【物理】2020届一轮复习人教版 法拉第电磁感应定律 课时作业 8页

2020 届一轮复习人教版 法拉第电磁感应定律 课时作业 A 组 1．(多选)如图所示电路中，电源电动势为 E(内阻不可忽略)，线圈 L 的电阻不计．以下判断正确的是 (BC) A．闭合 S 稳定后，电容器两端电压为 E B．闭合 S 稳定后，电容器的 a 极板带负电 C．断开 S 的瞬间，通过 R1 的电流方向向右 D．断开 S 的瞬间，通过 R2 的电流方向向右 【解析】闭合 S 稳定后，L 相当于一段导线，R1 被短路，所以 C 两端的电压等于 R2 两端的电压，故 A 错误；由图知 b 板带正电，故 B 正确；断开 S 的瞬间，L 相当于电源，与 R1 组成回路，R1 中电流方向自左 向右，故 C 正确；断开 S 的瞬间，电容器放电，R2 中电流向左；故 D 错误． 2．(多选)将一铜圆盘置入如图所示的不同磁场中，磁感线和盘面垂直，若给盘一初始角速度使其绕 过圆心垂直于纸面的轴转动，不计摩擦和空气阻力，圆盘能停下来的是(ABD) 【解析】将圆盘看成过圆心的若干个导体棒，当圆盘转动时，等效成切割磁感应线，从而产生感应电 流，受到安培力作用．因磁场的不均匀，导致等效棒产生的感应电动势不能相互抵消，从而出现感应电流， 受到安培力作用，则圆盘最终会停止，故 A 正确；因磁场的不均匀，且只有一半，从而出现感应电流，受 到安培力作用，则圆盘最终会停止，故 B 正确；因磁场均匀，那么圆盘中没有感应电流，不会受到安培力 的作用，则圆盘不会停止，故 C 错误；虽磁场均匀，但只有一半，因此圆盘中出现感应电流，受到安培力 作用，则圆盘最终会停止，故 D 正确． 3．(多选)如图甲所示，水平面上的平行导轨 MN、PQ 上放着两根光滑的导体棒 ab、cd，两棒间用绝缘 丝线系住．已知平行导轨 MN、PQ 间距为 L1，导体棒 ab、cd 间距为 L2，导轨电阻可忽略，每根导体棒在导 轨之间的电阻为 R.开始时匀强磁场垂直纸面向里，磁感强度 B 随时间 t 的变化如图乙所示．则以下说法正 确的是(CD) A．在 0～t0 时间内回路电流方向是 abdca B．在 t0 时刻回路中产生的感应电动势 E＝B0L1 t0 C．在 0～t0 时间内导体棒中电流为B0L1L2 2Rt0 D．在t0 2 时刻绝缘丝线所受拉力为B2 0L2 1L2 4Rt0 【解析】0～t0 时间内磁感应强度减小，根据楞次定律，回路内产生的感应电流方向为顺时针方向，即 电流方向是 acdba，故 A 错误；由图乙可知，磁感应强度的变化率：|ΔB Δt|＝B0 t0 ，回路面积 S＝L1L2，在 t0 时刻回路中产生的感应电动势：E＝|ΔB Δt|S＝B0 t0 L1L2，故 B 错误；0～t0 时间内回路中产生的感应电流大 小：I＝ E 2R ＝B0L1L2 2Rt0 ，故 C 正确；在t0 2 时刻绝缘丝线所受拉力为 B0 2 IL1＝B2 0L2 1L2 4Rt0 ，故 D 正确． 4．(多选)图甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有磁铁与飞轮不接触， 人用力蹬车带动飞轮旋转时，需要克服磁铁对飞轮产生的阻碍，通过调节旋钮拉线可以实现不同强度的健 身需求(当拉紧旋钮拉线时可以减小磁铁与飞轮间的距离)，下列说法正确的是(AD) A．飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力 B．人蹬车频率一定时，拉紧旋钮拉线，飞轮受到的阻力越小 C．控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，受到的阻力越小 D．控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，内部的涡流越强 【解析】飞轮在磁场中做切割磁感线的运动，会产生感应电动势和感应电流，根据楞次定律可知，磁 场会对运动的飞轮产生阻力，以阻碍飞轮与磁场之间的相对运动，所以飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对 它的安培力，故 A 正确；拉紧旋钮拉线，磁铁越靠近飞轮，飞轮所在处的磁感应强度越强，所以在飞轮转 速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大；飞轮受到的阻力越大，故 B 错误； 控制旋钮拉线不动时，则有磁铁和飞轮间的距离一定，飞轮转速越大，根据法拉第电磁感应定律可知，飞 轮上产生的感应电动势和感应电流越大，飞轮受到的阻力越大，内部的涡流越强，故 D 正确，C 错误． 5．