2.2 法拉第电磁感应定律
一、单项选择题(共9小题;共36分)
1. 法拉第电磁感应定律可以这样表述:闭合电路中感应电动势的大小
A. 跟穿过这一闭合电路的磁通量成正比
B. 跟穿过这一闭合电路的磁感应强度成正比
C. 跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化率成正比
D. 跟发生磁通量的变化所用的时间成反比
2. 下列说法正确的是
A. 线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大
B. 线圈中的磁通量越大,线圈中产生的感应电动势一定越大
C. 线圈处在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大
D. 线圈中磁通量变化得越快,线圈中产生的感应电动势越大
3. 穿过闭合回路的磁通量 随时间 变化的图象分别如图 所示,下列关于回路中产生的感应电动势的论述,正确的是
A. 图 中,回路产生的感应电动势恒定不变
B. 图 中,回路产生的感应电动势一直在变大
C. 图 中,回路在 时间内产生的感应电动势小于在 时间内产生的感应电动势
D. 图 中,回路产生的感应电动势先变小再变大
4. 如图所示,在光滑的水平桌面上, 和 是两条固定的平行长直导线,通过的电流强度相等。矩形线框位于两条导线的正中间,当线圈中通有顺时针方向的电流时,线圈在 、 产生的磁场作用下向 导线靠近。由此可以判断 、 的电流方向是
A. 、 均向左 B. 、 均向右 C. 向左, 向右 D. 向右, 向左
5. 如图所示,一闭合圆形线圈放在匀强磁场中,线圈的轴线与磁场方向成 角,磁感应强度随时间均匀变化。在下列方法中能使线圈中感应电流增加一倍的是
A. 把线圈匝数增大一倍 B. 把线圈面积增大一倍
C. 把线圈半径增大一倍 D. 把线圈匝数减少到原来的一半
6. 【 海淀一模 】法拉第发现了电磁感应现象之后,又发明了世界上第一台发电机──法拉第圆盘发电机,揭开了人类将机械能转化为电能并进行应用的序幕。法拉第圆盘发电机的原理如图所示,将一个圆形金属盘放置在电磁铁的两个磁极之间,并使盘面与磁感线垂直,盘的边缘附近和中心分别装有与金属盘接触良好的电刷 、 ,两电刷与灵敏电流计相连。当金属盘绕中心轴按图示方向转动时,则
A. 电刷 的电势高于电刷 的电势
B. 若仅减小电刷 、 之间的距离,灵敏电流计的示数将变大
C. 若仅提高金属盘转速,灵敏电流计的示数将变大
D. 若仅将滑动变阻器滑动头向左滑,灵敏电流计的示数将变大
7. 如图所示,两相邻有界匀强磁场的宽度均为 ,磁感应强度大小相等、方向相反,均垂直于纸面。有一边长为 的正方形闭合线圈向右匀速通过整个磁场。用 表示线圈中的感应电流,规定逆时针方向为电流正方向,图示线圈所在位置为位移起点,则下列关于 的图象中正确的是
A. B.
C. D.
8. 如图所示,使通电导线在垂直纸面的平面内以虚线 为轴逆时针(从左向右看)转动时, 、 两线圈的运动情况是
A. 从左向右看, 逆时针转动, 顺时针转动
B. 从左向右看, 顺时针转动, 逆时针转动
C. 从左向右看, 、 都逆时针转动
D. 从左向右看, 、 都顺时针转动
9. 如图 所示,在光滑水平桌面上有一边长为 、电阻为 的正方形导线框,在导线框右侧有一宽度为 ()的条形均匀强磁场区域,磁场的边界与导线的一边平行,磁场方向竖直向下,导线框以某一初速度想右运动, 时导线框的右边恰与磁场的左边界重合,随后导线框进入并通过磁场区域。在下图的 图象中,可能正确描述上述过程的是
