2019-2020学年高中物理新人教版选修3-2:4.4法拉第电磁感应定律 同步练习(word版含解析)

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名称 2019-2020学年高中物理新人教版选修3-2:4.4法拉第电磁感应定律 同步练习(word版含解析)
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资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2020-01-22 12:23:17

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文档简介

第四章 第4节 法拉第电磁感应定律
1.关于电磁感应现象,下列说法正确的是(  )
A.线圈放在磁场中就一定能产生感应电流
B.闭合线圈放在匀强磁场中做切割磁感线运动时,一定能产生感应电流
C.感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的磁通量的变化
D.穿过线圈的磁通量变化量越大,感应电动势越大
解析:选C 感应电流产生的条件是,只有穿过闭合电路的磁通量发生变化,线圈中才会有感应电流产生,故A错误;闭合线圈放在匀强磁场中做切割磁感线运动时,若穿过线圈的磁通量变化,则产生感应电流,若穿过线圈的磁通量不变,则没有感应电流,故B错误;电磁感应现象中,感应电流的磁场总阻碍原来磁场的磁通量的变化,即原来的磁场增强,则感应电流的磁场与原磁场方向相反,若原磁场减弱,则感应电流的磁场与原磁场方向相同,故C正确;根据法拉第电磁感应定律可知,穿过线圈的磁通量变化量越快,感应电动势越大,而穿过线圈的磁通量变化量大,感应电动势不一定大,故D错误.
2.如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一个水平放置的金属棒ab以水平初速度v0抛出,设运动的整个过程中棒的取向不变且不计空气阻力,则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将(  )
A.越来越大        B.越来越小
C.保持不变 D.无法确定
解析:选C E=BLvsin θ=BLvx,ab做平抛运动,水平速度保持不变,感应电动势保持不变.
3.(2019·阜宁期中)如图所示,条形磁铁位于线圈的轴线上,下列过程中,能使线圈中产生最大感应电动势的是  (  )
A.条形磁铁沿轴线缓慢插入线圈
B.条形磁铁沿轴线迅速插入线圈
C.条形磁铁在线圈中保持相对静止
D.条形磁铁沿轴线从线圈中缓慢拔出
解析:选B 根据法拉第电磁感应定律可知,感应电动势与磁通量的变化率成正比,磁通量变化越快,感应电动势越大.条形磁铁沿轴线缓慢插入线圈与条形磁铁沿轴线迅速插入线圈,磁通量变化相同,迅速插入时间短,电动势大,条形磁铁在线圈中保持相对静止无感应电动势,条形磁铁沿轴线从线圈中缓慢拔出与条形磁铁沿轴线缓慢插入线圈感应电动势大小相同,方向相反,B选项正确.
4.如图所示,一正方形线圈的匝数为n,边长为a,线圈平面与匀强磁场垂直,且一半处在磁场中.在Δt时间内,磁场的方向不变,大小由B均匀地增大到2B.在此过程中,线圈中产生的感应电动势为(  )
A. B.
C. D.
解析:选B 线圈中产生的感应电动势E=n=n··S=n··=,B正确.
5.韦伯和纽曼总结、提出了电磁感应定律,如图是关于该定律的实验,P是由闭合线圈组成的螺线管,把磁铁从P正上方,距P上端h处由静止释放,磁铁竖直穿过P后落在海绵垫上并停下.若仅增大h,重复原来的操作,磁铁穿过P的过程与原来相比,下列说法正确的是(  )
A.穿过线圈的磁通量将增大
B.线圈中产生的感应电动势将增大
C.通过线圈导线截面的电量将增大
D.线圈对磁铁的阻碍作用将变小
解析:选B 仅增大h,穿过线圈的磁通量没有影响,A选项错误;仅增大h,磁铁经过线圈的时间减小,根据法拉第电磁感应定律可知,线圈中产生的感应电动势将增大,B选项正确;根据电荷量公式q=n可知,通过线圈导线截面的电量保持不变,C选项错误;线圈中产生的感应电动势将增大,感应电流增大,根据楞次定律可知,线圈对磁铁的阻碍作用将变大,D选项错误.
