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- 2021-05-24 发布
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2020届一轮复习人教版 法拉第电磁感应定律 作业
一、选择题
1.穿过一个单匝闭合线圈的磁通量始终为每秒均匀增加2 Wb,则( )
A.线圈中感应电动势每秒增加2 V
B.线圈中感应电动势每秒减少2 V
C.线圈中感应电动势始终为2 V
D.线圈中感应电动势始终为一个确定值,但由于线圈有电阻,电动势小于2 V
答案 C
解析 由E=n知:恒定,n=1,所以E=2 V。
2.一单匝矩形线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场方向垂直。先保持线框的面积不变,将磁感应强度在1 s时间内均匀地增大到原来的两倍。接着保持增大后的磁感应强度不变,在1 s时间内,再将线框的面积均匀地减小到原来的一半。先后两个过程中,线框中感应电动势的比值为( )
A. B.1
C.2 D.4
答案 B
解析 根据法拉第电磁感应定律E==,设初始时刻磁感应强度为B0,线框面积为S0,则第一种情况下的感应电动势为E1===B0S0;第二种情况下的感应电动势为E2===B0S0,所以两种情况下线框中的感应电动势相等,比值为1,故选项B正确。
3.一个由电阻均匀的导线绕制成的闭合线圈放在匀强磁场中,如图所示,线圈平面与磁场方向成60°角,磁感应强度随时间均匀变化,用下列哪种方法可使感应电流增加一倍( )
A.把线圈匝数增加一倍
B.把线圈面积增加一倍
C.把线圈半径增加一倍
D.改变线圈与磁场方向的夹角
答案 C
解析 设导线的电阻率为ρ,横截面积为S,线圈的半径为r,则I====··sinθ。可见将r增加一倍,I增加一倍,将线圈与磁场方向的夹角改变时,sinθ不能变为原来的2倍(因sinθ最大值为1),若将线圈的面积增加一倍,半径r增加到原来的倍,电流也增加到原来的倍,I与线圈匝数无关。
4.如图所示,电容器C两端接有单匝圆形线圈,线圈内存在垂直于纸圈平面向里的匀强磁场。已知圆形线圈的半径r=5 cm,电容C=20 μF,当磁场的磁感应强度以4×10-2 T/s的变化率均匀增大时,则( )
A.电容器a极板带正电,电荷量为2π×10-9 C
B.电容器a极板带负电,电荷量为2π×10-9 C
C.电容器a极板带正电,电荷量为4π×10-9 C
D.电容器a极板带负电,电荷量为4π×10-9 C
答案 A
解析 当线圈内的磁感应强度增大时,磁通量增大,根据楞次定律可判断出a极板电势高带正电;线圈中产生的感应电动势E===π×10-4 V,电容器所带电荷量Q=CE=2π×10-9 C,选项A正确。
5.如图所示,竖直向下的匀强磁场中,将一水平放置的金属棒ab以水平的初速度v0抛出,设在整个过程中棒的取向不变且不计空气阻力,则在金属棒运动过程中产生的感应电动势大小变化情况是( )
A.越来越大 B.越来越小
C.保持不变 D.无法判断
答案 C
解析 金属棒切割磁感线的有效速度是与磁感应强度B垂直的那个分速度,由于金属棒切割磁感线的水平分速度不变,故感应电动势不变。
6.如图所示,粗细均匀的、电阻为r的金属圆环,放在图示的匀强磁场中,磁感应强度为B,圆环直径为l;长为l、电阻为的金属棒ab放在圆环上,以v0向左运动,当ab棒运动到图示虚线位置时,金属棒两端的电势差为( )
