2023年高考物理一輪復(fù)習(xí)課時分層集訓(xùn)29法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流新人教版

PAGEPAGE1課時分層集訓(xùn)(二十九)法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流(限時：40分鐘)[根底對點練]法拉第電磁感應(yīng)定律的理解應(yīng)用1．穿過某閉合回路的磁通量Φ隨時間t變化的圖象分別如圖10-2-13中①～④所示，以下關(guān)于該回路中的感應(yīng)電動勢的論述，正確的選項是()圖10-2-13A．圖①中，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定不變B．圖②中，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一直在變大C．圖③中，回路中在0～t1時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢小于在t1～t2時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢D．圖④中，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢先變小后變大D[圖①中磁通量不變，不能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，圖②中均勻變化的磁通量產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電動勢，圖③中磁通量的變化率為圖線斜率的大小，故A、B、C均錯，D正確．]2．如圖10-2-14所示，一正方形線圈的匝數(shù)為n，邊長為a，線圈平面與勻強(qiáng)磁場垂直，且一半處在磁場中．在Δt時間內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不變，大小由B均勻地增大到2B.在此過程中，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為()【導(dǎo)學(xué)號：84370444】圖10-2-14A.eq\f(Ba2,2Δt) B.eq\f(nBa2,2Δt)C.eq\f(nBa2,Δt) D.eq\f(2nBa2,Δt)B[根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝neq\f(ΔΦ,Δt)得E＝neq\f(a2ΔB,2Δt)＝neq\f(a2B,2Δt)，所以B項正確．]3．如圖10-2-15所示，勻強(qiáng)磁場中有兩個導(dǎo)體圓環(huán)a、b，磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直．磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間均勻增大．兩圓環(huán)半徑之比為2∶1，圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢分別為Ea和Eb.不考慮兩圓環(huán)間的相互影響．以下說法正確的選項是()圖10-2-15A．Ea∶Eb＝4∶1，感應(yīng)電流均沿逆時針方向B．Ea∶Eb＝4∶1，感應(yīng)電流均沿順時針方向C．Ea∶Eb＝2∶1，感應(yīng)電流均沿逆時針方向D．Ea∶Eb＝2∶1，感應(yīng)電流均沿順時針方向B[由楞次定律知，題中圓環(huán)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場與原磁場方向相反，故感應(yīng)電流沿順時針方向．由法拉第電磁感應(yīng)定律知E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔBS,Δt)＝eq\f(ΔB·πR2,Δt)，由于兩圓環(huán)半徑之比Ra∶Rb＝2∶1，所以Ea∶Eb＝4∶1，選項B正確．]4.(多項選擇)用一根橫截面積為S、電阻率為ρ的硬質(zhì)導(dǎo)線做成一個半徑為r的圓環(huán)，ab為圓環(huán)的一條直徑．如圖10-2-16所示，在ab的左側(cè)存在一個均勻變化的勻強(qiáng)磁場，磁場垂直圓環(huán)所在平面．磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時間的變化率eq\f(ΔB,Δt)＝k(k<0)．那么()圖10-2-16A．圓環(huán)中產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流B．圓環(huán)具有擴(kuò)張的趨勢C．圓環(huán)中感應(yīng)電流的大小為eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(krS,2ρ)))D．圖中a、b兩點間的電勢差Uab＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(kπr2,4)))BD[磁通量均勻減少，根據(jù)楞次定律可知，圓環(huán)中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，選項A錯誤；圓環(huán)在磁場中的局部，受到向外的安培力，所以有擴(kuò)張的趨勢，選項B正確；圓環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(kπr2,2)))，那么圓環(huán)中的電流大小為I＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(kSr,4ρ)))，選項C錯誤；Uab＝eq\f(E,2)＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(kπr2,4)))，選項D正確．](2022·桂林模擬)如下圖為無線充電技術(shù)中使用的受電線圈示意圖，線圈匝數(shù)為n，面積為S.