高中物理人教新版课时练选择性必修 第2 册第 2 章 法拉第电磁感应定律、自感和涡流 Word版含解析

1．关于电磁感应，下列说法正确的是(　　)
A．穿过回路的磁通量越大，则产生的感应电动势越大
B．穿过回路的磁通量减小，则产生的感应电动势一定变小
C．穿过回路的磁通量变化越快，则产生的感应电动势越大
D．穿过回路的磁通量变化越大，则产生的感应电动势越大
答案　C
2.(多选)如图1所示，闭合金属导线框放置在竖直向上的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度随时间变化．下列说法正确的是(　　)
图1
A．当磁感应强度增加时，线框中的感应电流可能减小
B．当磁感应强度增加时，线框中的感应电流一定增大
C．当磁感应强度减小时，线框中的感应电流一定增大
D．当磁感应强度减小时，线框中的感应电流可能不变
答案　AD
解析　线框中的感应电动势为E＝S，设线框的电阻为R，则线框中的电流I＝＝·，因为B增大或减小时，可能减小，可能增大，也可能不变，故选项A、D正确．
3.(多选)(2020·山东青岛市质检)如图2所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略，下列说法中正确的是(　　)
图2
A．闭合开关S接通电路时，A2始终比A1亮
B．闭合开关S接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮
C．断开开关S切断电路时，A2先熄灭，A1过一会儿才熄灭
D．断开开关S切断电路时，A1和A2都要过一会儿才熄灭
答案　BD
解析　闭合开关S接通电路，A2立即亮，线圈对电流的增大有阻碍作用，所以通过A1的电流慢慢变大，最后两灯泡的电压一样大，所以一样亮，故A错误，B正确；断开开关S切断电路时，线圈对电流的减小有阻碍作用，相当于电源，与A1和A2串联，所以两灯泡都要过一会儿熄灭，故C错误，D正确．
4．(2019·河南南阳市上学期期末)如图3甲所示，边长为L＝0.1 m的10匝正方形线框abcd处在变化的磁场中，在线框d端点处开有一个小口，d、e用导线连接到一个定值电阻上，线框中的磁场随时间的变化情况如图乙所示(规定垂直纸面向外为磁场的正方向)，下列说法正确的是(　　)
图3
A．t＝3 s时线框中的磁通量为0.03 Wb
B．t＝4 s时线框中的感应电流大小为零
C．t＝5 s时通过线框中的电流将反向
D．t＝8 s时通过线框中的电流沿逆时针方向
答案　C
解析　由磁通量的定义可知t＝3 s时穿过线框的磁通量为Φ＝B0·L2＝0.003 Wb，故A错误；t＝4 s时，由法拉第电磁感应定律知E＝n＝nL2＝10××0.01 V＝0.03 V，所以线框中的感应电流为I＝，故B错误；由楞次定律可知，3～5 s，线框中的感应电流为逆时针方向，5～11 s，线框中的感应电流为顺时针方向，故t＝5 s时通过线框中的电流将反向，故C正确，D错误．
5.(多选)如图4所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来．若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有(　　)
图4
A．增加线圈的匝数
B．提高交流电源的频率
C．将金属杯换为瓷杯
D．取走线圈中的铁芯
答案　AB
解析　当电磁铁接通交流电源时，金属杯处在变化的磁场中产生涡流发热，使水温升高．要缩短加热时间，需增大涡流，即增大感应电动势或减小电阻．增加线圈匝数、提高交流电源的频率都是为了增大感应电动势，瓷杯不能产生涡流，取走铁芯会导致磁性减弱，故选项A、B正确，选项C、D错误．