A. B.
C. D.
二、双项选择题(共4小题;共16分)
10. 一个大人拉着载有两个小孩的小车(其拉杆可自由转动)沿水平地面匀速前进,则对小孩和车下列说法正确的是
A. 拉力的水平分力等于小孩和车所受的合力
B. 拉力与摩擦力的合力大小等于重力大小
C. 拉力与摩擦力的合力方向竖直向上
D. 小孩和车所受的合力为零
11. 如图所示,两平行金属板 、 水平放置,竖直高度差为 ,电源能为整个电路供不变的稳定电压,电路中有定值电阻 及滑动变阻器 ,闭合开关 ,将电路稳定后,将一带电小球从 板小孔以初速度 竖直向上射入板间,发现小球恰能匀速上升,则以下说法正确的是
A. 小球可能带正电,也可能带负电
B. 若把滑动变阻器 的滑片向上移动,再将小球射入,小球将加速上升
C. 充电完成后断开开关,将 板下移,再将小球射入,小球仍匀速上升
D. 充电完成后断开开关,将 板下移,再将小球射入,小球将减速上升
12. 法拉第发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机,原理如图所示。铜质圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中,圆盘圆心处固定一个带摇柄的转轴,边缘和转轴处各有一个铜电刷与其紧贴,用导线将电刷与电阻 连接起来形成回路,其他电阻均不计。转动摇柄,使圆盘如图示方向以角速度 匀速转动。已知匀强磁场的磁感应强度大小为 ,圆盘半径为 ,则
A. 流过电阻 的电流方向为从 到
B. 流过电阻 的电流方向为从 到
C. 流过电阻 的电流大小为
D. 流过电阻 电流大小为
13. 在如图甲所示电路中,螺线管匝数 匝,横截面积 。螺线管导线电阻 ,,,。在一段时间内,穿过螺线管的磁感应强度 按如图乙所示规律变化,则下列说法中正确的是
A. 螺线管中产生的感应电动势为
B. 闭合开关 ,电路中电流稳定后,电阻 消耗的功率为
C. 电路中电流稳定后电容器下极板带正电
D. 开关 断开后,流经 的电荷量为
三、解答题(共4小题;共52分)
14. 如图所示,匝数为 ,面积为 的矩形线圈在匀强磁场 中匀速转动,角速度为 ,求线圈从图示位置转过 时间内的平均感应电动势.
15. 如图甲所示,一个圆形线圈匝数 ,面积 ,电阻 ,在线圈外接一阻值为 的电阻。把线圈放入一个匀强磁场中,磁场方向垂直线圈平面向里,磁场的磁感应强度 随时间变化的规律如图乙所示。求:
(1) 内,回路中的感应电动势;
(2) 时,电阻两端的电压 。
16. 如图是一种风速仪示意图,试回答下列问题:
(1)有水平风吹来时磁体如何转动 (自上往下看) 。(填“顺时针”或“逆时针”)
(2)当条形磁体转到图示位置(与线圈轴线平行)时,电流计的示数 。(填“最大”或“最小”)
17. 如图,两固定的绝缘斜面倾角均为 ,上沿相连。两细金属棒 (仅标出 端)和 (仅标出 端)长度均为 ,质量分别为 和 ;用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路 ,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平。右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为 ,方向垂直于斜面向上,已知两根导线刚好不在磁场中,回路电阻为 ,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为 ,重力加速度大小为 ,已知金属棒 匀速下滑。求:
(1)作用在金属棒 上的安培力的大小。
(2)金属棒运动速度的大小。
答案
第一部分
1. C
【解析】感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比,与磁通量的大小、磁通量的变化量及所用的时间均无关,选项 C 正确。
2. D
