2024-2025学年试题物理（选择性人教版2019）第二章2-法拉第电磁感应定律

2.法拉第电磁感应定律课后训练巩固提升一、基础巩固1.下列关于电磁感应现象的说法正确的是()A.只要穿过闭合电路中的磁通量不为零,闭合电路中就一定有感应电流产生B.穿过闭合电路中的磁通量减小,则电路中感应电流就减小C.穿过闭合电路中的磁通量越大,闭合电路中的感应电动势就越大D.穿过闭合电路中的磁通量变化越快,闭合电路中感应电动势就越大答案:D解析:只有闭合回路中磁通量发生变化时,闭合回路中才会产生感应电流,故A错误;感应电流的大小取决于磁通量变化的快慢,磁通量减小时,若磁通量的变化率增大,则感应电流可能变大,故B错误;磁通量大,但变化较慢,则感应电动势也可能很小,故C错误;穿过闭合电路的磁通量变化越快,则感应电动势越大,故D正确。2.穿过一个单匝线圈的磁通量始终为每秒均匀地增加2Wb,则()A.线圈中的感应电动势每秒增加2VB.线圈中的感应电动势每秒减小2VC.线圈中的感应电动势始终为2VD.线圈中不产生感应电动势答案:C解析:由法拉第电磁感应定律得E=ΔΦΔt=2V,所以线圈中感应电动势始终为2V,3.一矩形线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场方向垂直。先保持线框的面积不变,将磁感应强度在1s时间内均匀地增大到原来的2倍。接着保持增大后的磁感应强度不变,在1s时间内,再将线框的面积均匀地减小到原来的一半。先后两个过程中,线框中感应电动势的比值为()A.12 B.1 C.2 D.答案:B解析:设原磁感应强度为B,线框面积为S,第一次在1s内将磁感应强度增大为原来的2倍,即变为2B,感应电动势为E1=ΔBSΔt=(2B-B)St=BSt;第二次在1s内将线框面积均匀地减小到原来的一半,即变为12S,感应电动势大小为4.穿过某线圈的磁通量随时间变化的关系如图所示,在下列几段时间内,线圈中感应电动势最小的是()A.0~2s B.2~4sC.4~5s D.5~10s答案:D解析:图像斜率绝对值越小,表明磁通量的变化率越小,感应电动势也就越小。5.如图所示,空间有一匀强磁场,一直金属棒与磁感应强度方向垂直,当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时,棒两端的感应电动势大小为E,将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线,置于与磁感应强度相互垂直的平面内,当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时,棒两端的感应电动势大小为E'。则E'E等于(A.12 B.22 C.1 D答案:B解析:设折弯前金属棒切割磁感线的长度为l,E=Blv;折弯后,金属棒切割磁感线的有效长度为l'=l22+l22=22l,故产生的感应电动势为E'=Bl'v=B·22lv=22E,6.如图所示,水平放置的平行金属导轨相距l=0.50m,左端接一电阻R=0.20Ω,磁感应强度B=0.40T的匀强磁场,方向垂直于导轨平面。导体棒ab垂直放在导轨上,并能无摩擦地沿导轨滑动,导轨和导体棒的电阻均可忽略不计,当ab以v=4.0m/s的速度水平向右匀速滑动时:(1)求ab棒中感应电动势的大小。(2)求回路中感应电流的大小。(3)求ab棒中哪端电势高。(4)求维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小。答案:(1)0.80V(2)4.0A(3)a端高(4)0.8N解析:这是一个导体做切割磁感线运动产生感应电动势的问题。感应电动势的大小可由公式E=Blv求出;感应电流的大小可由闭合电路欧姆定律求出;匀速运动时,水平外力的大小与安培力的大小相等。此题主要考查学生的综合应用能力,提高学生的科学思维。(1)根据法拉第电磁感应定律,ab棒中的感应电动势为E=Blv=0.40×0.50×4.0V=0.80V。(2)感应电流的大小为I=ER=0.800.20(3)ab相当于电源,根据右手定则知,a端电势高。(4)ab棒受安培力F安=BIl=0.40×4.0×0.50N=0.8N由于ab以v=4.0m/s的速度水平向右匀速滑动,故外力的大小也为0.8N。