2020高考物理一輪總復習 課時沖關三十六 法拉第電磁感應定律 自感和渦流（含解析）新人教版

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1、法拉第電磁感應定律　 自感和渦流 [A級－基礎練] 1．如圖，空間有一勻強磁場，一直金屬棒與磁感應強度方向垂直，當它以速度v沿與棒和磁感應強度都垂直的方向運動時，棒兩端的感應電動勢大小為E，將此棒彎成兩段長度相等且相互垂直的折線，置于與磁感應強度相垂直的平面內(nèi)，當它沿兩段折線夾角平分線的方向以速度v運動時，棒兩端的感應電動勢大小為E′.則等于(　　) A.　　　　　　　　　 B. C．1 D. 解析：B　[若直金屬棒的長為L，則彎成折線后，有效切割長度為L.根據(jù)E＝BLv可知感應電動勢的大小與有效切割長度成正比，故＝，B正確．] 2．如圖所示為高頻電磁爐的工作示意圖，它是采

2、用電磁感應原理產(chǎn)生渦流加熱的，它利用變化的電流通過線圈產(chǎn)生變化的磁場，當變化的磁場通過含鐵質(zhì)鍋的底部時，即會產(chǎn)生無數(shù)小渦流，使鍋體本身自行高速升溫，然后再加熱鍋內(nèi)食物．電磁爐工作時產(chǎn)生的電磁波，完全被線圈底部的屏蔽層和頂板上的含鐵質(zhì)鍋吸收，不會泄漏，對人體健康無危害．關于電磁爐，以下說法中正確的是(　　) A．電磁爐是利用變化的磁場在食物中產(chǎn)生渦流對食物加熱的 B．電磁爐是利用變化的磁場產(chǎn)生渦流，使含鐵質(zhì)鍋底迅速升溫，進而對鍋內(nèi)食物加熱的 C．電磁爐是利用變化的磁場使食物中的極性水分子振動和旋轉來對食物加熱的 D．電磁爐跟電爐一樣是讓電流通過電阻絲產(chǎn)生熱量來對食物加熱的 解析：B

3、　[電磁爐的工作原理是利用變化的電流通過線圈產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場通過含鐵質(zhì)鍋的底部產(chǎn)生無數(shù)小渦流，使鍋體溫度升高后加熱食物，故選項A、D錯誤，B正確；而選項C是微波爐的加熱原理，C錯誤．] 3．(多選)如圖所示，閉合金屬導線框放置在豎直向上的勻強磁場中，勻強磁場的磁感應強度隨時間變化．下列說法正確的是(　　 ) A．當磁感應強度增加時，線框中的感應電流可能減小 B．當磁感應強度增加時，線框中的感應電流一定增大 C．當磁感應強度減小時，線框中的感應電流一定增大 D．當磁感應強度減小時，線框中的感應電流可能不變 解析：AD　[線框中的感應電動勢為E＝S，設線框的電阻為R，則線

4、框中的電流I＝＝·，因為B增大或減小時，可能減小，也可能增大，也可能不變．線框中的感應電動勢的大小只和磁通量的變化率有關，和磁通量的變化量無關，故選項A、D正確．] 4．在如圖所示電路中，L為電阻很小的線圈，G1和G2為零點在表盤中央的相同的電流表．開始時開關S閉合，電流表G1指針偏向右方，現(xiàn)將開關S斷開，則將出現(xiàn)的現(xiàn)象是(　　) A．G1和G2指針都立即回到零點 B．G1指針立即回到零點，而G2指針緩慢地回到零點 C．G1指針緩慢回到零點，而G2指針先立即偏向右方，然后緩慢地回到零點 D．G1指針立即偏向左方，然后緩慢地回到零點，而G2指針緩慢地回到零點 解析：D　[當開關斷

5、開時，通過線圈的電流變小，導致線圈中產(chǎn)生瞬時感應電動勢，阻礙電流的變小，所以使得G2的指針緩慢地回到零點，而流過G1的電流的方向與開始時電流的方向相反，所以指針先立即偏向左方，然后緩慢地回到零點．故A、B、C錯誤，D正確．] 5．(2018·全國卷Ⅲ)(多選)如圖(a)所示，在同一平面內(nèi)固定有一長直導線PQ和一導線框R，R在PQ的右側．導線PQ中通有正弦交流電i，i的變化如圖(b)所示，規(guī)定從Q到P為電流正方向．導線框R中的感應電動勢(　　) A．在t＝時為零 B．在t＝時改變方向 C．在t＝時最大，且沿順時針方向 D．在t＝T時最大，且沿順時針方向 解析：AC　[在t＝時，P

