高三物理復(fù)習(xí)測(cè)試40法拉第電磁感應(yīng)定律 自感現(xiàn)象

1、2012版高三物理一輪復(fù)習(xí) 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感現(xiàn)象1.有一種高速磁懸浮列車(chē)的設(shè)計(jì)方案是:在每節(jié)車(chē)廂底部安裝強(qiáng)磁鐵(磁場(chǎng)方向向下),并且在沿途兩條鐵軌之間平放一系列線圈.下列說(shuō)法中不正確的是( )A.列車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí),通過(guò)線圈的磁通量會(huì)發(fā)生變化B.列車(chē)速度越快,通過(guò)線圈的磁通量變化越快C.列車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí),線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)D.線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與列車(chē)速度無(wú)關(guān)解析:列車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí),安裝在每節(jié)車(chē)廂底部的強(qiáng)磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)使通過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化;列車(chē)速度越快,通過(guò)線圈的磁通量變化越快,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,由于通過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化,線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與通過(guò)線圈的磁通

2、量的變化率成正比,與列車(chē)的速度有關(guān).由以上分析可知,選項(xiàng)ABC正確,選項(xiàng)D不正確.答案:D2.一矩形線框置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線框平面與磁場(chǎng)方向垂直.先保持線框的面積不變,將磁感應(yīng)強(qiáng)度在1 s時(shí)間內(nèi)均勻地增大到原來(lái)的兩倍.接著保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變,在1 s時(shí)間內(nèi),再將線框的面積均勻地減小到原來(lái)的一半.先后兩個(gè)過(guò)程中,線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的比值為( )A. B.1 C.2 D.4解析:本題考查法拉第電磁感應(yīng)定律.第一個(gè)過(guò)程:E1=;第二個(gè)過(guò)程:E2=,B正確.答案:B3.如圖,一有界區(qū)域內(nèi),存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)寬度均為L(zhǎng),邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線

3、框abcd的bc邊緊靠磁場(chǎng)邊緣置于桌面.使線框從靜止開(kāi)始沿x軸正方向勻加速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域,若以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较?能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是圖( ) 解析:本題考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象.開(kāi)始時(shí),由公式可知,導(dǎo)體框做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),速度均勻增大,電流均勻增大,當(dāng)導(dǎo)體的右邊框到達(dá)兩磁場(chǎng)交界處后,電動(dòng)勢(shì)突然變成原來(lái)的2倍,電流方向反向.當(dāng)導(dǎo)體右邊框到達(dá)整個(gè)磁場(chǎng)的右邊界后,電動(dòng)勢(shì)又突然變成原來(lái)的一半,且電流方向反向.故AC正確.答案:AC4.如圖所示的電路中,三個(gè)相同的燈泡abc和電感L1L2與直流電源連接,電感的電阻忽略不計(jì).電鍵K從閉合狀態(tài)突然斷開(kāi)時(shí),下列判斷正確的有( )A.a先變亮,然后逐漸變

4、暗B.b先變亮,然后逐漸變暗C.c先變亮,然后逐漸變暗D.bc都逐漸變暗解析:abc三個(gè)燈泡相同,設(shè)K閉合時(shí)通過(guò)三個(gè)燈泡的電流均是I,則L1上電流為2I,L2上電流為I,當(dāng)K斷開(kāi)瞬間,abc三燈上原有電流立即消失.L1上在原有2I電流基礎(chǔ)上逐漸減小,L2上在原有I電流基礎(chǔ)上逐漸減小,L1L2上產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相同.所以在K斷開(kāi)瞬間a燈上瞬時(shí)有3I的電流而后逐漸減小,即a燈先變亮后逐漸變暗,則A正確,BC錯(cuò)誤.bc兩燈在原有I的電流基礎(chǔ)上逐漸減小,即bc兩燈逐漸變暗,所以D正確.答案:AD5.如圖所示電路中,S是閉合的,此時(shí)流過(guò)線圈L的電流為i1,流過(guò)燈泡A的電流為i2,且i1>i2.在

