山东青州一中2012届高三一轮物理复习测试:9.2法拉第电磁感应定律 自感和涡流(+最新高考题)
更新时间:2023-08-25 00:35:01 阅读量: 教育文库 文档下载
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山东青州一中2012届高三一轮物理复习测试
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山东青州一中2012届高三一轮物理复习(人教版)
第9章 电磁感应
第2节 法拉第电磁感应定律 自感和涡流
一、选择题(本大题共10小题,每小题7分,共计70分.每小题至少一个答案正确)
1.图9-2-18中a~d所示分别为穿过某一闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图象,关于回路中产生的感应电动势,下列论述正确的是
图9-2-18
A.图a中回路产生的感应电动势恒定不变 B.图b中回路产生的感应电动势一直在变大
C.图c中回路在0~t1时间内产生的感应电动势小于在t1~t2时间内产生的感应电动势 D.图d中回路产生的感应电动势先变小再变大
解析 磁通量Φ随时间t变化的图象中,斜率表示感应电动势,所以图a中不产生感应电动势,图b中产生恒定的感应电动势,图c中0~t1时间内的感应电动势大于t1~t2时间内的感应电动势,图d中感应电动势先变小再变大.只有D项正确. 答案
D
图9-2-19
2.(2010·广东理综)如图9-2-19所示,平行导轨间有一矩形的匀强磁场区域,细金属棒PQ沿导轨从MN处匀速运动到M′N′的过程中,棒上感应电动势E随时间t变化的图示(图9-2-20),可能正确的是
图9-2-20
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解析 在金属棒PQ进入磁场区域之前或出磁场后,棒上均不会产生感应电动势,D项错误.在磁场中运动时,感应电动势E=Blv,与时间无关,保持不变,故A选项正确. 答案 A
3.矩形导线框abcd固定在匀强磁场中(如图9-2-21甲所示),磁感线的方向与导线框所在平面垂直.规定磁场的正方向垂直纸面向里,磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示.则
图9-2-21
A.从0到t1时间内,导线框中电流的方向为adcba B.从0到t1时间内,导线框中电流越来越小 C.从t1到t2时间内,导线框中电流越来越大
D.从t1到t2时间内,导线框bc边受到安培力大小保持不变
解析 从0到t1时间内,垂直纸面向里的磁感应强度减小,磁通量减小,根据楞次定律可判断,产生ΔΦΔBEΔB
顺时针方向的电流,故A项正确;由公式E=S,I=为一恒定值,
ΔtΔtRΔt线框中产生的感应电流大小不变,故B、C项错误;磁感应强度B均匀变化,由公式F=BILbc知:bc边受的安培力是变化的,故D项错误. 答案 A
4.(2011·金考卷)如图9-2-22所示,半径为r的n匝线圈套在边长为L的正方形abcd之外,匀强磁ΔB
场局限在正方形区域内且垂直穿过正方形所在平面,线圈中
Δt产生感应电动势大小为
图9-2-22
ΔBΔBA.πr B.L2
ΔtΔtΔBΔB
C.nπr D.nL2
ΔtΔt
ΔΦΔB
解析 由法拉第电磁感应定律可得:E=nn2.故选D.