6．如图5所示装置中，线圈A、B彼此绝缘绕在一铁芯上，B的两端接有一电容器，A的两端与放在匀强磁场中的导电轨道连接，轨道上放有一根金属杆ab.要使电容器上极板带正电，金属杆ab在磁场中运动的情况可能是：
图5
①向右减速滑行　②向右加速滑行
③向左减速滑行　④向左加速滑行
以上选项正确的是(　　)
A．①④ B．②③ C．①② D．③④
答案　B
解析　若ab向右减速滑行，右边线圈中的磁场从上向下减小，故穿过左边线圈的磁通量从下向上减小，此时下极板带正电，①错误；若ab向右加速滑行，则右边线圈的磁场是从上向下增大，所以左侧线圈的磁通量从下向上增大，此时上极板带正电，②正确；同理③正确，④错误．
7.(2019·安徽蚌埠市第三次质量检测)如图6所示，某小组利用电流传感器(接入电脑，图中未画出)记录灯泡A和自感元件L构成的并联电路在断电瞬间各支路电流随时间的变化情况，i1表示小灯泡中的电流，i2表示自感元件中的电流(已知开关S闭合时i2>i1)，则下列图像中正确的是(　　)
图6
答案　C
解析　当开关S断开后，自感元件与灯泡形成回路，自感元件阻碍自身电流变化，自感元件产生的感应电流仍沿着原来方向，大小从i2开始不断减小，灯泡的电流反向，大小与自感元件电流相等，故C正确，A、B、D错误．
8.(2019·山东威海市5月模拟)如图7所示，轻质弹簧一端固定在天花板上，另一端拴接条形磁铁，置于绝缘水平桌面上的圆形铝质闭合线圈放在条形磁铁的正下方，开始时整个装置处于静止状态．在外力作用下将磁铁竖直向下移动一定距离(未接触桌面)，然后由静止释放，在之后的运动过程中，线圈始终未离开桌面，忽略空气阻力，下列说法正确的是(　　)
图7
A．磁铁所受弹簧拉力与其重力相等时，磁铁的加速度为零
B．磁铁上升过程中，从上向下看，线圈中产生顺时针方向的电流
C．线圈对桌面压力大小可能大于其重力
D．磁铁最终会静止，整个过程线圈中产生的热量等于磁铁机械能的减少量
答案　C
解析　若磁铁向上运动，会受到向下的安培阻力，若向下运动，会受到向上的安培阻力，因此当磁铁所受弹力与重力等大反向时，磁铁的加速度不一定为零，故A错误；当磁铁向上运动时，穿过线圈的磁通量向上减小，根据楞次定律知，感应电流的磁场的方向向上，俯视线圈，线圈中产生逆时针方向的电流，故B错误；根据楞次定律，磁铁向下运动时，受到向上的安培阻力，所以磁铁对线圈的作用力的方向向下，此时线圈对桌面压力大于其重力，故C正确；磁铁最终静止于起始时的平衡位置，根据能量守恒定律，从静止释放至停止，弹簧的弹性势能的减少量等于磁铁重力势能的增加量与线圈中产生的焦耳热之和，故D错误．
9．(2019·安徽蚌埠市第二次质检)同一平面内固定有一长直导线PQ和一带缺口的刚性金属圆环，在圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于圆环所在平面固定放置的平行金属板MN连接，如图8甲所示．导线PQ中通有正弦交变电流i，i的变化如图乙所示，规定从Q到P为电流的正方向，则在1～2 s内(　　)
图8
A．M板带正电，且电荷量增加
B．M板带正电，且电荷量减小
C．M板带负电，且电荷量增加
D．M板带负电，且电荷量减小
答案　A
解析　在1～2 s内，穿过金属圆环的磁场垂直于纸面向里，磁感应强度变小，穿过金属圆环的磁通量变小，磁通量的变化率变大；假设环闭合，由楞次定律可知感应电流磁场与原磁场方向相同，即感应电流磁场方向垂直于纸面向里，然后由安培定则可知感应电流沿顺时针方向，由法拉第电磁感应定律可知感应电动势增大，由此可知M板电势高，带正电，电荷量增加，故A正确，B、C、D错误．
10．(多选)(2019·湖南永州市第二次模拟)如图9(a)所示，半径为r的带缺口刚性金属圆环固定在水平面内，缺口两端引出两根导线，与电阻R构成闭合回路．若圆环内加一垂直于纸面的变化的磁场，变化规律如图(b)所示．规定磁场方向垂直纸面向里为正，不计金属圆环的电阻．以下说法正确的是(　　)
