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【骄子之路】2023高考物理一轮复习 9.2法拉第电磁感应定律、自感和涡流课时强化作业
【骄子之路】2023高考物理一轮复习 9.2法拉第电磁感应定律、自感和涡流课时强化作业
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课时强化作业三十八 法拉第电磁感应定律、自感和涡流一、选择题1.一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两倍,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.B.1C.2D.4解析:由法拉第电磁感应定律E=,且ΔΦ1=ΔBS、ΔΦ2=BΔS有E1===,E2===-,E1与E2大小相等,选项B正确.答案:B2.某同学为验证断电自感现象,自己找来带铁心的线圈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,他冥思苦想找不出原因.你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是( )A.电源的内阻较大B.小灯泡电阻偏大C.线圈电阻偏大D.线圈的自然系数较大解析:要想小灯泡有闪亮现象,必须电路闭合稳定后,流过线圈L的电流大于流过小灯泡的电流,即要求线圈L的电阻小于灯泡的电阻,故C项对.答案:C3.如图甲所示,水平面上的平行导轨MN、PQ上放着两根导体棒ab、cd,两棒中间用绝缘丝线系住.开始时匀强磁场垂直于纸面向里,磁感应强度B随时间t的变化如图乙所示,I和FT分别表示流过导体棒中的电流和丝线的拉力(不计电流之间的相互作用力),则在t0时刻( )8\nA.I=0,FT=0B.I=0,FT≠0C.I≠0,FT=0D.I≠0,FT≠0解析:t0时刻,磁场变化,磁通量变化,故I≠0;由于B=0,故ab、cd所受安培力均为零,丝线的拉力为零.C项正确.答案:C4.(2014年全国大纲卷)很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放,形成一很长的竖直圆筒.一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置,其下端与圆筒上端开口平齐.让条形磁铁从静止开始下落.条形磁铁在圆筒中的运动速率( )A.均匀增大B.先增大,后减小C.逐渐增大,趋于不变D.先增大,再减小,最后不变解析:条形磁铁在下落过程中通过圆环的磁通量发生变化,在铜环中产生感应电流,对下落的条形磁铁产生向上的排斥力,条形磁铁下落的加速度减小,但条形磁铁还是加速下落,条形磁铁做加速度逐渐减小的加速运动,加速度越来越小,最后趋于零,而速度趋于不变,故选项C正确.答案:C5.如图,在竖直向下的匀强磁场中,将一水平放置的金属棒水平抛出,在整个过程中不计空气阻力,则金属棒在空中飞行过程中产生的感应电动势大小( )A.逐渐增大 B.逐渐减小C.保持不变 D.无法判断解析:金属棒水平抛出后,只受重力作用,做平抛运动,水平方向切割磁感线的有效分速度保持不变,金属棒产生的感应电动势大小保持不变,故C正确.答案:C6.半径为a右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆,单位长度电阻均为R0.圆环水平固定放置,整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B.杆在圆环上以速度v平行于直径CD向右做匀速直线运动,杆始终有两点与圆环良好接触,从圆环中心O开始,杆的位置由θ确定,如图所示.则( )A.θ=0时,杆产生的电动势为2BavB.θ=时,杆产生的电动势为BavC.θ=0时,杆受的安培力大小为D.θ=时,杆受的安培力大小为8\n解析:开始时刻,感应电动势E1=BLv=2Bav,故A项正确.θ=时,E2=B·2acos·v=Bav,故B项错误.由L=2acosθ,E=BLv,I=,R=R0[2acosθ+(π+2θ)a],得在θ=0时,F==,故C项错误.θ=时F=,故D项正确.答案:AD7.如图a是用电流传感器(相当于电流表,其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电路,图中两个电阻的阻值均为R,L是一个自感系数足够大的自感线圈,其直流电阻值也为R.图b是某同学画出的在t0时刻开关S切换前后,通过传感器的电流随时间变化的图象.关于这些图象,下列说法中正确的是( )A.甲是开关S由断开变为闭合,通过传感器1的电流随时间变化的情况B.乙是开关S由断开变为闭合,通过传感器2的电流随时间变化的情况C.丙是开关S由闭合变为断开,通过传感器2的电流随时间变化的情况D.丁是开关S由闭合变为断开,通过传感器2的电流随时间变化的情况解析:开关S由断开变为闭合瞬间,流过自感线圈的电流为零,流过传感器1、2的电流均为;闭合电路稳定后,流过传感器1的电流为,流过传感器2的电流为;开关断开后,流过传感器1的电流立即变为零,流过传感器2的电流方向相反,从逐渐变为零.由以上分析可知,选项C正确.答案:C8.如图所示,匀强磁场的方向垂直于电路所在平面,导体棒ab与电路接触良好.当导体棒ab在外力F作用下从左向右做匀加速直线运动时,若不计摩擦和导线的电阻,整个过程中,灯泡L未被烧毁,电容器C未被击穿,则该过程中( )A.感应电动势将变大B.灯泡L的亮度变大C.电容器C的上极板带负电D.电容器两极板间的电场强度将减小8\n解析:当导体棒ab在外力F作用下从左向右做匀加速直线运动时,由右手定则知,导体棒a端的电势高,电容器C的上极板带正电;由公式E=BLv知,感应电动势将变大,导体棒两端的电压变大,灯泡L的亮度变大,由于场强E=电容器两极板间的电场强度将变大.故选项A、B正确,选项C、D错.答案:AB9.如图所示,均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框,半圆直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为B0.