高考物理一轮复习 考点规范练习本29 法拉第电磁感应定律自感涡流（含答案解析）

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2020版高考物理 考点规范练习本29 法拉第电磁感应定律自感涡流1.如图所示电路中，L为电感线圈，C为电容器，当开关S由断开变为闭合时(　　)A．A灯中无电流通过，不可能变亮B．A灯中有电流通过，方向由a到bC．B灯逐渐熄灭，c点电势高于d点电势D．B灯逐渐熄灭，c点电势低于d点电势 2.如图甲所示,一个圆形线圈的匝数n=100,线圈面积S=200 cm2,线圈的电阻r=1 Ω,线圈外接一个阻值R=4 Ω的电阻。把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。下列说法正确的是(　　)A.线圈中的感应电流方向为顺时针方向B.电阻R两端的电压随时间均匀增大C.线圈电阻r消耗的功率为4×10-4 WD.前4 s内通过R的电荷量为4×10-4 C 3.如图所示，虚线区域内有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁场宽度为L，磁感应强度大小为B.总电阻为R的直角三角形导线框，两条直角边边长分别为2 L和L，当该线框以垂直于磁场边界的速度v匀速穿过磁场的过程中，下列说法正确的是(　　)A．线框中的感应电流方向始终不变B．线框中感应电流一直在增大C．线框所受安培力方向始终相同D．当通过线框的磁通量最大时，线框中的感应电动势为零     4.如图所示，铁芯右边绕有一个线圈，线圈两端与滑动变阻器、电池组连成回路．左边的铁芯上套有一个环面积为0.02 m2、电阻为0.1 Ω的金属环．铁芯的横截面积为0.01 m2，且假设磁场全部集中在铁芯中，金属环与铁芯截面垂直．调节滑动变阻器的滑动头，使铁芯中的磁感应强度每秒均匀增加0.2 T，则从上向下看(　　)A．金属环中感应电流方向是逆时针方向，感应电动势大小为4.0×10－3 VB．金属环中感应电流方向是顺时针方向，感应电动势大小为4.0×10－3 VC．金属环中感应电流方向是逆时针方向，感应电动势大小为2.0×10－3 VD．金属环中感应电流方向是顺时针方向，感应电动势大小为2.0×10－3 V 5.如图中半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中，绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻R的电流的大小和方向是(金属圆盘的电阻不计)(　　)A．由c到d，I=           B．由d到c，I=C．由c到d，I=           D．由d到c，I= 6.如图所示,A、B是两个完全相同的灯泡,D是理想二极管,L是带铁芯的线圈,其电阻忽略不计。下列说法正确的是(　　)A.S闭合瞬间,A先亮B.S闭合瞬间,A、B同时亮C.S断开瞬间,B逐渐熄灭D.S断开瞬间,A闪亮一下,然后逐渐熄灭7.如图所示,半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中,绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动,则通过电阻R的电流的大小和方向是(金属圆盘的电阻不计)(　　)A.由c到d,I=   B.由d到c,I=    C.由c到d,I=    D.由d到c,I=8.如图所示，竖直平面内有一金属环，半径为a，总电阻为R(指剪开拉直时两端的电阻)，磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面，与环的最高点A连接的长度为2a、电阻为的导体棒AB，由水平位置紧贴环面摆下，当摆到竖直位置时，B点的线速度为v，则这时导体棒AB两端的电压大小为(　　)A.            B.          C.           D．Bav9. (多选)电磁炉通过电子线路产生交变磁场,把铁锅放在炉面上时,在铁锅底部产生交变的电流。它具有升温快、效率高、体积小、安全性好等优点。下列关于电磁炉的说法正确的是(　　)A.电磁炉面板可采用陶瓷材料,发热部分为铁锅底部B.