2021-2022学年高中物理-第一章-电磁感应-3-法拉第电磁感应定律课时练习教科版选修3-2.doc

2021-2022学年高中物理 第一章 电磁感应 3 法拉第电磁感应定律课时练习教科版选修3-22021-2022学年高中物理 第一章 电磁感应 3 法拉第电磁感应定律课时练习教科版选修3-2年级：姓名：- 10 -法拉第电磁感应定律 (25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)1.如图所示,光滑水平地面上竖直放置两根圆柱形铝管,其粗细、长短均相同,其中管甲无缝,管乙有一条平行于轴线的细缝,两枚略小于管内径的相同小磁铁a、b,同时从两管上端由静止释放,穿过铝管后落到地面(忽略空气阻力)。下列说法正确的是()A.a、b一定同时落地B.a、b下落过程中都是机械能守恒C.落地时,a比b的速度小D.落地时,a、b的速度相等【解析】选C。管甲无缝,管乙有一条平行于轴线的细缝,所以下落过程中a受到安培阻力,而b不受安培阻力,所以小磁铁b在管乙中下落的速度要大于a在甲管中的下落速度,故a、b一定不会同时落地,由于a克服安培力做功,所以机械能不守恒,故A、B错误;由于小磁铁b只受重力,小磁铁a受重力还受安培阻力,由于小磁铁b的加速度较大,所以落地时a比b的速度小,故C正确,D错误。故选C。2.关于法拉第电磁感应定律,下列说法正确的是()A.磁通量变化越快,感应电动势越大B.磁通量变化越大,感应电动势越大C.有感应电动势就一定会产生感应电流D.有感应电流不一定会有感应电动势【解析】选A。根据E=n可知,磁通量变化越快,感应电动势越大;磁通量变化越大,感应电动势不一定越大,选项A正确,B错误;有感应电动势,但是电路不闭合也不能产生感应电流,选项C错误;有感应电流一定有感应电动势,选项D错误。故选A。【加固训练】如图,空间中有一匀强磁场,一直金属棒与磁感应强度方向垂直,当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时,棒两端的感应电动势大小为,将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线,置于与磁感应强度相垂直的平面内,当它沿两段折线夹角平分线上以速度v运动时,棒两端的感应电动势大小为。则等于()A.B.C.1D.【解析】选B。若直金属棒的长为L,则弯成折线后,有效切割磁感线的长度为L。根据=BLv可知感应电动势的大小与有效切割磁感线的长度成正比,故=,B正确。3.如图所示,a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成,匝数均为10匝,边长la=3lb,图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀增大,不考虑线圈之间的相互影响,则()A.两线圈内产生顺时针方向的感应电流B.a、b线圈中感应电动势之比为91C.a、b线圈中感应电流之比为34D.a、b线圈中电功率之比为31【解析】选B。试题分析:根据楞次定律可知,两线圈内均产生逆时针方向的感应电流,选项A错误;因磁感应强度随时间均匀增大,则=k,根据法拉第电磁感应定律可知E=n=nl2,则=()2=,选项B正确;根据I=l,故a、b线圈中感应电流之比为31,选项C错误;电功率P=IE=nl2=l3,故a、b线圈中电功率之比为271,选项D错误;故选B。【加固训练】(多选)如图所示,矩形线框abcd的ad和bc的中点M、N之间连接一电压表,整个装置处于匀强磁场中,磁场的方向与线框平面垂直,当线框向右匀速平动时,以下说法不正确的是()A.穿过线框的磁通量不变化,MN间无感应电动势B.MN不产生电动势,所以MN间无电势差C.MN间有电势差,所以电压表有示数D.因为无电流通过电压表,所以电压表无示数【解析】选A、B、C。穿过线框的磁通量不变化,所以无感应电流,因此电压表无示数,C错误,D正确。MN切割磁感线,所以MN产生感应电动势,MN间有电势差,A、B错误。4.如图所示,用相同导线绕成的两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r,圆形匀强磁场B 的边缘恰好与a线圈重合,若磁场的磁感应强度均匀增大,开始时的磁感应强度不为0,则()A.任意时刻,穿过a、b两线圈的磁通量之比均为14B.a、b两线圈中产生的感应电动势之比为12C.a、b两线圈中产生的感应电流之比为21D.相同时间内a、b两线圈产生的热量之比为41【解析】选C。任意时刻,穿过a、b两线圈的磁感线条数,磁通量相等,磁通量之比为11。故A错误。根据法拉第电磁感应定律得:E=S,S=r2,则S相等,也相等,所以感应电动势相等,感应电动势之比为11,故B错误。线圈a、b的半径分别为r和2r,周长之比为12,电阻之比为12,根据欧姆定律知I=,得a、b两线圈中产生的感应电流之比为21。故C正确。根据焦耳定律得 Q=t,得相同时间内a、b两线圈产生的热量之比为21,故D错误。故选C。5.如图所示,面积为0.2 m2的100匝线圈处在匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面。已知磁感应强度随时间变化的规律是B=(2+0.2t)(T),定值电阻R1=6 ,线圈电阻R2=4 ,则a、b两点间电压U为()A.2.4 VB.0.024 VC.4 VD.1.6 V【解析】选A。磁感应强度随时间变化的规律为B=(2+0.2t)T,所以=0.2 T/s则E=nS=1000.20.2 V=4 V电路的总电流为I,则有I= A=0.4 AU=IR1=0.46 V=2.4 V,故选A。6.如图所示,在水平桌面上放着一个10匝的矩形线圈,线圈中心上方某处有一竖立的条形磁体,此时线圈内的磁通量为0.04 Wb。在0.5 s内将条形磁体放到线圈内的桌面上,此时线圈内的磁通量为0.12 Wb,则在这个过程中线圈的感应电动势为()A.0.16 VB.0.24 VC.1.6 VD.2.4 V【解析】选C。