2023年高考物理一轮复习课时练29《法拉第电磁感应定律 自感现象律》(含答案详解)

2023年高考物理一轮复习课时练29《法拉第电磁感应定律自感现象律》一 、选择题LISTNUMOutlineDefault\l3如图，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc。已知bc边的长度为l。下列判断正确的是()A.Ua＞Uc，金属框中无电流B.Ub＞Uc，金属框中电流方向沿a—b—c—aC.Ubc=－eq\f(1,2)Bl2ω，金属框中无电流D.Ubc=eq\f(1,2)Bl2ω，金属框中电流方向沿a—c—b—aLISTNUMOutlineDefault\l3如图所示，两根相距为l的平行直导轨ab、cd，b、d间连有一固定电阻R，导轨电阻可忽略不计。MN为放在ab和cd上的一导体杆，与ab垂直，其电阻也为R。整个装置处于匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直于导轨所在平面(垂直纸面向里)。现对MN施力使它沿导轨方向以速度v水平向右做匀速运动。令U表示MN两端电压的大小，下列说法正确的是()A.U=eq\f(1,2)Blv，流过固定电阻R的感应电流由b经R到dB.U=Blv，流过固定电阻R的感应电流由d经R到bC.MN受到的安培力大小FA=eq\f(B2l2v,2R)，方向水平向右D.MN受到的安培力大小FA=eq\f(B2l2v,R)，方向水平向左LISTNUMOutlineDefault\l3如图所示，匀强磁场中有两个导体圆环a、b，磁场方向与圆环所在平面垂直。磁感应强度B随时间均匀增大。两圆环半径之比为2∶1，圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb。不考虑两圆环间的相互影响。下列说法正确的是()A.Ea∶Eb=4∶1，感应电流均沿逆时针方向B.Ea∶Eb=4∶1，感应电流均沿顺时针方向C.Ea∶Eb=2∶1，感应电流均沿逆时针方向D.Ea∶Eb=2∶1，感应电流均沿顺时针方向LISTNUMOutlineDefault\l3某同学为了验证断电自感现象，找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，可能的原因是()A.电源的内阻偏大B.线圈电阻偏大C.小灯泡电阻偏大D.线圈的自感系数较大LISTNUMOutlineDefault\l3如图所示，在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动，MN中产生的感应电动势为E1；若磁感应强度增为2B，其他条件不变，MN中产生的感应电动势变为E2。则通过电阻R的电流方向及E1与E2之比分别为()A.c→a,2∶1B.a→c,2∶1C.a→c,1∶2D.c→a,1∶2LISTNUMOutlineDefault\l3如图所示，三角形金属线框ABC的底边AB长度为d，顶点C距AB边的距离为eq\f(d,2)，在右侧空间边长为d的正方形区域内，存在垂直纸面向里的匀强磁场，在外力作用下线框底边沿着x轴向右运动，运动过程中始终保持线框平面与磁场方向垂直。在线框沿x轴向右匀速穿过有界磁场区域的过程中，线框中的感应电动势()A.经历均匀增大、均匀减小、均匀增大、均匀减小的过程B.经历均匀增大、保持不变、均匀增大、保持不变的过程C.经历均匀增大、均匀减小、均匀增大的过程D.经历均匀增大、保持不变、均匀减小的过程LISTNUMOutlineDefault\l3如图甲所示，导体棒MN置于水平导轨上，PQMN所围的面积为S，PQ之间有阻值为R的电阻，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匀强磁场，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时间内，导体棒受到的导轨的摩擦力方向相同B.在0～t0时间内，通过导体棒的电流方向为N到MC.在t0～2t0时间内，通过电阻R的电流大小为eq\f(SB0,Rt0)D.