高中物理人教新版集训练习 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.图K27-1甲的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.闭合开关S,给铜盘一个初动能,铜盘转动方向和所处磁场如图乙所示,不计一切摩擦和空气阻力.下列说法正确的是
(　　)
图K27-1
A.通过圆盘平面的磁通量增加
B.通过电阻R的电流方向向下
C.断开开关S,圆盘将减速转动
D.断开开关S,圆盘将匀速转动
2.金属探测器已经广泛应用于安检场所.关于金属探测器,下列说法正确的是
(　　)
图K27-2
A.金属探测器可用于食品生产,防止细小的沙石颗粒混入食品中
B.金属探测器探测地雷时,探测器的线圈中产生涡流
C.金属探测器探测金属时,被测金属中感应出涡流
D.金属探测器与被测物体相对静止时仍能探测出金属并报警
3.如图K27-3所示,在磁感应强度为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中,金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动,MN中产生的感应电动势为E1;若磁感应强度增为2B,其他条件不变,MN中产生的感应电动势变为E2,则通过电阻R的电
图K27-3
流方向及E1与E2之比分别为
(　　)
A.c→a,2∶1
B.a→c,2∶1
C.a→c,1∶2
D.c→a,1∶2
4.如图K27-4所示,空间有一垂直于纸面向里的匀强磁场,一长为L的直金属棒与磁感应强度方向垂直,当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时,棒两端的感应电动势大小为E;将此棒弯成半圆形置于与磁感应强度相垂直的平面内,当它沿垂直于直径的方向以速度v运动时,棒两端的感应电动势大小为E',则等于
(　　)
图K27-4
A.
B.
C.1
D.
图K27-5
5.(多选)如图K27-5所示,线圈匝数为n,面积为S,电阻为r,处于一个均匀增强的磁场中,磁感应强度随时间的变化率为k,磁场方向水平向右且与线圈平面垂直,电容器的电容为C,定值电阻的阻值为r.下列说法正确的是
(　　)
A.电容器下极板带正电
B.电容器上极板带正电
C.电容器所带电荷量为
D.电容器所带电荷量为nSkC
6.(多选)
在如图K27-6所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,线圈L的电阻不计.以下判断正确的是
(　　)
图K27-6
A.闭合S,稳定后,电容器的a极板带正电
B.闭合S,稳定后,电容器两端电压小于E
C.断开S的瞬间,通过R1的电流方向向右
D.断开S的瞬间,通过R2的电流方向向右
7.如图K27-7甲所示,光滑水平桌面上静置一边长为L、电阻为R的单匝正方形线圈abcd,线圈的一边通过一轻杆与固定的力传感器相连.现加一磁感应强度大小随时间均匀变化、方向垂直于桌面向下的匀强磁场,从t=0时刻开始,磁场的磁感应强度均匀减小,线圈的一半处于磁场中,另一半在磁场外,传感器显示的力随时间变化规律如图乙所示,F0和t0已知,则磁感应强度变化率的大小为
(　　)
图K27-7
A.
B.
C.
D.
8.(多选)有一半径为a且右端开小口的导体圆环和一长为2a的导体直杆,它们单位长度电阻均为R0.圆环水平固定放置,整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B.杆在圆环上以速度v平行于直径CD向右做匀速直线运动,杆始终有两点与圆环良好接触,如图K27-8所示.从圆环中心O开始,杆的位置由θ确定,则(　　)
图K27-8
A.当θ=0时,杆产生的感应电动势为2Bav
B.当θ=时,杆产生的感应电动势为Bav
C.当θ=0时,杆受的安培力大小为
D.当θ=时,杆受的安培力大小为
9.(多选)由粗细相同、同种材料制成的A、B两线圈分别按图K27-9甲、乙两种方式放入匀强磁场中,甲、乙两图中的磁场方向均垂直于线圈平面,A、B线圈的匝数之比为2∶1,半径之比为2∶3,当两图中的磁场都随时间均匀变化时
(　　)
图K27-9
A.甲图中,A、B两线圈中电动势之比为2∶3
B.甲图中,A、B两线圈中电流之比为3∶2
C.乙图中,A、B两线圈中电动势之比为8∶9
D.乙图中,A、B两线圈中电流之比为2∶3
10.
如图K27-10甲所示,一个电阻为R、匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路.线圈的半径为r1,在线圈中半径为r2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乙所示.图线的横、纵轴截距分别为t0和B0,导线的电阻不计.在0至t1时间内,求:
(1)通过电阻R1的电流大小和方向;
(2)通过电阻R1的电荷量q和产生的热量Q.
图K27-10
11.
