2016年新疆高考物理復(fù)習(xí)訓(xùn)練試題:法拉第電磁感應(yīng)定律
一、選擇題(本大題共10小題,每小題7分,共70分。每小題至少一個(gè)答案正確,選不全得3分)
1.(2013·龍巖模擬)如圖所示,讓線圈由位置1通過(guò)一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)到位置2,下列說(shuō)法中正確的是 ( )
A.線圈進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中,線圈中有感應(yīng)電流,而且進(jìn)入時(shí)的速度越大,感應(yīng)電流越大
B.整個(gè)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),線圈中有感應(yīng)電流,而且感應(yīng)電流是恒定的
C.整個(gè)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中加速運(yùn)動(dòng)時(shí),線圈中有感應(yīng)電流,而且感應(yīng)電流越來(lái)越大
D.線圈穿出勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中,線圈中有感應(yīng)電流,而且感應(yīng)電流越來(lái)越大
2.(2013·煙臺(tái)模擬)一矩形線框置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線框平面與磁場(chǎng)方向垂直,先保持線框的面積不變,將磁感應(yīng)強(qiáng)度在1s時(shí)間內(nèi)均勻地增大到原來(lái)的兩倍,接著保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變,在1s時(shí)間內(nèi),再將線框的面積均勻地減小到原來(lái)的一半,先后兩個(gè)過(guò)程中,線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的比值為 ( )
A. B.1 C.2 D.4
3.一根直導(dǎo)線長(zhǎng)0.1m,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以10m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng),則導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ( )
A.一定為0.1V B.可能為零
C.可能為0.01V D.值為0.1V
4.如圖所示,長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬導(dǎo)線彎成一圓環(huán),導(dǎo)線的兩端接在電容為C的平行板電容器上,P、Q為電容器的兩個(gè)極板,磁場(chǎng)垂直于環(huán)面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度以B=B0+Kt(K>0)隨時(shí)間變化,t=0時(shí),P、Q兩極板電勢(shì)相等。兩極板間的距離遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑,經(jīng)時(shí)間t電容器P板 ( )
A.不帶電
B.所帶電荷量與t成正比
C.帶正電,電荷量是
D.帶負(fù)電,電荷量是
5.(2013·北海模擬)如圖,豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,將一水平放置的金屬棒ab以水平速度v0拋出,設(shè)整個(gè)過(guò)程中棒的取向不變,且不計(jì)空氣阻力,則金屬棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小變化情況應(yīng)是 ( )
A.越來(lái)越大 B.越來(lái)越小
C.保持不變 D.無(wú)法判斷
6.(2013·防城港模擬)用一根橫截面積為S、電阻率為ρ的硬質(zhì)導(dǎo)線做成一個(gè)半徑為r的圓環(huán),ab為圓環(huán)的一條直徑。如圖所示,在ab的左側(cè)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)垂直圓環(huán)所在平面,方向如圖,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化率=
k(k<0)。則 ( )
A.圓環(huán)中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流
B.圓環(huán)具有擴(kuò)張的趨勢(shì)
C.圓環(huán)中感應(yīng)電流的大小為||
D.圖中a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差大小為Uab=|kπr2|
7.如圖所示,豎直平面內(nèi)有一金屬環(huán),半徑為a,總電阻為R(指拉直時(shí)兩端的電阻),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)環(huán)平面,在環(huán)的點(diǎn)A用鉸鏈連接長(zhǎng)度為2a、電阻為的導(dǎo)體棒AB,AB由水平位置緊貼環(huán)面擺下,當(dāng)擺到豎直位置時(shí),B點(diǎn)的線速度為v,則這時(shí)AB兩端的電壓大小為 ( )
A. B. C. D.Bav
8.如圖a是用電流傳感器(相當(dāng)于電流表,其電阻可以忽略不計(jì))研究自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路,圖中兩個(gè)電阻的阻值均為R,L是一個(gè)自感系數(shù)足夠大的自感線圈,其直流電阻值也為R。圖b是某同學(xué)畫出的在t0時(shí)刻開關(guān)S切換前后,通過(guò)傳感器的電流隨時(shí)間變化的圖像。關(guān)于這些圖像,
下列說(shuō)法中正確的是 ( )
