高中物理-选择性必修2-第二章-2-法拉第电磁感应定律

第二章电磁感应2法拉第电磁感应定律基础过关练题组一电磁感应定律1.关于感应电动势的大小,下列说法中正确的是(易错)A.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大B.线圈中磁通量越大,产生的感应电动势一定越大C.线圈放在磁感应强度越大的地方,产生的感应电动势一定越大D.线圈中磁通量变化越快,产生的感应电动势越大2.(2020河北石家庄高二上月考)如图所示,栅栏大门朝正南方向,在门的四个角上钉有四个钉子,沿着钉子绕有50匝的大线圈,穿过该线圈的最大磁通量为1.6×10-4Wb,那么,小明在2s内把关闭的大门打开并转过90°的过程中,线圈中产生的感应电动势约为()A.2×10-2V B.4×10-3VC.1.6×10-4V D.8×10-5V3.(2020重庆九校联盟高二上月考)如图为綦江南州中学物理兴趣小组为研究无线充电技术,动手制作的一个“特斯拉线圈”。线圈匝数为n,面积为S,若在t1到t2时间内,匀强磁场平行于线圈轴线穿过线圈,其磁感应强度大小由B1均匀增加到B2,则该段时间内线圈两端的电势差的大小()A.恒为SB.从0均匀变化到SC.恒为nSD.从0均匀变化到nS4.(2020江苏常州高二上期中)如图所示,一个圆形线圈的匝数为n,半径为a,线圈平面与匀强磁场垂直,且一半处在磁场中。在Δt时间内,磁感应强度的方向不变,大小由B均匀地增大到2B。在此过程中,线圈中产生的感应电动势为(深度解析)A.πnBa2Δt B.πnB5.(2020天津高二上期末)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.2~4s C.4~5s D.5~10s6.(2020安徽太和中学高二上月考)(多选)粗细相同且由同种材料制成的A、B两线圈分别按图甲、乙两种方式放入匀强磁场中,甲、乙两图中的磁场方向均垂直于线圈平面,A、B线圈的匝数之比为2∶1,半径之比为2∶3。当两图中的磁场都随时间均匀变化时()A.甲图中,A、B两线圈中电动势之比为2∶3B.甲图中,A、B两线圈中电流之比为3∶2C.乙图中,A、B两线圈中电动势之比为8∶9D.乙图中,A、B两线圈中电流之比为2∶37.(2020陕西洛南中学高二上期末)如图甲所示,一个圆形线圈匝数n=1000,面积S=2×10-2m2,电阻r=1Ω,在线圈外接一阻值为R=4Ω的电阻。把线圈放入一个匀强磁场中,磁场方向垂直线圈平面向里,磁场的磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示。求:甲乙(1)0~4s内,回路中的感应电动势;(2)t=5s时,电阻两端的电压U。题组二导线切割磁感线时的感应电动势8.如图所示,导体棒ab沿水平面内的光滑平行金属导轨向右做匀速运动,速度v=6.0m/s。两导轨左端连有电阻R,两导轨相距L=0.3m,处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.1T。则感应电动势E的大小为()A.0.18V B.0.20V C.0.30V D.0.40V9.如图所示,把一阻值为R、边长为L的正方形金属线框,从磁感应强度为B的匀强磁场中,以速度v向右匀速拉出磁场。在此过程中线框中产生了电流,此电流()A.方向与图示箭头方向相同,大小为BLvB.方向与图示箭头方向相同,大小为2C.方向与图示箭头方向相反,大小为BLvD.方向与图示箭头方向相反,大小为210.(2020湖南常德高二上月考)如图所示,MN、PQ为水平平行金属导轨,左端接有定值电阻R,金属棒ab斜放在两导轨间,与导轨接触良好,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面,设金属棒与两导轨接触点间的距离为L,金属棒与导轨间夹角为60°,以速度v水平向右匀速运动,不计导轨和金属棒的电阻,则流过金属棒的电流为()A.BLvR B.BLv2R C.311.如图所示,半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中,绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动,则通过电阻R的电流的方向和大小是(金属圆盘的电阻不计)()A.由c到d,I=Br2ωR B.由C.由c到d,I=Br2ω2R D.12.