2.2法拉第电磁感应定律 综合训练（Word版含答案）

2.2法拉第电磁感应定律
一、选择题（共15题）
1．法拉第最初发现电磁感应现象的实验装置如图所示，闭合铁芯上绕有、两个线圈，线圈与铁芯绝缘，线圈与直流电源相接，通过观察小磁针的偏转情况可判断线圈中是否有电流产生。下列说法正确的是（　　）
A．保持开关处于闭合状态，小磁针发生偏转
B．当开关闭合的瞬间，小磁针发生偏转
C．当开关断开的瞬间，小磁针不发生偏转
D．无论开关怎样改变，小磁针都不会发生偏转
2．对牛顿第一定律的建立作出过重要贡献的科学家是（　　）
A．卡文迪什 B．法拉第 C．伽利略 D．奥斯特
3．如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是
A．因导体运动而产生的感应电动势称为感生电动势
B．动生电动势的产生与洛仑兹力有关
C．动生电动势的产生与电场力有关
D．动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的
4．在匀强磁场中，ab、cd两根导体棒沿两根导轨分别以速度v1、v2滑动，如图所示，下列情况中，能使电容器获得最多电荷量且左边极板带正电的是(　　)
A．v1＝v2，方向都向右
B．v1＝v2，方向都向左
C．v1>v2，v1向右，v2向左
D．v1>v2，v1向左，v2向右
5．下列实验现象，属于电磁感应现象的是（　　）
A．导线通电后，小磁针偏转
B．通电导线在磁场中受力运动
C．金属杆切割磁感线时电流表指针偏转
D．通电线圈在磁场中受力转动
6．在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。在对以下几位物理学家所作科学贡献的叙述中或者研究方法中，正确的说法是：（　　）
A．在验证力的平行四边形定则的实验中，用到了“控制变量”的实验方法
B．在推导匀变速直线运动位移公式时，用到了“微元法”
C．伽利略在研究自由落体运动时采用了理想实验法
D．法拉第发现了磁生电的现象，并提出了法拉第电磁感应定律
7．如图所示．T是绕有两组线圈的闭合铁芯，线圈的绕向如图所示，D是理想的二极管，金属棒ab可在两平行的金属导轨上沿导轨滑行，匀强磁场方向垂直纸面向里，若电流计G中有电流通过．则ab棒的运动可能是（）
A．向左匀速运动 B．向右匀速运动
C．向左匀加速运动 D．向右匀加速运动
8．在变化的磁场中，穿过一个5匝的闭合线圈的磁通量每秒均匀地增加了4Wb，则（ ）
A．线圈中的感应电动势每秒钟增加20V
B．线圈中的感应电动势每秒增加10V
C．线圈中的感应电动势为20V
D．线圈中的感应电动势为0
9．如图，平行导轨间距为d，一端跨接一个电阻为R，磁场的磁感强度为B，方向与导轨所在平面垂直．一根足够长的金属棒与导轨成θ角放置，金属棒与导轨的电阻不计．当金属棒沿垂直于棒的方向以速度v滑行时，通过电阻R的电流强度是 （ ）
A． B． C． D．
10．如图所示，水平地面上有正交的匀强电场和匀强磁场，电场竖直向下，磁场垂直纸面向外，半圆形的金属框从直径处于水平位置静止时开始下落，不计空气阻力，则a、b两端落到地面的次序是（　　）
A．a先于b B．b先于a C．a、b同时落地 D．无法判定
11．法拉第发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机.铜质圆盘竖直放置在水平向左的匀强磁场中，圆盘圆心处固定一个摇柄，边缘和圆心处各有一个铜电刷与其紧贴，用导线将电刷与电阻R连接起来形成回路.转动摇柄，使圆盘沿如图方向转动.已知匀强磁场的磁感应强度为B，圆盘半径为r
，圆盘匀速转动的角速度为ω.下列说法正确的是（ ）
A．圆盘产生的电动势为，流过电阻R的电流方向为从b到a
B．圆盘产生的电动势为，流过电阻R的电流方向为从a到b
C．圆盘产生的电动势为，流过电阻R的电流方向为从b到a
D．圆盘产生的电动势为，流过电阻R的电流方向为从a到b
12．下列关于物理学史的说法正确的是（　　）
A．牛顿指出“……一个物体可以超越距离通过真空对另一个物体作用……是荒唐之极”，他提出“场”的概念并解决了“超距”问题
B．卡文迪许用卡文迪许扭秤测出引力常量，库仑用库仑扭秤实验测出静电力常量
C．历史上关于运动量度的争论，导致“力”可以用和来表示
D．法拉第对磁生电进行开创性的研究，并得到这一结论