在0～2t0时间内，通过电阻R的电荷量为eq\f(SB0,2R)LISTNUMOutlineDefault\l3如图所示，导体杆OQ在作用于OQ中点且垂直于OQ的力作用下，绕O轴沿半径为r的光滑的半圆形框架在匀强磁场中以一定的角速度转动，磁场的磁感应强度为B，方向垂直于框架平面，AO间接有电阻R，杆和框架电阻不计，回路中的总电功率为P，则()A.外力的大小为2Breq\r(\f(P,R))B.外力的大小为Breq\r(PR)C.导体杆旋转的角速度为eq\f(2\r(PR),Br2)D.导体杆旋转的角速度为eq\f(2,Br2)eq\r(\f(P,R))LISTNUMOutlineDefault\l3(多选)将一条形磁铁从相同位置插入到闭合线圈中的同一位置，第一次缓慢插入，第二次快速插入，两次插入过程中不发生变化的物理量是()A.磁通量的变化量B.磁通量的变化率C.感应电流的大小D.流过导体某横截面的电荷量LISTNUMOutlineDefault\l3(多选)如图所示，线圈匝数为n，横截面积为S，线圈电阻为r，处于一个均匀增强的磁场中，磁感应强度随时间的变化率为k，磁场方向水平向右且与线圈平面垂直，电容器的电容为C，定值电阻的阻值为r。由此可知，下列说法正确的是()A.电容器下极板带正电B.电容器上极板带正电C.电容器所带电荷量为eq\f(nSkC,2)D.电容器所带电荷量为nSkCLISTNUMOutlineDefault\l3(多选)如图所示是圆盘发电机的示意图；铜盘安装在水平的铜轴上，它的边缘正好在两磁极之间，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触。若铜盘半径为L，匀强磁场的磁感应强度为B，回路的总电阻为R，从左往右看，铜盘以角速度ω沿顺时针方向匀速转动。则()A.由于穿过铜盘的磁通量不变，故回路中无感应电流B.回路中感应电流大小不变，为eq\f(BL2ω,2R)C.回路中感应电流方向不变，为C→D→R→CD.回路中有周期性变化的感应电流LISTNUMOutlineDefault\l3(多选)如图甲所示，质量m=3.0×10－3kg的形金属细框竖直放置在两水银槽中,形框的水平细杆CD长l=0.20m，处于磁感应强度大小为B1=1.0T、方向水平向右的匀强磁场中。有一匝数n=300匝、面积S=0.01m2的线圈通过开关K与两水银槽相连。线圈处于与线圈平面垂直、沿竖直方向的匀强磁场中，其磁感应强度B2随时间t变化的关系如图乙所示。t=0.22s时闭合开关K，瞬间细框跳起(细框跳起瞬间安培力远大于重力)，跳起的最大高度h=0.20m。不计空气阻力，重力加速度g=10m/s2，下列说法正确的是()A.0～0.10s内线圈中的感应电动势大小为3VB.开关K闭合瞬间，CD中的电流方向由C到DC.磁感应强度B2的方向竖直向下D.开关K闭合瞬间，通过细杆CD的电荷量为0.03C三 、计算题LISTNUMOutlineDefault\l3如图所示，竖直平面内两根光滑且不计电阻的长平行金属导轨，间距为L，导轨间的空间内存在垂直导轨平面的匀强磁场；将一质量为m、电阻为R的金属杆水平靠在导轨处上下运动，与导轨接触良好。(1)若磁感应强度随时间变化满足B=kt，k为已知非零常数，金属杆在距离导轨顶部L处释放，则何时释放，会获得向上的加速度。(2)若磁感应强度随时间变化满足B=eq\f(B0,c＋dt2)，B0、c、d均为已知非零常数，为使金属杆中没有感应电流产生，从t=0时刻起，金属杆应在外力作用下做何种运动？LISTNUMOutlineDefault\l3如图甲所示，光滑导轨宽0.4m，ab为金属棒，均匀变化的磁场垂直穿过轨道平面，磁场的变化情况如图乙所示，金属棒ab的电阻为1Ω，导轨电阻不计。t＝0时刻，ab棒从导轨最左端，以v＝1m/s的速度向右匀速运动，求1s末回路中的感应电流及金属棒ab受到的安培力。LISTNUMOutlineDefault\l3(1)如图甲所示，两根足够长的平行导轨，间距L=0.3m，在导轨间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B1=0.5T。