(2020江苏南通一中高二上期末)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=-12Bl2ω,D.Ubc=12Bl2ω,金属框中电流方向沿a→c→b→13.(2020四川广元高二上期末)如图所示,水平放置的平行金属导轨MN和PQ相距l=0.50m,导轨左端接一电阻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ac垂直导轨放置,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ac棒以v=4.0m/s的速度水平向右匀速滑动时,求:(1)ac棒中感应电动势的大小;(2)回路中感应电流的大小和方向;(3)维持ac棒做匀速运动的水平外力F的大小和方向。能力提升练题组一公式E=nΔΦ1.(2020北京八中高二上期末,)如图甲所示,100匝的线圈(图中只画了2匝)两端A、B与一个理想电压表相连,线圈内有垂直纸面向里的磁场,线圈中的磁通量在按图乙所示规律变化。下列说法正确的是()A.电压表的示数为150V,A端接电压表正接线柱B.电压表的示数为50.0V,A端接电压表正接线柱C.电压表的示数为150V,B端接电压表正接线柱D.电压表的示数为50.0V,B端接电压表正接线柱2.(2020浙江杭州高二上月考,)面积S=4×10-2m2、匝数n=100的线圈放在匀强磁场中,且磁场方向垂直于线圈平面,磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示,下列判断正确的是()A.在开始的2s内,穿过线圈的磁通量的变化率等于0.08Wb/sB.在开始的2s内,穿过线圈的磁通量的变化量等于零C.在开始的2s内,线圈中产生的感应电动势等于0.08VD.在第3s末,线圈中的感应电动势等于零3.(2020重庆高二上期末,)如图画出的是穿过一个单匝闭合线圈的磁通量随时间的变化规律,以下哪些认识是正确的()A.第0.6s末线圈中的感应电动势是4VB.第0.9s末线圈中的瞬时电动势比第0.2s末的小C.第1.0s末线圈中的瞬时电动势为零D.第0.2s末和0.4s末的瞬时电动势的方向相同4.(2020辽宁抚顺一中高三上期中,)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=3lb,图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀增大,不考虑线圈之间的相互影响,则()A.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3∶1C.a、b线圈中感应电流之比为3∶1D.a、b线圈中电功率之比为3∶15.(2020江苏海安高级中学高二上月考,)(多选)如图所示,两个单匝闭合线圈a、b的半径分别为r和2r,用相同粗细、相同材料的金属导线制成。圆形匀强磁场区域的边缘恰好与a线圈重合,其磁感应强度B随时间均匀增大,则()A.穿过a、b两线圈的磁通量之比为1∶1B.a、b两线圈的感应电动势之比为1∶2C.a、b两线圈的感应电流之比为2∶1D.a、b两线圈的电功率之比为2∶1题组二公式E=Blv的综合应用6.(2020黑龙江甘南一中高二上期末,)如图所示,将一根总电阻为R的直导线弯成一半径为a的金属环,放在竖直平面内,磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面,在环的最高点A用铰链连接长度为2a、电阻为R2的导体棒AB,AB由水平位置紧贴环面摆下,当摆到竖直位置时,B点的线速度为v,则这时AB两端的电压大小为(深度解析)A.Bav3 B.Bav6 C.27.(2020山东泰安高二期中,)(多选)如图所示,电阻不计的导轨OPQS固定,其中PQS是半径为r的半圆弧,Q为半圆弧的中点,O为圆心,OM是长为r、可绕O转动的金属杆,其电阻为R,M端与导轨接触良好。空间存在与导轨平面垂直且向里的匀强磁场(图中未画出),磁感应强度的大小为B。现使OM从OQ位置起以角速度ω逆时针匀速转到OS位置,则该过程中()A.产生的感应电流大小恒定,方向为OPQMOB.通过OM的电荷量为πC.回路中的感应电动势大小为Br2ωD.金属杆OM的发热功率为B题组三电势高低的判断和电势差计算8.(2020浙江大学附属中学高二上期中,)歼-20战斗机为中国人民解放军研制的第四代战机。