假設(shè)在t1到t2時間內(nèi)，勻強(qiáng)磁場平行于線圈軸線向右穿過線圈，其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小由B開始均勻增加，該段時間線圈兩端a和b之間的電勢差為－U，那么在t2時刻磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B′為()A．－eq\f(Ut2－t1,nS)＋B B.eq\f(Ut2－t1,nS)－BC.eq\f(Ut2－t1,nS) D.eq\f(Ut2－t1,nS)＋BD[根據(jù)題述，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小由B開始均勻增加，設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為eq\f(ΔB,Δt)，在t2時刻磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小可以表示為B′＝B＋eq\f(ΔB,Δt)(t2－t1)．根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝nSeq\f(ΔB,Δt)，而E＝U，聯(lián)立解得B′＝B＋eq\f(U,nS)(t2－t1)，選項D正確．]切割類感應(yīng)電動勢的計算5．(多項選擇)(2022·全國Ⅱ卷)兩條平行虛線間存在一勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與紙面垂直．邊長為0.1m、總電阻為0.005Ω的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi)，cd邊與磁場邊界平行，如圖10-2-17(a)所示．導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于t＝0時刻進(jìn)入磁場．線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖線如圖(b)所示(感應(yīng)電流的方向為順時針時，感應(yīng)電動勢取正)．以下說法正確的選項是()(a)(b)圖10-2-17A．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.5TB．導(dǎo)線框運動速度的大小為0.5m/sC．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向外D．在t＝0.4s至t＝0.6s這段時間內(nèi)，導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1NBC[由圖象可知，從導(dǎo)線框的cd邊進(jìn)入磁場到ab邊剛好進(jìn)入磁場，用時為0.2s，可得導(dǎo)線框運動速度的大小v＝eq\f(0.1,0.2)m/s＝0.5m/s.B對；由圖象可知，cd邊切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝0.01V，由公式E＝BLv，可得磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B＝eq\f(0.01,0.1×0.5)T＝0.2T．A錯；感應(yīng)電流的方向為順時針時，對cd邊應(yīng)用右手定那么可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向外．C對；t＝0.4s至t＝0.6s時間段為cd邊離開磁場，ab邊切割磁感線的過程．由閉合電路歐姆定律及安培力公式得安培力F＝eq\f(BEL,R)，代入數(shù)據(jù)得F＝0.04N．D錯．]6.如圖10-2-18所示，一電阻為R的導(dǎo)線彎成邊長為L的等邊三角形閉合回路．虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場，方向垂直于閉合回路所在的平面向里．以下對三角形導(dǎo)線以速度v向右勻速進(jìn)入磁場過程中的說法正確的選項是()【導(dǎo)學(xué)號：84370445】圖10-2-18A．回路中感應(yīng)電流方向為順時針方向B．回路中感應(yīng)電動勢的最大值E＝eq\f(\r(3),2)BLvC．回路中感應(yīng)電流的最大值I＝eq\f(\r(3),2)RBLvD．導(dǎo)線所受安培力的大小可能不變B[在進(jìn)入磁場的過程中，閉合回路中磁通量增加，根據(jù)楞次定律，閉合回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向為逆時針方向，A錯誤；等效切割磁感線的導(dǎo)線最大長度為Lsin60°＝eq\f(\r(3),2)L，感應(yīng)電動勢的最大值E＝eq\f(\r(3),2)BLv，B正確；感應(yīng)電流的最大值I＝eq\f(E,R)＝eq\f(\r(3),2R)BLv，C錯誤；在進(jìn)入磁場的過程中，等效切割磁感線的導(dǎo)線長度變化，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流大小變化，根據(jù)安培力公式可知，導(dǎo)線所受安培力大小一定變化，D錯誤．]