【解析】对于A、B 两项显然违背前面所述,对于C项,磁感应强度越大线圈的磁通量不一定大, 也不一定大, 更不一定大,故C错,只有D项,磁通量变化得快,即 大,由 可知,选项D正确。
3. D
【解析】图 中 不变, 感应电动势等于 ,故A错误;在图 中, 恒定,产生的感应电动势也恒定,故B错误;在图 中, 内的 大于 内的 ,故C错误;在图 中,图线斜率先减小后增大,所以感应电动势也是先变小后变大,故选项D正确。
4. B
5. C
【解析】设感应电流为 ,线圈电阻为 ,匝数为 ,半径为 ,线圈面积为 ,导线横截面积为 。
由法拉第电磁感应定律知 ,
由闭合电路欧姆定律知 ,
由电阻定律知 ,
则 ,其中 、 、 均为恒量,所以 。
6. C
7. C
【解析】线圈进入磁场,在进入磁场的 的过程中,,电流 ,根据右手定则判断方向为逆时针方向,为正方向;
在 的过程中,电动势 ,电流 ,根据右手定则判断方向为顺时针方向,为负方向;
在 的过程中,,电流 ,根据右手定则判断方向为逆时针方向,为正方向,故ABD错误,C正确。
8. C
【解析】通电直导线产生的磁场在导线的左侧垂直于纸面向外,在导线的右侧垂直于纸面向里,当导线在垂直纸面的平面内以虚线 为轴逆时针(从左向右看)转动时,会使穿过线圈 、 的磁通量减少,根据楞次定律可知,为了阻碍磁通量的减少,两线圈都会随通电直导线一起逆时针转动。
9. D
第二部分
10. C, D
【解析】A.小孩和车整体受重力、支持力、拉力和摩擦力,根据共点力平衡条件,拉力的水平分力等于小孩和车所受的摩擦力,故A错误;
B、C.小孩和车整体受重力、支持力、拉力和摩擦力,根据共点力平衡条件,拉力、摩擦力的合力与重力、支持力的合力平衡,重力、支持力的合力竖直,故拉力与摩擦力的合力方向竖直向上,故B错误,C正确;
D.小孩和车做匀速直线运动,故所受的合力为零,故D正确。
故选CD。
11. B, D
【解析】带电小球从 板小孔以初速度 竖直向上射入板间,发现小球恰能匀速上升,则有电场力与重力平衡,因 带正电,则电场强度方向由 到 ,由于电场力向上,则小球带负电,故A错误;
滑动变阻器 的滑片向上移动,导致接入电路中的电阻增大,根据欧姆定律,则电容器两端的电压增大,那么小球受到电场力增大,因此小球将加速上升,故B正确;
当充电完成后断开开关,则电容器的电量不变,当将 板下移,则电容器的电容减小,根据 ,当将小球射入,小球受到电场力增大,那么加速度向下,因此小球将减速上升,故C错误,D正确。
12. B, D
13. C, D
【解析】根据法拉第电磁感应定律 ,得 ,选项A 错;
根据闭合电路欧姆定律 ,由 , 得 消耗的功率 ,选项B错;
由楞次定律得选项C 对;
断开后,流经 的电荷量即为 闭合时 板上所带电荷量 ,电容器两端的电压 ,流经 的电荷量 ,选项D对。
第三部分
14.
【解析】由楞次定律可判断线圈从图示位置转过 时间内,线圈中的平均感应电动势 。
磁通量是没有方向的标量,但却有正负。
如果我们规定磁感线从线圈的一侧穿入另一侧,穿出磁通量为正,那么从另一侧穿入这一侧穿出时,磁通量就为负了。
设线圈转过 时,穿过它的磁通量 ,那么图示位置时穿过它的磁通量 。
由法拉第电磁感应定律得:。
15. (1)
【解析】根据法拉第电磁感应定律可得 ,
由题图可知,在 内,,
解得 。
(2)
【解析】由题图可知,在 内,,
根据法拉第电磁感应定律有 ,
根据闭合电路欧姆定律有 ,
电阻两端的电压 。
16. (1) 逆时针
(2) 最小
17. (1)
【解析】设两根导线总的张力大小为 ,右斜面对 棒的支持力的大小为 ,作用在 棒上的安培力的大小为 ,左斜面对 棒的支持力大小为 。对于 棒,由力的平衡条件得
对于 棒,同理有
联立①②③④式得
(2)
【解析】由安培力公式得
这里 是回路 中的感应电流。
棒上的感应电动势为
式中, 是 棒下滑速度的大小。
由欧姆定律得
联立⑤⑥⑦⑧式得
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