A.甲是開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合,通過(guò)傳感器1的電流隨時(shí)間變化的情況
B.乙是開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合,通過(guò)傳感器2的電流隨時(shí)間變化的情況
C.丙是開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_,通過(guò)傳感器2的電流隨時(shí)間變化的情況
D.丁是開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_,通過(guò)傳感器2的電流隨時(shí)間變化的情況
9.閉合回路由電阻R與導(dǎo)線組成,其內(nèi)部磁場(chǎng)大小按B-t圖變化,方向如圖所示,則回路中 ( )
A.電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?BR> B.電流強(qiáng)度越來(lái)越大
C.磁通量的變化率恒定不變
D.產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越來(lái)越大
10.如圖所示,電路中A和B是兩個(gè)完全相同的小燈泡,L是一個(gè)自感系數(shù)很大、直流電阻為零的電感線圈,C是電容很大的電容器。當(dāng)S閉合與斷開時(shí),對(duì)A、B的發(fā)光情況判斷正確的是 ( )
A.S閉合時(shí),A立即亮,然后逐漸熄滅
B.S閉合時(shí),B立即亮,然后逐漸熄滅
C.S閉合足夠長(zhǎng)時(shí)間后,B發(fā)光而A不發(fā)光
D.S閉合足夠長(zhǎng)時(shí)間后再斷開,B立即熄滅而A逐漸熄滅
二、計(jì)算題(本大題共2小題,共30分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)
11.(能力挑戰(zhàn)題)(15分)如圖所示,固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的水平導(dǎo)軌ab、cd的間距L1=0.5m,金屬棒ad與導(dǎo)軌左端bc的距離為L(zhǎng)2=0.8m,整個(gè)閉合回路的電阻為R=
0.2Ω,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0=1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直向下穿過(guò)整個(gè)回路。ad桿通過(guò)滑輪和輕繩連接著一個(gè)質(zhì)量為m=0.04kg的物體,不計(jì)一切摩擦,現(xiàn)使磁場(chǎng)以=
0.2T/s的變化率均勻地增大。求:
(1)金屬棒上電流的方向;
(2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小;
(3)物體剛好離開地面的時(shí)間(g=10m/s2)。
12.(2013·萬(wàn)州區(qū)模擬)(15分)如圖甲所示,光滑導(dǎo)軌寬0.4m,ab為金屬棒,均勻變化的磁場(chǎng)垂直穿過(guò)軌道平面,磁場(chǎng)的變化情況如圖乙所示,金屬棒ab的電阻為1Ω,導(dǎo)軌電阻不計(jì)。t=0時(shí)刻,ab棒從導(dǎo)軌最左端,以v=1m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng),求1s末回路中的感應(yīng)電流及金屬棒ab受到的安培力。
答案解析
1.【解析】選A。線圈進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中,磁通量發(fā)生變化,線圈中有感應(yīng)電流,而且進(jìn)入時(shí)的速度越大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大,感應(yīng)電流越大,A對(duì);整個(gè)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中無(wú)論是勻速、加速還是減速運(yùn)動(dòng),磁通量都不發(fā)生變化,線圈中沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生,B、C錯(cuò);線圈穿出勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中,磁通量發(fā)生變化,線圈中有感應(yīng)電流,感應(yīng)電流大小與運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān),勻速運(yùn)動(dòng)感應(yīng)電流不變,加速運(yùn)動(dòng)感應(yīng)電流增大,D錯(cuò)。
2.【解析】選B。由法拉第電磁感應(yīng)定律E=,且ΔΦ1=ΔBS,ΔΦ2=2BΔS,則E1===,E2===-,E1與E2大小相等,選項(xiàng)B正確。
3.【解析】選B、C、D。由E=BLvsinθ知,當(dāng)θ=90°時(shí),E=BLv=0.1V,此時(shí);當(dāng)θ=0時(shí),E=0,此時(shí)最小。所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)范圍是0≤E≤0.1V,B、C、D三項(xiàng)正確。
4.【解析】選D。磁感應(yīng)強(qiáng)度以B=B0+Kt(K>0)隨時(shí)間變化,由法拉第電磁感應(yīng)定
律得E==S=KS,而S=,經(jīng)時(shí)間t電容器P板所帶電荷量Q=EC=;由楞次定律知電容器P板帶負(fù)電,故D選項(xiàng)正確。
5.【解析】選C。豎直速度不切割磁感線,只有水平速度切割磁感線,所以E=Blv0,故C正確。
