2024年高考物理第一轮复习讲义：第十一章 第2讲 法拉第电磁感应定律 涡流和自感

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【A级——夯实基础】1．以下现象中属于涡流现象应用的是(　　)解析：电烤箱利用的是电流发热的原理，故A错误；监考老师手中的金属探测仪，可以探测人身是否携带通信设备(金属物品)，是通过金属物体上产生涡流而使报警器发出警告的，故B正确；工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业利用的是静电屏蔽原理，故C错误；车载充电器是电容器，故D错误。答案：B2．如图所示，abc为一金属导体，ab＝bc＝l，置于磁感应强度为B的匀强磁场中，当导体以速度v向右运动时，ac上产生的感应电动势为(　　)A．Blv　　　　　　　　 B．BlvC．Blv    D．Blv＋Blv解析：ab边不切割磁感线，bc边在竖直方向的分量可视为切割磁感线的有效长度，根据感应电动势公式得E＝Blv·sin 60°＝Blv，故A、C、D错误，B正确。答案：B3．(2022·浙江金华模拟)照片中的情景发生在某中学的创新实验室。当实验老师从液氮中取出一块“钇钡铜氧”合金并将它靠近一块永磁体时，合金块能悬浮在磁体的上方；老师又从液氮中取出一块外形相似、质量更小的铝块并将它靠近同一块永磁体时，“悬浮”却没有发生。造成这一区别的主要原因是(　　)A．“钇钡铜氧”合金在液氮温度下电阻几乎为零B．质量更小的铝块靠近永磁体时内部不会形成电流C．穿过“钇钡铜氧”合金的磁通量更大D．穿过“钇钡铜氧”合金的磁通量变化得更快解析：“钇钡铜氧”合金在液氮温度下，已经转变为超导态的超导体，电阻几乎为零，由于超导体具有完全抗磁性，所以“钇钡铜氧”合金能够悬浮在磁体的上方，故A正确；质量更小的铝块靠近永磁体的过程中，磁通量发生变化，会有电流，故B错误；“钇钡铜氧”合金在液氮温度下，已经转变为超导体，由于超导体具有完全抗磁性，其内部的总磁场强度保持为0，故C、D错误。答案：A4．(2020·天津卷改编)手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中(　　)A．送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变C．送电线圈和受电线圈通过自感现象实现能量传递D．手机和基座无导线连接，这样传递能量没有损失解析：由于送电线圈输入的是正弦式交变电流，是周期性变化的，因此产生的磁场也是周期性变化的，A正确，B错误；根据变压器原理，原、副线圈是通过互感现象实现能量传递的，因此送电线圈和受电线圈也是通过互感现象实现能量传递的，C错误；手机与机座无导线连接就能实现充电，但磁场能有一部分以电磁波辐射的形式损失掉，因此这样传递能量是有损失的，D错误。答案：A5．(2022·北京通州区模拟)课堂上，老师演示了一个有趣的电磁现象：将一铝管竖立，把一块直径比铝管内径小一些的圆柱形的强磁体从铝管上端由静止释放，强磁体在铝管中始终与管壁不接触。可以观察到，相比强磁体自由下落，强磁体在铝管中的下落会延缓许多。下课后，好奇的小明将一块较厚的泡沫塑料垫在电子秤上，再将这个铝管竖直固定在泡沫塑料上(用以消除电子秤内部铁磁性材料与磁体相互作用的影响)，如图所示，重复上述实验操作。在强磁体由静止释放至落到泡沫塑料上之前，关于强磁体的运动和受力情况，下列情况可能发生的是(　　)A．先加速下落后减速下落B．始终做加速运动，且加速度不断增大C．所受合力方向竖直向上D．所受铝管对它的作用力越来越大解析：强磁体在下落的过程中，铝管切割磁感线产生感应电流，受到磁体所给的向下安培力作用，磁体受到向上的安培力的反作用力。初始阶段，磁体的速度较小，在铝管中产生的安培力较小，磁体受到的向下重力大于向上的安培力的反作用力，于是向下做加速度减小的加速运动。如果铝管足够长，磁体的加速度减小到零，此时磁体受到的向下的重力等于向上的安培力的反作用力，之后磁体向下做匀速运动，A、B错误；由以上分析可知，如果铝管足够长，强磁体在运动过程中，所受合力方向先竖直向下后减为零，C错误；由于强磁体在铝管中运动的速度越来越大，铝管切割磁感线产生感生电流越来越大，受到磁体所给的向下安培力越来越大，铝管对强磁体的安培力的反作用力也随之越来越大，这是强磁体落到泡沫塑料上时还没有达到最大速度或者刚好达到最大速度的情况，D正确。答案：D6．如图，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动。现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速。在圆盘减速过程中，以下说法错误的是(　　)A．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高B．所加磁场越强越易使圆盘停止转动C．若所加磁场反向，圆盘将加速转动D．若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动解析：把圆盘看成沿半径方向紧密排列的“辐条”，由右手定则知，靠近圆心处电势高，A正确；所加磁场越强，感应电流越强，安培力越大，对圆盘转动的阻碍越大，B正确；如果磁场反向，由楞次定律可知，安培力仍阻碍圆盘转动，C错误；若将整个圆盘置于磁场中，则圆盘中无感应电流，圆盘将匀速转动，D正确。