ΔtΔt答案 D
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图9-2-23
5.(2010·辽宁大连双基测试)如图9-2-23所示,由导体棒ab和矩形线框cdef组成的”10”图案在匀强磁场中一起向右匀速平动,匀强磁场的方向垂直线框平面向里,磁感应强度B随时间均匀增大,则下列说法正确的是
A.导体棒的a端电势比b端电势高,电势差Uab在逐渐增大 B.导体棒的a端电势比b端电势低,电势差Uab在逐渐增大 C.线框cdef中有顺时针方向的电流,电流大小在逐渐增大 D.线框cdef中有逆时针方向的电流,电流大小在逐渐增大
解析 导体棒ab切割磁感线属于动生电动势,由右手定则可知φa>φb,磁感应强度B随时间均匀增大,由E=BLv得,选项A正确而B错误;矩形线框cdef因为运动而在cd、ef中产生的动生电动势相抵消,故只有磁感应强度变化而在线框中产生的感生电动势,由楞次定律得,线框中感应电流的方ΔB向是逆时针方向,由法拉第电磁感应定律E=·S得,线框cdef中感应电动势的大小不变,选项C、
ΔtD均错. 答案 A
6. 如图9-2-24所示,电感线圈L的直流电阻RL=1.0 Ω,小灯泡的电阻R1=5.0 Ω,R2
=4.0 Ω,接在电动势E=24 V、内电阻可忽略的电路上.闭合开关S,待电路稳定后再断开开关,则在断开开关S的瞬间
图9-2-24
A.R1支路上电流大小为4 A B.R2支路上电流大小为4 A C.R1支路上电流大小为6 A D.R2支路上电流大小为6 A
解析 断开开关S的瞬间,线圈L产生自感电动势,相当于电源,与R1、R2组成闭合回路,R1、R2的电流大小相等;断开开关S后,L中的电流是从原来的值逐渐减小的,断开瞬间它的电流仍为4 A.本题正确答案为A、B. 答案 AB
7.如图9-2-25所示是测定自感系数很大的线圈L直流电阻的电路,L两端并联一只电压表,用来
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测自感线圈的直流电压,在测量完毕后,将电路解体时应先
图9-2-25
A.断开S1 B.断开S2 C.拆除电流表 D.拆除电阻R
解析 当S1、S2均闭合时,电压表与线圈L并联;当S2闭合而S1断开时,电压表与线圈L串联.所以在干路断开前后自感线圈L中电流方向相同而电压表中电流方向相反.只要不断开S2,线圈L与电压表就会组成回路,在断开干路时,L中产生与原来电流同方向的自感电流,使电压表中指针反向转动而可能损坏电压表.正确答案为B. 答案 B
8.一闭合线圈固定在垂直于纸面的匀强磁场中,设向里为磁感应强度B的正方向,线圈中的箭头为电流i的正方向,如图9-2-26甲所示,已知线圈中感应电流i随时间变化的图象如图9-2-26乙所示.则磁感应强度B随时间而变化的关系图象可能是图 9-2-27中的
图9-2-
26
图9-2-27
解析 感应电流做周期性变化时仅有方向的改变而无大小变化,因此可判定产生这一感应电流的磁场B在做均匀变化,它的图象应是直线状,故选项C不对.考虑最初的0.5 s内的情形,感应电流i为负值,说明感应电流i沿逆时针方向,由安培定则知感应电流的磁场方向为垂直纸面向外,由楞次定律可知原磁场B或是向里增强或是向外减弱,即选项B、D可能正确,再考虑0.5 s~1.5 s内感应电流i为正值,感应电流的磁场方向为垂直纸面向里,这样可推得原磁场应为正方向减小,或负方向增加,
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故选项B也应排除.正确答案是D. 答案 D
图9-2-28
9.如图9-2-28所示,一导体圆环位于纸面内,O为圆心.环内两个圆心角为90°的扇形区域内分别有匀强磁场,两磁场磁感应强度的大小相等,方向相反且均与纸面垂直.导体杆OM可绕O转动,M端通过滑动触点与圆环良好接触.在圆心和圆环间连有电阻R.杆OM以匀角速度ω逆时针转动,t=0时恰好在图示位置,规定从a到b流经电阻R的电流方向为正,圆环和导体杆的电阻忽略不计,则杆从t=0开始转动一周的过程中,电流随ωt变化的图象是图9-2-29中的
图9-2-29
BL2ω解析 导体杆OM在匀强磁场中绕O逆时针转动时,产生的感应电流I=2Rπ
磁场的区域时I=0.由题意知,ωt在0~时,电流方向为负,
23
ωt在π~π时,电流方向为正,故选C.