6、Q中的電流變化率為0，則R中的磁通量變化率為0，在R中不產(chǎn)生感應電動勢，故A正確；t＝時，PQ中的電流由正方向減小到0，再向負方向上增加，且變化率最大，則R中的磁通量變化率最大，感應電動勢最大．由楞次定律可得，R中感應磁場方向垂直紙面向里．同理，t＝T時，R中感應磁場方向垂直紙面向外，故t＝時感應電動勢為順時針，t＝T時感應電動勢為逆時針，故C項正確，B、D項錯誤．] 6．(2017·江蘇卷)如圖所示，兩條相距d的平行金屬導軌位于同一水平面內(nèi)，其右端接一阻值為R的電阻．質(zhì)量為m的金屬桿靜置在導軌上，其左側的矩形勻強磁場區(qū)域MNPQ的磁感應強度大小為B、方向豎直向下．當該磁場區(qū)域以速度v0勻速

7、地向右掃過金屬桿后，金屬桿的速度變?yōu)関.導軌和金屬桿的電阻不計，導軌光滑且足夠長，桿在運動過程中始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸．求： (1)MN剛掃過金屬桿時，桿中感應電流的大小I； (2)MN剛掃過金屬桿時，桿的加速度大小a； (3)PQ剛要離開金屬桿時，感應電流的功率P. 解析：(1)感應電動勢E＝Bdv0，感應電流I＝ 解得I＝. (2)安培力F＝BId，牛頓第二定律F＝ma 解得a＝. (3)金屬桿切割磁感線的速度v′＝v0－v，則 感應電動勢E＝Bd(v0－v)， 電功率P＝，解得P＝. 答案：(1)　(2) (3) [B級－能力練] 7．如圖

8、所示，勻強磁場中有一由半圓弧及其直徑構成的導線框，半圓直徑與磁場邊緣重合；磁場方向垂直于半圓面(紙面)向里，磁感應強度大小為B0.使該線框從靜止開始繞過圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度ω勻速轉動半周，在線框中產(chǎn)生感應電流．現(xiàn)使線框保持圖中所示位置，磁感應強度大小隨時間線性變化．為了產(chǎn)生與線框運動過程中同樣大小的電流，磁感應強度隨時間的變化率的大小應為(　　 ) A.　　　　　 B. C. D. 解析：C　[線框勻速轉動時產(chǎn)生的感應電動勢E1＝B0rv＝B0r＝B0ωr2.當磁感應強度大小隨時間線性變化時，產(chǎn)生的感應電動勢E2＝＝S＝πr2·，要使兩次產(chǎn)生的感應電流大小相等，必須E1

9、＝E2，即B0ωr2＝πr2·，解得＝，選項C正確，A、B、D錯誤．] 8.(2019·山東德州調(diào)研)如圖所示，長為L的金屬導線彎成一圓環(huán)，導線的兩端接在電容為C的平行板電容器上，P、Q為電容器的兩個極板，磁場方向垂直于環(huán)面向里，磁感應強度以B＝B0＋Kt(K>0)隨時間變化．t＝0時，P、Q兩極板電勢相等，兩極板間的距離遠小于環(huán)的半徑．經(jīng)時間t，電容器的P極板(　　) A．不帶電 B．所帶電荷量與t成正比 C．帶正電，電荷量是 D．帶負電，電荷量是 解析：D　[磁感應強度均勻增加，回路中產(chǎn)生的感應電動勢的方向為逆時針方向，Q板帶正電，P板帶負電，A錯誤；E＝·S＝K·πR2，

10、L＝2πR，R＝，解得E＝.電容器上的電荷量Q＝CE＝，B、C錯誤，D正確．] 9．如圖所示為感應式發(fā)電機，a、b、c、d是空間四個可用電刷與銅盤邊緣接觸的點，O1、O2是銅盤軸線導線的接線端，M、N是電流表的接線端．現(xiàn)在將銅盤轉動，能觀察到感應電流的是(　　) A．將電流表的接線端M、N分別連接a、c位置 B．將電流表的接線端M、N分別連接O1、a位置 C．將電流表的接線端M、N分別連接O1、O2位置 D．將電流表的接線端M、N分別連接c、d位置 解析：B　[當銅盤轉動時，其切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢，此時銅盤相當于電源，銅盤邊緣和中心相當于電源的兩個極，則要想觀察到感應電流，