电磁炉面板可采用金属材料,通过面板发热加热锅内食品C.电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热D.可以通过改变电子线路的频率来改变电磁炉的功率10. (多选)如图所示,正方形线框的边长为l,电容器的电容为C。正方形线框的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中,当磁感应强度以k为变化率均匀减小时,下列说法正确的是              (　　)A.线框产生的感应电动势大小为kl2B.电压表没有读数C.a点的电势高于b点的电势D.电容器所带的电荷量为零11.如图所示，金属杆ab以恒定的速率v在光滑平行金属导轨上向右滑行，设整个电路总电阻保持不变，匀强磁场与导轨所在平面垂直，下列叙述正确的是(　　)A．ab杆中的电流与速率成正比B．电路产生的电热功率与速率成正比C．磁场作用于ab杆的安培力与速率的平方成正比D．外力对ab杆做功的功率与速率的平方成正比 12. (多选)半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内,一长为r、电阻为R的均匀金属棒AB置于圆导轨上面,BA的延长线通过圆导轨圆心O,装置的俯视图如图所示,整个装置位于一匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,方向竖直向下。在两环之间接阻值为R的定值电阻和电容为C的电容器。金属棒在水平外力作用下以角速度ω绕O逆时针匀速转动,在转动过程中始终与导轨保持良好接触。导轨电阻不计。下列说法正确的是(　　)A.金属棒中电流从B流向AB.金属棒两端电压为Bωr2C.电容器的M板带负电D.电容器所带电荷量为CBωr213.如图所示，两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内，其右端接一阻值为R的电阻．质量为m的金属杆静置在导轨上，其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B、方向竖直向下．当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后，金属杆的速度变为v.导轨和金属杆的电阻不计，导轨光滑且足够长，杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触．求：(1)MN刚扫过金属杆时，杆中感应电流的大小I；(2)MN刚扫过金属杆时，杆的加速度大小a；(3)PQ刚要离开金属杆时，感应电流的功率P.                 14.如图甲所示，平行长直金属导轨水平放置，间距L=0.4 m，导轨右端接有阻值R=1 Ω的电阻，导体棒垂直放置在导轨上，且接触良好，导体棒及导轨的电阻均不计，导轨间正方形区域abcd内有方向竖直向下的匀强磁场，bd连线与导轨垂直，长度也为L，从0时刻开始，磁感应强度B的大小随时间t变化，规律如图乙所示；同一时刻，棒从导轨左端开始向右匀速运动，1 s后刚好进入磁场，若使棒在导轨上始终以速度v=1 m/s 做直线运动，求：(1)棒进入磁场前，回路中的电动势E；(2)棒在运动过程中受到的最大安培力F，以及棒通过三角形abd区域时电流i与时间t的关系式．                  
答案解析1.答案为：D；解析：当开关S由断开变为闭合时，电感线圈L中产生从c到d的感应电动势，B灯逐渐熄灭，把L看成一个电源的话，c点电势低于d点电势，选项D正确，选项C错误；电容器C短路放电，A灯中有电流通过，方向由b到a，选项A、B均错误． 2.答案为：C；解析：由楞次定律可知,线圈中的感应电流方向为逆时针方向,选项A错误;根据法拉第电磁感应定律,产生的感应电动势恒定为E==0.1V,电阻R两端的电压不随时间变化,选项B错误;回路中电流I==0.02A,线圈电阻r消耗的功率为P=I2r=4×10-4W,选项C正确;前4s内通过R的电荷量为q=It=0.08C,选项D错误。  3.