高考物理一轮复习课后练习30 法拉第电磁感应定律自感现象（含答案解析）

这是一份高考物理一轮复习课后练习30 法拉第电磁感应定律自感现象（含答案解析），共9页。
2020版高考物理 全程复习课后练习30 法拉第电磁感应定律自感现象1.在如图所示的电路中，L为电阻很小的线圈，G1和G2为零刻度在表盘中央的两个相同的电流表．当开关S闭合后，电流表G1、G2的指针都偏向右侧，那么当断开开关S时，将出现的现象是(　　)A．G1和G2指针都立即回到零点B．G1指针立即回到零点，而G2指针缓慢地回到零点C．G1指针缓慢地回到零点，而G2指针先立即偏向左侧，然后缓慢地回到零点D．G2指针缓慢地回到零点，而G1指针先立即偏向左侧，然后缓慢地回到零点  2.如图所示，光滑水平面内有一正方形导体线框abcd，置于垂直水平面向里、边界为MN的匀强磁场外，线框的ab边平行磁场边界MN，线框以垂直于MN的速度v匀速进入磁场，线框进入磁场过程中，产生的焦耳热为Q1，通过线框导体横截面的电荷量为q1，若线框以速度2v匀速进入磁场，进入磁场过程中，产生的焦耳热为Q2，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则下列选项正确的是(　　)A．Q2=2Q1，q2=2q1 B．Q2=2Q1，q2=q1C．Q2=Q1，q2=q1 D．Q2=4Q1，q2=2q1  3.如图所示电路中，A、B、C为完全相同的三个灯泡，L是一直流电阻不可忽略的电感线圈．a、b为线圈L的左右两端点，刚开始开关S是闭合的，三个灯泡的亮度相同．将开关S断开后，下列说法正确的是(　　)A．a点电势高于b点，A灯闪亮后缓慢熄灭B．a点电势低于b点，B、C灯闪亮后缓慢熄灭C．a点电势高于b点，B、C灯闪亮后缓慢熄灭D．a点电势低于b点，B、C灯不会闪亮只是缓慢熄灭    4.等腰直角三角形OPQ区域内存在匀强磁场，另有一等腰直角三角形导线框ABC以恒定的速度沿垂直于磁场方向穿过磁场，穿越过程中速度方向始终与AB边垂直且保持AC平行于OQ，关于线框中的感应电流，以下说法中不正确的是(　　)A．开始进入磁场时感应电流最大B．产生的电动势属于动生电动势C．开始进入磁场时感应电流沿顺时针方向D．开始穿出磁场时感应电流沿顺时针方向5.如图所示，用相同导线绕成的两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r，圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，若磁场的磁感应强度均匀增大，开始时的磁感应强度不为0，则(　　)A．任意时刻，穿过a、b两线圈的磁通量之比均为1：4B．a、b两线圈中产生的感应电动势之比为1：2C．a、b两线圈中产生的感应电流之比为4：1D．相同时间内a、b两线圈产生的热量之比为2：16.如图所示的电路中,L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈,D1、D2和D3是3个完全相同的灯泡,E是内阻不计的电源。在t=0时刻,闭合开关S,电路稳定后在t1时刻断开开关S。规定以电路稳定时流过D1、D2的电流方向为正方向,分别用I1、I2表示流过D1和D2的电流,则下图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是(　　)   7.如图甲所示，固定在水平桌面上的光滑金属框架cdeg处于方向竖直向下的匀强磁场中，金属杆与金属框架接触良好．在两根导轨的端点d、e之间连接一电阻，其他部分电阻忽略不计．现用一水平向右的外力F作用在金属杆上，使金属杆由静止开始向右在框架上滑动．图乙为一段时间内金属杆受到的安培力f随时间t的变化关系，则下面可以表示外力F随时间t变化关系的图象是(　　)  8.如图，在同一水平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域，区域宽度均为l，磁感应强度大小相等、方向交替向上向下．一边长为l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动．