2.2法拉第电磁感应定律（word版含答案）

粤教版（2019）选择性必修二 2.2 法拉第电磁感应定律
一、单选题
1．转笔（PenSpinning）是一项用不同的方法与技巧、以手指来转动笔的休闲活动，如图所示。转笔深受广大中学生的喜爱，其中也包含了许多的物理知识，假设某转笔高手能让笔绕其上的某一点O做匀速圆周运动，下列有关该同学转笔中涉及到的物理知识的叙述正确的是（　　）
A．笔杆上的点离O点越近的，做圆周运动的向心加速度越大
B．笔杆上的各点做圆周运动的向心力是由万有引力提供的
C．若该同学使用中性笔，笔尖上的小钢珠有可能因快速的转动做离心运动被甩走
D．若该同学使用的是金属笔杆，且考虑地磁场的影响，由于笔杆中不会产生感应电流，因此金属笔杆两端一定不会形成电势差
2．如图所示的情况中，金属导体中产生的感应电动势为Blv的是（　　）
A．丙和丁 B．甲、乙、丁
C．甲、乙、丙、丁 D．只有乙
3．如图所示，将电阻R=4Ω的导体棒弯成半径r=0.2m的闭合圆环，圆心为O，COD是一条直径，在O、D间接有负载电阻。整个圆环所处空间均有垂直于圆环平面的匀强磁场，磁感应强度大小B=1T。电阻的导体棒OA的O端与圆环圆心O连接并绕O点以角速度ω=200rad/s匀速转动，A端与圆环良好接触，则（　　）
A．当OA到达OC处时，圆环消耗的电功率为0.32W
B．当OA到达OC处时，圆环消耗的电功率为W
C．全电路最大电流为1A
D．全电路最大电流为0.8A
4．如图所示，a、b是同一导线制成的粗细均匀的闭合导线环，两导线环的半径之比为4:5，其中仅在a环所围区域内有方向垂直于纸面向里的匀强磁场。当该磁场均匀变化时，a、b两环内的感应电流之比为（　　）
A．1：1 B．4：5 C．5：4 D．16：25
5．如图所示，两个框形金属导线框A、B放在光滑的水平面上，其中A处于有理想边界的匀强磁场内。使A匀速向B运动，刚好能进入B（有接触而无摩擦）。当A、B接触后的短暂时间内，A将（　　）
A．加速向B B．加速离开B C．减速向B D．不动
6．如图所示，导体AB的长为2R，绕O点以角速度ω匀速转动，OB为R，且OBA三点在一条直线上，有一磁感应强度为B的匀强磁场充满转动平面且与转动平面垂直（未画出），那么A、B两端的电势差为（　　）
A．BωR2 B．3BωR2 C．4BωR2 D．6BωR2
7．某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针剧烈晃动且不易停止。该同学依据所学物理知识，在两接线柱间接一根导线后再次搬运，发现表针晃动明显减弱且很快停止。下列说法正确的是（　　）
A．电流表未接导线与接导线，均不会产生感应电动势
B．电流表未接导线时不产生感应电动势，接导线时产生感应电动势
C．电流表未接导线与接导线均不会产生感应电流
D．电流表未接导线时不产生感应电流，接导线时产生感应电流
8．将匝数为N的闭合线圈放在随时间变化的匀强磁场B中，线圈平面与磁场重直．依据法拉第探究的结果，下列关于线圈中产生的感应电动势E的表述正确的是（　　）
A．感应电动势E的大小与线圈的匝数N无关
B．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势E越大
C．穿过线圈的磁通量变化越大，感应电动势E越大
D．匝数一定时，感应电动势E的大小正比于穿过线圈的磁通量的变化率
9．下列有关物理学史的说法符合事实的是（　　）
A．奥斯特首先发现了电流的磁效应
B．法拉第定量得出了法拉第电磁感应定律
C．安培总结出来了判定安培力方向的左手定则
D．楞次首先引入电场线和磁感线，提出了判定感应电流方向的方法即楞次定律
10．如图，半径为L的半圆弧轨道PQS固定，电阻忽略不计，O为圆心。OM是可绕O转动的金属杆，M端位于PQS上，OM与轨道接触良好，OM金属杆的电阻值是OP金属杆电阻值的一半。空间存在如图的匀强磁场，磁感应强度的大小为B；现使OM从OS位置以恒定的角速度顺时针转到OQ位置，则该过程中（　　）
A．回路中M点电势高于O点电势
B．回路中电流方向沿
C．MO两点的电压
D．MO两点的电压