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长为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,那么AB两端的电势差为(  )
A.BωR2 B.2BωR2
C.4BωR2 D.6BωR2
解析:选C A点线速度vA=ω·3R,B点线速度vB=ω·R,AB棒切割磁感线的平均速度 ==2ω·R,由E=Blv得A、B两端的电势差为4BωR2,C正确.
7.如图所示,将一半径为r的金属圆环在垂直于环面的磁感应强度为B的匀强磁场中用力握中间成“8”字形,并使上、下两圆半径相等.如果环的电阻为R,则此过程中流过环的电荷量为(  )
A. B.
C.0 D.
解析:选B 通过金属圆环横截面的电荷量只与磁通量的变化量和金属圆环的电阻有关,与时间等其他量无关,因此ΔΦ=Bπr2-2×Bπ2=Bπr2,电荷量q==.
8.如图所示,导体棒ab长L,沿倾角为α的斜导轨以速度v下滑,匀强磁场的磁感应强度为B.求:
(1)若磁感应强度B的方向垂直于斜导轨向上,导体棒ab中产生的感应电动势为多大?
(2)若磁感应强度B的方向竖直向上,导体棒ab中产生的感应电动势为多大?
解析:将题给的立体图改画成平面图如图所示.
(1)当磁感应强度B的方向垂直于斜轨时,导体棒ab的速度方向与B是垂直的,即v与B的夹角θ=90°.则可将感应电动势直接写为E1=BLv.
(2)当磁感应强度B竖直向上时,此时v与B的夹角θ=90°+α,我们可直接套用公式写出此时的感应电动势E2=BLvsin(90°+α)=BLvcos α,
也可从基本原理出发,将棒的速度v分解为垂直于B和平行于B的两个分量,只有垂直于B的速度分量v⊥=vcos α才对产生感应电动势有贡献,所以感应电动势E2=Blv⊥=Blvcos α.
答案:(1)BLv (2)BLvcos α
「能力提升练」
1.单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化图象如图所示,则(  )
A.在t=0时,线圈中磁通量最大,感应电动势也最大
B.在0~2×10-2 s时间内,线圈中感应电动势的平均值为零
C.在t=2×10-2 s时,线圈中磁通量最小,感应电动势最大
D.在t=1×10-2 s时,线圈中磁通量最小,感应电动势最大
解析:选D t=0时刻,线圈中磁通量最大,线圈与磁场垂直,磁通量的变化率最小,感应电动势最小,故A错误;在0~2×10-2 s时间内,磁通量的变化量不为零,则线圈中感应电动势的平均值不为零,故B错误;在t=2×10-2 s时,线圈中磁通量最大,线圈与磁场垂直,磁通量的变化率最小,感应电动势最小,故C错误;在t=1×10-2 s时,线圈中磁通量为零,最小,磁通量的变化率最大,感应电动势最大,故D正确.
2.(多选)在竖直向上的匀强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,线圈所围的面积为0.1 m2,线圈电阻为1 Ω.规定线圈中感应电流I的正方向从上往下看是顺时针方向,如图甲所示,磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示,则下列说法正确的是(  )
A.在时间0~5 s内,I的最大值为0.1 A
B.在第4 s时刻,I的方向为逆时针
C.前2 s内,通过线圈某截面的总电荷量为0.01 C
D.第3 s内,线圈的发热功率最大
解析:选BC 根据B-t图象的斜率k表示,由E==Sk,因此刚开始时,图象的斜率最大,为0.1,代入得电源的电动势为0.01 V,电流为0.01 A,故A项错误;在第4 s时刻,根据楞次定律,电流为逆时针方向,故B项正确;由q==C=0.01 C,代入得C项正确;第3 s内,B不变,故不产生感应电流,因此发热功率为零,D项错误.
