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高中物理2013届高三一轮复习高频考点专练32法拉第电磁感应定律及其应用(一)(带完整解析答案)
1、20122月天水一中检测)如图所示,半径为 r且水平放置的光滑绝缘的环形管道内,有一个电荷量为 e,质量为 m 的电子。此装置放在匀强磁场中,其磁感应强度随时间变化的关系式为 B=B0+ktk>0)。根据麦克斯韦电磁场理论,均匀变化的磁场将产生稳定的电场,该感应电场对电子将有沿圆环切线方向的作用力,使其得到加速。设t=0时刻电子的初速度大小为v0,方向顺时针,从此开始运动一周后的磁感应强度为B1,则此时电子的速度大小为

  A.

                                     B.
   

  C.

                                   D.






答案:AB解析:由法拉第电磁感应定律,环形管道内产生的感应电动势E=kπr2,电子运动一周,感应电场力对电子做功eE,由动能定理,eE=
mv
2-
mv
02,联立解得电子的速度大小为v=
,选项B正确D错误;电子在磁感应强度为B1的匀强磁场中运动,evB1= mv2/r,解得v=
,选项A正确C错误。 

2、20123月河南焦作一模)如图所示,两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置,间距为L=1mcd间、de间、cf间分别接着阻值为R=10Ω的电阻。一阻值为R=10Ω的导体棒ab以速度v=4m/s匀速向左运动,导体棒与导轨接触良好;导轨所在平面存在磁感应强度大小为B=0.5T,方向竖直向下的匀强磁场。下列说法中正确的是                

A. 导体棒ab中电流的流向为由ba

B. cd两端的电压为1 V

C. de两端的电压为1 V

D. fe两端的电压为1 V







答案:BD解析:导体棒ab以速度v=4m/s匀速向左运动,由右手定则可判断出导体棒ab中电流的流向为由ab,选项A错误;由法拉第电磁感应定律,产生的感应电动势E=BLv=2V,感应电流I=E/2R=0.1Acd两端的电压为U1=IR=1 V,选项B正确;由于de间没有电流,cf间没有电流,de两端的电压为零,fe两端的电压为1V,选项C错误D正确。 

3、20125月湖北武汉模拟)如图所示是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CD分别与转动轴和铜盘的边缘接触。若铜盘半径为L,匀强磁场的磁感应强度为B,回路的总电阻为R,从左往右看,铜盘以角速度ω沿顺时针方向匀速转动。则:

A.由于穿过铜盘的磁通量不变,故回路中无感应电流

B.回路中感应电流大小不变,为

C.回路中感应电流方向不变,为C→D→R→C

D.回路中有周期性变化的感应电流







答案:BC解析:把铜盘看作闭合回路的一部分,在穿过铜盘以角速度ω沿顺时针方向匀速转动时,铜盘切割磁感线产生感应电动势,回路中有感应电流,选项A错误;铜盘切割磁感线产生感应电动势为E=
BL2
ω,根据闭合电路欧姆定律,回路中感应电流I=E/R=
,由右手定则可判断出感应电流方向为C→D→R→C选项BC正确D错误 

4、20123月江西省六校联考)粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框原先整个置于有界匀强磁场内,磁场方向垂直于线框平面,其边界与正方形线框的边平行,现使线框沿四个不同方向以相同速率v匀速平移出磁场,如图所示,线框移出磁场的整个过程(   )

A.四种情况下ab两端的电势差都相同

B.①图中流过线框的电量与v的大小无关

C.②图中线框的电功率与v的大小成正比

D.③图中磁场力对线框做的功与

成正比






答案:B解析:由法拉第电磁感应定律E=Ф/t,闭合电路欧姆定律I=E/R
 

5、20124月上海明县二模)如图所示,虚线框内存在均匀变化的匀强磁场,三个电阻的阻值之比R1R2R3=123,电路中导线的电阻不计.当S1S2闭合,S3断开时,闭合回路中感应电流为
;当S2S3闭合,S1断开时,闭合回路中感应电流为5I;当S1S3闭合,S2断开时,闭合回路中感应电流为

      (A)0                  (B)

I                      (C)
I                      (D)
I







答案:D解析:设虚线框内磁感应强度变化率为k,上面回路中磁场面积为S,下面回路中磁场面积nS,电阻R1=R。当S1S2闭合,S3断开时,闭合回路中产生的感应电动势E1=kS,感应电流为
=kS/3R;当S2S3闭合,S1断开时,闭合回路中产生的感应电动势E2=nkS,闭合回路中感应电流为5I= nkS/5R;当S1S3闭合,S2断开时,闭合回路中产生的感应电动势E3=(n+1)kS,闭合回路中感应电流为I’=(n+1)kS/4R,联立解得I’=7I,选项D正确。 

