高中物理《法拉第电磁感应定律 自感和涡流》典型题(精品答案)
- 格式:doc
- 大小:238.50 KB
- 文档页数:9
《法拉第电磁感应定律自感和涡流》典型题1. (多选)粗细均匀的导线绕成匝数为n、半径为r的圆形闭合线圈.线圈放在磁场中,磁场的磁感应强度随时间均匀增大,线圈中产生的电流为I,下列说法正确的是( )A.电流I与匝数n成正比B.电流I与线圈半径r成正比C.电流I与线圈面积S成正比D.电流I与导线横截面积S0成正比2.(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示.铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触.圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中.圆盘旋转时,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是( )A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定B.若从上向下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向流动C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍3.(多选)一导线弯成如图所示的闭合线圈,以速度v向左匀速进入磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向外.线圈总电阻为R,从线圈进入磁场开始到完全进入磁场为止,下列结论正确的是( )A.感应电流一直沿顺时针方向B.线圈受到的安培力先增大,后减小C.感应电动势的最大值E=Br vD.穿过线圈某个横截面的电荷量为B(r2+πr2)R4.如图所示,正方形线框的左半侧处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与线框平面垂直,线框的对称轴MN恰与磁场边缘平齐.若第1次将线框从磁场中以恒定速度v1向右匀速拉出,第2次以线速度v2让线框绕轴MN匀速转过90°,为使两次操作过程中,线框产生的平均感应电动势相等,则( )A.v1∶v2=2∶πB.v1∶v2=π∶2C.v1∶v2=1∶2 D.v1∶v2=2∶15.如图所示的电路,电源电动势为E,线圈L的电阻不计,以下判断正确的是( )A.闭合S,稳定后,电容器两端电压为EB.闭合S,稳定后,电容器的a极板带正电C.断开S的瞬间,电容器的a极板将带正电D.断开S的瞬间,电容器的a极板将带负电[综合应用题组]6.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如右图所示,抛物线的方程是y =x2,下半部处在一个水平方向的匀强磁场中,磁场的上边界是y=a的直线(图中的虚线所示),一个小金属块从抛物线上y=b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑,假设抛物线足够长,金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是( )A .mgbB.12m v 2 C .mg (b -a ) D .mg (b -a )+12m v 27.如图所示,边长为2L 的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B .一个边长为L 、粗细均匀的正方形导线框abcd ,其所在平面与磁场方向垂直,导线框的对角线与虚线框的对角线在一条直线上,导线框各边的电阻大小均为R .在导线框从图示位置开始以恒定速度沿对角线方向进入磁场,到整个导线框离开磁场区域的过程中,下列说法正确的是( )A .导线框进入磁场区域时产生顺时针方向的感应电流B .导线框中有感应电流的时间为2L vC .导线框的bd 对角线有一半进入磁场时,整个导线框所受安培力大小为B 2L 2v4RD .