二、能力提升1.如图所示,导体棒ab长为4l,匀强磁场的磁感应强度为B,导体棒绕过O点垂直纸面的轴以角速度ω匀速转动,a与O的距离很近,可以忽略。则a端和b端的电势差Uab等于()A.2Bl2ω B.4Bl2ωC.6Bl2ω D.8Bl2ω答案:D解析:导体棒ab切割磁感线的总长度为4l,切割磁感线的平均速度v=12ω·4l=2lω,由公式E=Blv知,E=B·4l·2lω=8Bl2ω,则Uab=E=8Bl2ω,选项D2.如图所示,足够长平行金属导轨倾斜放置,倾角为37°,宽度为0.5m,电阻忽略不计,其上端接一小灯泡,电阻为1Ω。一导体棒MN垂直于导轨放置,质量为0.2kg,接入电路的电阻为1Ω,两端与导轨接触良好,与导轨间的动摩擦因数为0.5。在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为0.8T。将导体棒MN由静止释放,运动一段时间后,小灯泡稳定发光。此后导体棒MN的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为(重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6)()A.2.5m/s,1W B.5m/s,1WC.7.5m/s,9W D.15m/s,9W答案:B解析:本题考查电磁感应现象中的力学问题和能量问题,意在培养学生的分析能力和应用能力,提高学生的科学思维。当小灯泡稳定发光后,导体棒做匀速运动,根据平衡条件,有mgsinθμmgcosθ=B2l2vR+r,解得v=5m/s,I=BlvR+r=13.(多选)如图所示,一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路。虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直于回路所在的平面。回路以速度v向右匀速进入磁场,直径CD始终与MN垂直。从D点到达边界开始到C点进入磁场为止,下列结论正确的是()A.感应电流方向不变B.CD段直线始终不受安培力C.感应电动势最大值E=2BavD.感应电动势的平均值E=14π答案:AD解析:在半圆形闭合回路进入磁场的过程中磁通量不断增加,始终存在感应电流,由楞次定律可知电流方向为逆时针方向,且不变,选项A正确;由左手定则可知CD边始终受到安培力作用,故选项B错误;有效切割长度如图所示,所以闭合回路进入磁场过程中l先逐渐增大到a,然后再逐渐减小为0,由E=Blv可知,最大值Emax=Bav,最小值为0,C错误;平均感应电动势为E=ΔΦΔt=124.如图甲所示,不计电阻的平行金属导轨与水平面成37°夹角放置,导轨间距为l=1m,上端接有电阻R=3Ω,虚线OO'下方是垂直于导轨平面的匀强磁场。现将质量m=0.1kg、有效电阻r=1Ω的金属杆ab从OO'上方某处垂直于导轨由静止释放,杆下滑过程中始终与导轨垂直并保持良好接触,杆下滑过程中的vt图像如图乙所示。g取10m/s2,sin37°=0.6。(1)求磁感应强度B;(2)求杆在磁场中下滑0.1s过程中电阻R产生的热量。答案:(1)2T(2)1.875×102J解析:(1)由题图乙得a=ΔvΔt=0.500.1s前,由牛顿第二定律有mgsinθFf=ma代入数据得Ff=0.1N0.1s后匀速运动,有mgsinθFfFA=0而FA=BIl=BBlvR+由以上两式得B=(mgsinθ-Ff)(R+(2)I=BlvR+r=2×1×QR=I2Rt=0.252×3×0.1J=1.875×102J。5.如图所示,半径为r的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向里。一根长度略大于2r的导线MN以速度v在圆导轨上无摩擦地自左端匀速滑动到右端,电路的固定电阻为R,其余电阻忽略不计。(1)在滑动过程中通过电阻R的电流的平均值是多少?(2)当导线MN通过圆形导轨中心时,导线MN所受安培力的大小是多少?(3)如果导线MN的电阻为R0,当导线MN通过圆形导轨中心时,电阻R两端的电压是多少?答案:(1)πBrv2R(2)4解析:(1)整个过程中磁通量的变化ΔΦ=BS=Bπr2