6、20125月山西省三模)如图所示,正方形线框的边长为L,电容器的电容量为C。正方形线框的一半放在垂直纸面向里的匀强磁场中。当磁场以k的变化率均匀增强时,则

A.电压表没有读数

B.电压表的读数为kL2/2

C.a点的电势高于b点的电势

D.电容器的电量为CkL2/2








答案:AD   解析:磁场以k的变化率均匀增强,产生恒定的感应电动势。
得电容器的电量为Q=CkL2/2,选项D正确。 

7、2012朝阳二模)如图甲所示,电路的左侧是一个电容为C的电容器,电路的右侧是一个环形导体,环形导体所围的面积为S。在环形导体中有一垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度的大小随时间变化的规律如图乙所示。则在0t0时间内电容器                                         (    

A.上极板带正电,所带电荷量为

B.上极板带正电,所带电荷量为

C.上极板带负电,所带电荷量为

D.上极板带负电,所带电荷量为

答案:A  


8、20125月海淀二模)某学生设计了一个验证法拉第电磁感应定律的实验,实验装置如图甲所示。在大线圈中放置一个小线圈,大线圈与多功能电源连接。多功能电源输入到大线圈Ⅰ的电流i1的周期为T,且图乙所示的规律变化,电流i1将在大线圈Ⅰ的内部产生变化的磁场,该磁场磁感应强度B与线圈中电流i的关系为B=ki1(其中k为常数)。小线圈与电流传感器连接,并可通过计算机处理数据后绘制出小线圈中感应电流i2随时间t变化的图象。若仅将多功能电源输出电流变化的频率适当增大,则图丙所示各图象中可能正确反映i2-t图象变化的是(图丙中分别以实线和虚线表示调整前、后的i2-t图象)     

答案:解析:输入到大线圈Ⅰ的电流i1均匀变化,在小线圈Ⅱ在产生的感应电流恒定不变。若仅将多功能电源输出电流变化的频率适当增大,周期减小,产生的感应电流周期相应减小,能正确反映i2-t图象变化的是D 

9、2012云南名校联考)如图,在竖直向下的匀强磁场中,将一水平放置的金属棒水平抛出,在整个过程中不计空气阻力,则金属棒在空中飞行过程中产生的感应电动势大小

A.逐渐增大    

B.逐渐减小   

C.保持不变         

D.无法判断。






答案:C解析:金属棒在空中飞行过程中水平速度不变,产生的感应电动势大小保持不变,选项C正确。 

10、20122月武汉调研)如图所示,在空间存在着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B。一水平放置的长度为L的金属杆ab与圆弧形金属导轨PQ紧密接触,PQ之间接有电容为C的电容器。若ab杆绕a点以角速度
沿逆时针方向匀速转动,则下列说法正确的是                          

      A.电容器与a相连的极板带正电

      B.电容器与b相连的极板带正电

      C.电容器的带电量是

      D.电容器的带电量是

答案:AD解析:若ab杆绕a点以角速度
沿逆时针方向匀速转动,产生的感应电动势为E=BL2ω/2.C=Q/E解得电容器的带电量是Q=
,选项C错误D正确。右手定则可判断出感应电动势方向b指向a, 电容器与a相连的极板带正电,选项正确B错误。 

11、2012商丘联考)如图所示,将一根绝缘硬金属导线弯曲成一个完整的正弦曲线形状,它通过两个小金属环ab与长直金属杆导通,在外力F作用下,正弦形金属线可以在杆上无摩擦滑动。杆的电阻不计,导线电阻为Rab间距离为2L,导线组成的正弦图形项部或底部到杆距离都是L/2。在导线和杆平面内有一有界匀强磁场区域,磁场的宽度为2L,磁感应强度为B. 现在外力F作用下导线沿杆以恒定的速度v向右运动,在运动过程中导线和杆组成的平面始终与磁场垂直。t0时刻导线从O点进入磁场,直到全部穿过磁场,外力F所做功为

   A.

  B.
 C.
        

解析:导线从O点进入磁场,直到全部穿过磁场,金属导线组成的闭合回路中产生的感应电流为正弦交变电流,电动势最大值为BLv/2,有效值为E=BLv/2

,周期T=2L/v。导线从O点进入磁场,直到全部穿过磁场,时间为2T=4L/v。外力F所做功等于产生的电能,为W=
`2T=
.选项B正确。

答案:B


12、2012南京一模)一种早期发电机原理示意图如图所示,该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成,两磁极相对于线圈平面对称,线圈圆心为
点。在磁极绕转轴匀速转动的过程中,当磁极与
点在同一条直线上时,穿过线圈的(     )