13．如图，条形磁铁在固定的水平闭合导体圆环正上方，从离地面高h处由静止开始下落，下落过程中始终保持竖直方向，并从圆环中心穿过，最后落在水平地面上。条形磁铁A、B两端经过线圈平面时的速度分别为v1、v2，线圈中的感应电流分别为I1、I2，电流的瞬时功率分别为P1、P2.不计空气阻力，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　）
A．从上往下看，I2的方向为顺时针
B．I1：I2=v1：v2
C．P1：P2=v1：v2
D．磁铁落地时的速率为
14．如图所示，固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。长为l的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直导电转轴上，随轴以角速度匀速转动。在圆环的A点和电刷间接有阻值为R的电阻和电容为C、板间距为d的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为g，不计其它电阻和摩擦，下列说法正确的是（　　）
A．棒产生的电动势为
B．微粒的电荷量与质量之比为
C．电阻消耗的电功率为
D．电容器所带的电荷量为
15．某同学将一条形磁铁放在水平转盘上，如图甲所示，磁铁可随转盘转动，另将一磁感应强度传感器固定在转盘旁边．当转盘(及磁铁)转动时，引起磁感应强度测量值周期性地变化，该变化的周期与转盘转动周期一致．经过操作，该同学在计算机上得到了如图乙所示的图象．该同学猜测磁感应强度传感器内有一线圈，当测得磁感应强度最大时就是穿过线圈的磁通量最大时．按照这种猜测(　 　)
A．在t=0.1 s时刻，线圈内产生的感应电流的方向发生了变化
B．在t=0.15 s时刻，线圈内产生的感应电流的方向发生了变化
C．在t=0.1 s时刻，线圈内产生的感应电流的大小达到了最大值
D．在t=0.15 s时刻，线圈内产生的感应电流的大小达到了最大值
二、填空题
16．如图所示，长为L的直金属棒OA绕过O点的平行于磁场的转轴，以角速度ω顺时针在纸面内匀速转动，若磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，金属棒OA两点的电势差的大小为_____，金属棒的_____端电势高．
17．如图所示：当导体OA在垂直于磁场的平面内，绕一端O点以角速度ω匀速顺时针转动时，导体的长度为L，磁感应强度为B，导体产生的感应电动势为_____________．哪端电势高___________（O端或A端）
18．有一个1000匝的线圈，在0.4s内通过它的磁通量从0.02Wb增加到0.10Wb，则线圈中的感应电动势___V．如果线圈的电阻是10欧，把一个电阻为990欧的电热器连接在它的两端，通过电热器的电流是_____A．
19．一个200匝、面积为20 cm2的线圈，放在匀强磁场中，磁场方向与线圈平面成30°角，磁感应强度B
＝0.5 T，在0.05 s内线圈转到与磁场方向垂直的位置，在此过程中，线圈中的平均感应电动势＝________V.
三、综合题
20．如图（a）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ab连接成闭合回路，线圈的半径为r。在线圈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（b）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：
（1）通过电阻ab上的电流方向；
（2）通过电阻ab上的电流大小。
21．有一个100匝的线圈，在0.4s内穿过它的磁通量从0.01Wb均匀增加到0.02Wb。求：
（1）线圈中的感应电动势是多少？
（2）若线圈的总电阻是10Ω，通过10min线圈产生多少热量？
22．半径为a的圆形区域内有均匀磁场，磁感应强度为B=0.2T，磁场方向垂直纸面向里，半径为b的金属圆环与磁场同心地放置，磁场与环面垂直，其中a=0.4m，b=0.6m。金属环上分别接有灯L1、L2，两灯的电阻均为R=2Ω，一金属棒MN与金属环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计。