一根直金属杆MN以v=2m/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r1=1Ω，导轨的电阻可忽略。求杆MN中产生的感应电动势E1。(2)如图乙所示，一个匝数n=100的圆形线圈，面积S1=0.4m2，电阻r2=1Ω。在线圈中存在面积S2=0.3m2垂直线圈平面(指向纸外)的匀强磁场区域，磁感应强度B2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E2。(3)将一个R=2Ω的电阻分别与图甲和图乙中的a、b端相连接，然后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？并求出较高的电势φa。

LISTNUMOutlineDefault\l3\s0答案解析LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：C；解析：金属框abc平面与磁场平行，转动过程中磁通量始终为零，所以无感应电流产生，选项B、D错误。转动过程中bc边和ac边均切割磁感线，产生感应电动势，由右手定则判断Ua＜Uc，Ub＜Uc，选项A错误。由转动切割产生感应电动势的公式得Ubc=－eq\f(1,2)Bl2ω，选项C正确。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：A；解析：根据电磁感应定律，MN产生的电动势E=Blv，由于MN的电阻与外电路电阻相同，所以MN两端的电压U=eq\f(1,2)E=eq\f(1,2)Blv，根据右手定则，流过固定电阻R的感应电流由b经R到d，故A正确，B错误；MN受到的安培力大小FA=eq\f(B2l2v,2R)，方向水平向左，故C、D错误。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：B；解析：由楞次定律知，题中圆环感应电流产生的磁场与原磁场方向相反，故感应电流沿顺时针方向。由法拉第电磁感应定律知E=eq\f(ΔΦ,Δt)=eq\f(ΔB·S,Δt)=eq\f(ΔB·πR2,Δt)，由于两圆环半径之比Ra∶Rb=2∶1，所以Ea∶Eb=4∶1，选项B正确。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：B；解析：灯泡能否发生闪亮，取决于通过灯泡的电流有没有增大，与电源的内阻无关，故A错误。线圈电阻偏大，稳定时流过灯泡的电流大于流过线圈的电流，断开开关时，根据楞次定律，流过灯泡的电流从线圈原来的电流逐渐减小，灯泡不发生闪亮现象，故B正确。小灯泡电阻偏大，稳定时流过灯泡的电流小于流过线圈的电流，断开开关时，根据楞次定律，流过灯泡的电流从线圈原来的电流逐渐减小，灯泡将发生闪亮现象，故C错误。线圈的自感系数较大，产生的自感电动势较大，但不能改变稳定时灯泡和线圈中电流的大小，故D错误。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：C解析：MN切割磁感线产生的感生电动势E＝Blv，其中的l、v保持不变，所以E1∶E2＝B1∶B2＝1∶2；由右手定则可知通过R的电流方向为a→c，C正确。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：A解析：导线切割磁感线产生感应电动势有E＝Blv，因为匀速运动，所以感应电动势大小取决于切割磁感线的导线的有效长度，线框匀速穿过有界磁场区域的过程中有效长度先均匀增大，再均匀减小，然后再均匀增大，再均匀减小，所以选项A正确。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：B解析：导体棒MN始终静止，与导轨围成的线框面积不变，根据法拉第电磁感应定律可得感应电动势E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝Seq\f(ΔB,Δt)，即感应电动势与B­t图象斜率成正比，0～t0时间内的感应电流I1＝eq\f(E1,R)＝Seq\f(ΔB1,Δt1R)＝Seq\f(B0,t0R)，t0～2t0时间内的感应电流I2＝eq\f(E2,R)＝Seq\f(ΔB2,Δt2R)＝Seq\f(2B0,t0R)，C错误。