2020屆高考物理總復(fù)習(xí) 第十章 電磁感應(yīng) 核心素養(yǎng)提升練二十九 10.2 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感現(xiàn)象（含解析）新人教版

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1、法拉第電磁感應(yīng)定律　自感現(xiàn)象 (45分鐘　100分) (20分鐘　50分) 一、選擇題(本題共5小題，每小題6分，共30分，1～4題為單選題，5題為多選題) 1.如圖所示，一正方形線圈的匝數(shù)為n，邊長為a，線圈平面與勻強磁場垂直，且一半處在磁場中。在Δt時間內(nèi)，磁感應(yīng)強度的方向不變，大小由B均勻地增大到2B，在此過程中，線圈中產(chǎn)生的電動勢為 (　　) A.　 B. C.　 D. 【解析】選D。由法拉第電磁感應(yīng)定律得線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=n= n·=n·=，選項A、B、C錯誤，D正確。 2.(2019·深圳模擬)某一學(xué)習(xí)小組在研究電磁感應(yīng)現(xiàn)

2、象時，利用一根粗細均勻的金屬絲彎成導(dǎo)軌abcd，=3。導(dǎo)體棒ef的電阻是bc段電阻的兩倍，如圖所示，勻強磁場垂直于導(dǎo)軌平面，當(dāng)用平行于導(dǎo)軌的外力F將導(dǎo)體棒ef由靠近bc位置勻速向右移動時，則 (　　) A.導(dǎo)體棒ef兩端的電壓不變　 B.導(dǎo)體棒ef中的電流變大 C.拉力F的瞬時功率變大　 D.導(dǎo)軌abcd消耗的電功率先變大后變小 【解析】選D。設(shè)ef的電阻為r，ebcf的電阻為R，ef長為L，速度為v，磁感應(yīng)強度為B，則導(dǎo)體棒ef產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：E=BLv；ef兩端的電壓為：U=E，E、r不變，R變大，可知U變大，選項A錯誤。ef中的電流為：I=，E、r不變，R變大，I變小，

3、選項B錯誤。導(dǎo)體棒勻速運動時拉力F的功率等于回路中的電功率，為P=，R增大，則P減小，選項C錯誤。abcd消耗的功率是電源ef的輸出功率，根據(jù)條件：=3，ef的電阻是bc段電阻的兩倍，可知ebcf的電阻先小于ef的電阻，再等于ef的電阻，后大于ef的電阻，所以導(dǎo)軌abcd消耗的電功率先增大后減小，選項D正確。 3.(2019·福州模擬)如圖所示的電路中，A、B為兩個完全相同的燈泡，L是自感系數(shù)很大的線圈，其電阻與R相等，下列說法正確的是 (　　) A.在斷開S2的情況下，若突然閉合S1時，A、B燈均逐漸亮起來 B.在閉合S2的情況下，若突然閉合S1時，A燈立即發(fā)光，B燈逐漸亮起來

4、 C.閉合S1、S2待電路穩(wěn)定后，若突然斷開S1，則A、B燈均不會立即熄滅 D.閉合S1、S2待電路穩(wěn)定后，若突然斷開S1，則A燈不會立即熄滅，而B燈立即熄滅 【解析】選D。在斷開S2的情況下，若突然閉合S1時，由于線圈的自感現(xiàn)象，出現(xiàn)自感電動勢阻礙電流的增大，A燈立即亮，B燈逐漸亮，選項A錯誤；在閉合S2的情況下，若突然閉合S1時，由于線圈的自感很大，相當(dāng)于斷路，兩燈立即亮，選項B錯誤；當(dāng)同時閉合S1、S2，待電路穩(wěn)定后突然將S1斷開，B燈立即熄滅，因自感現(xiàn)象，L與A組成回路，A燈不會立即熄滅，而是逐漸熄滅，選項C錯誤，D正確。 【加固訓(xùn)練】 　　(2019·黑龍江哈爾濱模擬)如圖

5、所示，A、B是兩個完全相同的燈泡，D是理想二極管，L是帶鐵芯的線圈，其直流電阻忽略不計。下列說法正確的是 (　　) A.S閉合瞬間，B先亮A后亮 B.S閉合瞬間，A先亮B后亮 C.電路穩(wěn)定后，在S斷開瞬間，B閃亮一下，然后逐漸熄滅 D.電路穩(wěn)定后，在S斷開瞬間，B立即熄滅 【解析】選D。閉合瞬間線圈相當(dāng)于斷路，二極管為正向電壓，故電流可通過燈泡A、B，即A、B燈泡同時亮，選項A、B錯誤；因線圈的電阻為零，則當(dāng)電路穩(wěn)定后，燈泡A被短路而熄滅，當(dāng)開關(guān)S斷開瞬間B立刻熄滅，線圈中的電流也不能反向通過二極管，則燈泡A仍是熄滅的，選項C錯誤，D正確。 4.如圖所示，勻強磁場中有兩個導(dǎo)