图中 L 是绕在铁芯上的线圈，它与电阻 R、R0、开关和电池 E 可构成闭合回路．线圈上的箭头表示 线圈中电流的正方向，当电流的流向与箭头所示的方向相同时电流为正．开关 S1 和 S2 都处于断开状态．设 在 t＝0 时刻，接通开关 S1，经过一段时间，在 t＝t1 时刻，再接通开关 S2，则能较正确地表示 L 中的电流 I 随时间 t 的变化的图线是(A) 【解析】在 t＝0 时刻，接通开关 S1，通过线圈的电流从无到有增大，线圈中产生自感电动势，阻碍 电流增大，使得线圈中电流只能逐渐增大，而方向不变，仍为正方向．当电流稳定后，线圈中不产生自感 电动势，电流一定．在 t＝t1 时刻，再接通开关 S2，线圈和 R 被短路，线圈中电流将要减小，由于自感电 动势的阻碍，使得线圈中电流只能逐渐减小到零，根据楞次定律，电流方向与原来方向相同，仍为正方向．故 选 A. 6．(多选)如图所示，在垂直纸面向里，磁感应强度为 B 的匀强磁场区域中有一个均匀导线制成的单 匝直角三角形线框．现用外力使线框以恒定的速度 v 沿垂直磁场方向向右运动，运动中线框的 AB 边始终 与磁场右边界平行．已知 AB＝BC＝l，线框导线的总电阻为 R.则线框离开磁场的过程中(AB) A．线框中的电动势随时间均匀增大 B．通过线框截面的电荷量为Bl2 2R C．线框所受外力的最大值为 2B2l2v R D．线框中的热功率与时间成正比 【解析】三角形线框向外匀速运动的过程中，由于有效切割磁感线的长度 l′＝vt，所以线框中感应 电动势的大小 E＝Bl′v＝Bv2t，故选项 A 正确；线框离开磁场的运动过程中，通过线圈的电荷量 Q＝It＝ΔΦ ΔtR ×Δt＝Bl2 2R ，选项 B 正确；当线框恰好刚要完全离开磁场时，线框有效切割磁感线的长度最大，则 F＝BIl ＝B2l2v R ，选项 C 错误；线框的热功率为 P＝Fv＝BIvt×v＝B2v4t2 R ，选项 D 错误． 7．如图所示，铜线圈水平固定在铁架台上，铜线圈的两端连接在电流传感器上，传感器与数据采集 器相连，采集的数据可通过计算机处理，从而得到铜线圈中的电流随时间变化的图线．利用该装置探究条 形磁铁从距铜线圈上端某一高度处由静止释放后，沿铜线圈轴线竖直向下穿过铜线圈的过程中产生的电磁 感应现象．两次实验中分别得到了如图甲、乙所示的电流－时间图线．条形磁铁在竖直下落过程中始终保 持直立姿态，且所受空气阻力可忽略不计．则下列说法中正确的是(C) A．若两次实验条形磁铁距铜线圈上端的高度不同，其他实验条件均相同，则甲图条形磁铁距铜线圈 上端的高度大于乙图条形磁铁距铜线圈上端的高度 B．若两次实验条形磁铁的磁性强弱不同，其他实验条件均相同，则甲图条形磁铁的磁性比乙图条形 磁铁的磁性强 C．甲图条形磁铁穿过铜线圈的过程中损失的机械能小于乙图条形磁铁穿过铜线圈的过程中损失的机 械能 D．两次实验条形磁铁穿过铜线圈的过程中所受的磁场力都是先向上后向下 【解析】对比图甲和图乙可知，甲中的感应电流小于乙中的，则可知甲图中条形磁铁到达线圈的速度 比乙图中的小，则下落的高度比乙中的小，故 A 错；如果高度相同，故到达的速度相同，则甲中的磁性较 弱，故 B 错；由于两个过程中都有感应电流，要产生焦耳热，则必然有机械能的损耗，感应电流大些，则 损耗的机械能相应就大，故 C 正确；由楞次定律可得，两个过程中所受的安培力均是向上的，则 D 错． B 组 8．(多选)如图所示，在半径为 R 的半圆形区域内，有磁感应强度为 B 的垂直纸面向里的有界匀强磁 场，PQM 为圆内接三角形，且 PM 为圆的直径，三角形的各边由材料相同的细软弹性导线组成(不考虑导线 中电流间的相互作用)．设线圈的总电阻为 r 且不随形状改变，此时∠PMQ＝37°(取 sin 37°＝0.6)，下 列说法正确的是(AD) A．穿过线圈 PQM 中的磁通量大小为Φ＝0.96BR2 B．若磁场方向不变，只改变磁感应强度 B 的大小，且 B＝B0＋kt，则此时线圈中产生的感应电流大小 为 I＝0.48kR2 r C．保持 P、M 两点位置不变，将 Q 点沿圆弧顺时针移动到接近 M 点的过程中，线圈中有感应电流且电 流方向不变 D．保持 P、M 两点位置不变，将 Q 点沿圆弧顺时针移动到接近 M 点的过程中，线圈中会产生焦耳热 【解析】穿过线圈 PQM 中的磁通量大小为Φ＝B·S＝B×1 2 ×2Rcos 37°×2Rsin 37°＝0.96BR2，故 A 正确．由 B＝B0＋kt 得，ΔB Δt ＝k，根据法拉第电磁感应定律得：感应电动势 E＝ΔB Δt S＝0.96kR2，线圈中产 生的感应电流大小为 I＝E r ＝0.96kR2 r ，故 B 错误．