【突破高考】福建省高考物理 能力专项突破课时提能演练 9.2法拉第电磁感应定律 自感现象（含解析）

【突破高考】福建省2013年高考物理能力专项突破课时提能演练9.2法拉第电磁感应定律自感现象（含解析）(40分钟100分)一、选择题(本大题共8小题，每小题9分，共72分.每小题只有一个选项正确)1.(预测题)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T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()A.I=0,T=0B.I=0,T≠0C.I≠0,T=0D.I≠0,T≠02.(2012·南京模拟)如图所示，长为L的金属导线弯成一圆环，导线的两端接在电容为C的平行板电容器上，P、Q为电容器的两个极板，磁场垂直于环面向里，磁感应强度以B=B0+Kt(K>0)随时间变化，t=0时，P、Q两极板电势相等.两极板间的距离远小于环的半径，经时间t电容器P板()A.不带电B.所带电荷量与t成正比C.带正电，电荷量是D.带负电，电荷量是3.(2012·泰安模拟)医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度.电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成-7-\n，磁极间的磁场是均匀的.使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示.由于血液中的正负离子随血液一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差.在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零.在某次监测中，两触点的距离为3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160μV,磁感应强度的大小为0.040T.则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()A.1.3m/s,a正、b负B.2.7m/s，a正、b负C.1.3m/s,a负、b正D.2.7m/s，a负、b正4.(2012·福州模拟)有一种高速磁悬浮列车的设计方案是：在每节车厢底部安装强磁铁(磁场方向向下)，并且在沿途两条铁轨之间平放一系列线圈.下列说法中不正确的是()A.列车运动时，通过线圈的磁通量会发生变化B.列车速度越快，通过线圈的磁通量变化越快C.列车运动时，线圈中会产生感应电动势D.线圈中的感应电动势的大小与列车速度无关5.(易错题)如图所示，三个相同的金属圆环内存在着不同的有界匀强磁场，虚线表示环的某条直径，已知所有磁场的磁感应强度随时间变化的关系都满足B=kt，磁场方向如图所示.测得A环内感应电流强度为I，则B环和C环内感应电流强度分别为()A.IB=I、IC=0B.IB=I、IC=2IC.IB=2I、IC=2ID.IB=2I、IC=06.如图所示，竖直平面内有一金属环，半径为a，总电阻为R(指拉直时两端的电阻)，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()A.B.C.D.Bav-7-\n7.如图所示，E为电池，L是电阻可忽略不计、自感系数足够大的线圈，D1、D2是两个规格相同且额定电压足够大的灯泡，S是控制电路的开关.对于这个电路，下列说法错误的是()A．刚闭合开关S的瞬间，通过D1、D2的电流大小相等B．刚闭合开关S的瞬间，通过D1、D2的电流大小不相等C．闭合开关S待电路达到稳定，D1熄灭，D2比原来更亮D．闭合开关S待电路达到稳定，再将S断开瞬间，D2立即熄灭，D1闪亮一下再熄灭8.(创新题)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二、非选择题(本大题共2小题，共28分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)9.(易错题)(12分)如图所示，固定在匀强磁场中的水平导轨ab、cd的间距L1=0.5m，金属棒ad与导轨左端bc的距离为L2=0.8m，整个闭合回路的电阻为R=0.2Ω，磁感应强度为B0=1T的匀强磁场竖直向下穿过整个回路.ad杆通过滑轮和轻绳连接着一个质量为m=0.04kg-7-\n的物体，不计一切摩擦，现使磁场以=0.2T/s的变化率均匀地增大.求：(1)金属棒上电流的方向.(2)感应电动势的大小.(3)物体刚好离开地面的时间(g=10m/s2).10.