答案为：C；解析：该线框以垂直于磁场边界的速度v匀速穿过磁场的过程中，穿过线框的磁通量先增大后减小，根据楞次定律、安培定则可以判断线框中的感应电流先沿逆时针方向后沿顺时针方向，且始终不为零，由左手定则可以判断线框在该磁场中一直受到水平向左的安培力作用，故A、D项错误，C项正确；该线框以垂直于磁场边界的速度v匀速穿过磁场的过程中，导线框切割磁感线的有效长度先增大、后不变、后再增大，由E=BLv及闭合电路欧姆定律可得线框中的感应电流先增大、后不变、后再增大，故B项错误．  4.答案为：C；解析：铁芯内的磁通量情况是相同的，金属环的有效面积即铁芯的横截面积．根据法拉第电磁感应定律E=n=1×0.2×0.01 V=2×10－3 V．又根据楞次定律，金属环中电流方向为逆时针方向，即选项C正确．  5.答案为：D；解析：金属圆盘在匀强磁场中匀速转动，可以等效为无数根长为r的导体棒绕O点做匀速圆周运动，其产生的感应电动势大小为B=Br2ω，由右手定则可知其方向由外向圆心，故通过电阻R的电流I=，方向由d到c，故选D项． 6.答案为：D；解析：D是理想二极管,具有单向导通、反向截止作用,S闭合瞬间,A不亮,故A、B错误;S断开瞬间,B立即熄灭,A闪亮一下,然后逐渐熄灭,故C错误,D正确。  7.答案为：D；解析：由右手定则判定通过电阻R的电流的方向是由d到c,金属圆盘产生的感应电动势E=Br2ω,所以通过电阻R的电流大小是I=。选项D正确。8.答案为：A；解析：当摆到竖直位置时，导体棒AB产生的感应电动势为：E=B·2av=2Ba=Bav，圆环被导体棒分为两个半圆环，两半圆环并联，并联电阻R并==，电路电流I==，AB两端的电压相当于路端电压，AB两端的电压大小为：U=IR外=×=Bav，故A正确．9.答案为：AD；解析：电磁炉是利用电磁感应原理制成的电气烹饪器具。由高频感应加热线圈(即励磁线圈)、高频电力转换装置、控制器及铁磁材料锅底炊具等部分组成。使用时,加热线圈中通入交变电流,线圈周围便产生一交变磁场,交变磁场的磁感线大部分通过金属锅体,在锅底中产生大量涡流,从而产生烹饪所需的热。所以电磁炉发热部分需要用铁锅底部,而不能用陶瓷材料。面板如果发生电磁感应要损失电能,故电磁炉面板要用绝缘材料制作,可采用陶瓷材料,A正确,B、C错误。锅体中涡流的强弱与磁场变化的快慢有关,D正确。 10.答案为：BC；解析：由于线框的一半放在磁场中,因此线框产生的感应电动势大小为,A错误;由于线框所产生的感应电动势是恒定的,且线框连接了一个电容器,相当于电路断路,没有电流通过电压表(电压表的工作原理是电流流过表头),所以电压表两端无电压,电压表没有读数,B正确;根据楞次定律可以判断,a点的电势高于b点的电势,C正确;由C=可知,电容器所带电荷量Q=C,D错误。 11.答案为：AD；解析：ab杆做切割磁感线运动，产生的感应电动势E=BLv，电流I==，可知电流与速率成正比，A正确；根据P=I2R=，知电阻R产生的热功率(即电路产生的电热功率)与速率平方成正比，B错误；安培力F安=BIL=，知安培力与速率成正比，C错误；速率恒定，则外力F=F安，故P外=Fv=，可知外力对ab杆做功的功率与速率的平方成正比，D正确．12.答案为：AB；解析：根据右手定则可知金属棒中电流从B流向A,A正确;金属棒转动产生的电动势为E=BrBωr2,切割磁感线的金属棒相当于电源,金属棒两端电压相当于电源的路端电压,因而U=E=Bωr2,B正确;金属棒A端相当于电源正极,电容器M板带正电,C错误;由C=可得电容器所带电荷量为Q=CBωr2,D错误。13.解：(1)感应电动势E=Bdv0，感应电流I=，解得I=.(2)安培力F=BId，由牛顿第二定律得F=ma，解得a=.(3)金属杆切割磁感线的速度v′=v0－v，则感应电动势E=Bd(v0－v)，电功率P=，解得P=.14.解：(1)棒进入磁场前，闭合回路中有磁场通过的有效面积不变，磁感应强度均匀变大，由法拉第电磁感应定律，回路中的电动势E==•Sabcd，其中Sabcd==0.08 m2，代入数据得E=0.04 V.(2)棒进入磁场后，当导体棒在bd时，切割磁感线的有效长度最长，为L，此时回路中有最大电动势及电流E1=BLv，I1==.故进入磁场后最大安培力为F1=BI1L=.代入数据得F1=0.04 N，故运动过程中所受的最大安培力为0.04 N.棒通过三角形区域abd时，切割磁感线的导体棒的长度为L′L′=2×v(t－1)=2(t－1)，E2=BL′v.故回路中的电流i== A=t－1(A)(1 s≤t≤1.2 s)．