2答案 C
10.(2011·金考卷)如图9-2-30所示,一个”∠”形导轨AOC垂直于磁场固定在磁感应强度为B的匀强磁场中,导体棒ab与导轨AOC由相同粗细、相同材料的导体制成,导体棒与导轨接触良好,且始终垂直于OC.在外力作用下,导体棒以恒定速度v向右运动,以导体棒在图中所示位置的时刻作为计时起点,则回路中感应电动势E、感应电流I、导体棒所受外力的功率P和回路中产生的焦耳热Q随时间t变化的图象中,正确的图(图9-2-31)是
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图9-2-30
图9-2-31
解析 若导轨夹角为θ,则切割磁感线的有效长度为l=vttan θ,故E=Blv=Bv2ttan θ,E∝t,A对;如果单位长度的电阻为r,则时刻t时,总电阻R=(vt+vttan θ+vt/cos θ)r=(1+tan θ+1/cos θ)vtr,故I=E/R为定值,B错;外力的功率P=F安v=BlIv,P∝t,C错;回路的焦耳热Q=I2Rt,Q∝t2,D错. 答案 A
11.(2011广东).将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,关于线圈中产生的感应电动势和感应电流,下列表述正确的是
A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关 B.穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大 C.穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大 D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同
解析:由E=N
B
,AB错,C正确。B原与B感的方向可相同亦可相反。D错。选C NS t t
12. (2011北京).某同学为了验证断电自感现象,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末闪亮的原因是
A.电源的内阻较大 B.小灯泡电阻偏大 C.线圈电阻偏大 D.线圈的自感系数较大 答案:C
二、计算题(本大题共2小题,共30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)
13.(14分)如图9-2-32所示,匀强磁场的磁感应强度方向垂直于纸面向里,
大
ΔB
小随时间的变化率=k,k为负的常量.用电阻率为ρ、横截面积为S的硬导线做成一边长为l的方
Δt
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框,将方框固定于纸面内,其右半部位于磁场区域中.求:
图9-2-32
(1)导线中感应电流的大小;
(2)磁场对方框作用力的大小随时间的变化率. 解析 (1)导线框的感应电动势为 ΔΦ
E,①
Δt1
ΔΦ=2ΔB,②
2导线框中的电流为 E
I=③ R
式中R是导线框的电阻,根据电阻率公式有 4lR=ρ④
S
ΔB
联立①②③④式,将=k代入得
ΔtI=klS⑤ 8ρ
(2)导线框所受磁场的作用力的大小为 F=BIl.⑥
它随时间的变化率为 ΔFΔB=Il.⑦ ΔtΔt由⑤⑦式得 ΔFk2l2S=⑧ Δt8ρ
klSk2l2S答案 (1) (2)8ρ8ρ
14.(2010·山东潍坊上学期抽样检测)(16分)如图9-2-33甲所示,平行金属导轨竖直放置,导轨间距为L=1 m,上端接有电阻R1=3 Ω,下端接有电阻R2=6 Ω,虚线OO′下方是垂直于导轨平面的匀强磁场.现将质量m=0.1 kg、电阻不计的金属杆ab,从OO′上方某处垂直导轨由静止释放,杆下落0.2 m过程中始终与导轨保持良好接触,加速度a与下落距离h的关系图象如图乙所示.求:
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图9-2-33
(1)磁感应强度B;
(2)杆下落0.2 m过程中通过电阻R2的电荷量q.
解析 (1)由图乙知,杆自由下落距离是0.05 m,当地重力加速度g=10 m/s2,则杆进入磁场时的速度v2gh=1 m/s
由图乙知,杆进入磁场时加速度a=-g=-10 m/s2
由牛顿第二定律得mg-F安=ma 回路中的电动势E=BLv 杆中的电流I=RRR并=
R1+R2B2L2v
F安=BIL=R并得B=
2mgR并
=2 T. Lv
ER并
ΔΦ
(2)杆在磁场中运动产生的平均感应电动势E=Δt杆中的平均电流I=
ER并
通过杆的电荷量Q=I·Δt 1
通过R2的电荷量q==0.05 C.
3答案 (1)2 T (2)0.05 C
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