3.1831年10月28日,法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机(图甲).它是利用电磁感应的原理制成的,是人类历史上的第一台发电机.据说,在法拉第表演他的圆盘发电机时,一位贵妇人问道:“法拉第先生,这东西有什么用呢?”法拉第答道:“夫人,一个刚刚出生的婴儿有什么用呢?”图乙是这个圆盘发电机的示意图:铜盘安装在水平的铜轴上,它的边缘正好在两磁极之间,两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触.使铜盘转动,电阻R中就有电流通过.已知铜盘半径为r,铜盘内阻忽略不计,铜盘所在区域磁感强度为B,转动的角速度为ω,则以下判断正确的是(  )
①铜盘转动过程中产生的电流方向是D到C
②铜盘转动过程中D点的电势高于C点
③铜盘转动过程中产生的感应电动势大小为E=Br2ω
④铜盘转动过程中产生的感应电流大小为I=
A.①② B.②③
C.③④ D.①④
解析:选B 根据右手定则可知,电流从D点流出,经过R流向C点,因此铜片D的电势高于铜片C的电势,故①错误,②正确;根据电磁感应定律:E=Br,=,解得E=,根据欧姆定律I==,故③正确,④错误,故B正确.
4.如图所示,现有一长为2L的金属棒ab垂直置于两平行导轨上,棒的右侧分布着磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场.已知导轨间距为L,左端接有一电阻R,其余电阻不计.现ab以a点为轴沿顺时针以一定角速度转过60°,并固定(设此为过程Ⅰ);再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B′(设此为过程Ⅱ).整个过程中,棒与导轨接触良好,在过程Ⅰ、Ⅱ中,通过电阻R的电荷量相等,则等于(  )
A.2 B.3
C.4 D.5
解析:选A 由法拉第电磁感应定律,则有E=,而闭合电路欧姆定律I=,电量表达式q=I·Δt,解得q=,ab以a为轴沿顺时针以ω转过60°的过程中,磁通量的改变为ΔΦ1=B·=,所以过程Ⅰ回路中通过R的电荷量为q==;过程Ⅱ回路中磁通量的变化为ΔΦ2=,通过R的电荷量为q==,解得=2,故A正确,B、C、D错误.
5.(2019·永安市模拟)如图所示,水平面上有两根相距0.5 m的足够长的平行金属导轨MN和PQ,它们的电阻可忽略不计,在M和P之间接有阻值为R的定值电阻.导体棒ab长l=0.5 m,其电阻为r,与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=0.4 T.现使ab以v=10 m/s的速度向右做匀速运动.
(1)ab中的感应电动势多大?
(2)ab中电流的方向如何?
(3)若定值电阻R=3.0 Ω,导体棒的电阻r=1.0 Ω,则电路中的电流多大?
解析:(1)导体棒ab切割磁感线,产生感应电动势,根据法拉第电磁感应定律可知E=Blv=2 V.
(2)根据右手定则可知,导体棒ab中电流的方向为从b向a.
(3)若定值电阻R=3.0 Ω,导体棒的电阻r=1.0 Ω,根据闭合电路欧姆定律可知I==0.5 A.
答案:(1)2 V (2)从b向a (3)0.5 A
6.如图甲所示,一个圆形线圈匝数n=1 000匝、面积S=2×10-2 m2、电阻r=1 Ω.在线圈外接一阻值为R=4 Ω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B随时间变化规律如图乙所示.求:
(1)0~4 s内,回路中的感应电动势;
(2)t=5 s时,a、b两点哪点电势高;
(3)t=5 s时,电阻R两端的电压U.
解析:(1)根据法拉第电磁感应定律得,0~4 s内,回路中的感应电动势
E=n=1 000× V=1 V.
(2)t=5 s时,磁感应强度正在减弱,根据楞次定律,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即感应电流产生的磁场方向是垂直纸面向里,故a点的电势高.
(3)在t=5 s时,线圈的感应电动势为
E′=n=1 000×V=4 V
根据闭合电路欧姆定律得电路中的电流为
I== A=0.8 A
故电阻R两端的电压U=IR=0.8×4 V=3.2 V.
答案:(1)1 V (2)a点的电势高 (3)3.2 V