（1）若棒以v0=5m/s的速率，在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径OO′的瞬时（如图），MN中的电动势和流过灯L1的电流；
（2）撤去中间的金属棒MN，将右面的半圆环OL2O′以OO′为轴向上翻转90°后，磁场开始随时间均匀变化，其变化率为，求L1的功率。
23．如图所示，导体cd在水平放置的光滑导线框上向右做匀速运动，线框中接有R=0.4
的电阻，置于磁感应强度B=0.1T的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向内，设ab的长度L=0.4m，电阻Rcd=0.1，运动速度v=5m/s，导体线框的电阻不计。求：
（1）感应电动势的大小；
（2）流过cd的电流大小和方向；
（3）外力的功率。
参考答案：
1．B
【详解】
由电磁感应的规律可知，当开关S闭合或断开的瞬间，线圈M中的变化电流将激发一个变化的磁场，这个变化的磁场沿铁芯穿过线圈N，在线圈N中激发感应电流，感应电流产生的磁场将使小磁针发生偏转；开关S保持闭合状态时，线圈M中的稳定电流激发的稳定磁场，不能在线圈N中激发感应电流。
故选B。
2．C
【详解】
在牛顿发现牛顿第一定律之前，伽利略就研究了力和运动的关系，得出了力不是维持物体运动原因的结论，为牛顿第一定律的建立奠定了基础，故C正确，ABD错误．
3．B
【详解】
A.因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势,A错误．
BCD.动生电动势产生的本质是电子在磁场中受到洛仑兹力作用产生定向移动形成的，感生电动势产生的本质是变化的磁场产生电场，电子在电场力作用下定向移动形成的，B正确CD错误．
4．C
【详解】
当ab棒和cd棒分别向右和向左运动时，两棒均相当于电源，且串联，电路中有最大电动势，对应最大的顺时针方向电流，电阻上有最高电压，所以电容器上有最多电荷量，左极板带正电。
故选C。
5．C
【详解】
A．导线通电后，其下方的小磁针偏转，说明电流能产生磁场，是电流的磁效应现象，选项A错误；
B．通电导线在磁场中受力运动是电动机原理，不是电磁感应现象，选项B错误；
C．金属杆切割磁感线时，产生感应电流，使电流表指针偏转，是电磁感应现象选项C正确；
D．通电线圈在磁场中受力转动是电动机原理，不是电磁感应现象，选项D错误
故选C。
6．B
【详解】
A．在验证力的平行四边形定则的实验中，用到了“等效替代”的实验方法，选项A错误；
B．在推导匀变速直线运动位移公式时，用到了“微元法”，选项B正确；
C．伽利略在研究自由落体运动时采用了理想实验和逻辑推理的方法，故C错误；
D．法拉第发现了磁生电的现象，纽曼和韦伯提出了法拉第电磁感应定律，故D错误。
故选B。
7．C
【详解】
AB. ab棒若做匀速移动，ab棒产生稳定的感应电动势，在右边的回路中产生稳定的感应电流，则有边线圈中产生稳定的磁场，在左边线圈中不产生感应电流，故A、B错误；
C. 导体棒向左加速移动，根据右手定则，感应电流逐渐增大，感应电流的方向由a到b，根据右手螺旋定则，在右边线圈中产生从上到下的磁场，则在左侧线框中产生从下到上的磁场且不断增强，根据楞次定律，通过电流计的电流方向从上到下，正好正向通过二极管，故C正确；
D. 导体棒向右加速移动，根据右手定则，感应电流逐渐增大，感应电流的方向由b到a，根据右手螺旋定则，在右边线圈中产生从下到上的磁场，则在左侧线框中产生从上到下的磁场且不断增强，根据楞次定律，通过电流计的电流方向应该从下到上，但是由二极管反向电阻很大，因此电路中无电流，故D错误．
8．C
【详解】
磁通量均匀增加，感应电动势不变，由法拉第电磁感应定律知
故选C。
9．A
【详解】
由于导体与磁场垂直，得：，则感应电流为，故选项A正确，选项BCD错误．
10．A
【详解】
由右手定则可知，在金属框的半圆弧部分和直径部分，都将因切割磁感线而产生由b到a的感应电动势，从而a端电势高，带正电，b端电势低，带负电，a端受向下的电场力，b端受向上的电场力，故a先于b落地。
故选A。
11．A
【详解】
将圆盘看成由无数根辐条组成，它们均切割磁感线，从而产生感应电动势，产生感应电流，根据右手定则，圆盘上感应电流从边缘流向圆心，则流过电阻R的电流方向为从b到a.根据法拉第电磁感应定律得圆盘产生的感应电动势.