7．(多項選擇)(2022·綿陽模擬)如圖10-2-19所示是法拉第制作的世界上第一臺發(fā)電機(jī)的模型原理圖．把一個半徑為r的銅盤放在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，使磁感線水平向右垂直穿過銅盤，銅盤安裝在水平的銅軸上，兩塊銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動軸和銅盤的邊緣接觸，G為靈敏電流表．現(xiàn)使銅盤按照圖示方向以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，那么以下說法中正確的選項是()圖10-2-19A．C點電勢一定高于D點電勢B．圓盤中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為eq\f(1,2)Bωr2C．電流表中的電流方向為由a到bD．假設(shè)銅盤不轉(zhuǎn)動，使所加磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大，在銅盤中可以產(chǎn)生渦旋電流BD[把銅盤看作由中心指向邊緣的無數(shù)條銅棒組合而成，當(dāng)銅盤轉(zhuǎn)動時，每根銅棒都在切割磁感線，相當(dāng)于電源，由右手定那么知，盤邊緣為電源正極，中心為電源負(fù)極，C點電勢低于D點電勢，選項A錯誤；此電源對外電路供電，電流由b經(jīng)電流表再從a流向銅盤，選項C錯誤；銅盤轉(zhuǎn)動切割磁感線，相當(dāng)于電源，回路中感應(yīng)電動勢為E＝Brv＝Brωeq\f(1,2)r＝eq\f(1,2)Bωr2，選項B正確；假設(shè)銅盤不轉(zhuǎn)動，使所加磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大，在銅盤中產(chǎn)生感生環(huán)形電場，使銅盤中的自由電荷在電場力的作用下定向移動，形成環(huán)形電流，選項D正確．]8．如圖10-2-20所示，導(dǎo)體桿OP在作用于OP中點且垂直于OP的力作用下，繞O軸沿半徑為r的光滑的半圓形框架在勻強(qiáng)磁場中以一定的角速度轉(zhuǎn)動，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于框架平面，AO間接有電阻R，桿和框架電阻不計，回路中的總電功率為P，那么()【導(dǎo)學(xué)號：84370446】圖10-2-20A．外力的大小為2Breq\r(\f(P,R))B．外力的大小為Breq\r(PR)C．導(dǎo)體桿旋轉(zhuǎn)的角速度為eq\f(2\r(PR),Br2)D．導(dǎo)體桿旋轉(zhuǎn)的角速度為eq\f(2,Br2)eq\r(\f(P,R))C[由題意知，導(dǎo)體桿切割磁感線產(chǎn)生的電動勢為E＝eq\r(PR)，設(shè)P點的線速度大小為v，那么由于導(dǎo)體桿旋轉(zhuǎn)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E＝eq\f(1,2)Brv，根據(jù)P＝F·eq\f(1,2)v及ω＝eq\f(v,r)，求得F＝Breq\r(\f(P,R))，ω＝eq\f(2\r(PR),Br2)，因此C項正確．]如下圖，豎直平面內(nèi)有一金屬環(huán)，半徑為a，總電阻為R(指拉直時兩端的電阻)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直穿過環(huán)平面，在環(huán)的最高點A用鉸鏈連接長度為2a、電阻為eq\f(R,2)的導(dǎo)體棒AB，AB由水平位置緊貼環(huán)面擺下，當(dāng)擺到豎直位置時，B點的線速度為v，那么這時AB兩端的電壓大小為()A.eq\f(Bav,3) B.eq\f(Bav,6)C.eq\f(2Bav,3) D．BavA[當(dāng)擺到豎直位置時，棒上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E＝B·2aeq\o(v,\s\up6(－))＝2Baeq\f(v,2)＝Bav，而AB兩端的電壓為路端電壓，根據(jù)閉合電路歐姆定律得：AB兩端電壓為U＝I·eq\f(R,4)＝eq\f(Bav,\f(R,2)＋\f(R,4))×eq\f(R,4)＝eq\f(1,3)Bav，故A正確．]自感和渦流9．圖10-2-21甲和圖乙是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個電路圖，L1和L2為電感線圈．實驗時，斷開開關(guān)S1瞬間，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗；閉合開關(guān)S2，燈A2逐漸變亮，而另一個相同的燈A3立即變亮，最終A2與A3的亮度相同．以下說法正確的選項是()圖10-2-21A．圖甲中，A1與L1的電阻值相同B．圖甲中，閉合S1，電路穩(wěn)定后，A1中電流大于L1中電流C．圖乙中，變阻器R與L2的電阻值相同D．