导线框的bd 对角线有一半进入磁场时,导线框a 、c 两点间的电压为2BL v 48.如图所示的电路中,A 、B 、C 是三个完全相同的灯泡,L 是一个自感系数较大的线圈,其直流电阻与灯泡电阻相同.下列说法正确的是( )A .闭合开关S ,A 灯逐渐变亮B .电路接通稳定后,流过B 灯的电流是流过C 灯电流的32C .电路接通稳定后,断开开关S ,C 灯立即熄灭D .电路接通稳定后,断开开关S ,A 、B 、C 灯过一会儿才熄灭,且A 灯亮度比B 、C 灯亮度高9.如图所示,PQQ 2P 2是由两个正方形导线方格PQQ 1P 1、P 1Q 1Q 2P 2构成的网络电路.方格每边长度l =10 cm.在x >0的半空间分布有随时间t 均匀增加的匀强磁场,磁场方向垂直于xOy 平面并指向纸内.今令网络电路PQQ 2P 2以恒定的速度v =5 cm/s 沿x 轴正方向运动并进入磁场区域,在运动过程中方格的边PQ 始终与y 轴平行.若取PQ 与y 轴重合的时刻为t =0,在以后任一时刻t 磁场的磁感应强度为B =B 0+bt ,式中t 的单位为s ,B 0、b 为已知恒量.当t =2.5 s 时刻,方格PQQ 1P 1中的感应电动势是E 1,方格P 1Q 1Q 2P 2中的感应电动势是E 2.E 1、E 2的表达式正确的是( )A .E 1=B 0l vB .E 1=bl 2C .E 2=bl 24D .E 2=(B 0+bt )l v10.小明同学设计了一个“电磁天平”,如图1所示,等臂天平的左臂为挂盘,右臂挂有矩形线圈,两臂平衡.线圈的水平边长L =0.1 m ,竖直边长H =0.3 m ,匝数为n 1.线圈的下边处于匀强磁场内,磁感应强度B 0=1.0 T ,方向垂直线圈平面向里.线圈中通有可在0~2.0 A 范围内调节的电流I .挂盘放上待测物体后,调节线圈中电流使天平平衡,测出电流即可测得物体的质量.(重力加速度取g =10 m/s 2)(1)为使电磁天平的量程达到0.5 kg ,线圈的匝数n 1至少为多少?(2)进一步探究电磁感应现象,另选n 2=100匝、形状相同的线圈,总电阻R =10 Ω.不接外电流,两臂平衡.如图2所示,保持B 0不变,在线圈上部另加垂直纸面向外的匀强磁场,且磁感应强度B 随时间均匀变大,磁场区域宽度d =0.1 m .当挂盘中放质量为0.01 kg 的物体时,天平平衡,求此时磁感应强度的变化率ΔB Δt .11.(1)如图甲所示,两根足够长的平行导轨,间距L =0.3 m ,在导轨间有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B 1=0.5 T .一根直金属杆MN 以v =2 m/s 的速度向右匀速运动,杆MN 始终与导轨垂直且接触良好.杆MN 的电阻r 1=1 Ω,导轨的电阻可忽略.求杆MN 中产生的感应电动势E 1.(2)如图乙所示,一个匝数n =100的圆形线圈,面积S 1=0.4 m 2,电阻r 2=1 Ω.在线圈中存在面积S 2=0.3 m 2垂直线圈平面(指向纸外)的匀强磁场区域,磁感应强度B 2随时间t 变化的关系如图丙所示.求圆形线圈中产生的感应电动势E 2.(3)有一个R =2 Ω的电阻,将其两端a 、b 分别与图甲中的导轨和图乙中的圆形线圈相连接,b 端接地.试判断以上两种情况中,哪种情况a 端的电势较高?求这种情况中a 端的电势φa .《法拉第电磁感应定律自感和涡流》参考答案1.解析:选BD.由题给条件可知感应电动势为E=nπr2ΔBΔt,电阻为R=ρn2πrS0,电流I=ER,联立以上各式得I=S0r2ρ·ΔBΔt,则可知B、D项正确,A、C项错误.2.(多选)解析:选AB.由右手定则知,圆盘按如题图所示的方向转动时,感应电流沿a到b的方向流动,选项B正确;由感应电动势E=12Bl2ω知,角速度恒定,则感应电动势恒定,电流大小恒定,选项A正确;角速度大小变化,感应电动势大小变化,但感应电流方向不变,选项C错误;若ω变为原来的2倍,则感应电动势变为原来的2倍,电流变为原来的2倍,由P=I2R知,电流在R上的热功率变为原来的4倍,选项D错误.3.(多选)解析:选AB.