针方向的感应电流B．回路中总的感应电动势不变C．回路中的感应电流不变D．回路中的热功率不断减小答案BD解析两棒沿MN方向做匀速直线运动，穿过回路的磁通量不断增大，根据楞次定律知，回路中有逆时针方向的感应电流，A错误；设开始时两棒间的距离为L，两导轨间的夹角为θ，则回路中总的感应电动势E＝BLtanθ·v，恒定，B正确；回路中总的感应电流I＝eq\f(E,R)，由于运动过程中两棒在两导轨间的总电阻R不断增大，故I不断减小，C错误；根据P＝eq\f(E2,R)知，回路中的热功率不断减小，D正确。9．在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一与磁场方向垂直、长度为L的金属杆aO，已知ab＝bc＝cO＝eq\f(L,3)，a、c与磁场中以O为圆心的同心圆(都为部分圆弧)金属轨道始终接触良好。一电容为C的电容器接在轨道上，如图所示，当金属杆在与磁场垂直的平面内以O为轴、以角速度ω顺时针匀速转动时()A．Uac＝2UabB．UaO＝9UcOC．电容器所带电荷量Q＝eq\f(4,9)BL2ωCD．若在eO间连接一个电压表，则电压表示数为零答案BC解析根据转动切割磁感线产生感应电动势的公式E＝eq\f(1,2)Bl2ω得aO、bO、cO间的电势差分别为UaO＝eq\f(1,2)BL2ω，UbO＝eq\f(1,2)B（eq\f(2,3)L）2ω＝eq\f(2,9)BL2ω，UcO＝eq\f(1,2)B·（eq\f(1,3)L）2ω＝eq\f(1,18)BL2ω，则Uac＝UaO－UcO＝eq\f(4,9)BL2ω，Uab＝UaO－UbO＝eq\f(5,18)BL2ω，可见，Uac＝1.6Uab，UaO＝9UcO，故B正确，A错误。电容器板间电压等于ac间的电势差，则电容器所带电荷量为Q＝CUac＝eq\f(4,9)BL2ωC，故C正确。若在eO间连接一个电压表，电压表与cO、轨道组成的闭合回路磁通量增加，会有电流通过电压表，则电压表将有示数，故D错误。10．(2019·广西钦州三模)如图，两条间距为L的平行金属导轨位于同一水平面(纸面)内，其左端接一阻值为R的电阻；一金属棒垂直放置在两导轨上；在MN左侧面积为S的圆形区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场，磁感应强度大小B随时间t的变化关系为B＝kt，式中k为常量，且k>0；在MN右侧区域存在一磁感应强度大小为B0、方向垂直纸面向里的匀强磁场。t＝0时刻，金属棒从MN处开始，在水平拉力F作用下以速度v0向右匀速运动。金属棒与导轨的电阻及摩擦均可忽略。则()A．在t时刻穿过回路的总磁通量为B0Lv0tB．通过电阻R的电流为恒定电流C．在时间Δt内流过电阻的电荷量为eq\f(kS＋B0Lv0,R)ΔtD．金属棒所受的水平拉力F随时间均匀增大答案BC解析根据题意可知，MN左边的磁场方向与右边的磁场方向相同，那么总磁通量即为两种情况磁通量之和，则在时刻t穿过回路的总磁通量为Φ＝Φ1＋Φ2＝ktS＋B0v0tL＝ktS＋B0Lv0t，故A错误；根据法拉第电磁感应定律得E＝eq\f(ΔΦ,Δt)，结合闭合电路欧姆定律得I＝eq\f(E,R)＝eq\f(kS＋B0Lv0,R)，故通过电阻R的电流为恒定电流，故B正确；Δt时间内通过电阻的电量为q＝IΔt＝eq\f(ΔΦ,R)＝eq\f(kS＋B0Lv0,R)Δt，故C正确；金属棒所受的安培力大小FA＝B0IL＝eq\f(kS＋B0Lv0B0L,R)；根据平衡条件得，水平恒力大小等于安培力大小，即为F＝eq\f(kS＋B0Lv0B0L,R)，故外力F是一个恒量，故D错误。二、非选择题(本题共1小题，共20分)11．(2017·北京高考)发电机和电动机具有装置上的类似性，源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景。在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距为L，电阻不计。电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，以速度v(v平行于MN)向右做匀速运动。图1轨道端点MP间接有阻值为r的电阻，导体棒ab受到水平向右的外力作用。图2轨道端点MP间接有直流电源，导体棒ab通过滑轮匀速提升重物，电路中的电流为I。(1)求在Δt时间内，图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能。(2)从微观角度看，导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作用。为了方便，可认为导体棒中的自由电荷为正电荷。a．请在图3(图1的导体棒ab)、图4(图2的导体棒ab)中，分别画出自由电荷所受洛伦兹力的示意图。b．我们知道，洛伦兹力对运动电荷不做功。那么，导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢？请以图2“电动机”为例，通过计算分析说明。答案(1)eq\f(B2L2v2Δt,R＋r)BILvΔt(2)见解析解析(1)题图1中，电路中的电流I1＝eq\f(BLv,R＋r)棒ab受到的安培力F1＝BI1L在Δt时间内，“发电机”产生的电能等于棒ab克服安培力做的功E电＝F1·vΔt＝eq\f(B2L2v2Δt,R＋r)题图2中，棒ab受到的安培力F2＝BIL在Δt时间内，“电动机”输出的机械能等于安培力对棒ab做的功E机＝F