由题意得,穿过线圈的磁通量增加量为=2-1=0.12 Wb-0.04 Wb=0.08 Wb根据法拉第电磁感应定律得E=n=10 V=1.6 V故A、B、D错误,C正确。故选C。二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)7.(12分)(2019眉山高二检测)一个300匝的线圈,穿过它的磁通量在0.03 s内由610-2 Wb均匀地增大到910-2 Wb。其内阻为10 ,当接在990 的热水器上,产生的电流为多少?【解析】由法拉第电磁感应定律可求电动势大小,再由欧姆定律可求电流。感应电动势:E=n=300 V=300 V电流:I= A=0.3 A。答案:0.3 A8.(12分)如图甲所示,均匀的金属圆环环面积S1=0.8 m2,总电阻R=0.2 ;与环同心的圆形区域内有垂直于环平面的匀强磁场,匀强磁场区域的面积S2=0.4 m2,当磁场的磁感应强度B按图乙所示规律变化时,求:(1)环消耗的电功率P;(2)在13 s内,通过环的某横截面的电量q。【解析】(1)环中的感应电动势:E=S2=0.150.4 V=0.06 V环中的感应电流:I= A=0.3 A环消耗的电功率:P=I2R=0.320.2 W=1.810-2 W(2)在13 s内,通过环的横截面的电量:q=It=0.32 C=0.6 C答案:(1)1.810-2 W(2)0.6 C【加固训练】如图所示,一个电阻值为R、匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路,线圈的半径为r1。在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示。图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0。导线的电阻不计。求0至t1时间内,(1)通过电阻R1上的电流大小。(2)通过电阻R1上的电量q及电阻R1上产生的热量。【解析】(1)由法拉第电磁感应定律可知E=n=nS=n=通过R1的电流I=(2)通过R1的电量q=It1=R1产生的热量Q=I2R1t1=()22Rt1=答案:(1)(2)【总结提升】E=n和E=Blv的联系(1)公式E=n和E=Blv是统一的,当t0时,E为瞬时感应电动势,只是由于高中数学知识所限,现在还不能这样求瞬时感应电动势,而公式E=Blv中的v若代入,则求出的E为平均感应电动势。(2)求解某一过程(或某一段时间)内的感应电动势、平均电流、通过导体横截面的电荷量等问题,应选用E=n。而感应电荷量q=t=t=。(3)求解某一时刻(或某一位置)的感应电动势,计算瞬间电流、电功率及其某段时间内的电功、电热等问题,应选用E=Blv。(15分钟40分)9.(7分)如图所示,两根相距l的平行直导轨ab、cd,b、d间连有一定值电阻R,导轨电阻可忽略不计。MN为放在ab和cd上的一导体杆,与ab垂直,其电阻也为R。整个装置处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,磁场方向垂直于导轨所在平面(指向图中纸面内)。现对MN施力使它沿导轨方向以速度v(如图)做匀速运动。令U表示MN两端电压的大小,则()A.U=Blv,流过定值电阻R的感应电流由b到dB.U=Blv,流过定值电阻R的感应电流由d到bC.U=Blv,流过定值电阻R的感应电流由b到dD.U=Blv,流过定值电阻R的感应电流由d到b【解析】选A。试题分析:当MN匀速运动时,MN相当于电源。由右手定则判断电流的方向。再根据闭合电路欧姆定律求出MN两端电压的大小。当MN沿导轨方向以速度v匀速运动时,由法拉第电磁感应定律得:E=BLv,由闭合电路欧姆定律可得:MN两端电压大小为U=R=BLv,由右手定则可知流过定值电阻R的感应电流由b到d。故选A。10.(7分)粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,其边界与正方形线框的边平行。现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场,如图所示,则在移出过程中线框的一边a、b两点间电势差绝对值最大的是()【解析】选B。将线框等效成直流电路,设线框每条边的电阻为r,A、B、C、D对应的等效电路图分别如图甲、乙、丙、丁所示,故B正确。11.(7分)如图所示,两个相互连接的金属环,已知大环电阻是小环电阻的;当通过大环的磁通量变化率为时,大环的路端电压为U,当通过小环的磁通量的变化率为时,小环的路端电压为(两环磁通量的变化不同时发生)()A.UB.C.4UD.【解析】选B。设大环电阻是R,则小环电阻是4R。当通过大环的磁通量变化率为时,大环的路端电压U=E=E=当通过小环的磁通量的变化率为时,小环的路端电压U=E=E=故B正确,A、C、D错误。故选B。12.(19分)如图,水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻,质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上,t=0时,金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动,t0时刻,金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为。重力加速度大小为g。求:(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小。(2)电阻的阻值。【解析】(1) 由题意可知0t0时间内受力分析如图甲所示F合=F-ff=mg物体做匀加速直线运动F合=ma物体匀加速进入磁场瞬间的速度为v,则v=at0由法拉第电磁感应定律可知E=Blv由可得E=(F-mg)(2)金属杆在磁场中的受力分析如图乙所示由杆在磁场中做匀速直线运动可知F-F安-f=0f=mg由安培力可知F安=BIl由欧姆定律可知I=由可知R=答案:(1)(F-mg)(2)