由楞次定律可知在0～t0时间内，通过导体棒的电流方向N→M，B正确。在0～t0时间内，磁通量减小，MN有向右运动的趋势来阻碍磁通量减小，受向左的静摩擦力，在t0～2t0时间内，磁通量增加，MN有向左运动的趋势来阻碍磁通量增加，受向右的静摩擦力，A错误。通过电阻R的电量q＝q1＋q2＝I1t0＋I2t0＝eq\f(3SB0,R)，D错误。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：C；解析：由题意知，导体杆切割磁感线产生的电动势为E=eq\r(PR)，设Q点的线速度大小为v，则导体杆旋转切割磁感线产生的感应电动势E=eq\f(1,2)Brv，根据P=F·eq\f(1,2)v及ω=eq\f(v,r)，求得F=Breq\r(\f(P,R))，ω=eq\f(2\r(PR),Br2)，因此C项正确。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：AD解析：将一条形磁铁从相同位置插入到闭合线圈中的同一位置，第一次缓慢插入线圈时，磁通量增加慢，第二次迅速插入线圈时，磁通量增加快，但磁通量变化量相同，磁通量变化率不同，A正确，B错误；根据法拉第电磁感应定律，第二次线圈中产生的感应电动势大，根据欧姆定律可知第二次感应电流大，即I2>I1，C错误；流过导体某横截面的电荷量q＝eq\x\to(I)Δt＝eq\f(\x\to(E),R)Δt＝eq\f(\f(ΔΦ,Δt),R)Δt＝eq\f(ΔΦ,R)，由于磁通量变化量相同，电阻不变，所以通过导体横截面的电荷量不变，D正确。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：BC；解析：根据磁场向右均匀增强，并由楞次定律可知，电容器上极板带正电，故A错误，B正确。闭合线圈与阻值为r的电阻形成闭合回路，线圈相当于电源，电容器两极板间的电压等于路端电压，线圈产生的感应电动势：E=nSeq\f(ΔB,Δt)=nSk，路端电压：U=eq\f(E,2r)·r=eq\f(E,2)，则电容器所带电荷量为：Q=CU=eq\f(nSkC,2)，故C正确，D错误。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：BC解析：把铜盘看作闭合回路的一部分，在铜盘以角速度ω沿顺时针方向匀速转动时，铜盘切割磁感线产生感应电动势，回路中有感应电流，选项A错误；铜盘切割磁感线产生的感应电动势为E＝eq\f(1,2)BL2ω，根据闭合电路欧姆定律，回路中感应电流I＝eq\f(E,R)＝eq\f(BL2ω,2R)，由右手定则可判断出感应电流方向为C→D→R→C，选项B、C正确，D错误。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：BD；解析：由题图乙所示图像可知，0～0.10s内：ΔΦ=ΔBS=(1－0)×0.01Wb=0.01Wb,0～0.10s内线圈中的感应电动势大小：E=neq\f(ΔΦ,Δt)=300×eq\f(0.01,0.1)V=30V，故选项A错误；由题可知细杆CD所受安培力方向竖直向上，由左手定则可知，电流方向为：C→D，由安培定则可知感应电流的磁场方向竖直向上，由图示图像可知，在0.2～0.25s内穿过线圈的磁通量减少，由楞次定律可知，磁感应强度B2方向竖直向上，故选项B正确，选项C错误；对细框，由动量定理得：B1Il·Δt=mv－0，细框竖直向上做竖直上抛运动：v2=2gh，电荷量：Q=IΔt，解得：Q=eq\f(m\r(2gh),B1l)=eq\f(3.0×10－3×\r(2×10×0.20),1×0.20)C=0.03C，故选项D正确。三 、计算题LISTNUMOutlineDefault\l3解：(1)由法拉第电磁感应定律得：E=eq\f(ΔΦ,Δt)=eq\f(ΔB,Δt)S=kL2安培力：FA=BIL=BLeq\f(E,R)=BLeq\f(kL2,R)=ktLeq\f(kL2,R)=e