2025届高考物理一轮复习专项练习课时规范练33法拉第电磁感应定律及其应用

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1.
(法拉第电磁感应定律的应用)半径为R的圆形线圈共有n匝,总阻值为R0,其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场,磁场方向垂直线圈平面,如图所示,若初始的磁感应强度为B,在时间t内均匀减小为0,则通过圆形线圈的电流为( )

A.nBπR2B.nBπr2C.D.
2.
(转动切割磁感线)如图所示,金属棒MN以角速度ω绕过O点的竖直轴在水平面内旋转,空间存在竖直向下的匀强磁场。已知MO>NO,则( )
A.M点电势高于N点
B.N点电势高于O点
C.磁感应强度B加倍时M、N两点间电势差也加倍
D.角速度ω加倍时M、N两点间电势差变为原来的4倍
3.(自感)在生产实际中,有些高压直流电路中含有自感系数很大的线圈,当电路中的开关S由闭合到断开时,线圈会产生很高的自感电动势,使开关S处产生电弧,危及操作人员的人身安全,为了避免电弧的产生,可在线圈处并联一个元件,下列方案可行的是( )
4.
(法拉第电磁感应定律的应用)如图所示,某同学在电磁炉面板上竖直放置一纸质圆筒,圆筒上套一环形轻质铝箱,电磁炉产生的交变磁场的频率、强度及铝箔厚度可以调节。现给电磁炉通电,发现铝箱悬浮了起来。若只改变其中一个变量,则( )
A.增强磁场,铝箔悬浮高度将不变
B.铝箔越薄,铝箔中产生的感应电流越大
C.增大频率,铝箱中产生的感应电流增大
D.在刚断开电源产生如图磁场的瞬间,铝箱中会产生如图所示的电流
5.
(涡流)电磁炉又名电磁灶,是现代厨房革命的产物,它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生,因此热效率得到了极大的提高,是一种高效节能厨具。如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图,下列说法正确的是( )
A.电磁炉通电线圈加直流电,电流越大,电磁炉加热效果越好
B.电磁炉原理是通电线圈加交流电后,在锅底产生涡流,进而发热工作
C.在锅和电磁炉中间放一绝缘物质,电磁炉不能起到加热作用
D.电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅,主要原因是这些材料的导热性能较差
6.
(多选)(导体棒切割磁感线产生感应电动势的分析与计算)如图所示,两根足够长、电阻不计且相距l=0.2 m的平行金属导轨固定在倾角θ=37°的绝缘斜面上,顶端接有一盏额定电压U=4 V的小灯泡,两导轨间有一磁感应强度B=5 T、方向垂直斜面向上的匀强磁场。今将一根长为2l、质量m=0.2 kg、电阻r=1.0 Ω的金属棒垂直于导轨放置在顶端附近无初速度释放,且始终与导轨垂直,金属棒与导轨接触良好,金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.25。已知金属棒下滑到速度稳定时,小灯泡恰能正常发光,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,则( )
A.金属棒刚开始运动时的加速度大小为3 m/s2
B.金属棒刚开始运动时的加速度大小为4 m/s2
C.金属棒稳定下滑时的速度大小为9.6 m/s
D.金属棒稳定下滑时的速度大小为4.8 m/s
素养综合练
7.