答案：C7．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，从t＝0时刻起，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(　　)A．0．5t0时刻，R中电流方向为由b到aB．1．5t0时刻，R中电流方向为由a到bC．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的电流解析：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、B错误；根据法拉第电磁感应定律可知0～t0时间内感应电动势是t0～2t0时间内的，故0～t0时间内R中的电流是t0～2t0时间内的，故C正确，D错误。答案：C8．如图所示，在空间正方形区域内存在一匀强磁场，磁感应强度方向水平且垂直于纸面向里。在竖直面内有一矩形金属线圈，矩形线圈的高远小于正方形的边长，矩形线圈从位置a开始下落，且刚好匀速进入匀强磁场。若线圈下边刚通过水平面b(磁场上边界)、c(位于磁场中部)和d(磁场下边界)时，线圈所受到的磁场力的大小分别为Fb、Fc和Fd，则(　　)A．Fc>Fb   B．Fb>FdC．Fc>Fd    D．Fc<Fd解析：金属线圈进入与离开磁场的过程中，产生感应电流，线圈受到向上的安培力，根据F＝IlB，E＝Blv可知线圈受到的安培力与速度成正比。在线圈完全进入磁场的过程中，磁通量的变化量为零，回路中没有感应电流，线圈不受安培力，故Fc＝0，且线圈加速运动，通过水平面d时的速度大于通过b时的速度，则Fd>Fb，所以D正确，A、B、C错误。答案：D【B级——能力提升】9．(2022·山东昌乐二中期末)如图所示，等边三角形导体框abc边长为l，bd⊥ac，导线框绕轴bd以角速度ω匀速转动，导体框所在空间有竖直向上磁感应强度为B的匀强磁场。下列说法正确的是(　　)A．导体框中无感应电流B．导体框中产生正弦交变电流C．a、d两点间电势差为0D．a、d两点间电势差大小为Bl2ω解析：导体框绕bd转动过程中，穿过线圈的磁通量总是零，故无感应电流产生，A正确，B错误；a、d两点间电势差大小Uad＝Bω()2＝Bωl2，C、D错误。答案：A10．光滑金属导轨宽L＝0．5 m，电阻不计，均匀变化的磁场充满整个轨道平面，如图甲所示，磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图乙所示。金属棒ab的电阻为2 Ω，垂直固定在导轨上静止不动，且与导轨左端距离l＝0．2 m，则(　　)A．1 s末回路中的电动势为0．1 VB．1 s末回路中的电流为0．5 AC．2 s内回路产生的电热为0．1 JD．2 s末ab所受安培力大小为0．5 N解析：由题图乙知＝1 T/s，由法拉第电磁感应定律得感应电动势E＝＝＝0．1 V，故A正确；回路中的感应电流I＝＝0．05 A，故B错误；2 s内回路产生的电热Q＝I2Rt＝0．052×2×2 J＝0．01 J，故C错误；2 s末，B＝2 T，ab所受的安培力F＝BIL＝2×0．05×0．5 N＝0．05 N，故D错误。答案：A11．如图所示，MN、PQ是两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨，导轨间距为d，导轨所在平面与水平面成θ角，M、P间接阻值为R的电阻。匀强磁场的方向与导轨所在平面垂直，磁感应强度大小为B。质量为m、阻值为r、长度为d的金属棒放在两导轨上，在平行于导轨的拉力作用下，以速度v匀速向上运动。已知金属棒与导轨始终垂直并且保持良好接触，重力加速度为g。求：(1)金属棒产生的感应电动势E；(2)通过电阻R的电流I；(3)拉力F的大小。解析：(1)根据法拉第电磁感应定律得E＝Bdv。(2)根据闭合电路欧姆定律得I＝＝。(3)导体棒的受力情况如图所示，根据牛顿第二定律有F－F安－mg sin θ＝0，又因为F安＝BId＝，所以F＝mg sin θ＋。答案：(1)Bdv　(2)　(3)mg sin θ＋12．如图甲所示，两根足够长的水平放置的平行的光滑金属导轨电阻不计，间距为L，导轨间接有阻值为R的定值电阻。PQ右侧区域处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B；PQ左侧区域两导轨间有一面积为S的圆形磁场区，该区域内磁感应强度随时间变化的图像如图乙所示，取垂直纸面向外为正方向，图像中B0和t0都为已知量。一根电阻为r、质量为m的导体棒置于导轨上，0～t0时间内导体棒在水平外力作用下处于静止状态，t0时刻立即撤掉外力，同时给导体棒瞬时冲量，此后导体棒向右做匀速直线运动，且始终与导轨保持良好接触。求：(1)0～t0时间内导体棒ab所受水平外力的大小及方向；(2)t0时刻给导体棒的瞬时冲量的大小。解析：(1)由法拉第电磁感应定律得E1＝＝＝所以此时回路中的电流I＝＝根据右手螺旋定则知电流方向为a到b因为导体棒在水平外力作用下处于静止状态，故外力等于此时的安培力，即F＝F安＝BIL＝由左手定则知安培力方向向右，故水平外力方向向左。(2)导体棒做匀速直线运动，切割磁感线产生的电动势E2＝BLv由题意知E1＝E2所以联立解得v＝所以根据动量定理知t0时刻给导体棒的瞬时冲量的大小I＝mv－0＝。答案：(1)　水平向左　(2)