使该线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周,在线框中产生感应电流.现使线框保持图中所示位置,磁感应强度大小随时间线性变化.为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流,磁感应强度随时间的变化率的大小应为( )A.B.C.D.解析:设圆的半径为r,当其绕过圆心O的轴匀速转动时,圆弧部分不切割磁感线,不产生感应电动势,而在转过半周的过程中仅有一半直径在磁场中,产生的感应电动势为E=B0r=B0r·=B0r2ω;当线框不动时:E′=·.由闭合电路欧姆定律得I=,要使I=I′必须使E=E′,可得C正确.答案:C10.(2013年浙江卷)磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区,刷卡器中有检测线圈.当以速度v0刷卡时,在线圈中产生感应电动势,其Et关系如图所示.如果只将刷卡速度改为,线圈中的Et关系图可能是( )8\n解析:若将刷卡速度改为,线圈切割磁感线运动时产生的感应电动势会减半,周期会加倍,故选项D正确.答案:D二、非选择题11.半径为r、电阻为R的n匝线圈在边长为l的正方形abcd之外,匀强磁场充满并垂直穿过该正方形区域,如图甲所示.当磁场随时间的变化规律如图乙所示时,则穿过线圈磁通量的变化率为________,t0时刻线圈产生的感应电流为__________________.解析:磁通量的变化率为=S=·l2,根据法拉第电磁感应定律,得线圈中的感应电动势E=n=nl2根据闭合电路欧姆定律得感应电流I==.答案:l2 12.如图甲所示,在水平面上固定有长为L=2m、宽为d=1m的金属“U”型导轨,在“U”型导轨右侧l=0.5m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示.在t=0时刻,质量为m=0.1kg的导体棒以v0=1m/s的初速度从导轨的左端开始向右运动,导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ=0.1,导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ=0.1Ω/m,不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响(取g=10m/s2).8\n(1)通过计算分析4s内导体棒的运动情况;(2)计算4s内回路中电流的大小,并判断电流方向;(3)计算4s内回路产生的焦耳热.解析:(1)导体棒先在无磁场区域做匀减速运动,有-μmg=ma,vt=v0+at,x=v0t+at2导体棒速度减为零时,vt=0.代入数据解得:t=1s,x=0.5m,导体棒没有进入磁场区域.导体棒在1s末已停止运动,以后一直保持静止,离左端位置仍为x=0.5m.(2)前2s磁通量不变,回路电动势和电流分别为E=0,I=0后2s回路产生的电动势为E==ld=0.1V回路的总长度为5m,因此回路的总电阻为R=5λ=0.5Ω电流为:I==0.2A根据楞次定律,在回路中的电流方向是顺时针方向.(3)前2s电流为零,后2s有恒定电流,焦耳热为Q=I2Rt=0.04J.答案:(1)前1s导体棒做匀减速直线运动,2~4s内导体棒一直保持静止状态 (2)0.2A,电流方向为顺时针 (3)0.04J13.为了提高自行车夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种“闪烁”装置.如图所示,自行车后轮由半径r1=5.0×10-2m的金属内圈、半径r2=0.40m8\n的金属外圈和绝缘辐条构成.后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条,每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡.在支架上装有磁铁,形成了磁感应强度B=0.10T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场,其内半径为r1、外半径为r2、张角θ=.后轮以角速度ω=2πrad/s相对于转轴转动.若不计其它电阻,忽略磁场的边缘效应.(1)当金属条ab进入“扇形”磁场时,求感应电动势E,并指出ab上的电流方向;(2)当金属条ab进入“扇形”磁场时,画出“闪烁”装置的电路图;(3)从金属条ab进入“扇形”磁场时开始,经计算画出轮子转一圈过程中,内圈与外圈之间电势差Uab随时间t变化的Uabt图象;(4)若选择的是“1.5V、0.3A”的小灯泡,该“闪烁”装置能否正常工作?有同学提出,通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度ω和张角θ等物理量的大小,优化前同学的设计方案,请给出你的评价.解析:(1)金属条ab在磁场中切割磁感线时,所构成的回路的磁通量变化.设经过时间Δt,磁通量变化量为ΔΦ,由法拉第电磁感应定律E=①ΔΦ=BΔS=B②由①、②式并代入数值得:E==Bω(r-r)=4.9×10-2V③根据右手定则(或楞次定律),可得感应电流方向为b→a.④(2)通过分析,可得电路图为(3)设电路中的总电阻为R总,根据电路图可知,R总=R+R=R⑤ab两端电势差Uab=E-IR=E-R=E=1.2×10-2V⑥设ab离开磁场区域的时刻为t1,下一根金属条进入磁场区域的时刻为t2,t1==s⑦8\nt2==s⑧设轮子转一圈的时间为T,T==1s⑨在T=1s内,金属条有四次进出,后三次与第一次相同.⑩由⑥、⑦、⑧、⑨、⑩可画出如下Uabt图象.(4)“闪烁”装置不能正常工作.(金属条的感应电动势只有4.9×10-2V,远小于小灯泡的额定电压,因此无法工作.)B增大,E增大,但有限度;r2增大,E增大,但有限度;ω增大,E增大,但有限度;θ增大,E不变.答案:(1)4.9×10-2V 电流方向b→a (2)图见解析(3)图见解析 (4)见解析8
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高考 - 一轮复习
发布时间:2022-08-25 17:49:53
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