在闭合线圈进入磁场的过程中,通过闭合线圈的磁通量逐渐增大,根据楞次定律可知感应电流的方向一直沿顺时针方向,A正确;线圈切割磁感线的有效长度先变长后变短,感应电流先变大后变小,安培力也先变大后变小,B正确;线圈切割磁感线的有效长度最大值为2r,感应电动势最大值E=2Br v,C 错误;穿过线圈某个横截面的电荷量为Q =ΔΦR =B ⎝ ⎛⎭⎪⎫r 2+π2r 2R,D 错误. 4.解析:选A.第1次将线框从磁场中以恒定速度v 1向右匀速拉出,线框中的感应电动势恒定,有E 1=E 1=BL v 1.第2次以线速度v 2让线框绕轴MN 匀速转过90°,所需时间t =πr 2v 2=πL 4v 2,线框中的磁通量变化量ΔΦ=B ·L ·L 2=12BL 2,产生的平均电动势E 2=ΔΦt =2BL v 2π.由题意知E 1=E 2,可得v 1∶v 2=2∶π,A 正确.5.解析:选C.由题意及自感现象规律可知,当开关S 闭合且电路稳定后,电容器与线圈L 并联,由于线圈的直流电阻不计,所以电容器两端电压为零,故A 、B 项错误;断开S 的瞬间,由自感规律可知,线圈中要产生感应电动势,感应电动势引起的感应电流的方向与原电流的方向一致,因而电容器的a 极板将带正电,故C 项正确.[综合应用题组]6.解析:选 D.金属块在进出磁场过程中要产生感应电流,机械能要减少,上升的最大高度不断降低,最后刚好飞不出磁场,就往复运动永不停止,由能量守恒可得Q =ΔE =12m v 2+mg (b -a ).7.解析:选 D.根据楞次定律知,感应电流的效果总是阻碍磁通量的变化,故由楞次定律判断出,导线框进入磁场区域时产生的感应电流的方向为逆时针方向,故选项A 错误;导线框完全进入磁场后感应电流消失,导线框从开始进入磁场到完全进入经历的时间为2L v ,穿出的时间也为2L v ,导线框中有感应电流的时间为t =2L v ×2,故选项B 错误;导线框的bd 对角线有一半进入磁场时,导体的有效切割长度为2L 2,感应电动势为2BL v 2,由安培力公式可算出安培力为B 2L 2v 8R ,故选项C 错误;导线框的bd 对角线有一半进入磁场时,导线框a 、c 两点间的电压为电动势的一半,即2BL v 4,故选项D 正确.8.解析:选D.画出等效电路如图所示,闭合开关S ,所有的灯都立即变亮,A 错误;电路稳定后,线圈和灯泡A 的并联电阻为R 2,与B 灯的串联电阻为3R 2,C灯的电阻为R ,根据并联电路分流与电阻成反比,故流过B 灯的电流是流过C灯电流的23,B 错误;断开开关S ,线圈产生的感应电动势对三个灯泡供电,因此三个灯泡都过一会才熄灭,供电电路是B 、C 灯串联与A 灯并联,因此A 灯的亮度比B 、C 灯的亮度高,C 错误,D 正确.9.解析:选B.经过2.5 s ,线框向右运动了12.5 cm ,此时右边的线框只有感生电动势,根据法拉第电磁感应定律得E 1=bl 2,B 正确,A 错误;此时左边的线框只有右边在磁场中,离磁场边界0.25l ,线框中既有动生电动势又有感生电动势,故电动势的大小E 2=(B 0+2.5b )l v +0.25bl 2,C 、D 错误.10.解析:(1)线圈受到安培力F =n 1B 0IL天平平衡mg =n 1B 0IL代入数据得n 1=25匝(2)由电磁感应定律得E =n 2ΔΦΔt即E =n 2ΔB Δt Ld由欧姆定律得I ′=E R线圈受到安培力F ′=n 2B 0I ′L天平平衡m ′g =n 22B 0ΔB Δt ·dL2R代入数据可得ΔBΔt =0.1 T/s答案:(1)25匝 (2)0.1 T/s11.解析:(1)杆MN 做切割磁感线的运动,E 1=B 1L v产生的感应电动势E 1=0.3 V .(2)穿过圆形线圈的磁通量发生变化,E 2=n ΔB 2Δt S 2产生的感应电动势E 2=4.5 V .(3)当电阻R 与题图甲中的导轨相连接时,a 端的电势较高通过电阻R 的电流I =E 1R +r 1电阻R 两端的电势差φa -φb =IRa 端的电势φa =IR =0.2 V .答案:(1)0.3 V (2)4.5 V (3)与图甲中的导轨相连接a 端电势高 φa =0.2 V。