6.【解析】選B、D。由題意可知磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小,穿過(guò)閉合圓環(huán)的磁通量在減小,根據(jù)楞次定律可以判斷,圓環(huán)中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流,圓環(huán)具有擴(kuò)張的趨勢(shì),故A錯(cuò)誤,B正確;圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E==|πr2k|,圓環(huán)的電阻為R=ρ=,所以圓環(huán)中感應(yīng)電流的大小為I==||,故C錯(cuò)誤;圖中a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差Uab=I·R=|kπr2|,故D正確。
7.【解析】選A。擺到豎直位置時(shí),AB切割磁感線的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=
B·2a·(v)=Bav。由閉合電路歐姆定律得,UAB=·=Bav,故A正確。
【變式備選】如圖所示,半徑為r的金屬圓盤在垂直于盤面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中繞O軸以角速度ω沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng),則通過(guò)電阻R的電流的大小和方向是(金屬圓盤的電阻不計(jì)) ( )
A.I=,由c到d B.I=,由d到c
C.I=,由c到d D.I=,由d到c
【解析】選D。金屬圓盤在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),可以等效為無(wú)數(shù)根長(zhǎng)為r的導(dǎo)體棒繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E=,由右手定則可知,其方向由外指向圓心,故通過(guò)電阻R的電流大小I=,方向由d到c,故選項(xiàng)D正確。
8.【解析】選C。開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合瞬間,流過(guò)自感線圈的電流為零,流過(guò)傳感器1、2的電流均為;閉合電路穩(wěn)定后,流過(guò)傳感器1的電流為,流過(guò)傳感器2的電流為;開關(guān)斷開后,流過(guò)傳感器1的電流立即變?yōu)榱?流過(guò)傳感器2的電流方向相反,從逐漸變?yōu)榱?。由以上分析可?選項(xiàng)C正確。
【總結(jié)提升】通電自感與斷電自感的區(qū)別
通電自感 斷電自感 現(xiàn)象 自感電路中的電流增加比電阻電路緩慢,最終還是增加到正常值 與自感線圈同一回路的電流,過(guò)一會(huì)兒才減為0,比正常電阻電路斷開要滯后一段時(shí)間 原因 感應(yīng)電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E自,阻礙電源引起的電流的增加 電源對(duì)電路不再引起電流,但線圈中原有的電流變化要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)E自,在某一通路中緩慢減小 9.【解析】選A、C。由楞次定律可以判斷電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?A項(xiàng)正確;由法拉第電磁感應(yīng)定律E=N可得,E=NS,由題圖可知是恒量,所以電動(dòng)勢(shì)恒定,D項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)歐姆定律,電路中電流是不變的,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由于磁場(chǎng)均勻增加,線圈面積不變,所以磁通量的變化率恒定不變,C項(xiàng)正確。
10.【解析】選A、C。電容器的特性是“充電和放電”,在開始充電階段,相當(dāng)于
阻值很小的電阻,放電階段相當(dāng)于電源。電感線圈的特性是“阻交流、通直流”,即電流不會(huì)突然變化,當(dāng)電流突然增大時(shí),相當(dāng)于阻值很大的電阻,當(dāng)電流突然減小時(shí),相當(dāng)于電源。因此,當(dāng)開關(guān)剛閉合時(shí),電容器對(duì)電流的阻礙作用小,線圈對(duì)電流的阻礙作用大,C和B組成的電路分壓作用小,A、L組成的電路分壓作用大,B燈較暗,A燈較亮。當(dāng)開關(guān)閉合足夠長(zhǎng)的時(shí)間后,電容器充電完成,線圈中電流為直流電,而其直流電阻很小,B燈較亮,A燈被短路,不發(fā)光;開關(guān)斷開瞬間,電容器和B組成的回路中,電容器放電,B燈逐漸變暗,A燈和線圈組成的回路中,線圈充當(dāng)電源,A燈先變亮再熄滅,故選項(xiàng)A、C正確。
11.【解題指南】解答本題要注意以下兩點(diǎn):
(1)回路面積不變時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率成正比。
(2)剛好離開地面時(shí),地面對(duì)物體的支持力為零。
【解析】(1)由楞次定律可以判斷,金屬棒上的電流由a到d?！?(2分)
(2)由法拉第電磁感應(yīng)定律得:
E==S=0.08V (3分)
(3)物體剛要離開地面時(shí),其受到的拉力F=mg (2分)
而拉力F又等于棒所受的安培力。
即mg=F安=BIL1 (2分)
其中B=B0+t (2分)
I= (2分)
解得t=5s (2分)
答案：(1)由a到d (2)0.08V (3)5s
12.【解析】Φ的變化有兩個(gè)原因,一是B的變化,二是面積S的變化,顯然這兩個(gè)因素都應(yīng)當(dāng)考慮在內(nèi),所以有
E==S+Blv (3分)
又=2T/s, (2分)
在1s末,B=2T,S=lvt=0.4×1×1m2=0.4 m2 (2分)
所以1s末,E=S+Blv=1.6V, (2分)
此時(shí)回路中的電流I==1.6A (2分)
根據(jù)楞次定律與右手定則可判斷出電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颉?(2分)
金屬棒ab受到的安培力為F=BIl=2×1.6×0.4N=1.28 N,方向向左?！?2分)
答案：1.6A 1.28 N,方向向左