天之骄子2023高考物理一轮总复习课时强化作业39法拉第电磁感应定律、自感和涡流新人教版

PAGEPAGE6课时强化作业三十九法拉第电磁感应定律、自感和涡流1．(2022届吉林期末)如下图，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上外表静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球，K断开时传感器上有示数，K闭合稳定后传感器上恰好无示数，那么线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是()A．正在增加，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,q)B.正在减弱，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,nq)C．正在减弱，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,q)D.正在增加，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,nq)解析：开关K断开时，平行板两端没有电压，开关K闭合后，平行板间产生匀强电场，小球受到的电场力和重力平衡，qE＝mg，上极板带负电，根据楞次定律可知，磁场向上均匀增加，设平行板间电压为U，那么U＝Ed，根据法拉第电磁感应定律得，U＝neq\f(ΔΦ,Δt)，联立解得，neq\f(qΔΦ,dΔt)＝mg，即eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,nq)，D选项正确．答案：D2.(多项选择)(2022届河南模拟)如下图，足够长的U形光滑金属导轨平面与水平面成θ角，其中MN与PQ平行且间距为L，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计．金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且接触良好，ab棒接入电路的电阻为R，当流过ab棒某一横截面的电荷量为q时，棒的速度大小为v，那么金属棒ab在这一过程中()A．加速度为eq\f(v2,2L)B．下滑的位移为eq\f(qR,BL)C．产生的焦耳热为eq\f(mgqR,BL)sinθ－eq\f(1,2)mv2D．受到的最大安培力为eq\f(B2L2v,R)解析：金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，做加速度逐渐减小的变加速运动．由牛顿第二定律得，mgsinθ－BIL＝ma，其中感应电流I＝eq\f(E,R)，解得a＝gsinθ－eq\f(B2L2v,mR)，A选项错误；根据法拉第电磁感应定律得，E＝eq\f(ΔΦ,Δt)，I＝eq\f(ΔΦ,RΔt)，电荷量q＝I·Δt＝eq\f(ΔΦ,R)＝eq\f(BLx,R)，下滑的位移x＝eq\f(qR,BL)，B选项正确；根据能量守恒定律可知，重力势能减少量等于动能的增加量和产生的焦耳热，Q＝mgxsinθ－eq\f(1,2)mv2＝eq\f(mgqR,BL)sinθ－eq\f(1,2)mv2，故C选项正确；金属棒ab受到的最大安培力为F＝BIL＝Beq\f(BLv,R)L＝eq\f(B2L2v,R)，故D选项正确．答案：BCD3.(多项选择)(2022届杭州西湖中学月考)用一根横截面积为S、电阻率为ρ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．如下图，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，方向如图，磁感应强度大小随时间的变化率eq\f(ΔB,Δt)＝k(k＜0)，那么()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eq\f(krS,2ρ)D．图中a、b两点间的电压U＝|0.25kπr2|解析：磁感应强度随时间均匀减小，根据楞次定律可知，圆环中产生顺时针的感应电流，A选项错误；根据楞次定律的推广含义——增缩减扩可知，圆环具有扩张的趋势，B选项正确；根据法拉第电磁感应定律得，E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(πr2,2)·eq\f(ΔB,Δt)＝eq\f(kπr2,2)，电阻R＝ρeq\f(2πr,S)，那么圆环中感应电流的大小为I＝eq\f(E,R)＝eq\f(krS,4ρ)，C选项错误；a、b两点间的电压为路端电压，U＝eq\f(E,2)＝|0.25kπr2|，D选项正确．