线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是(　　)    9.如图所示，间距为L的光滑平行金属导轨弯成“∠”形，底部导轨面水平，倾斜部分与水平面成θ角，导轨与固定电阻相连，整个装置处于竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中．导体棒ab与cd均垂直于导轨放置，且与导轨间接触良好，两导体棒的电阻均与阻值为R的固定电阻相等，其余部分电阻不计，当导体棒cd沿导轨向右以速度v匀速滑动时，导体棒ab恰好在倾斜导轨上处于静止状态，导体棒ab的重力为mg，则(　　)A．导体棒cd两端的电压为BLvB．t时间内通过导体棒cd横截面的电荷量为C．cd棒克服安培力做功的功率为D．导体棒ab所受安培力为mgsinθ  10.如图甲所示，一匝数N=10匝、总电阻R=7.5 Ω、长L1=0.4 m、宽L2=0.2 m的匀质矩形金属线框静止在粗糙水平面上，线框的bc边正好过半径r=0.1 m的圆形磁场的直径，线框的左半部分在垂直线框平面向上的匀强磁场区域内，磁感应强度B0=1 T，圆形磁场的磁感应强度B垂直线框平面向下，大小随时间均匀增大，如图乙所示，已知线框与水平面间的最大静摩擦力f=1.2 N，取π≈3，则(　　)A．t=0时刻穿过线框的磁量大小为0.07 WbB．线框静止时，线框中的感应电流为0.2 AC．线框静止时，ad边所受安培力水平向左，大小为0.8 ND．经时间t=0.4 s，线框开始滑动        11. (多选)如图所示，用长度La：Lb=2：1的同种导线做成圆环a、b，并在A、C处相连，当均匀变化的磁场垂直穿过a环时，环内电流为I1，A、C间电压为U1；若同样磁场穿过b环，环内电流为I2，A、C间电压为U2，则(　　)A．I1：I2=4：1     B．I1：I2=2：1       C．U1：U2=2：1      D．U1：U2=4：112. (多选)1931年英国物理学家狄拉克曾经预言，自然界应该存在只有一个磁极的磁单极子，其周围磁感线呈均匀辐射状分布，如图所示，现有一半径为R的线状圆环，其过圆心O的环面的竖直对称轴CD上某处有一固定的磁单S极子，与圆环相交的磁感线和对称轴成θ角，圆环上各点的磁感应强度B大小相等，忽略空气阻力，下列说法正确的是(　　)A．若圆环为一闭合载流I、方向如图的导体圆环，该圆环所受安培力的方向竖直向上，大小为BIRB．若圆环为一闭合载流I、方向如图的导体圆环，该圆环所受安培力的方向竖直向下，大小为2πBIRsinθC．若圆环为一如图方向运动的带电小球所形成的轨迹图，则小球带负电D．若圆环为一闭合导体圆环，从静止开始释放，环中产生与图中反方向的感应电流，加速度等于重力加速度 13.如图所示，两根足够长且平行的光滑金属导轨与水平面成53°角固定放置，导轨间连接一阻值为6 Ω的电阻R，导轨电阻忽略不计．在两平行虚线m、n间有一与导轨所在平面垂直、磁感应强度为B的匀强磁场．导体棒a的质量为ma=0.4 kg，电阻Ra=3 Ω；导体棒b的质量为mb=0.1 kg，电阻Rb=6 Ω；它们分别垂直导轨放置并始终与导轨接触良好．a、b从开始相距L0=0.5 m处同时由静止开始释放，运动过程中它们都能匀速穿过磁场区域，当b刚穿出磁场时，a正好进入磁场(g取10 m/s2，不计a、b之间电流的相互作用)．求：(1)当a、b分别穿越磁场的过程中，通过R的电荷量之比；(2)在穿越磁场的过程中，a、b两导体棒匀速运动的速度大小之比；(3)磁场区域沿导轨方向的宽度d；(4)在整个过程中产生的总焦耳热．      14.如图甲，电阻不计的足够长的平行光滑金属导轨PX、QY相距L=0.5 m，底端连接电阻R=2 Ω，导轨平面倾角θ=30°，匀强磁场垂直于导轨平面向上，磁感应强度B=1 T．质量m=40 g、电阻r=0.5 Ω的金属棒MN放在导轨上，金属棒通过绝缘细线在电动机牵引下从静止开始运动，经过时间t1=2 s通过距离x=1.5 m，速度达到最大，这个过程中电压表示数U0=0.8 V，电流表示数I0=0.6 A，示数稳定，运动过程中金属棒始终与导轨垂直，细线始终与导轨平行且在同一平面内，电动机线圈内阻r0=0.5 Ω，g取10 m/s2.求：(1)细线对金属棒拉力的功率P多大？(2)金属棒从静止开始运动的t1=2 s时间内，电阻R上产生的热量QR是多大？(3)用外力F代替电动机沿细线方向拉金属棒MN，使金属棒保持静止状态，金属棒到导轨下端距离为d=1 m．若磁场按照图乙规律变化，外力F随着时间t的变化关系式？                    