如图所示,机身长为L,机翼两端点C、D间的距离为d,现该战斗机在我国近海海域上空以速度v沿水平方向直线飞行,已知战斗机所在空间地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下、大小为B,C、D两点间的电压大小为U。则()A.U=BLv,C点电势高于D点电势B.U=BLv,D点电势高于C点电势C.U=Bdv,C点电势高于D点电势D.U=Bdv,D点电势高于C点电势9.(2020浙江杭州西湖高级中学高二上月考,)如图所示,导线OA长为l,在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中以角速度ω沿图示方向绕通过悬点O的竖直轴OO'旋转,导线OA与竖直方向的夹角为θ。则导线OA产生的感应电动势大小和O、A两点电势高低情况分别是()A.Bl2ω,O点电势高B.Bl2ω,A点电势高C.23Bl2ωsin2θ,OD.12Bl2ωsin2θ,A10.(2019河南三门峡高二上月考,)如图所示,由均匀导线制成的半径为R的圆环,以速度v匀速进入一磁感应强度大小为B的匀强磁场。当圆环运动到图示位置(∠aOb=90°)时,a、b两点间的电势差为()A.2BRvB.22BRvC.24BRvD.题组四电荷量的计算11.()如图,一匝数为N、面积为S、总电阻为R的圆形线圈,放在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面。当线圈由原位置翻转180°,此过程中通过线圈导线横截面的电荷量为(深度解析)A.NBSR B.2NBSR C.BSR12.(2020山西长治二中高二上期末,)如图(a)所示,足够长的光滑平行金属导轨JK、PQ倾斜放置,两导轨间距离为L=1.0m,导轨平面与水平面间的夹角为θ=30°,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上,导轨的J、P两端连接阻值为R=3.0Ω的电阻,金属棒ab垂直于导轨放置,并用细线通过光滑定滑轮与重物相连,金属棒ab的质量m=0.20kg、电阻r=0.50Ω,重物的质量M=0.60kg。如果将金属棒和重物由静止释放,金属棒沿导轨上滑距离与时间的关系图像如图(b)所示,不计导轨电阻,g取10m/s2。求:(1)t=0时刻金属棒的加速度;(2)磁感应强度B的大小以及在0.6s内通过电阻R的电荷量;(3)在0.6s内电阻R产生的热量。深度解析

答案全解全析基础过关练1.D由法拉第电磁感应定律可知,感应电动势的大小由磁通量的变化率决定。线圈中磁通量变化越大,但磁通量变化率不一定越大,所以产生的感应电动势也不一定越大,选项A错误;线圈中磁通量越大,但磁通量变化率不一定越大,产生的感应电动势也不一定越大,选项B错误;线圈放在磁感应强度大的地方,磁通量虽然较大,但磁通量的变化率不一定大,产生的感应电动势也不一定大,选项C错误;线圈中磁通量变化越快,产生的感应电动势越大,选项D正确。易错警示电路中产生的感应电动势的大小与电路中磁通量变化的快慢有关,磁通量变化得越快,感应电动势越大。感应电动势的大小由ΔΦΔt和线圈的匝数共同决定,而与Φ2.B门关闭时,穿过门上线圈的磁通量为Φ1=1.6×10-4Wb,将门打开转过90°时磁通量为Φ2=0,则有ΔΦ=Φ2-Φ1=-1.6×10-4Wb,由公式E=nΔΦΔt得,线圈中产生的感应电动势的大小为E=4×10-3V,选项B正确,A、C3.C穿过线圈的匀强磁场的磁感应强度均匀增加,故产生恒定的感应电动势,根据法拉第电磁感应定律,有E=nΔΦΔt=nSΔBΔt=nSB2-B14.B由法拉第电磁感应定律可知,感应电动势E=nΔΦΔt=nΔBΔtS=n2B-BΔt·12πa2导师点睛求感应电动势大小的三种情况面积不变,B变化⇨E=ΔBΔ面积变化,B不变⇨E=ΔSΔ面积和B均变化⇨E=B5.D根据E=nΔΦΔt得,感应电动势与磁通量的变化率成正比。Φ-t图线的斜率表示磁通量的变化率,由题图可知,5~10s内磁通量的变化率最小,则产生的感应电动势最小,选项D正确,A、B6.BCD甲图中,A、B两线圈中磁通量的变化率一样,由公式E=nΔΦΔt可知,感应电动势与匝数成正比,为2∶1;由电阻定律R=ρlS可知,A、B线圈的电阻之比为4∶3,则电流之比为3∶2,选项A错误,B正确。乙图中,A、B两线圈中磁感应强度的变化率一样,由公式E=nΔΦΔt=nΔBΔt·S可得,A、B线圈的电动势之比为8∶9,电阻之比为4∶7.答案(1)1V(2)3.2V解析(1)根据法拉第电磁感应定律可得E=nΔΦΔt由题图可知,在0~4s内,ΔBΔt=0.