6、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，不考慮兩環(huán)間的相互影響。下列說法正確的是 (　　) A.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 【解析】選B。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E==S，由題知相同，a圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為Ea=π，b圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為Eb=π，由于ra∶rb=2∶1，所以==，由于磁場向外，磁感應(yīng)強度B隨時間均勻增大

7、，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流均沿順時針方向，選項B正確，A、C、D錯誤。 5.(2019·忻州模擬)閉合回路由電阻R與導(dǎo)線組成，其內(nèi)部磁場大小按B-t圖變化，方向如圖所示，則回路中 (　　) A.電流方向為逆時針方向 B.電流強度越來越大 C.磁通量的變化率恒定不變 D.產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定不變 【解析】選C、D。磁感應(yīng)強度垂直紙面向外，并且增大，由楞次定律可知，電流方向為順時針，選項A錯誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律可知E==S，故感應(yīng)電動勢保持不變，電流強度不變，選項B錯誤，D正確；圖象的斜率k=，斜率恒定，即恒定，故恒定，即磁通量變化率恒定不變，選項C正確。 二、計算題(本題

8、共20分，需寫出規(guī)范的解題步驟) 6.(2019·成都模擬)如圖所示，ef、gh為水平放置的足夠長的平行光滑導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為L=1 m，導(dǎo)軌左端連接一個R=2 Ω的電阻，將一根質(zhì)量為0.2 kg的金屬棒cd垂直地放置導(dǎo)軌上，且與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌與金屬棒的電阻均不計，整個裝置放在磁感應(yīng)強度為B=2 T的勻強磁場中，磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向上?，F(xiàn)對金屬棒施加一水平向右的拉力F，使棒從靜止開始向右運動，試解答以下問題： (1)若施加的水平外力恒為F=8 N，則金屬棒達到的穩(wěn)定速度v1是多少？ (2)若施加的水平外力的功率恒為P=18 W，則金屬棒達到的穩(wěn)定速度v2是多少？ 【解析】(

9、1)感應(yīng)電動勢：E=BLv，感應(yīng)電流：I=，安培力：F安=BIL= 由平衡條件得：F=F安= 解得：金屬棒的速度v1= 代入數(shù)據(jù)解得：v1=4 m/s。 (2)金屬棒速度達到穩(wěn)定時，由平衡條件得： 水平外力F′=F安′= 功率：P=F′v2 解得：v2=3 m/s 答案：(1)4 m/s　(2)3 m/s (25分鐘　50分) 7.(8分)如圖所示，現(xiàn)有一長為2L的金屬棒ab垂直置于兩平行導(dǎo)軌上，棒的右側(cè)分布著磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場。已知導(dǎo)軌間距為L，左端接有一電阻R，其余電阻不計。現(xiàn)ab以a點為軸沿順時針以一定角速度轉(zhuǎn)過60°，并固定(設(shè)此為過程Ⅰ

10、)；再使磁感應(yīng)強度的大小以一定的變化率從B增加到B′(設(shè)此為過程Ⅱ)。整個過程中，棒與導(dǎo)軌接觸良好，在過程Ⅰ、Ⅱ中，通過電阻R的電荷量相等，則等于 (　　) A.2　 B.3　 C.4　 D.5 【解析】選A。由E=、I=、q=IΔt，可得在Δt內(nèi)，流過導(dǎo)體橫截面的電量為q=。金屬棒ab以a為軸沿順時針以ω轉(zhuǎn)過60°的過程中磁通量的改變量為ΔΦ1=，所以過程Ⅰ回路中通過R的電荷量為q==；過程Ⅱ中回路的磁通量改變量為ΔΦ2=，通過R的電荷量為q==，解得：=2，選項A正確。 8.(8分)如圖所示，上下開口、內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置。小磁塊先后在兩管中從相同

11、高度處由靜止釋放，并落至底部。則小磁塊 (　　) A.在P和Q中都做自由落體運動 B.在兩個下落過程中的機械能都守恒 C.在P中的下落時間比在Q中的長 D.落至底部時在P中的速度比在Q中的大 【解析】選C。小磁塊在內(nèi)壁光滑的塑料管Q中，從高處由靜止釋放，做自由落體運動，機械能守恒；小磁塊在內(nèi)壁光滑的銅管P中，則會產(chǎn)生電磁阻尼阻礙小磁塊的運動，相比Q中自由落體運動所需時間要長，選項C正確，A錯誤；由于電磁阻尼產(chǎn)生焦耳熱，機械能不守恒，選項B錯誤；由于機械能有損失，落至底部時在P中的速度比在Q中的小，選項D錯誤。 9.(8分)(多選)如圖為法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖，銅圓盤安裝在豎直

12、的銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸，圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中，圓盤順時針旋轉(zhuǎn)(從上往下看)，下列說法正確的是 (　　) A.穿過圓盤的磁通量不變化 B.圓盤中心電勢比邊緣要高 C.R上的熱功率與圓盤轉(zhuǎn)動角速度成正比 D.產(chǎn)生的電動勢大小與圓盤半徑成正比 【解析】選A、B。實驗過程中，穿過圈盤的磁通量不變，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢可等效看成無數(shù)軸向?qū)w切割磁感線產(chǎn)生的，選項A正確；從上向下看，圓盤順時針轉(zhuǎn)動，根據(jù)右手定則可知圓盤中心電勢比邊緣要高，感應(yīng)電流方向是從邊緣流向圓心，選項B正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知E=Br2ω，故產(chǎn)生的電動勢大小與圓盤半徑的平方成