答案解析1.答案为：D；解析：根据题意，电流方向自右向左时，电流表指针向右偏；电流方向自左向右时，电流表指针应向左偏．当开关S断开的瞬间，G1中原电流立即消失，而对于G2所在的支路，由于线圈L的自感作用，电流不会立即消失，L自感产生的电流先后通过L、G2、G1，且在由它们组成的闭合回路中持续一段时间，即G2中的电流按原方向自右向左逐渐减为零，G1中的电流和原电流方向相反，变为自左向右，且与G2中的电流同时缓慢减为零，选项D正确．  2.答案为：B；解析：根据I=及F=BIL可得F=，安培力做的功转化为电能，然后转化为焦耳热，由Q=W=FL=可知产生的焦耳热与速度成正比，所以Q2=2Q1；根据q=可知通过线框导体横截面的电荷量与速度无关，q2=q1，选项B正确．  3.答案为：D；解析：电路稳定时，三个完全相同的灯泡亮度相同，说明流经三个灯泡的电流相等，某时刻将开关S断开，流经电感线圈的磁通量减小，其发生自感现象，相当于电源，产生和原电流方向相同的感应电流，故a点电势低于b点电势，三个灯泡不会闪亮只是缓慢熄灭，选项D正确．  4.答案为：C；解析：当线框进入磁场时，切割磁感线产生的动生感应电动势为E=BLv，导线框ABC以恒定的速度运动，当有效切割长度最大时，产生的感应电动势也最大，感应电流I==最大．线框开始进入磁场时感应电动势最大，此时感应电流最大，选项A、B说法正确；由右手定则可判定导线框开始进入磁场时，切割磁感线产生的感应电流方向由C到A，即感应电流沿逆时针方向，选项C说法错误；由楞次定律可得开始穿出磁场时感应电流方向由A到C，即感应电流沿顺时针方向，选项D说法正确．  5.答案为：D解析：任意时刻，穿过a、b两线圈的磁感线条数相等，磁通量相等，故磁通量之比为1：1，故A错误．根据法拉第电磁感应定律得：E=S，S=πr2，因为S相等，也相等，所以a、b两线圈中产生的感应电动势相等，感应电动势之比为1：1，故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，根据欧姆定律知I=，得a、b两线圈中产生的感应电流之比为2：1.故C错误．根据焦耳定律得Q=t，相同时间内a、b两线圈产生的热量之比为2：1，故D正确．   6.答案为：C；解析：L的直流电阻不计,电路稳定后通过D1的电流是通过D2、D3电流的2倍。闭合开关瞬间,D2立即变亮,由于L的阻碍作用,D1逐渐变亮,即I1逐渐变大。在t1时刻断开开关S,L产生自感电动势,与D1、D2和D3形成回路,所以通过D2、D3的电流反向,且是从I1逐渐减小的,I1方向不变,故选C。  7.答案为：B；解析：设金属杆运动的速度为v，长度为l，产生的感应电动势为Blv，安培力f=，由图可知f随时间t线性变化，说明速度v随时间t线性变化，即做匀加速直线运动，由牛顿第二定律，有F－=ma，则F=·t＋ma，选项B正确．  8.答案为：D；解析：设线框运动的速度为v，则线框向左匀速运动第一个的时间内，线框切割磁感线运动产生的电动势为E=2Bdv(d为导轨间距)，电流i=，回路中电流方向为顺时针；第二个的时间内，线框切割磁感线运动产生的电动势为零，电流为零；第三个的时间内，线框切割磁感线运动产生的电动势为E=2Bdv，电流i=，回路中电流方向为逆时针，所以D正确．  9.答案为：B；解析：根据题意画出等效电路如图甲所示．导体棒cd产生的感应电动势为E=BLv，导体棒cd两端的电压是路端电压，为E=BLv，选项A错误；通过cd棒的电流I==，在时间t内通过导体棒cd横截面的电荷量为q=It=，选项B正确；对ab棒进行受力分析如图乙所示，由于ab棒静止，所以ab棒所受安培力Fab=mgtanθ，选项D错误；由功能关系知cd棒克服安培力做功的功率等于整个电路的电功率，为P==，选项C错误．10.答案为：D；解析：设磁场竖直向上穿过线框的磁通量为正，由磁通量的定义得t=0时，有Φ=L1L2B0－B·r2=0.01 Wb，故A错误．