(多选)边长为L的单匝正方形导线框abcd放在绝缘的光滑水平桌面上,其右端相距s处有边界PQ,在PQ左侧存在垂直于线框面向下的匀强磁场。现用水平向右的恒力F使线框由静止向右运动,且线框运动过程中ad边始终与PQ保持垂直,线框全部离开磁场前已做匀速直线运动,已知磁感应强度大小为B,线框质量为m,电阻为R,边长为L。下列说法正确的是( )
A.cd边离开磁场时线框中的感应电动势大小为BL
B.cd边离开磁场时线框的加速度大小为
C.线框全部离开磁场过程中,通过线框某一横截面的电荷量为
D.线框全部离开磁场过程中,线框中产生的热量为F(s+L)-
8.(多选)如图甲所示,线圈两端a、b与一电阻R相连,线圈内有垂直于线圈平面向里的磁场,t=0时起,穿过线圈的磁通量按图乙所示的规律变化,下列说法正确的是( )
时刻,R中电流方向为由a到b
时刻,R中电流方向为由a到b
C.0~t0时间内R的电流小于t0~2t0时间内R的电流
D.0~t0时间内R的电流大于t0~2t0时间内R的电流
9.(多选)如图所示,一根长为l、横截面积为S的闭合软导线置于光滑水平面上,其材料的电阻率为ρ,导线内单位体积的自由电子数为n,电子的电荷量为e,空间存在垂直纸面向里的磁场。某时刻起磁场开始减弱,磁感应强度随时间的变化规律是B=B0-kt,当软导线形状稳定时,磁场方向仍然垂直纸面向里,此时( )
A.软导线将围成一个圆形
B.软导线将围成一个正方形
C.导线中的电流为
D.导线中自由电子定向移动的速率为
10.(多选)轻质细线吊着一质量为m=0.32 kg、边长为L=0.8 m、匝数n=10的正方形线圈,总电阻为R=1 Ω。如图甲所示,边长为的正方形磁场区域对称分布在线圈下方的两侧,磁场方向垂直纸面向里,大小随时间变化如图乙所示。从t=0开始经t0时间细线开始松弛,g取10 m/s2,则( )
A.t=0时刻穿过线圈的磁通量为0.8 Wb
B.在前t0时间内线圈中产生的电动势为0.4 V
C.t=0时刻的线圈受到的安培力为0.016 N
D.t0的数值为2 s
11.如图甲所示是一个电磁阻尼现象演示装置,钢锯条上端固定在支架上,下端固定有强磁铁,将磁铁推开一个角度释放,它会在竖直面内摆动较长时间;如图乙所示,若在其正下方固定一铜块(不与磁铁接触),则摆动迅速停止。关于实验,以下分析与结论正确的是( )
A.如果将磁铁的磁极调换,重复实验将不能观察到电磁阻尼现象
B.用闭合的铜制线圈替代铜块,重复实验将不能观察到电磁阻尼现象
C.在图乙情况中,下摆和上摆过程中磁铁和锯条组成的系统机械能均减少
D.在摆动过程中铜块不受磁铁的作用力
12.
(多选)如图所示,空间内存在一水平向右的匀强磁场,磁感应强度大小为B,磁场中有一个形状为等腰直角三角形的刚性金属线框OO'P,OO'=OP=L,转轴OO'沿竖直方向,线框总电阻为r。当线框在外力作用下绕着OO'以角速度ω匀速转动时,线框上的P点先后经过A、B两点,在A点时,P的速度与磁场方向相同,在B点时,P的速度与磁场方向垂直,则以下说法正确的是( )
A.当P点与A点重合时,O'、P两点电势差为UO'P=0
B.当P点与B点重合时,O'、P两点电势差为UO'P=
C.金属线框在转动一圈的过程中电流方向改变一次
D.从A点旋转到B点的过程中,通过线框某横截面积的电荷量为q=
参考答案
课时规范练33 法拉第电磁感应
定律及其应用
1.D 由于线圈平面与磁场方向垂直,故穿过该面的磁通量为:Φ=BS,半径为r的虚线范围内有匀强磁场,所以磁场的区域面积为:S=πr2即Φ=πBr2,由E=及I=可得I=,故选项D正确。
2.C 由电磁感应定律可得
UON=ω①
UOM=ω②
由①②可得
UNM=UOM-UON=B()ω>0
因此N点电势高于M点电势,A错误;由右手定则可得:O点电势高于N点电势,O点电势高于M点电势,B错误;由于UNM=B()ω,因此当磁感应强度B加倍时M、N两点间电势差也加倍,C正确;角速度ω加倍时M、N两点间电势差变为原来的2倍,D错误。
3.D 由题意可知,当断开瞬间时,线圈中产生很高的自感电动势,若不并联元件,则会产生电弧,当并联电容器时,只能对电容器充电,仍不能解决电弧现象,故A错误;当并联发光二极管时,由于发光二极管有单向导电性,B选项的二极管的接法与C选项的导线有一样的作用,唯有D选项,既能避免产生电弧,又能不影响电路,故D正确,B、C错误。