(创新题)(16分)如图所示，电阻不计的平行金属导轨MN和OP放置在水平面内,MO间接有阻值为R=3Ω的电阻,导轨相距d=1m，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B=0.5T.质量为m=0.1kg，电阻为r=1Ω的导体棒CD垂直于导轨放置，并接触良好.用平行于MN的恒力F=1N向右拉动CD,CD受的摩擦阻力f恒为0.5N.求：(1)CD运动的最大速度的大小.(2)当CD达到最大速度后，电阻R消耗的电功率是多少？(3)当CD的速度为最大速度的一半时，CD的加速度的大小答案解析1.【解析】选C.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.2.【解题指南】解答本题应把握以下三点：(1)由圆的周长计算圆的面积.(2)由楞次定律判断电容器极板的电性.(3)电容器上的电势差等于圆环产生的感应电动势.【解析】选D.磁感应强度以B=B0+Kt(K>0)随时间变化，由法拉第电磁感应定律得而经时间t电容器P板所带电荷量Q=EC=；由楞次定律知电容器P板带负电，故D选项正确.3.【解析】选A.对血液中的离子的运动，由左手定则，可得a正、b负，C、D错误；达到平衡时，有qvB=q，解得v=1.3m/s，故A正确，B错误.4.【解析】选D.列车运动时，安装在每节车厢底部的强磁铁产生的磁场使通过线圈的磁通量发生变化；列车速度越快，通-7-\n过线圈的磁通量变化越快，根据法拉第电磁感应定律可知，由于通过线圈的磁通量发生变化，线圈中会产生感应电动势，感应电动势的大小与通过线圈的磁通量的变化率成正比，与列车的速度有关.由以上分析可知，选项A、B、C正确，选项D不正确.5.【解析】选D.由题意可知，环内的磁感应强度随时间发生变化而产生感应电流，利用求解感应电动势，故环内只有向里的磁场时，可直接利用磁场穿过金属环的面积比得出电流比，由B环中的面积为A环中面积的2倍可得IB=2I.C环中同时有磁感应强度大小相等、方向相反的磁场，而这两部分磁通量相互抵消，故C环中的磁通量一直为零，IC=0，D正确.6.【解析】选A.摆到竖直位置时，AB切割磁感线的瞬时感应电动势E=B·2a·(v)=Bav.由闭合电路欧姆定律得，故A正确.【变式备选】如图所示，长为L的金属导线上端悬于C点，下端系一小球A，在竖直向下的匀强磁场中做圆锥摆运动，转动方向如图所示，导线与竖直方向的夹角为θ，摆球的角速度为ω，磁感应强度为B，则金属导线中产生感应电动势的高电势端及大小为()A.C点BL2ωB.C点BL2sin2θωC.A点BL2ωD.A点BL2sin2θω【解析】选B.由右手定则可判断φC>φA，即C端的电势高于A端的电势；金属导线切割磁感线的有效长度为Lsinθ，所以导线中产生的感应电动势为：E=B(Lsinθ)2ω=BL2sin2θω.故B正确.7.【解析】选B.由于线圈的电阻可忽略不计、自感系数足够大，在开关闭合的瞬间线圈的阻碍作用很大，线圈中的电流为零，所以通过D1、D2的电流大小相等，A正确，B错误.闭合开关S待电路达到稳定时线圈短路，D1中电流为零，回路电阻减小，D2比原来更亮，C正确；闭合开关S待电路达到稳定，再将S断开瞬间，D2立即熄灭，线圈和D1形成回路，D1闪亮一下再熄灭，D正确，故选B.8.【解析】选C.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-7-\n逐渐变为零.由以上分析可知，选项C正确.【总结提升】通电自感与断电自感的区别通电自感断电自感现象自感电路中的电流增加比电阻电路缓慢,最终还是增加到正常值与自感线圈同一回路的电流，过一会儿才减为0，比正常电阻电路断开要滞后一段时间原因感应电路中产生感应电动势E自，阻碍电源引起的电流的增加电源对电路不再引起电流，但线圈中原有的电流变化要产生自感电动势E自，在某一通路中缓慢减小9.【解析】(1)由楞次定律可以判断，金属棒上的电流由a到d.(2分)(2)由法拉第电磁感应定律得：=0.08V(2分)(3)物体刚要离开地面时，其受到的拉力F=mg(1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+(2分)(1分)解得t=5s(2分)答案：(1)由a到d(2)0.08V(3)5s10.【解析】(1)设导体棒的运动速度为v，则产生的感应电动势为：E=Bdv(1分)根据闭合电路欧姆定律有：(1分)则安培力为：F0=BdI(1分)据题意分析，当v最大时，有：F-F0-f=0(2分)联立以上各式得：=8m/s(1分)(2)棒CD速度最大时,同理有：Em=Bdvm(1分)(1分)-7-\n而PRm=I2m·R(1分)联立得：=3W(1分)(3)当CD速度为时有：E′=(1分)(1分)F′=BId(1分)据牛顿第二定律有：F-F′-f=ma(2分)联立得：a=2.5m/s2(1分)答案：(1)8m/s(2)3W(3)2.5m/s2-7-