图9
A．0～1 s内，流过电阻R的电流方向为b→R→a
B．2～3 s内，穿过金属圆环的磁通量在减小
C．t＝2 s时，流过电阻R的电流方向发生改变
D．t＝2 s时，Uab＝πr2B0(V)
答案　AD
解析　规定磁场方向垂直纸面向里为正，根据楞次定律，在0～1 s内，穿过线圈向里的磁通量增大，则线圈中产生逆时针方向的感应电流，那么流过电阻R的电流方向为b→R→a，故A正确；由题图(b)可知，在2～3 s内，穿过金属圆环的磁通量在增大，故B错误；1～2 s内，磁通量向里减小，由楞次定律可知，产生的电流方向为a→R→b,2～3 s磁通量增大，且磁场反向，由楞次定律可知，产生的电流方向为a→R→b，故C错误；当t＝2 s时，根据法拉第电磁感应定律E＝S＝πr2B0(V)，因不计金属圆环的电阻，因此Uab＝E＝πr2B0 (V)，故D正确．
11．(多选)(2019·福建漳州市第二次教学质量监测)如图10所示，在竖直面内有一半径为L的半圆形光滑金属导轨CPD，处于磁感应强度大小为B、方向与导轨平面(纸面)垂直向里的匀强磁场中，圆心为O，直径CD水平，半径OP竖直，O、D间用导线连接．一质量分布均匀的金属棒OA，长为L，电阻为R，质量为m，能绕水平轴O在竖直平面内自由转动，棒与导轨和轴O始终接触良好，一切摩擦及其他电阻均不计，重力加速度大小为g.若棒从CO处由静止释放，第一次到达OP处时的角速度为ω，则下列判断正确的是(　　)
图10
A．棒不能摆到OD处
B．从OC到OP的过程中，通过棒横截面的电荷量为
C．棒第一次到达OP处时，棒中通过的电流为
D．棒最终会停下，产生的总焦耳热为mgL
答案　AD
解析　棒沿着导轨摆动切割磁感线而产生动生电动势，导轨与棒组成的回路通电，根据楞次定律可知棒要受到安培力，安培力做负功使得机械能变成电能，最终变为通过电阻的焦耳热，则棒不能到达等高的OD处，故A正确；最终棒通过多个往复的摆动而停在OP处，由能量守恒可知mg·＝W克安＝Q总，故D正确；从OC到OP的过程中，通过棒横截面的电荷量由q＝·Δt，＝，＝得q＝＝＝，故B错误；棒第一次到达OP处时角速度为ω，转动产生的电动势为E＝BL＝，则电流为I＝＝，故C错误．
12．(2019·湖北天门、仙桃等八市第二次联考)如图11甲所示，MN、PQ是两根长为L＝2 m、倾斜放置的平行金属导轨，导轨间距d＝1 m，导轨所在平面与水平面成一定角度，M、P间接阻值为R＝6 Ω的电阻．质量为m＝0.2 kg、长度为d的金属棒ab放在两导轨上中点位置，金属棒恰好能静止．从t＝0时刻开始，空间存在垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示，在t0＝0.1 s时刻，金属棒刚要沿导轨向上运动，此时磁感应强度B0＝1.2 T．已知金属棒与导轨始终垂直并且保持良好接触，不计金属棒和导轨电阻，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度g＝10 m/s2.求：
图11
(1)0～t0时间内通过电阻R的电荷量q；
(2)金属棒与导轨之间的动摩擦因数μ.
答案　(1)0.2 C　(2)0.75
解析　(1)由题意得0～t0时间内回路中磁通量的变化量：ΔΦ＝B0d①
E＝②
I＝③
0～t0时间内通过电阻R的电荷量：q＝IΔt④
联立①②③④解得I＝2 A，q＝0.2 C；
(2)由题意知，未加磁场时，金属棒恰好能处于静止状态，设导轨平面与水平面之间的夹角为θ，
则有mgsin θ＝fm⑤
fm＝μN⑥
N＝mgcos θ⑦
在t0＝0.1 s时刻，金属棒刚要沿导轨向上运动，
则有F安＝mgsin θ＋fm⑧
此时F安＝B0Id⑨
联立⑤⑥⑦⑧⑨解得μ＝0.75.