5、t1時(shí)刻將S斷開(kāi),那么流過(guò)燈泡的電流隨時(shí)間變化的圖象是下圖中的( )解析:電路閉合處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),L與A并聯(lián),其電流分別為i1和i2,方向都是從左向右;在斷開(kāi)S的瞬時(shí),燈A中原來(lái)從左向右的電流i2立即消失,但是燈A與線圈L成一閉合回路,由于L的自感作用,其中的電流i1不會(huì)立即消失,而是在回路中逐漸減弱維持短暫的時(shí)間,這個(gè)時(shí)間內(nèi)燈A中有從右向左的電流通過(guò).這時(shí)通過(guò)A的電流從i1開(kāi)始減弱,因?yàn)閕1>i2,所以選項(xiàng)D正確.答案:D6.在實(shí)際生產(chǎn)中,有些高壓直流電路中含有自感系數(shù)很大的線圈,當(dāng)電路中的開(kāi)關(guān)S由閉合到斷開(kāi)時(shí),線圈會(huì)產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì),使開(kāi)關(guān)S處產(chǎn)生電弧,危及操作人員的人身安全.為

6、了避免電弧的產(chǎn)生,可在線圈處并聯(lián)一個(gè)元件,在下列方案中可行的是( )解析:本題考查自感線圈的應(yīng)用.BC項(xiàng)當(dāng)電鍵閉合時(shí)使電源短路;A項(xiàng)中電容器在電鍵閉合斷開(kāi)的瞬間存在充放電,不可行;只有D選項(xiàng)電路在閉合電鍵時(shí)自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電路中電流增大,在斷開(kāi)電鍵時(shí)自感電動(dòng)勢(shì)通過(guò)二極管形成回路,因而不會(huì)使電鍵處產(chǎn)生電火花,故選項(xiàng)D正確.答案:D7.在下圖的甲乙丙中除導(dǎo)體棒ab可動(dòng)外,其余部分均固定不動(dòng).甲圖中的電容器C原來(lái)不帶電,設(shè)導(dǎo)體棒導(dǎo)軌和直流電源的電阻均可忽略,導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌間的摩擦也不計(jì).圖中裝置均在水平面內(nèi),且都處于方向垂直水平面(即紙面)向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),今給導(dǎo)體棒ab一個(gè)向右的初速度v0

7、,導(dǎo)體棒的最終運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是( )A.三種情況下,導(dǎo)體棒ab最終都是勻速運(yùn)動(dòng)B.圖甲丙中ab棒最終將以不同的速度做勻速運(yùn)動(dòng);圖乙中ab棒最終靜止 C.圖甲丙中,ab棒最終將以相同的速度做勻速運(yùn)動(dòng)D.三種情況下,導(dǎo)體棒ab最終均靜止 解析:圖甲中,ab棒以v0向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,電容器開(kāi)始充電,充電中ab棒就減速,ab棒上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小,當(dāng)ab棒上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電容器兩端電壓相等時(shí),ab棒上無(wú)電流,從而做勻速運(yùn)動(dòng);圖乙中,由于R消耗能量,所以ab棒做減速運(yùn)動(dòng),直至停止;圖丙中,當(dāng)ab棒向右運(yùn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與原電動(dòng)勢(shì)同向,因此作用在ab棒上的安培力使ab棒做減速運(yùn)動(dòng),速度減為零后,在安培力作用

8、下將向左加速運(yùn)動(dòng),向左加速過(guò)程中,ab棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與原電動(dòng)勢(shì)反向,當(dāng)ab棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與原電動(dòng)勢(shì)大小相等時(shí),ab棒上無(wú)電流,從而向左勻速運(yùn)動(dòng),所以B正確. 答案:B8.兩根足夠長(zhǎng)的光滑導(dǎo)軌豎直放置,間距為L(zhǎng),底端接阻值為R的電阻.將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在一個(gè)固定的輕彈簧下端,金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直,如圖所示.除電阻R外其余電阻不計(jì).現(xiàn)將金屬棒從彈簧原長(zhǎng)位置由靜止釋放,則( )A.釋放瞬間金屬棒的加速度等于重力加速度gB.金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí),流過(guò)電阻R的電流方向?yàn)閍bC.金屬棒的速度為v時(shí),所受的安培力大小為D.電阻R上產(chǎn)生的總熱量等于金屬棒重力