解得E=1V(2)由题图可知,在4~6s内,ΔB'Δt'=根据法拉第电磁感应定律有E'=nΔΦ'Δt'根据闭合电路欧姆定律有I'=E'R+r=4则电阻两端的电压U=I'R=0.8×4V=3.2V8.Aab棒切割磁感线产生的感应电动势为E=BLv=0.1×0.3×6.0V=0.18V,选项A正确。9.A线框向右匀速运动,左边切割磁感线,根据右手定则可知,产生的感应电流方向与图示箭头方向相同,线框产生的感应电动势的大小为E=BLv,则感应电流的大小为I=ER=BLvR,选项A正确,B、C、10.C金属棒ab以速度v水平向右匀速运动,切割磁感线产生感应电动势,回路中产生感应电流,金属棒的有效切割长度为L有效=L·sin60°=32L,产生的感应电动势E=BL有效v=B·32Lv,通过金属棒的电流I=ER=3BLv2R,选项A、11.D金属圆盘在匀强磁场中匀速转动,可以等效为无数根长为r的导体棒绕O点做匀速圆周运动,其产生的感应电动势大小为E=12Br2ω,由右手定则可知感应电流方向由圆盘边沿指向圆心,故通过电阻R的电流大小I=Br2ω2R,方向由12.C闭合金属框在匀强磁场中以角速度ω逆时针转动时,穿过金属框的磁通量始终为零,金属框中无电流。由右手定则可知Ub=Ua<Uc,A、B、D选项错误;b、c两点的电势差Ubc=-Blv中=-12Bl2ω,选项C13.答案(1)0.80V(2)4.0A,方向为逆时针(3)0.80N,方向水平向右解析(1)导体棒切割磁感线产生的感应电动势为E=Blv=0.40×0.50×4.0V=0.80V(2)由右手定则可知,导体棒切割磁感线产生的感应电流方向为从c到a,即回路中感应电流沿逆时针方向;根据闭合电路欧姆定律得I=ER=0.800.(3)由于ac棒做匀速直线运动,说明其所受合外力为零,有F=F安=BIl=0.40×4.0×0.50N=0.80N根据左手定则知,安培力方向水平向左,则外力F方向水平向右。能力提升练1.B线圈相当于电源,由楞次定律结合安培定则可知A相当于电源的正极,B相当于电源的负极,故A应该与理想电压表的正接线柱相连,选项C、D错误。由法拉第电磁感应定律得E=nΔΦΔt=100×0.15-0.102.A在开始的2s内,穿过线圈的磁通量的变化率为ΔΦΔt=ΔB·SΔt=0.08Wb/s,磁通量的变化量大小为ΔΦ=ΔB·S=0.16Wb,感应电动势为E=nΔΦΔt=100×0.08V=8V,选项A正确,选项B、C错误;在第3s3.A由法拉第电磁感应定律知感应电动势E=nΔΦΔt,0.3~0.8s内,E=8-60.8-0.3V=4V,则第0.6s末线圈中的感应电动势大小是4V,选项A正确;Φ-t图线的斜率表示磁通量的变化率,感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比,由图像知第0.9s末线圈中的瞬时电动势比第0.2s末的大,选项B错误;第1.0s末穿过线圈的磁通量的变化率不为零,电动势不为零,选项C错误;Φ-t图像中,第0.24.C根据楞次定律结合安培定则可知,两线圈内产生逆时针方向的感应电流,选项A错误。根据E=nΔΦΔt=nΔBΔtS知,磁感应强度的变化率相等,两线圈匝数相等,边长之比为3∶1,则感应电动势之比为9∶1;根据电阻定律R=ρlS可知,两线圈长度之比为3∶1,则电阻之比为3∶1,根据欧姆定律得,感应电流之比为3∶1,选项B错误,C正确。根据P=EI知,感应电动势之比为9∶1,感应电流之比为3∶1,5.ACD任意时刻穿过a、b两线圈的磁感线条数相同,即磁通量相同,穿过两线圈的磁通量之比为1∶1,选项A正确;根据法拉第电磁感应定律得E=nΔBΔtS,S=πr2,ΔBΔt是个定值,所以a、b两线圈的感应电动势之比为1∶1,选项B错误;线圈a、b的半径分别为r和2r,周长之比为1∶2,电阻之比为1∶2,则a、b两线圈的感应电流之比为2∶1,选项C正确;根据电功率P=EI知,E相同,电流之比为2∶1,则a、b两线圈的电功率之比为6.A摆到竖直位置时,导体棒AB切割磁感线产生的感应电动势为E=B·2a·0+v2=Bav;导体棒AB相当于电源,电源的内阻为R2,金属环的两个半圆部分的电阻分别为R2,两个半圆部分的电阻是并联关系,并联总电阻为R4;根据闭合电路欧姆定律,回路中的总电流为I=ER4+R2=4Bav3R,AB两端的电压即路端电压,大小为U=I·方法技巧E=Blv的应用技巧选找算大小7.AB金属杆绕其端点在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势为E=Brv=Br·ωr2=12Br2ω,所以产生的感应电动势恒定,感应电