11．如图所示，间距为d的甲、乙两块水平金属板与一个匝数未知的线圈用导线连接，两板间有一台压力测量仪，在其水平表面静置一个质量为m、带电量为q的小球。线圈中无磁场，甲、乙板间无电场时，测量仪有示数；当线圈中存在方向竖直向下、磁通量变化率为k（k为常数）的磁场B时，测量仪示数变为原来的2倍。小球电荷量保持不变、重力加速度为g，线圈的电阻不计，则（　　）
A．小球一定带正电
B．线圈的匝数为
C．在线圈中磁场B增大过程，甲极板电势低于乙极板电势
D．在线圈中磁场B减小过程，甲、乙极板电势相等
12．如图所示，M、N为两个用同种材料同规格的导线制成的单匝闭合圆环线圈，其圆环半径之比为2：1，两线圈置于同一个垂直于环面向里的匀强磁场中。若不考虑线圈之间的相互影响，当匀强磁场的磁感应强度随时间均匀增大时，下列判断中正确的是（　　）
A．两线圈中感应电动势之比EM：EN=2：1
B．两线圈中感应电流之比IM：IN=1：1
C．两线圈中感应电流的功率之比PM：PN=8：1
D．两线圈中感应电流的方向均为顺时针方向
13．如图所示，闭合电路中的螺线管可自由伸缩，螺线管有一定的长度，灯泡具有一定的亮度。若将一软铁棒从螺线管左边迅速插入螺线管内，则将看到（　　）
A．灯泡变暗 B．灯泡变亮
C．螺线管缩短 D．螺线管长度不变
14．在如图甲所示的电路中，螺线管匝数n=1000匝，横截面积S=20cm2。螺线管导线电阻r=1.0Ω，R1=4.0Ω，R2=5.0Ω，C=30μF。在一段时间内，垂直穿过螺线管的磁场的磁感应强度B的方向如图甲所示，大小按如图乙所示的规律变化，则下列说法中正确的是（　　）
A．螺线管中产生的感应电动势为1.2V
B．闭合K，电路中的电流稳定后，电容器的下极板带负电
C．闭合K，电路中的电流稳定后，电阻R1的电功率为2.56×10-2W
D．闭合K，电路中的电流稳定后，断开K，则K断开后，流经R2的电荷量为1.8×10-2C
15．光滑的足够长平行金属导轨宽度L=1m，导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，导轨下端电阻R=1.8Ω，导轨放在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.5T。电阻为r=0.2Ω，质量为m=0.1kg的金属棒ab从上端由静止开始下滑，下滑距离为d=9m时速度达到最大（sin37°=0.6，g=10m/s2），从释放到运动到最大速度的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．金属棒的最大速度为4.8m/s B．通过电阻R的电荷量为2.25C
C．系统产生的热量为4.248J D．所用的时间为2.45s
二、填空题
16．如图所示，一边长为0.1 m的单匝正方形线圈从左侧匀速进入匀强磁场，磁场的磁感应度B＝2 T．从ab边开始进入磁场至cd边恰好进入磁场的过程中，线圈的磁通量变化了________Wb；若上述过程所经历的时间为0.2 s，则线圈中产生的感应电动势为________V.
17．如图所示，将100匝面积为0.1的矩形线圈放置在磁感应强度为0.2T的匀强磁场中，从图示位置开始，线圈abcd绕轴转动90°，用时0.5s，则穿过线圈磁通量的变化量大小=_______Wb，线圈中产生的平均感应电动势E=______V．
18．如图甲所示，100匝的圆形线圈的两端a、b与一个电阻R相连．线圈的电阻r=1Ω，R=9Ω．线圈内有垂直纸面向里的磁场，穿过线圈所在平面的磁通量按图乙所示规律变化，则线圈中的感应电流大小为________A；________（选填“a”或“b”）端电势较高．
三、解答题
19．如图所示，平行金属导轨MN和PQ相距l=0.5m，NQ间连接有电阻R，放置在平行导轨上的导体棒ab向右以大小为v=0.2m/s的速度匀速运动，垂直于导轨平面的匀强磁场的磁感应强度B=0.5T。求：
（1）ab产生的感应电动势多大？
（2）电阻R=1.5Ω，导体棒电阻r=0.5Ω，导轨电阻不计，求作用于导体棒ab上的外力大小。
20．一个匝数为10匝的线圈在一个在变化的磁场中，线圈的电阻R=2Ω线圈的磁通量在2.5秒时间内从0.02wb增大到0.07wb。那么：
（1）线圈产生的感应电动势为？
（2）如果把线圈连接到电阻为R=18Ω的定值电阻上，电阻上通过的电流为多少？
21．在有磁铁矿的地方，地磁场会出现异常。地质工作常利用这一现象探矿、找矿。用一个灵敏电流计、一个多大线圈，你能进行简单的模拟测试吗 说说你的测试方法及可能遇到的问题。