线框静止时，根据法拉第电磁感应定律有E=N=0.75 V，由闭合电路欧姆定律有I==0.1 A，故B错误．由楞次定律可知，圆形磁场的磁感应强度增大时，线框内产生的感应电流的方向为逆时针方向，由左手定则可知，ad边受到的安培力的方向水平向左，ad边受到的安培力即线框受到的安培力，即F=10B0IL1=10×1×0.1×0.4 N=0.4 N<1.2 N，即ad边受到的摩擦力的大小为0.4 N，故C错误．圆形磁场的磁感应强度均匀增大，所以线框产生大小不变的电动势，感应电流的大小不变，而左侧的磁场区域内的磁场不变，所以线框的ad边受到的安培力的大小恒为0.4 N，方向向左不变；t=0.4 s时，线框的bc边受到的安培力F′=NBI×2r=0.8 N，方向向左，故此时整个线框所受的安培力为0.4 N＋0.8 N=1.2 N，方向向左，因fm=1.2 N，可知此时线框将要滑动，故D正确． 11.答案为：AC；解析：用长度La：Lb=2：1的同种导线做成圆环a、b，故两个环的半径之比为2：1，面积之比为4：1；根据电阻定律公式R=ρ，两圆环的电阻之比为Ra：Rb=2：1；根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E=S∝S，故两种情况产生的电动势之比为4：1，根据闭合电路欧姆定律I=，可知感应电流之比为4：1，选项A正确，B错误；路端电压U=IR，第一次外电阻是b环电阻，第二次外电阻是a环电阻，故两次的路端电压之比为==，选项C正确，D错误．  12.答案为：BC；解析：根据左手定则可知，通电导体圆环每一部分受到的安培力斜向下，利用微元法可知该圆环所受安培力的方向竖直向下，大小为2πBIRsinθ，故A错误，B正确；若圆环为一如题图方向运动的带电小球所形成的轨迹圆，说明形成的电流产生的安培力竖直向上，形成的电流应与题图图示电流方向相反，故小球带负电，故C正确；闭合导体圆环从静止开始释放，在下落过程中穿过圆环的磁通量增大，根据右手定则可知，产生与题图反方向的感应电流，受到的安培力斜向上，根据牛顿第二定律可知加速度小于g，故D错误；故选B、C. 13.解：(1)由法拉第电磁感应定律得=，平均电流=，通过导体棒的总电荷量q总=Δt=.在b穿越磁场的过程中，b是电源，a与R是外电路，电路的总电阻R总1=Rb＋=8 Ω.则通过R的电荷量为qRb=q总=·.同理，a穿越磁场的过程中，R总2=Ra＋=6 Ω，通过R的电荷量为qRa=q总=·.解得qRa：qRb=2：1.(2)设b在磁场中匀速运动的速度大小为vb，则b中的电流Ib=.由平衡条件得=magsin53°.同理，a在磁场中匀速运动时有=magsin53°.联立可得va：vb=3：1.(3)设a、b穿越磁场的过程中的速度分别为va和vb.由题意得va=vb＋gtsin53°，d=vbt，因v－v=2gL0sin53°，解得d=0.25 m.(4)由F安a=magsin53°，故Wa=magdsin53°=0.8 J.同理Wb=mbgdsin53°=0.2 J.在整个过程中，电路中共产生焦耳热为Q=Wa＋Wb=1 J. 14.解：(1)细线对金属棒拉力的功率P等于电动机的输出功率，根据能量守恒定律，可得P=I0U0－Ir0=0.6×0.8 W－0.62×0.5 W=0.3 W.(2)当金属棒从静止开始运动，经过t1=2 s时间，速度达到最大，设最大速度为vm，金属棒产生的电动势为E，感应电流为I1，受到的安培力为F安，细线的拉力为F拉，则E=BLvm，I1=，F安=BI1L，则得F安=.又P=F拉vm，金属棒速度最大时做匀速运动，有F拉=mgsinθ＋F安，联立得=mgsinθ＋.代入数值解得vm=1 m/s.金属棒从静止开始运动到达到最大速度过程中，设整个电路中产生的热量为Q，由能量守恒定律得Pt1=mgxsinθ＋mv＋Q，QR=Q，解得QR=0.224 J.(3)由题图可知B′=(0.2＋0.4t) T，设在t时刻，磁场的磁感应强度为B′，金属棒产生的电动势为E′，感应电流为I′，受到的安培力为F安′.根据法拉第电磁感应定律得感应电动势E′=Ld，感应电流I′=，金属棒所受的安培力F安′=B′I′L.根据平衡条件得F=mgsinθ＋F安′，解得F=0.016t＋0.208(N)．