13、正比，R上的熱功率P=I2R=，可知R上的熱功率與圓盤轉(zhuǎn)動角速度的平方成正比，選項C、D錯誤。 10.(8分)(多選)(2019·惠州模擬)如圖所示，兩根彎折的光滑金屬棒ABC和DEF固定成正對平行的導(dǎo)軌，其中，AB和DE部分水平，傾斜的BC和EF部分與水平面的夾角為θ，導(dǎo)軌的水平部分和傾斜部分均足夠長，水平部分有豎直向下、大小為B0的勻強磁場，傾斜部分有方向垂直于斜面BCFE向上、大小也為B0的勻強磁場?，F(xiàn)將兩根相同的、長度略大于導(dǎo)軌間距的導(dǎo)體棒分別垂直于導(dǎo)軌放置在其水平部分和傾斜部分(均平行于BE)，兩導(dǎo)體棒質(zhì)量均為m、電阻均為R，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌接觸良好，且不計導(dǎo)軌電阻，ab棒處于靜止

14、狀態(tài)且距離BE足夠遠?，F(xiàn)將cd棒從斜面上部由靜止釋放，那么在以后的運動過程中，下列說法正確的是 (　　) A.最后兩棒勻速運動 B.cd棒的速度始終大于ab棒的速度 C.cd棒的加速度一直減小 D.回路中電流先增大后不變 【解析】選項B、D。以cd棒為研究對象，根據(jù)右手定則可知電流方向為cdba，根據(jù)左手定則可知ab棒受到的安培力方向向左，所以ab棒向左加速運動，加速度逐漸增大，而cd棒沿斜面向下加速運動，隨著速度增大，安培力逐漸變大，根據(jù)牛頓第二定律可得mgsinθ-FA=ma，所以cd棒的加速度逐漸減小，當(dāng)二者加速度相等時，加速度保持不變，所以最后勻加速運動，選項A、C錯

15、誤；cd 棒做加速度逐漸減小的加速運動、ab棒做加速度逐漸增大的加速運動，根據(jù)v= at可知，cd棒的速度始終大于ab棒的速度，選項B正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得E=B0L(vcd-vab)，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得I=== ，由于開始一段時間內(nèi)cd棒做加速度大于ab棒加速度的加速運動，所以回路電流強度先增加，當(dāng)二者的加速度相等時，電流強度不變，選項D正確。 11.(18分)如圖甲所示，水平面上的兩光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置，間距d= 0.5 m，電阻不計，左端通過導(dǎo)線與阻值R=2 Ω的電阻連接，右端通過導(dǎo)線與阻值RL=4 Ω的小燈泡L連接。在CDFE整個矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻

16、強磁場，CE長x=4 m，CDFE區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間變化如圖乙所示。在t=0時，有一阻值r=2 Ω的金屬棒在水平向右的恒力F作用下由靜止開始從PQ位置沿導(dǎo)軌向右運動。已知從t=0開始到金屬棒運動到磁場邊界EF處的整個過程中，金屬棒始終垂直于兩導(dǎo)軌并且和兩導(dǎo)軌接觸良好，小燈泡的亮度沒有發(fā)生變化。求： (1)通過小燈泡的電流。 (2)恒力F的大小。 (3)金屬棒的質(zhì)量及金屬棒在磁場區(qū)域運動過程中流過金屬棒的電量。 【解析】(1)由圖乙可知，在t=0至t=4 s內(nèi)，金屬棒未進入磁場；磁場變化導(dǎo) 致電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成的電路為r與R并聯(lián)，再與L串聯(lián)。 此過程中的感應(yīng)電

17、動勢為： E==dx=×0.5×4 V=1 V， 回路的總電阻為：R總=RL+=5 Ω， 則通過小燈泡的電流為：IL==0.2 A。 (2)因燈泡亮度不變，故4 s末金屬棒進入磁場時剛好做勻速運動， 由電流分配關(guān)系可知回路的總電流為 I=IL+IR=IL+IL=0.6 A， 故恒力F的大小為F=FA=BId=0.6 N。 (3)當(dāng)金屬棒在磁場區(qū)域運動時，由于金屬棒切割磁感線產(chǎn)生電動勢，形成的電路為R與L并聯(lián)，再與r串聯(lián)，此時電路的總電阻為： R總′=r+= Ω， 金屬棒切割磁感線產(chǎn)生電動勢為： E′=IR總′=2 V， 而E′=Bdv，解得v=2 m/s； 金屬棒在0～4 s內(nèi)運動的加速度為： a==0.5 m/s2， 由牛頓第二定律知金屬棒的質(zhì)量為 m==1.2 kg， 由電流的定義式知流過金屬棒的電量為 q=It′=I·=1.2 C。 答案：(1)0.2 A　(2)0.6 N　(3)1.2 kg　1.2 C - 10 -