保持 P、M 两点位置不变，将 Q 点沿圆弧顺时针移动到接 近 M 点的过程中，△PQM 的面积先增大后减小，将产生感应电流，根据楞次定律可知，感应电流方向先沿 逆时针方向后沿顺时针方向，而且产生焦耳热，故 C 错误，D 正确． 9．(多选)在如下甲、乙、丙三图中，除导体棒 ab 可动外，其余部分均固定不动，甲图中的电容器 C 原来不带电，丙图中的直流电源电动势为 E，除电阻 R 外，导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，导 体棒和导轨间的摩擦也不计．图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面(即纸面)向下的匀强磁场 中，导轨足够长．今给导体棒 ab 一个向右相同的初速度 v0，以下说法正确的是(CD) A．在导体棒刚开始运动时，甲、乙、丙三种情况中通过电阻 R 的电流相同 B．三种情形下导体棒 ab 最终都将静止 C．最终只有乙中导体棒 ab 静止，甲、丙中导体棒 ab 都将做匀速直线运动 D．在导体棒 ab 运动的全部过程中，三个电阻 R 产生的热量大小是 Q 甲＜Q 乙＜Q 丙 【解析】导体棒刚开始运动时，导体棒产生的感应电动势为 E′＝BLv0，乙中，感应电流为 I＝E′ R ＝BLv0 R ； 丙图中，感应电动势与电池的电动势方向相同，感应电流为 I＝E＋E′ R ＝E＋BLv0 R ，故 A 错误．图甲中，导 体棒向右运动切割磁感线产生感应电流而使电容器充电，当电容器 C 极板间电压与导体棒产生的感应电动 势相等时，电路中没有电流，ab 棒不受安培力，向右做匀速运动；图乙中，导体棒向右运动切割磁感线产 生感应电流，通过电阻 R 转化为内能，ab 棒速度减小，当 ab 棒的动能全部转化为内能时，ab 棒静止；图 丙中，导体棒先受到向左的安培力作用向右做减速运动，速度减为零后再在安培力作用下向左做加速运动， 当导体棒产生的感应电动势与电源的电动势相等时，电路中没有电流，ab 棒向左做匀速运动，故 B 错误， C 正确．甲中棒的部分动能转化为内能，乙图过程中，棒的动能全部转化为内能；丙图中，从开始到 ab 棒 速度为 0 的过程中电源的电能和棒的动能转化为内能之后，向左加速的过程中还要产生一部分内能，故有 Q 甲＜Q 乙＜Q 丙，故选 C、D. 10．如图甲，闭合金属线框从一定高度自由下落进入匀强磁场区，从 bc 边开始进入磁场区到 ad 边刚 进入磁场区这段时间内，线框运动速度图象不可能是如图乙中(B) 【解析】闭合线框从一定高度自由下落，当 bc 边刚进入磁场时，有三种可能性： (1)若 mg＝F 安，这时线框匀速进入磁场，A 有可能； (2)若 mg＜F 安，这时线框加速度越来越小变减速进入磁场，D 有可能； (3)mg＞F 安，线框加速度越来越小的变加速进入磁场，C 有可能，在线框进入磁场后，若速度变化， 则产生的感应电流也变化，切割边受到的安培力变化，线框的加速度随时变化，不可能恒定，B 不可能． 11．如图所示，在一个磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一弯成 45°角的金属导轨，且导轨平面垂直 磁场方向．一导线 MN 以速度 v 从导轨的 O 点处开始，与导轨电接触良好且无摩擦地匀速水平向右运动， 若导线单位长度的电阻为 r. (1)写出回路中感应电动势的表达式； (2)感应电流的大小如何？ (3)写出作用在导线 MN 上的外力瞬时值的表达式． 【解析】时刻 t 导线在回路中的有效长度为 L＝vttan 45°＝vt (1)E＝BLv＝Bv2t (2)因回路中的总电阻为 R＝r(vt＋vttan 45°＋ vt cos 45° )＝(2＋ 2)rvt I＝E R ＝ Bv （2＋ 2）r . (3)F＝BIL＝B Bv （2＋ 2）r vt＝ B2v2t （2＋ 2）r . 12．如图(1)所示的螺线管，匝数 n＝1 500 匝，横截面积 S＝20 cm2，总电阻 r＝1.5 Ω，与螺线管串 联的外电阻 R1＝3.5 Ω，R2＝25 Ω，方向向右，穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度按图(2)所示的规律 变化，试计算电阻 R2 的电功率和 a、b 两点的电势(设接地点的电势为零)． 【解析】∵螺线管的感应电动势 E＝nSΔB Δt ⇒E＝1 500×20×10－4×6－2 2 V＝6 V. ∴流过电阻的电流为 I＝ E R＋r ＝ 6 28.5＋1.5 A＝0.2 A，方向由 a 经电阻流向 b. 电阻 R2 的电功率 P2＝I2R2＝1 W. a 点电势φa＝IR1＝0.7 V；b 点电势φb＝－IR2＝－5 V．(b 点电势比接地点低)