22．磁电式电流表的构造如图（a）所示，在蹄形磁铁的两极间有一个可以绕轴转动的线圈，转轴上装有螺旋弹簧和指针。蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图（b）所示。两侧存在圆心角为20°的无磁场区域。小王同学将其改装为一个手摇式发电机，正负接线柱之间接入负载。图中线框边长Lab=10cm，Lbc=15cm，共有100匝，线框顺时针匀速转动其角速度ω=πrad/s，ad边和bc边所在处的磁感应强度B=2T，线圈内阻不计，线圈从图示位置开始转动。求：
（1）线圈转过时感应电动势的大小。
（2）线圈转过的过程中通过线圈的磁通量的变化量。
（3）负载两端的电压。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
A．由向心加速度公式
笔杆上的点离O点越近的，做圆周运动的向心加速度越小，A错误；
B．杆上的各点做圆周运动的向心力是由杆的弹力提供的，与万有引力无关，B错误；
C．当转速过大时，当外力提供的向心力小于所需要的向心力时，笔尖上的小钢珠做离心运动被甩走，C正确；
D．当金属笔杆转动时，切割地磁场，从而产生感应电动势，但不会产生感应电流，D错误；
故选C。
2．B
【详解】
根据动生电动势公式
E＝Blv
其中的l应指导体的有效切割长度，甲、乙、丁中的有效切割长度均为l，则电动势E＝Blv；而丙的有效切割长度为0，则电动势为0。
故选B。
3．C
【详解】
AB．感应电动势为
当OA到达OC处时，圆环被分成两段并联在电路中，并联电阻阻值
电路电流
圆环消耗的电功率为
P=I2R并=0.82×1W=0.64W
故A正确，B错误；
CD．当OA到达OD处时电路的电阻最小，电流最大
故C正确，D错误。
故选C。
4．C
【详解】
两环所处磁场变化快慢一致，所以相同，处于磁场中的有效面积S也相等，所以由法拉第电磁感应定律
知两者感应电动势相等。
两环是用同一导线制成，粗细均匀，所以由电阻定律
知两环电阻比等于圆环周长之比，由圆的周长公式知，电阻比等于半径之比4:5。
感应电流
所以感应电流大小之比与半径成反比，等于5:4，故ABD错误，C正确。
故选C。
5．C
【详解】
金属导线框A在磁场中运动切割磁感线，产生感应电动势，当A、B接触时，构成了闭合回路，有了感应电流，这时金属导线框A受到与运动方向相反的安培力，因而金属导线框A将减速向B运动，选项C正确，ABD错误；
故选C。
6．C
【详解】
AB两端的电势差大小等于金属棒AB中感应电动势的大小，为
ABD错误，C正确。
故选C。
7．D
【详解】
电流表未接导线与接导线时，表针晃动的过程中均会带动内部线圈切割磁感线，从而产生感应电动势，而未接导线时不是闭合回路，不会产生感应电流，接导线时构成闭合回路，会产生感应电流，从而阻碍表针的晃动。综上所述可知ABC错误，D正确。
故选D。
8．D
【详解】
根据法拉第电磁感应定律
A．可知感应电动势E的大小与线圈的匝数N有关，故A错误；
BC．穿过线圈的磁通量变化率越大，感应电动势E越大，故BC错误；
D．匝数一定时，感应电动势E的大小正比于穿过线圈的磁通量的变化率，故D正确。
故选D。
9．A
【详解】
A．奥斯特首先发现了电流的磁效应，A正确；
B．纽曼和韦伯总结出的法拉第电磁感应定律，为纪念法拉第而以他的名字命名，B错误；
C．左手定则是英国电气工程师弗莱明提出的，C错误；
D．1851年，法拉第首次提出了场线的概念，D错误。
故选A。
10．A
【详解】
AB．由右手定则可知，回路中电流方向沿，回路中M点电势高于O点电势，选项A正确，B错误；
CD． 感应电动势
设MO电阻为R，则PO电阻为2R，MO两点的电压
选项CD错误。
故选A。
11．B
【详解】
ACD．由题意可知小球所受电场力竖直向下，在线圈中磁场B增大过程，根据楞次定律可知甲极板带正电、乙极板带负电，即此时甲极板电势高于乙极板电势，小球带正电；在线圈中磁场B减小过程，同理可知甲极板带负电、乙极板带正电，即此时甲极板电势低于乙极板电势，小球带负电，故ACD错误；
B．设线圈的匝数为N，根据法拉第电磁感应定律可知两极板间电压大小为
两极板间电场强度大小为
由题意可得
联立解得
故B正确。
故选B。