答案：BD4.(多项选择)某学习小组在探究线圈中感应电流的影响因素时，设计如下图的实验装置，让一个闭合圆线圈放在匀强磁场中，线圈的轴线与磁场方向成30°角，磁感应强度随时间均匀变化，那么()A．假设把线圈的匝数增加一倍，线圈内感应电流大小不变B．假设把线圈的面积增加一倍，线圈内感应电流大小变为原来的2倍C．改变线圈轴线与磁场方向的夹角大小，线圈内感应电流大小可能变为原来的2倍D．把线圈的半径增加一倍，线圈内感应电流大小变为原来的2倍解析：设导线的横截面积为S，线圈围成的半径为r，匝数为n，根据法拉第电磁感应定律得，E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝nπr2eq\f(ΔB,Δt)·cosθ，电阻R＝ρeq\f(2nπr,S)，根据欧姆定律可知，感应电流I＝eq\f(E,R)＝eq\f(ΔBSr,2ρΔt)·cosθ，线圈的匝数增加一倍，感应电流不变，A选项正确；线圈的面积增加一倍，那么半径r增加为eq\r(2)r，感应电流大小变为原来的eq\r(2)倍，B选项错误；改变线圈轴线与磁场方向的夹角大小，cos30°＝eq\f(\r(3),2)，线圈内感应电流大小不可能变为原来的2倍，C选项错误；线圈的半径r增加一倍，线圈内感应电流大小变为原来的2倍，D选项正确．答案：AD5.(2022届淄博期末)如下图，多匝线圈的电阻和电池的内阻可以忽略，两个电阻器的阻值都是R，电键S原来断开，电流I0＝eq\f(E,2R)，现合下电键将一个电阻器短路，于是线圈中有自感电动势产生，这自感电动势()A．有阻碍电流的作用，最后电流由I0减少为零B．有阻碍电流的作用，最后总小于I0C．有阻碍电流增大的作用，因而电流保持为I0不变D．有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是要增大到2I0解析：合下电键将电阻器短路，使得电路中的电流增加，线圈中产生自感电动势，根据楞次定律可知，自感电动势将要阻碍原电流的增大，最终电路稳定时，电路中的电流为I＝eq\f(E,R)＝2I0，故最后电流慢慢增加到2倍，故A、B、C选项错误，D选项正确．答案：D6．(2022届长宁区模拟)如图是机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情景．当探测线圈靠近金属物体时，在金属物体中就会产生电流，如果能检测出这种变化，就可以判定探测线圈附近有金属物体了．图中能反映出金属探测器工作原理的是()A.eq\a\vs4\al\co1()通电螺线管使小磁针偏转B.eq\a\vs4\al\co1()金属棒在磁场中运动使电流计指针偏转C.eq\a\vs4\al\co1()通电导线在磁场中运动D.eq\a\vs4\al\co1()通电直导线使小磁针偏转解析：由题意可知，探测器将线圈靠近金属物时，相当于闭合电路的局部导体在切割磁感线，产生感应电流．A选项中通电螺线管使小磁针偏转，说明了电流的磁效应；B选项中金属棒在磁场中运动使电流计指针偏转，属于电磁感应现象，即导体切割磁感线产生感应电流；C选项中通电导线在磁场中运动，属于探究通电导体在磁场中的受力情况；D选项中通电直导线使小磁针偏转，属于探究电流周围存在磁场的实验．答案：B7．(多项选择)(2022届浙江模拟)如图(甲)所示，翻开电流和电压传感器，将磁铁置于螺线管正上方距海绵垫高为h处静止释放，磁铁穿过螺线管后掉落到海绵垫上并静止．假设磁铁下落过程中受到的磁阻力远小于磁铁重力，且不发生转动，不计线圈电阻．图(乙)是计算机荧屏上显示的UI­t曲线，其中的两个峰值是磁铁刚进入螺线管内部和刚从内部出来时产生的．以下说法正确的选项是()A．假设仅增大h，两个峰值间的时间间隔会增大B．假设仅减小h，两个峰值都会减小C．假设仅减小h，两个峰值可能会相等D．假设仅减小滑动变阻器的阻值，两个峰值都会增大解析：感应电动势的大小等于磁通量的变化率，因此通过线圈速度越大，磁通量的变化率越大，电动势越大，两个峰值也越大．假设仅增大h，磁铁经过线圈的时间减小，两个峰值间的时间间隔会减小，故A选项错误；当h减小时，磁铁进入线框的速度减小，导致线框中磁通量的变化率减小，因此两个峰值都会减小，两个峰值不可能相等，故B选项正确，C选项错误；减小滑动变阻器阻值，根据闭合电路欧姆定律可知，感应电流增大，感应回路中的电功率P＝UI增大，两个峰值都会增大，故D选项正确．答案：BD8．(2022届绵阳模拟)如下图，一半圆形铝框始终全部处在水平向外的非匀强磁场中，场中各点的磁感应强度随高度增加而均匀减小，高度相同，磁感应强度相等．铝框平面与磁场垂直，直径ab水平，不计空气阻力，铝框由静止释放下落的过程中()A．