A. 圆盘产生的电动势为，流过电阻R的电流方向为从b到a，与结论相符，选项A正确；
B. 圆盘产生的电动势为，流过电阻R的电流方向为从a到b，与结论不相符，选项B错误；
C. 圆盘产生的电动势为，流过电阻R的电流方向为从b到a，与结论不相符，选项C错误；
D. 圆盘产生的电动势为，流过电阻R的电流方向为从a到b，与结论不相符，选项D错误；
12．C
【详解】
A．法拉第提出“场”的概念并解决了“超距”问题，故A错误；
B．引力常量是卡文迪许通过卡文迪许扭秤测出的，静电力常量不是库仑通过库仑扭秤实验测出的，故B错误；
C．历史上关于运动量度的争论，有两种观点，以笛卡尔为代表的以来量度运动的观点，导致动量定理的出现，则“力”可以用
来表示，以莱布尼兹为代表的以来量度运动的观点，导致动能定理的出现，
则“力”可以用
来表示，故C正确；
D．法拉第对磁生电进行开创性的研究
这一结论并非是法拉第亲自给出的，但由于他对电磁感应现象丰富的、开创性的研究，将这一发现的荣誉归于他的名下，故D错误。
故选C。
13．AB
【详解】
A．条形磁铁B端经过线圈平面时，穿过线圈的磁通量向下减小，根据楞次定律可知，从上往下看，I2的方向为顺时针，选项A正确；
BC．条形磁铁AB端经过线圈平面时磁感应强度相同，根据E=BLv以及可知
I1：I2=v1：v2
根据P=I2R可知电流的瞬时功率之比为
选项B正确，C错误；
D．若磁铁自由下落，则落地的速度为；而由于磁铁下落过程中有电能产生，机械能减小，则磁铁落地时的速率小于，选项D错误。
故选AB。
14．BC
【详解】
A．因为切割磁感线的有效长度为r，所以棒产生的感应电动势为
代入数据化简得，故A错误；
B．金属棒电阻不计，电容两极板的电压等于金属棒产生的电动势，由微粒的重力等于电场力得
代入数据化简可得，故B正确；
C．电阻消耗的电功率为，故C正确；
D．电容器所带的电荷量为，故D错误。
故选BC。
15．AC
【详解】
A．在t=0.1s时刻，线圈内磁场最强，磁通量最大，接着磁通量会变小，但磁场方向没变，所以导致产生感应电流的方向发生变化，故A正确；
B．在t=0.15s时刻，线圈内磁场为零，磁通量为零，接着磁通量会变大，由于磁场方向发生变化，所以产生感应电流的方向不会发生变化，故B错误；
C．在t=0.1s时刻，线圈内磁场最强，磁通量最大，此时磁通量变化率最大，产生的感应电流最大，故C正确；
D．在t=0.15s时刻，线圈内磁场最弱，磁通量最小，但磁通量变化率最小，线圈内产生的感应电流的大小达到了最小值，故D错误；
故选AC。
16． 0.5BL2ω A
【详解】
OA杆产生感应电动势的大小为
根据右手定则判断可知：OA杆产生的感应电动势方向从O到A，A点相当于电源的正极，A端电势较高．
17． A
【详解】
导体产生的感应电动势为．由右手定则可知，A端电势高.
18． 200 0.2
【详解】
试题分析：线圈中的感应电动势：，
感应电流的大小：．
19．2或6
【详解】
磁场方向与线圈平面成角，磁感应强度，在内线圈转到与磁场方向垂直的位置，由于本题没有明确线圈转动方向，所以分为顺时针和逆时针转动：
若顺时针转动：穿过线圈的磁通量变化量是：
则线圈中感应电动势大小为：；
若逆时针转动：穿过线圈的磁通量变化量是：
则线圈中感应电动势大小为：．
20．（1）b→a；（2）
【详解】
（1）根据楞次定律可知通过电阻ab上的电流方向为b→a；
（2）根据法拉第电磁感应定律可得线圈产生的感应电动势大小为
根据闭合电路欧姆定律可得通过电阻ab上的电流大小为
21．（1）2.5V；（2）375J
【详解】
(1)磁通量的变化量
由法拉第电磁感应定律得
(2)由焦耳热公式
22．（1）0.8V，0.4A；（2）1.28×10﹣2W
【详解】
（1）棒滑过圆环直径OO′的瞬时，MN中产生的感应电动势为
E1=B·2av=0.8V
流过灯L1的电流为
（2）由题意，当磁场均匀变化时，根据法拉第电磁感应定律可得半圆环OL1O′中产生的感应电动势为
L1的功率为
23．（1）；（2），c到d；（3）
【详解】
（1）电源的电动势即产生的感应电动势
（2）电路中的电流
根据右手定则，cd中电流方向由c到d
（3）导体cd所受安培力的大小
使导体cd向右匀速运动所需的外力
力做功的功率