12．C
【详解】
A．根据法拉第电磁感应定律有
由题知圆环半径之比
所以
选项A错误；
B．根据电阻定律有
所以电阻之比
则两线圈中感应电流之比
选项B错误；
C．两线圈中感应电流的功率之比
选项C正确；
D．当匀强磁场的磁感应强度随时间均匀增大时，根据楞次定律和右手螺旋定则可知两线圈中感应电流的方向均为逆时针方向，选项D错误。
故选C。
13．A
【详解】
软铁棒迅速插入的过程中，穿过螺线管的磁通量增加，螺线管产生电磁感应现象，根据楞次定律可知，感应电流的磁场将阻碍磁通量的增加，产生的感应电动势与原电动势方向相反，所以，电路中的总电动势减小，造成电流减小，所以灯泡变暗；通电螺线管相当于多匝同向电流，存在相互吸引力，原来是压缩的，现在电流减小吸引力减小，螺线管长度变长，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
14．C
【详解】
A．根据法拉第电磁感应定律可得螺线管中产生的感应电动势为
故A错误；
B．根据楞次定律可以判断回路中感应电流的方向应为逆时针方向，所以电容器的下极板带正电，故B错误；
C．闭合K，电路中的电流稳定后，电阻R1的电功率为
故C正确；
D．闭合K，电路中的电流稳定后电容器两端的电压为
K断开后，流经R2的电荷量即为K闭合时电容器一个极板上所带的电荷量，即
Q=CU=1.2×10-5C
故D错误。
故选C。
15．D
【详解】
A．当金属棒最大速度时受力平衡，根据平衡条件有
BILcos =mgsinθ
解得
代入数据解得
vm=7.5m/s
故A错误；
B．根据电荷量的计算公式可得
其中
所以
代入数据解得
q=1.8C
故B错误；
C．从开始下滑到达到最大速度过程中，对金属棒根据动能定理可得
mgdsinθ W安=mvm2 0
代入数据解得克服安培力做的功
W安=2.5875J
根据功能关系可得
Q=W安=2.5875J
故C错误；
D．取沿导轨向下为正方向，根据动量定理可得
mg t sinθ BtLcosθ=mvm﹣0
其中
t=q=1.8C
代入数据解得
t=2.45s
故D正确。
故选D。
16． 0.02 0.1
【详解】
从ab边开始进入磁场至cd边恰好进入磁场的过程中，线圈的磁通量变化了，线圈中产生的感应电动势．
17． 0.02 4
【详解】
[1][2]由图示可知，转过90度后，磁场与面平行，穿过面的磁通量为零，图示时刻，穿过面的磁通量为BS，在此过程中穿过线圈的磁通量减小；穿过线圈的磁通量的变化量为
由法拉第电阻感应定律可得感应电动势
考点：考查了磁通量，法拉第电磁感应定律
【名师点睛】
要知道磁通量计算公式的适用条件，根据题意应用磁通量的计算公式与法拉第电磁感应定律即可正确解题．
18． 5 a
【详解】
试题分析：根据法拉第电磁感应定律求出回路中感应电动势，得到电流大小．根据楞次定律判断感应电流的方向，判断电势高低．
根据法拉第电磁感应定律可得线圈产生的感应电动势为，根据欧姆定律可得线圈中的感应电流大小为，根据楞次定律可得线圈中产生的感应电流方向为逆时针方向，a端相当于正极，故a端的电势较高．
19．（1）0.05V；（2）
【详解】
（1）由电磁感应定律
（2）由安培力公式
由闭合电路欧姆定律
联立解得
20．（1）0.2V （2）0.01A
【详解】
（1）根据公式
（2）根据公式
21．能，见解析
【详解】
用一个灵敏电流计，一个多匝大线圈，能进行简单的模拟测试。测试的原理是电磁感应现象
测试的方法：将一个灵敏电流计，与一个多匝大线圈连接构成闭合回路，在地面上移动，若在有磁铁矿的地方，电流计指针会较大的偏转，其原因是穿过闭合电路的磁通量发生变化，从而产生感应电流。
可能遇到的问题是灵敏电流计变化不明显，此时增大线圈磁通量变化率（增大线圈面积变化率），可使灵敏电流计指针变化明显。
22．（1）3πV；（2）；（3）
【详解】
(1)线圈转动过程中导体棒ad和bc的速度时刻与磁感应强度垂直，所以感应电动势的大小为
(2)转过的过程中感应电动势一直没有发生改变，根据法拉第电磁感应定律
其中
可得
(3)根据线圈转动过程分析，在线圈转动时一个周期内共有的时间内没有感应电动势，其他时间感应电动势为定值，则有
可得
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页