铝框回路总感应电动势为零B．回路中感应电流沿顺时针方向，直径ab两点间电势差为零C．铝框下落的加速度大小一定小于重力加速度gD．直径ab受安培力与半圆弧ab受安培力合力大小相等，方向相反解析：把铝环回路看作是由直径ab与半圆弧两局部组成，半圆弧局部的有效切割长度与直径ab相等，回路下降过程中，切割磁感线产生感应电动势，由于下方的磁场强而导致产生的电动势大小不同，根据右手定那么可知，直径ab两点间电势差不为零，总感应电动势不为零，方向沿顺时针方向，A、B选项错误；根据楞次定律的推广含义——来拒去留可知，铝环下落过程中受到向上的安培力，下落的加速度小于重力加速度，C选项正确；由F＝BIL可知，半圆弧所在处的磁感应强度B小，故直径ab受到的安培力大于半圆弧受到的安培力，D选项错误．答案：C9.(多项选择)如下图，水平放置的光滑U形框架上接一个阻值为R0的电阻，放在垂直纸面向里的，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后速度到达v，半圆形硬导体AC的电阻为r，其余电阻不计，以下说法正确的选项是()A．此时AC两端电压为UAC＝2BLvB．此时AC两端电压为UAC＝eq\f(2BLvR0,R0＋r)C．此过程中电路产生的电热为Q＝Fd－eq\f(1,2)mv2D．此过程中通过电阻R0的电荷量为q＝eq\f(2BLd,R0＋r)解析：半圆形硬导体AC有效切割的长度等于直径2L，根据导体切割磁感线公式得E＝2Blv，此时导体AC相当于电源，两端电压为路端电压，根据闭合电路欧姆定律可知，UAC＝eq\f(R0,R0＋r)·2BLv，A选项错误，B选项正确；根据功能关系可知，拉力F做功增加了导体的动能和电热，Fd＝Q＋eq\f(1,2)mv2，C选项正确；通过电阻R0的电荷量q＝I·Δt，根据法拉第电磁感应定律得，E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(2BLd,Δt)，感应电流I＝eq\f(E,R0＋r)，联立解得此过程中通过电阻R0的电荷量为q＝eq\f(2BLd,R0＋r)，D选项正确．答案：BCD10.(2022届开封市模拟)如下图，足够长的平行光滑金属导轨水平放置，宽度L＝0.4m，一端连接R＝1Ω的电阻，导轨所在的空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B＝1T，导体棒MN放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好，导体棒的电阻为r＝1Ω，导轨的电阻可忽略不计．在平行于导轨的拉力F作用下，导体棒沿导轨向右匀速运动，速度v＝5m/s，求：(1)感应电动势E和感应电流I；(2)拉力F的大小；(3)求导体棒两端的电压U.解析：(1)导体棒切割磁感线产生感应电动势，E＝BLv＝2V，根据欧姆定律得，感应电流I＝eq\f(E,R)＝2A.(2)导体棒做匀速直线运动，拉力等于安培力，F＝BIL＝0.4N.(3)导体棒相当于电源，两端电压为路端电压，根据闭合电路欧姆定律得，U＝IR＝eq\f(E,R＋r)R＝1V.答案：(1)2A(2)0.4N(3)1V11．(2022届镇江模拟)图甲为某同学研究自感现象的实验电路图，用电流传感器显示各时刻通过线圈L的电流．电路中电灯的电阻R1＝6.0Ω，定值电阻R＝2.0Ω，AB间电压U＝6.0V．开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t1＝1.0×10－3s时刻断开关S，此时刻前后电流传感器显示的电流随时间变化的图线如图乙所示．(1)求出线圈L的直流电阻RL；(2)判断断开开关后通过电灯的电流方向；(3)在t2＝1.6×10－3s时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少？解析：(1)开关原来闭合，通过线圈L的电流为IL＝1.5A，AB间电压U＝0.6V，根据欧姆定律得，RL＋R＝eq\f(U,IL)，解得RL＝2Ω.(2)断开开关后，线圈L相当于电源，电流由右向左通过灯泡．(3)根据图乙可知，t＝1.6×10－3s时刻线圈L的电流I＝0.20A，线圈L此时是一个电源，根据闭合电路欧姆定律得，E＝I(RL＋R＋R1)，解得E＝2.0V.答案：(1)2Ω(2)从右向左(3)2.0V12．如图(a)所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路，线圈的半径为r1，在线圈中半径为r2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B随时间t变化的关系图线如图(b)所示，图线与横、纵轴