A.磁通量最大,磁通量变化率最大

B.磁通量最大,磁通量变化率最小

C.磁通量最小,磁通量变化率最大

D.磁通量最小,磁通量变化率最小










答案:B解析:在磁极绕转轴匀速转动的过程中,当磁极与
点在同一条直线上时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量变化率最小,选项B正确。 

13、2012昌平二模)(18分)轻质细线吊着一质量为m=0.64kg、边长为L=0.8m、匝数n=10的正方形线圈abcd,线圈总电阻为R=1Ω。边长为L2正方形磁场区域对称分布在线圈下边的两侧,如图(甲)所示。磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小随时间变化如图(乙)所示,从t=0开始经t0时间细线开始松驰,取g=10ms2。求:

⑴ 在0~4s内,穿过线圈abcd磁通量的变化

及线圈中产生的感应电动势E

⑵ 在前4s时间内线圈abcd的电功率;

⑶ 求t0的值。

解析:⑴ 

                                        

          解得:△Ф=0.16Wb                                                

          由法拉第电磁感应定律得: 

                                          

          解得:=0.4V                                                        

       ⑵ 

                                                       

       代入数据得:P=0.16W                                              

    ⑶ 分析线圈受力可知,当细线松弛时有:

          解得

=4T                                                 

       由图像知:B=1+0.5t,解得:t0=6s。


14、由于受地球信风带和盛行西风带的影响,海洋中一部分海水做定向流动,称为风海流,风海流中蕴藏着巨大的动力资源。因为海水中含有大量的带电离子,这些离子随风海流做定向运动,如果有足够强的磁场能使海流中的正、负离子发生偏转,便可用来发电。

图22为一利用风海流发电的磁流体发电机原理示意图,用绝缘材料制成一个横截面为矩形的管道,在管道的上、下两个内表面装有两块金属板MN,金属板长为a,宽为b,两板间的距离为d。将管道沿风海流方向固定在风海流中,在金属板之间加一水平匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向由南向北,用导线将MN外侧连接电阻为R的航标灯(图中未画出)。工作时,海水从东向西流过管道,在两金属板之间形成电势差,可以对航标灯供电。设管道内海水的流速处处相同,且速率恒为v,海水的电阻率为ρ,海水所受摩擦阻力与流速成正比,比例系数为k

(1)求磁流体发电机电动势E的大小,并判断MN两板哪个板电势较高;

(2)由于管道内海水中有电流通过,磁场对管道内海水有力的作用,求此力的大小和方向;

(3)求在t时间内磁流体发电机消耗的总机械能。










    
,在t时间内磁流体发电机消耗的总机械能
(k+
)v2t
 

15、20123月福州质检)如图所示,固定在水平桌面上平行光滑金属导轨cdeg之间的距离为Lde两点接一个阻值为R的定值电阻,整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中(磁场范围足够大)。有一垂直放在导轨上的金属杆ab。其质量为m、电阻值为r。在平行导轨的水平拉力F的作用下做初速度为零的匀加速直线运动,F随时间变化规律为F=F0+kt。其中F0k为已知的常量。经过t0时间撤去拉力F,轨道电阻不计。求:

(1)t0时金属杆速度的大小v0

(2)磁感应强度的大小B;

(3)t0之后金属杆ab运动速度大小v随位移大小x变化满足:v=v0-

x,试求撤去拉力F到金属杆静止时通过电阻R的电荷量q。








解:(1)金属杆的加速度大小为

时刻速度大小为
,电流为
,则

(2)由⑤得     

   ⑧(2分) 

把⑥代入得

   ⑨(2分)

(3)金属杆从撤去拉力F到静止时通过的距离

满足

点评:此题考查法拉第电磁感应定律、楞次定律、安培力、牛顿运动定律、及其相关知识。


16、20123月江苏省苏北四星级高中联考)如图所示,两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨相距为L1m,导轨平面与水平面成
30°角,上端连接
的电阻.质量为m0.2kg、阻值
的金属棒ab放在两导轨上,与导轨垂直并接触良好,距离导轨最上端d4m,整个装置处于匀强磁场中,磁场的方向垂直导轨平面向上.

⑴若磁感应强度B=0.5T,将金属棒释放,求金属棒匀速下滑时电阻R两端的电压;

⑵若磁感应强度的大小与时间成正比,在外力作用下ab棒保持静止,当t=2s时外力恰好为零.求ab棒的热功率;

⑶若磁感应强度随时间变化的规律是

,在平行于导轨平面的外力F作用下ab棒保持静止,求此外力F的大小范围.








解题思路:由平衡条件、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律及其相关知识列方程解答。

 解:(1)金属棒匀速下滑时,

      (2分)

                 (1分)

            (1分)

解得:

    (1分)

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