9、勢(shì)能的減少解析:由牛頓第二定律,金屬棒下落過(guò)程的加速度因釋放瞬間x=0,v=0,則金屬棒的加速度a=g,故A正確;由右手定則知金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí)棒中電流向右,故流過(guò)電阻的電流為ba,則B錯(cuò)誤;因則,故C正確;金屬棒上下振動(dòng)最終靜止時(shí),處于平衡狀態(tài),且kx=mg,彈簧具有彈性勢(shì)能,由能量轉(zhuǎn)化守恒定律金屬棒減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成兩部分,一部分為彈性勢(shì)能,另一部分為電阻R上產(chǎn)生的熱量,故D錯(cuò)誤. 答案:AC9.如圖所示,兩個(gè)互相連接的金屬環(huán)用同樣規(guī)格的導(dǎo)線制成,大環(huán)半徑是小環(huán)半徑的4倍,若穿過(guò)大環(huán)的磁場(chǎng)不變,小環(huán)中磁場(chǎng)變化率為k時(shí),其路端電壓為U;若小環(huán)中磁場(chǎng)不變,而大環(huán)中磁場(chǎng)變化率也為k時(shí),其路端電壓

10、為_(kāi).解析:根據(jù)題意設(shè)小環(huán)電阻為R,則大環(huán)電阻為4R,小環(huán)的面積為S,大環(huán)的面積為16S,且當(dāng)小環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí),小環(huán)相當(dāng)于電源,大環(huán)是外電路,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)則路端電壓當(dāng)大環(huán)磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí),大環(huán)相當(dāng)于電源,小環(huán)是外電路,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2為則U= 則U=4U.答案:4U10.均勻?qū)Ь€制成的單匝正方形閉合線框abcd,每邊長(zhǎng)為L(zhǎng),總電阻為R,總質(zhì)量為m.將其置于磁感強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)上方h處,如圖所示.線框由靜止自由下落,線框平面保持在豎直平面內(nèi),且cd邊始終與水平的磁場(chǎng)邊界面平行.當(dāng)cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí), (1)求線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小;(2)求cd兩點(diǎn)間的電勢(shì)差大小;(3)若此時(shí)線框加速度恰好

11、為零,求線框下落的高度h所應(yīng)滿(mǎn)足的條件.解析:(1)cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),線框速度線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) (2)此時(shí)線框中電流 cd兩點(diǎn)間的電勢(shì)差 (3)安培力 根據(jù)牛頓第二定律mg-F=ma,由a=0解得下落高度滿(mǎn)足 答案:(1) (2) (3)11.如圖甲所示,空間存在B=0.5 T方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),MNPQ是放在同一水平面內(nèi)的平行長(zhǎng)直導(dǎo)軌,其間距L=0.2 m,R是連在導(dǎo)軌一端的電阻,ab是跨接在導(dǎo)軌上質(zhì)量m=0.1 kg的導(dǎo)體棒.從零時(shí)刻開(kāi)始,對(duì)ab施加一個(gè)大小為F=0.45 N方向水平向右的恒定拉力,使其從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng),此過(guò)程中棒始終保持與導(dǎo)軌垂直且良好接觸,圖乙是棒的速度

12、時(shí)間關(guān)系圖象,其中AO是圖象在O點(diǎn)的切線,AB是圖象的漸近線. (1)除R以外,其余部分的電阻均不計(jì),求R的阻值;(2)當(dāng)棒的位移為100 m時(shí),其速度已經(jīng)達(dá)到10 m/s,求此過(guò)程中電阻上產(chǎn)生的熱量.解析:(1)由圖象可知,導(dǎo)體棒剛運(yùn)動(dòng)時(shí),加速度a=2.50 m/s2,設(shè)它受的摩擦力為f.由牛頓運(yùn)動(dòng)定律得F=f+ma 解得:f=0.2 N導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),由力的平衡得F=F安+f 且F安=BIL I=BLv/R解得:R=B2L2v/(F-f)=0.4 (2)根據(jù)能量守恒得 Fs-fs=mv2/2+Q解得Q=20 J.答案:(1)0.4 (2)20 J12.如圖所示,足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MNPQ平行放置,間距為L(zhǎng),與水平面成角,導(dǎo)軌與固定電阻R1和R2相連,且R1=R2=R.R1支路串聯(lián)開(kāi)關(guān)S,原來(lái)S閉合,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面斜向上.有一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌垂直放置,接觸面粗糙且始終接觸良好,導(dǎo)體棒的有效電阻也為R.現(xiàn)讓導(dǎo)體棒從靜止釋放沿導(dǎo)軌下滑,當(dāng)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)速率為v,此時(shí)整個(gè)電路消耗的電功率為重力功率的3/4.重力加速度為g,導(dǎo)軌電阻不計(jì).試求:(1)在上述穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),導(dǎo)體棒中的電流I,以及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小; (2)當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S后,導(dǎo)體棒ab所能達(dá)到的最大速率v是v的多少倍? 解析:(1)當(dāng)導(dǎo)體棒以速率v勻速下