A.0 B.Blv0
C. D.
答案 D
解析 按照E=Blv0求出感应电动势,所求的金属棒两端的电势差为路端电压。左右侧圆弧均为半圆,电阻均为,并联的总电阻即外电路电阻R=,金属棒的电阻等效为电源内阻r′=,故U==,选D。
7.(多选)某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下,大小为4.5×10-5 T。一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸,河宽100 m,该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过。设落潮时,海水自西向东流,流速为2 m/s。下列说法正确的是( )
A.电压表记录的电压为5 mV
B.电压表记录的电压为9 mV
C.河南岸的电势较高
D.河北岸的电势较高
答案 BD
解析 海水在落潮时自西向东流,该过程可以理解为:自西向东运动的导体在切割竖直向下的磁场。根据右手定则,北岸是正极,电势高,南岸电势低,所以C错误,D正确。根据法拉第电磁感应定律E=Blv=4.5×10-5×100×2 V=9×10-3 V,所以A错误,B正确。
8.(多选)如图所示,一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路。虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场。方向垂直于回路所在的平面。回路以速度v向右匀速进入磁场,直径CD始终与MN垂直。从D点到达边界开始到C点进入磁场为止,下列结论正确的是( )
A.感应电流方向不变
B.CD段直线始终不受安培力
C.感应电动势最大值E=Bav
D.感应电动势平均值=πBav
答案 ACD
解析 在闭合回路进入磁场的过程中,通过闭合回路的磁通量逐渐增大,根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变,A正确。根据左手定则可以判断,CD段受安培力向下,B不正确。当半圆形闭合回路进入磁场一半时,等效长度最大为a
,这时感应电动势最大为E=Bav,C正确。感应电动势平均值===πBav,D正确。
点评 一般在某一位置或某一时刻的感应电动势应用瞬时电动势公式求解。如切割磁感线情形用E=Blv,而用E=n时,应为该时刻的磁通量的变化率。求某一段时间或某一过程的电动势要用E=n,其中Δt为该段时间。
9.(多选)如图所示,一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速运动,沿着OO′观察,线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B,线圈匝数为n,边长为l,电阻为R,转动的角速度为ω。则当线圈转至图示位置时( )
A.线圈中感应电流的方向为abcda
B.线圈中的感应电流为
C.穿过线圈的磁通量为0
D.穿过线圈的磁通量的变化率为0
答案 BC
解析 图示位置bc边和ad边的瞬时切割速度均为v=ω,bc边与ad边产生的感应电动势都是E=Blv=Bl2ω,故整个线圈的感应电动势e=2×nBl2ω=nBl2ω,感应电流为,B正确;由右手定则可知线圈中的电流方向为adcba,A错误;此时磁通量为0,但磁通量变化率最大,C正确,D错误。
二、非选择题
10.如图所示,L是用绝缘导线绕制的线圈,匝数为100,由于横截面积不大,可以认为穿过各匝线圈的磁通量是相等的,设在0.5秒内把磁铁的一极插入螺线管,这段时间里穿过每匝线圈的磁通量由0增至1.5×10-5 Wb。这个过程中螺线管产生的感应电动势多大?如果线圈和电流表总电阻是3 Ω,感应电流多大?
答案 3×10-3 V 1×10-3 A
解析 由法拉第电磁感应定律得:
E=n=n=100× V=3×10-3 V
由欧姆定律可得:
I== A=1×10-3 A
11.如图所示,设匀强磁场的磁感应强度B为0.10 T,切割磁感线的导线的长度l为40 cm,线框向左匀速运动的速度v为5.0 m/s,整个线框的电阻R为0.5 Ω,试求:
(1)感应电动势的大小;
(2)感应电流的大小。
答案 (1)0.20 V (2)0.40 A
解析 (1)线框中的感应电动势
E=Blv=0.10×0.40×5.0 V=0.20 V。
(2)线框中的感应电流
I== A=0.40 A。
12.如图所示,水平放置的两平行金属导轨相距L=0.50 m,左端接一电阻R=0.20 Ω,磁感应强度B=0.40 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面向下,导体棒ac(长为L)垂直放在导轨上,并能无摩擦地沿导轨滑动,导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。当ac棒以v=4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时,求:
(1)ac棒中感应电动势的大小;
(2)回路中感应电流的大小;
(3)维持ac棒做匀速运动的水平外力的大小。
答案 (1)0.80 V (2)4.0 A (3)0.80 N
解析 (1)ac棒垂直切割磁感线,产生的感应电动势的大小为
E=Blv=0.40×0.50×4.0 V=0.80 V
(2)回路中感应电流的大小为I== A=4.0 A
由右手定则知,ac棒中的感应电流由c流向a。
(3)ac棒受到的安培力大小为F安=BIL=0.40×4.0×0.50 N=0.80 N,由左手定则知,安培力方向水平向左。由于导体棒匀速运动,水平方向受力平衡,则F外=F安=0.80 N,方向水平向右。
点评 切割磁感线的导体棒中产生感应电动势,等效于电源,导轨及电阻R上不产生感应电动势,等效于外电路,这样可将电磁感应问题等效转化为电路问题,利用闭合电路欧姆定律即可解答。