高中物理鲁科版选修3-2章末测试 法拉第电磁感应定律　自感　涡流Word版含解析

　法拉第电磁感应定律　自感　涡流
一、单项选择题
1.(2018·江苏南京、盐城高三第一次模拟)下列图中，A图是真空冶炼炉可以冶炼高质量的合金；B图是充电器工作时绕制线圈的铁芯中会发热；C图是安检门可以探测人身是否携带金属物品；D图是工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业，不属于涡流现象的是(　　)
解析　线圈接有交变电流，在线圈中会产生变化的磁场，变化的磁场在冶炼炉中产生电场，使自由电荷在电场力的作用下定向移动形成涡流，故A中属于涡流现象；充电器工作时有交变电流通过，交变电流产生的交变磁场穿过铁芯，在铁芯中产生电场，使自由电荷在电场力的作用下定向移动形成涡流，故B中属于涡流现象；线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品产生交变的感应电流，而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流(涡流)，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到，故C中属于涡流现象；工作服用包含金属丝的织物制成，形成一个导体壳，壳外有电场，壳内场强保持为0，高压外电场不会对内部产生影响，故D中属于静电屏蔽。
答案　D
2.(2018·苏北四市第一次调研测试)如图1所示，铁芯上绕有线圈A和B，线圈A与电源连接，线圈B与理想发光二极管D相连，衔铁E连接弹簧K控制触头C的通断，忽略A的自感，下列说法正确的是(　　)
图1
A.闭合S，D闪亮一下
B.闭合S，C将会过一小段时间接通
C.断开S，D不会闪亮
D.断开S，C将会过一小段时间断开
解析　当闭合S瞬间，穿过线圈B的磁通量要增加，根据楞次定律：增反减同，结合右手螺旋定则可知，线圈B和二极管回路中的电流方向为逆时针方向，而由于二极管顺时针方向导通，则线圈B不会闪亮一下，则线圈A中磁场立刻吸引C，导致其即时接触，故A、B错误；当断开S瞬间，穿过线圈B的磁通量要减小，根据楞次定律：增反减同，结合右手螺旋定则可知，线圈B和二极管回路中电流方向为顺时针方向，则二极管处于导通状态，则D会闪亮，同时对线圈A有影响，阻碍其磁通量减小，那么C将会过一小段时间断开，故C错误，D正确。
答案　D
3.如图2，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc。已知bc边的长度为l。下列判断正确的是(　　)
图2
A.Ua＞Uc，金属框中无电流
B.Ub＞Uc，金属框中电流方向沿a－b－c－a
C.Ubc＝－Bl2ω，金属框中无电流
D.Ubc＝Bl2ω，金属框中电流方向沿a－c－b－a
解析　金属框绕ab边转动时，闭合回路abc中的磁通量始终为零(即不变)，所以金属框中无电流。金属框在逆时针转动时，bc边和ac边均切割磁感线，由右手定则可知Ub＜Uc，Ua＜Uc，所以根据E＝Blv可知，Ubc＝Uac＝－Bl＝－Bl＝－Bl2ω。由以上分析可知选项C正确。
答案　C
4.法拉第发明了世界上第一台发电机。如图3所示，圆形金属盘安置在电磁铁的两个磁极之间，两电刷M、N分别与盘的边缘和中心点接触良好，且与灵敏电流表相连。金属盘绕中心轴沿图示方向转动，则(　　)
图3
A.电刷M的电势高于电刷N的电势
B.若只将电刷M移近N，电流表的示数变大
C.若只提高金属盘转速，电流表的示数变大
D.若只将变阻器滑片向左滑动，电流表的示数变大
解析　根据电源的正负极判断电磁铁上导线的电流方向，根据安培定则可知电磁铁左侧为N极，右侧为S极，M、N间的金属垂直纸面向外运动，根据右手定则可知M、N间的电流方向由M指向N，则电刷N的电势高于电刷M的电势，选项A错误；根据E＝Bl推导出MN以电刷N为轴转动切割磁感线时产生的感应电动势为E＝，若只将电刷M移近N，表达式中的l减小，电流表的示数变小，选项B错误；若只提高金属盘转速，表达式中的ω增大，电流表的示数变大，选项C正确；若只将变阻器滑片向左滑动，变阻器的有效阻值增大，回路电流减小，电磁铁的磁性减弱，表达式中的B减小，灵敏电流表的示数变小，选项D错误。
答案　C
5.[2018·苏锡常镇四市高三教学情况调研(二)]如图4所示的电路中，A、B、C是三个完全相同的灯泡，L是自感系数很大的电感，其直流电阻与定值电阻R阻值相等，D是理想二极管。下列判断中正确的是(　　)
图4
A.闭合开关S的瞬间，灯泡A和C同时亮
B.闭合开关S的瞬间，只有灯泡C亮
C.闭合开关S后，灯泡A、B、C一样亮
D.断开开关S的瞬间，灯泡B、C均要闪亮一下再熄灭
解析　闭合开关S，线圈L的电流要增大，线圈中产生自感电动势阻碍电流的增大，闭合开关S的瞬间，通过线圈L的电流为零，灯泡A不亮；理想二极管具有单向导电性，灯泡B不亮；灯泡C与电阻相连，闭合开关S的瞬间灯泡C立即发光，故A项错误，B项正确；闭合开关S后，灯泡B不亮；稳定时，线圈中不产生感应电动势，L的直流电阻与定值电阻R阻值相等，则稳定后A、C一样亮，故C项错误；断开开关S的瞬间，C中原来的电流要立即减至零；线圈中电流要减小，线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，线圈中电流不会立即消失，这个自感电流通过B、C形成回路，B、C中电流比线圈中小；稳定时灯泡B不亮，A、C一样亮；则断开开关S，灯B要闪亮一下熄灭，灯C先变暗再熄灭，故D项错误。
答案　B
二、多项选择题