4.C 铝箔浮起,说明铝箔受到竖直向上的安培力作用,磁场频率不变,根据法拉第电磁感应定律E=n=nS,可知电动势不变,所以铝箔中感应电流不变,增强磁场,根据F=BIL可知安培力增大,所以铝箔的悬浮高度增大,A错误;铝箔越薄,厚度对应的横截面积S越小,根据电阻定律R=ρ可知铝箔的电阻越大,所以通过铝箔的感应电流变小,B错误;增大频率,增大,铝箔中产生的感应电动势增大,感应电流增大,C正确;刚断开电源瞬间,竖直向上的磁场减弱,根据楞次定律可知铝箔中产生竖直向上的磁场,根据右手定则可知感应电流与题图中电流方向相反,D错误。
5.B 电磁炉通电线圈加直流电,会产生恒定磁场,穿过锅底的磁通量不会发生变化,不能产生涡流,所以没有加热效果,故选项A错误;电磁炉的原理是磁场感应涡流加热,即利用交变电流通过线圈产生交变磁场,所以电磁炉通过线圈加交流电后,在锅底产生涡流,进而发热工作,故选项B正确;在锅和电磁炉中间放一绝缘物质,不会影响涡流的产生,因此不会影响电磁炉的加热作用,故选项C错误;金属锅自身产生无数小涡流而直接加热锅,陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料,不会产生涡流,而不是因为导热性能较差,故选项D错误。
6.BD 金属棒刚开始运动时初速度为零,不受安培力作用,由牛顿第二定律得mgsinθ-μmgcsθ=ma,代入数据得a=4m/s2,故选项A错误,选项B正确;设金属棒稳定下滑时速度为v,感应电动势为E(金属棒的有效长度为l),回路中的电流为I,由平衡条件得mgsinθ=BIl+μmgcsθ,由闭合电路欧姆定律得I=,由法拉第电磁感应定律得E=Blv,联立解得v=4.8m/s,故选项C错误,选项D正确。
7.BCD 线框完全在磁场中时,穿过线框的磁通量不变,不产生感应电流,线框不受安培力作用,对线框,由动能定理得:Fs=mv2,解得:v=,cd边离开磁场时线框产生的感应电动势为:E=BLv=BL,故A错误;cd边离开磁场时线框受到的安培力为:F安培=BIL=,对线框,由牛顿第二定律得:F-=ma,
解得:a=,故B正确;根据电磁感应电荷量推论公式q=,故C正确;线框离开磁场前已做匀速直线运动,由平衡条件得:F=,解得线框离开磁场时的速度v'=,对线框,由能量守恒定律得:F(s+L)=mv'2+Q,解得:Q=F(s+L)-,故D正确;故选BCD。
8.AC 由楞次定律可知0~t0时间内线圈中的感应电流方向为逆时针方向,t0~2t0时间内线圈中感应电流的方向为顺时针方向,故A正确,B错误;根据法拉第电磁感应定律:E=N=NS,可知0~t0时间内感应电动势是t0~2t0时间内的,感应电流为:I=,所以0~t0时间内R中的电流是t0~2t0时间内电流的,故C正确,D错误。
9.AC 当磁场的磁感应强度减弱时,由楞次定律可知,软管围成的图形的面积有扩大的趋势,结合周长相等时,圆的面积最大可知,最终软导线围成一个圆形,故A正确,B错误;设线圈围成的圆形半径为r,则有:l=2πr,圆形的面积为:S1=πr2,线圈的电阻为:R=ρ,线圈中产生的感应电动势为:E=S1=k,感应电流为:I=,而I=neSv,解得:v=,故C正确,D错误,故选AC。
10.BD t=0时刻穿过线圈的磁通量Φ=B0×S=1×Wb=0.08Wb,A错误;由法拉第电磁感应定律得E=n=nS=n×=0.4V,B正确;线圈中的电流为I=A=0.4A,t=0时刻的线圈受到的安培力F=nB0I=10×1×0.4×N=1.6N,C错误;分析线圈受力可知,当细线开始松弛时有F安=mg=0.32×10N=3.2N,又F安=nI·,I=,联立解得=2T,由图像知=1+t0,解得t0=2s。D正确。
11.C 此现象的原理是当磁铁在铜块上方摆动时,在铜块中产生涡流,与磁场相互作用阻碍磁铁的运动;则如果将磁铁的磁极调换,重复实验仍能观察到电磁阻尼现象,选项A错误;用闭合的铜制线圈替代铜块,仍能在线圈中产生感应电流,从而与磁铁产生阻碍作用,则重复实验仍能观察到电磁阻尼现象,选项B错误;在题图乙情况中,下摆和上摆过程中均会产生涡流从而消耗机械能,则磁铁和锯条组成的系统机械能均减少,选项C正确;由上述分析可知,在摆动过程中铜块对磁铁有阻碍作用,同时铜块也要受磁铁的作用力,选项D错误。
12.AD 当P点与A点重合时,各边都不切割磁感应线,O'、P两点的电势差为UO'P=0,所以A正确;当P点与B点重合时,线框有效切割长度为L,所以感应电动势大小为E=BLv=BL2ω,根据几何关系可得O'P=L,所以O'、P两点的电势差为UO'P=E=(-1)BωL2,所以B错误;线框在转动一整圈的过程中两次经过中性面,电流方向改变两次,所以C错误;从A点旋转到B点的过程中,磁通量的改变量为ΔΦ=BL2,根据q=I·Δt=,可得通过线框某横截面的电荷量为q=,所以D正确。