11、M、N應分別連接電源的兩個極即可，故可知只有B項正確．] 10．(2017·全國卷Ⅱ)(多選)兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應強度方向與紙面垂直．邊長為0.1 m、總電阻為0.005 Ω的正方形導線框abcd位于紙面內(nèi)，cd邊與磁場邊界平行，如圖(a)所示．已知導線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于t＝0時刻進入磁場．線框中感應電動勢隨時間變化的圖線如圖(b)所示(感應電流的方向為順時針時，感應電動勢取正)．下列說法正確的是(　　) A．磁感應強度的大小為0.5 T B．導線框運動速度的大小為0.5 m/s C．磁感應強度的方向垂直于紙面向外 D．在t＝0.4 s至t＝0.6

12、 s這段時間內(nèi)，導線框所受的安培力大小為0.1 N 解析：BC　[導線框勻速進入磁場時速度v＝＝ m/s＝0.5 m/s，選項B正確；由E＝BLv，得B＝＝ T＝0.2 T，選項A錯誤；由右手定則可確定磁感應強度方向垂直于紙面向外，選項C正確；導線框所受安培力F＝BLI＝BL＝0.2×0.1× N＝0.04 N，選項D錯誤．] 11．如圖甲所示，導體棒MN置于水平導軌上，PQMN所圍的面積為S，PQ之間有阻值為R的電阻，不計導軌和導體棒的電阻．導軌所在區(qū)域內(nèi)存在沿豎直方向的勻強磁場，規(guī)定磁場方向豎直向上為正方向，在0～2t0時間內(nèi)磁感應強度隨時間的變化情況如圖乙所示，導體棒MN始終處于靜止

13、狀態(tài)．下列說法正確的是(　　 ) A．在0～t0和t0～2t0時間內(nèi)，導體棒受到導軌的摩擦力方向相同 B．在0～t0時間內(nèi)，通過導體棒的電流方向為N到M C．在t0～2t0時間內(nèi)，通過電阻R的電流大小為 D．在0～2t0時間內(nèi)，通過電阻R的電荷量為 解析：B　[在0～t0時間內(nèi)磁通量減小，根據(jù)楞次定律要阻礙磁通量的減小，導體棒有向右運動的趨勢，摩擦力水平向左．在t0～2t0時間內(nèi)磁通量增大，同理可判斷導體棒有向左運動的趨勢，摩擦力水平向右，選項A錯；0～t0時間內(nèi)豎直向上的磁通量減小，根據(jù)楞次定律感應電流的磁場方向豎直向上，感應電流的方向由N到M，選項B對；導體棒MN始終靜止，與

14、導軌圍成的回路面積不變，根據(jù)電磁感應定律可得感應電動勢E＝＝S，即感應電動勢與B－t圖象斜率成正比，0～t0時間內(nèi)感應電流大小I1＝＝S＝S，t0～2t0時間內(nèi)感應電流大小I2＝＝S＝S，選項C錯；在0～2t0時間內(nèi)，通過電阻R的電荷量q＝I·Δt＝·Δt＝S·Δt＝＝，選項D錯．] 12．(1)如圖甲所示，兩根足夠長的平行導軌，間距L＝0.3 m，在導軌間有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度B1＝0.5 T．一根直金屬桿MN以v＝2 m/s的速度向右勻速運動，桿MN始終與導軌垂直且接觸良好．桿MN的電阻r1＝1 Ω，導軌的電阻可忽略．求桿MN中產(chǎn)生的感應電動勢E1； (2)如圖乙所示，一

15、個匝數(shù)n＝100的圓形線圈，面積S1＝0.4 m2，電阻r2＝1 Ω.在線圈中存在面積S2＝0.3 m2垂直線圈平面(指向紙外)的勻強磁場區(qū)域，磁感應強度B2隨時間t變化的關系如圖丙所示．求圓形線圈中產(chǎn)生的感應電動勢E2； (3)將一個R＝2 Ω的電阻分別與圖甲和圖乙中的a、b端相連接，然后b端接地．試判斷以上兩種情況中，哪種情況a端的電勢較高？并求出較高的電勢φa. 解析：(1)桿MN做切割磁感線的運動，產(chǎn)生的感應電動勢 E1＝B1Lv＝0.3 V. (2)穿過圓形線圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生的感應電動勢 E2＝nS2＝4.5 V. (3)題圖甲中φa>φb＝0， 題圖乙中φa<φb＝0， 所以當電阻R與題圖甲中的導軌相連接時，a端的電勢較高． 此時通過電阻R的電流I＝ 電阻R兩端的電勢差φa－φb＝IR a端的電勢φa＝IR＝0.2 V. 答案：(1)0.3 V　(2)4.5 V　(3)與圖甲中的導軌相連接a端電勢高　φa＝0.2 V 8