6.(2018·江苏省苏州市高三第一次模拟)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，如图5所示为一手持式封口机，它的工作原理是：当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在承封容器的封口处，达到迅速封口的目的。下列说法正确的是(　　)
图5
A.封口材料可用普通塑料来代替铝箔
B.该封口机可用干电池作为电源以方便携带
C.封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的频率来解决
D.该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口但不适用于金属容器
解析　涡流只能在金属材料中产生，选项A错误；磁通量变化才能产生涡流，恒定电流不能产生，选项B错误；所通电流的频率减少时，产生的涡流变小，则温度降低，选项C正确；金属容器中也会产生涡流，故不适用于金属容器的封口，选项D正确。
答案　CD
7.(2016·江苏单科，6)电吉他中电拾音器的基本结构如图6所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发出声音，下列说法正确的有(　　)
图6
A.选用铜质弦，电吉他仍能正常工作
B.取走磁体，电吉他将不能正常工作
C.增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势
D.弦振动过程中，线圈中的电流方向不断变化
解析　铜质弦为非磁性材料，不能被磁化，选用铜质弦，电吉他不能正常工作，选项A错误；若取走磁体，金属弦不能被磁化，其振动时，不能在线圈中产生感应电动势，电吉他不能正常工作，选项B正确；由E＝n可知，选项C正确；弦振动过程中，穿过线圈的磁通量大小不断变化，由楞次定律可知，线圈中感应电流方向不断变化，选项D正确。
答案　BCD
8.(2018·盐城质量监测)用一根横截面积为S、电阻率为ρ的硬质导线做成一个半径为r的圆环，ab为圆环的一条直径。如图7所示，在ab的左侧存在一个均匀变化的匀强磁场，磁场垂直圆环所在平面，磁感应强度大小随时间的变化率＝k(k＜0)。则(　　)
图7
A.圆环中产生逆时针方向的感应电流
B.圆环具有扩张的趋势
C.圆环中感应电流的大小为
D.图中a、b两点间的电势差Uab＝
解析　磁通量均匀减少，根据楞次定律可知，圆环中产生顺时针方向的感应电流，选项A错误；圆环在磁场中的部分，受到向外的安培力，所以有扩张的趋势，选项B正确；圆环产生的感应电动势大小为，则圆环中的电流大小为I＝，选项C错误；a、b两点间的电势差Uab＝＝，选项D正确。
答案　BD
9.(2018·苏州模拟)如图8所示，水平放置的粗糙U形金属框架上接一个阻值为R0的电阻，放在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，一个半径为l、质量为m的半圆形硬导体AC在水平恒力F作用下，由静止开始运动距离d后速度达到v，半圆形导体AC的电阻为r，其余电阻不计，下列说法正确的是(　　)
图8
A.UAC＝2Blv
B.UAC＝
C.电路中产生的电热Q＝Fd－mv2
D.通过R0的电荷量q＝
解析　AC产生的电动势E＝2Blv，则UAC＝＝，A项错误，B项正确；由功能关系得Fd＝mv2＋Q＋Qμ，C项错误；此过程中通过R0的电荷量为q＝Δt＝·Δt＝＝，D项正确。
答案　BD
三、计算题
10.(2019·江苏东台创新学校高三月考)在范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场中，B＝0.2 T，有一水平放置的光滑框架，宽度为l＝0.4 m，如图9所示，框架上放置一质量为0.05 kg、电阻为1 Ω的金属杆cd，框架电阻不计。若cd杆以恒定加速度a＝2 m/s2，由静止开始做匀变速直线运动，则：
图9
(1)在5 s内平均感应电动势是多少？
(2)第5 s末，回路中的电流多大？
(3)第5 s末，作用在cd杆上的水平外力多大？
解析　(1)5 s内的位移x＝at2＝25 m，
5 s内的平均速度v＝＝5 m/s
(也可用v＝ m/s＝5 m/s求解)
故平均感应电动势E＝Blv＝0.4 V。
(2)第5 s末：v′＝at＝10 m/s，
此时感应电动势E′＝Blv′
则回路电流为
I＝＝＝ A＝0.8 A。
(3)杆做匀加速运动，则F－F安＝ma，
即F＝BIl＋ma＝0.164 N。
答案　(1)0.4 V　(2)0.8 A　(3)0.164 N
11.(2018·江苏如皋第一学期质量调研)很多人喜欢到健身房骑车锻炼，某同学根据所学知识设计了一个发电测速装置，如图10所示。自行车后轮置于垂直车身平面向里的匀强磁场中，用金属圆盘制成的后轮在磁场中转动时，可等效成导体棒绕圆盘中心O转动。已知磁感应强度B＝0.5 T，圆盘半径l＝0.3 m，圆盘电阻不计。导线通过电刷分别与后轮外边缘和圆心O相连，导线两端a、b间接一阻值R＝10 Ω的小灯泡。后轮匀速转动时，用电压表测得a、b间电压U＝0.6 V。
图10
(1)与a连接的是电压表的正接线柱还是负接线柱？
(2)圆盘匀速转动10分钟，则此过程中产生了多少电能？
(3)自行车车轮边缘线速度是多少？
解析　(1)根据右手定则，轮子边缘点等效于电源的负极，则a点接电压表的负接线柱
(2)根据焦耳定律Q＝t
代入数据得Q＝21.6 J
(3)由U＝E＝Bl2ω
代入数值解得v＝lω＝8 m/s。
答案　(1)负　(2)21.6 J　(3)8 m/s