圖乙中，閉合S2瞬間，L2中電流與變阻器R中電流相等C[A錯：斷開開關(guān)S1瞬間，線圈L1產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的減小，通過L1的電流反向通過燈A1，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗，說明IL1＞IA1，即RL1＜RA1.B錯：圖甲中，閉合S1，電路穩(wěn)定后，因為RL1＜RA1，所以A1中電流小于L1中電流．C對：閉合開關(guān)S2，燈A2逐漸變亮，而另一個相同的燈A3立即變亮，最終A2與A3的亮度相同，說明變阻器R與L2的電阻值相同．D錯：閉合S2瞬間，通過L2的電流增大，由于電磁感應(yīng)，線圈L2產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增大，那么L2中電流與變阻器R中電流不相等．]10．(多項選擇)渦流檢測是工業(yè)上無損檢測的方法之一．如圖10-2-22所示，線圈中通以一定頻率的正弦交流電，靠近待測工件時，工件內(nèi)會產(chǎn)生渦流，同時線圈中的電流受渦流影響也會發(fā)生變化．以下說法中正確的選項是()圖10-2-22A．渦流的磁場總是要阻礙穿過工件磁通量的變化B．渦流的頻率等于通入線圈的交流電頻率C．通電線圈和待測工件間存在周期性變化的作用力D．待測工件可以是塑料或橡膠制品ABC[由楞次定律可知，渦流的磁場總是要阻礙穿過工件磁通量的變化，選項A正確；類似于變壓器，渦流的頻率等于通入線圈的交流電頻率，選項B正確；由于電流在磁場中受安培力作用，故通電線圈和待測工件間存在周期性變化的作用力，選項C正確；渦流必須是在導(dǎo)體中產(chǎn)生，故待測工件不能是塑料或橡膠制品，選項D錯誤．]11．(多項選擇)(2022·銀川模擬)如圖10-2-23所示，電阻不計的導(dǎo)體棒AB置于光滑導(dǎo)軌上，處于勻強(qiáng)磁場區(qū)域．L1、L2為完全相同的兩個燈泡，L為自感系數(shù)無窮大、直流電阻不計的自感線圈．當(dāng)導(dǎo)體棒AB以速度v向右勻速運動且電路到達(dá)穩(wěn)定時，L中電流為I，t1時刻棒AB突然在導(dǎo)軌上停止運動．設(shè)L中的電流為i(取向下為正)，L1的電流為i1(取向右為正)，L2的電流為i2(取向下為正)．以下電流隨時間的變化圖正確的選項是()【導(dǎo)學(xué)號：84370447】圖10-2-23AD[由右手定那么可知，導(dǎo)體棒內(nèi)的電流的方向向上，所以通過L1的電流方向向右，為正；通過線圈的電流從上到下，為正；當(dāng)導(dǎo)體棒AB以速度v向右勻速運動且電路到達(dá)穩(wěn)定時，線圈L中的電流也到達(dá)穩(wěn)定，此時燈泡L2被短路，電流為0；當(dāng)t1時刻棒AB突然在導(dǎo)軌上停止運動時，導(dǎo)體棒中不再產(chǎn)生感應(yīng)電流，回路中的電流發(fā)生變化，所以在線圈L中將產(chǎn)生自感電流，自感電流方向向下，與原電流方向相同，所以i的方向仍然為正，但i的大小逐漸減?。话鬉B突然在導(dǎo)軌上停止運動后，L中的電流方向不變，L1、L2并聯(lián)后與線圈L組成自感回路，L中的電流方向向下，所以流過L1的電流的方向向右，為正；而流過L2的電流的方向向上，為負(fù)；由于是L1、L2并聯(lián)后與線圈L組成自感回路，所以L1、L2中的電流都是L中的電流大小的一半．由以上的分析可知，選項A、D正確，B、C錯誤．應(yīng)選A、D.]12．(多項選擇)(2022·無錫模擬)圖10-2-24甲為磁控健身車，圖乙為其車輪處結(jié)構(gòu)示意圖，在金屬飛輪的外側(cè)有一些磁鐵(與飛輪不接觸)，人用力蹬車帶動飛輪旋轉(zhuǎn)時，磁鐵會對飛輪產(chǎn)生阻礙，拉動旋鈕拉線可以改變磁鐵與飛輪間的距離．以下說法正確的有()圖10-2-24A．飛輪受到的阻力主要來源于磁鐵對它的安培力B．飛輪轉(zhuǎn)速一定時，磁鐵越靠近飛輪，飛輪受到的阻力越小C．磁鐵和飛輪間的距離一定時，飛輪轉(zhuǎn)速越大，受到的阻力越小D．磁鐵和飛輪間的距離一定時，飛輪轉(zhuǎn)速越大，內(nèi)部的渦流越強(qiáng)AD[根據(jù)題意，人用力蹬車帶動飛輪旋轉(zhuǎn)時，磁鐵會對飛輪產(chǎn)生阻礙，那么飛輪受到的阻力主要來源于磁鐵對它的安培力，選項A正確；飛輪轉(zhuǎn)速一定時，磁鐵越靠近飛輪，飛輪受到安培力越大，阻力越大，選項B錯誤；磁鐵和飛輪間的距離一定時，飛輪轉(zhuǎn)速越大，磁通量的變化率越大，那么內(nèi)部的渦流越強(qiáng)，產(chǎn)生的安培力越大，受到的阻力越大，選項C錯誤，D正確．應(yīng)選A、D.][考點綜合練]13．(2022·南通模擬)一半徑為r、質(zhì)量為m、電阻為R的金屬圓環(huán)用一根長為L的絕緣輕細(xì)桿懸掛于O1點，桿所在直線過圓環(huán)圓心，在O1點的正下方有一半徑為L＋2r的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，其圓心O2與O1點在同一豎直線上，O1點在圓形磁場區(qū)域邊界上，如圖10-2-25所示．現(xiàn)使絕緣輕細(xì)桿從水平位置由靜止釋放，下擺過程中金屬圓環(huán)所在平面始終與磁場垂直，重力加速度為g，不計空氣阻力及其他摩擦阻力，那么以下說法正確的選項是()【導(dǎo)學(xué)號：84370448】圖10-2-25A．金屬圓環(huán)最終會靜止在O1點的正下方B．金屬圓環(huán)在整個過程中產(chǎn)生的焦耳熱為mgLC．金屬圓環(huán)在整個過程中產(chǎn)生的焦耳熱為eq\f(1,2)mg(L＋2r)D．金屬圓環(huán)在整個過程中產(chǎn)生的焦耳熱為eq\f(1,2)mg(L＋r)C[圓環(huán)最終要在如圖中A