如图K27-11所示,光滑的轻质定滑轮上绕有轻质细线,线的一端系一质量为4m的重物,另一端系一质量为m的金属杆.在竖直平面内有足够长且电阻不计的平行金属导轨PQ、EF,其间距为L.在Q、F之间连接阻值为R的电阻,金属杆接入电路部分的电阻为R,其余电阻不计.一匀强磁场与导轨平面垂直,磁感应强度为B0.开始时金属杆置于导轨下端QF处,将重物由静止释放,当重物下降一段距离时恰好达到稳定速度,而后匀速下降.运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好,不计一切摩擦,重力加速度为g.求:
(1)重物匀速下降时金属杆受到的安培力F的大小;
(2)重物匀速下降时速度v的大小.
图K27-11
1.C　[解析]
铜盘转动过程中,穿过铜盘的磁通量不变,故A错误;根据右手定则可知,电流从D点流出,流向C点,因此通过电阻R的电流方向向上,故B错误;断开开关后,虽然圆盘与外电路断开了,但是在圆盘自身中仍然会产生涡流,此时应将圆盘视为由很多闭合电路组成的复杂电路,产生的涡流(感应电流)阻碍圆盘的运动,因此圆盘将减速转动,故C正确,D错误.
2.C　[解析]
金属探测器只能探测金属,不能用于食品生产,不能防止细小的沙石颗粒混入食品中,选项A错误;金属探测器探测金属时,被测金属中感应出涡流,选项B错误,C正确;金属探测器靠内部发射的高频变化的磁场工作,当附近有金属时,探测区的交变磁场受到干扰而被探测器检测出,即使金属与探测器相对静止也会被探测出,选项D错误.
3.C　[解析]
由右手定则可判断出MN中电流方向为从N到M,通过电阻R的电流方向为a→c;由E=BLv,若磁感应强度大小增为2B,其他条件不变,则MN中产生的感应电动势变为原来的2倍,E1∶E2=1∶2,选项C正确.
4.B　[解析]
直金属棒的有效切割长度为L,垂直切割磁感线,产生的感应电动势为E=BLv;弯成半圆形后,有效的切割长度为,垂直切割磁感线,产生的感应电动势为E'=Bv,故=,B正确.
5.BC　[解析]
磁场向右均匀增强,由楞次定律判断,电容器上极板带正电,故A错误,B正确;闭合线圈与阻值为r的电阻形成闭合回路,线圈相当于电源,电容器两极板间的电压等于路端电压,线圈产生的感应电动势E=nS=nSk,路端电压U=·r=,则电容器所带电荷量为Q=CU=,故C正确,D错误.
6.BC　[解析]
闭合S,稳定后,电容器相当于断路,线圈L相当于短路,所以电容器b极板与电源正极相连,带正电荷,A错误;电源有内阻,电容器两端电压等于电路的路端电压,小于电源电动势,B正确;断开S瞬间,电容器与R2构成回路放电,通过R2的电流方向向左,D错误;断开S瞬间,由于自感现象,线圈L相当于临时电源,阻碍原来的电流减小,通过线圈的电流方向不变,R1与线圈L构成回路,所以通过R1的电流方向向右,C正确.
7.A　[解析]
设磁场的磁感应强度B=B0-kt,则E==k·L2,I==,F=BIL=(B0-kt)L=-t,由图像可知=,解得k=,故A正确.
8.AD　[解析]
当θ=0时,杆在圆心位置,切割磁感线的有效长度等于圆环直径,杆产生的感应电动势为E=2Bav,A正确;当θ=时,杆切割磁感线的有效长度等于圆环半径,杆产生的感应电动势为E=Bav,B错误;当θ=0时,回路的总电阻R1=(2a+πa)R0,杆受的安培力F1=BI1l=B··2a=,C错误;当θ=时,回路的总电阻R2=R0,杆受的安培力F
2=BI2l'=B··a=,D正确.
9.BCD　[解析]
设甲、乙两线圈匝数分别为n1、n2,半径分别为r1、r2,导线横截面积为S',图甲中,设有界磁场的面积为S,则线圈A产生的电动势EA=n1S,电阻RA=ρ,B产生的电动势为EB=n2S,RB=ρ,因此==,电流之比为=·=,A错误,B正确;图乙中,A的电动势E'A=n1π,B的电动势E'B=n2π,因此=×=,电流之比=·=,C、D正确.
10.(1)　方向从b到a　(2)　
[解析]
(1)由图像可知,0~t1时间内,有=
由法拉第电磁感应定律有E=n=n·S
其中S=π
由闭合电路欧姆定律有I1=
联立解得I1=.
由楞次定律可判断,通过电阻R1的电流方向为从b到a.
(2)通过电阻R1的电荷量
q=I1t1=
电阻R1上产生的热量
Q=R1t1=.
11.(1)3mg　(2)
[解析]
(1)对重物有FT=4mg
对金属杆,有FT=mg+F
解得F=3mg.
(2)对金属杆,有
E=B0Lv
F=B0IL
对闭合电路,有I=
解得v=.