高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 法拉第电磁感应定律精练

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 法拉第电磁感应定律精练，共5页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

基础巩固
一、选择题(第1~4题为单选题,第5~6题为多选题)
1.下列说法正确的是( )
A.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大
B.线圈中磁通量越大,线圈中产生的感应电动势一定越大
C.线圈处在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大
D.线圈中磁通量变化得越快,线圈中产生的感应电动势越大
答案D
解析线圈中产生的感应电动势E=n,即E与成正比,与Φ或ΔΦ的大小无直接关系。磁通量变化越快,即越大,产生的感应电动势越大,故只有选项D正确。
2.如图所示,光滑铜环水平固定,半径为l,长为l、电阻为r的铜棒OA的一端在铜环的圆心O处,另一端与铜环接触良好,整个装置处在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。现使铜棒OA以角速度ω逆时针(俯视)匀速转动,A端始终在铜环上,定值电阻的阻值为3r,上方导线与O点连接,下方导线与铜环连接,其他电阻不计。下列说法正确的是( )
A.O点的电势比A点的电势高
B.回路中通过的电流为
C.该定值电阻两端的电压为ωBl2
D.该定值电阻上的热功率为
答案C
解析由右手定则可知电流方向从O点指向A点,OA是电源,电流从低电势流向高电势,故O点的电势比A点的电势低,故选项A错误。由法拉第电磁感应定律可知E=BlBl2ω,由闭合电路欧姆定律可知回路中通过的电流为I=,两式联立可得I=,故选项B错误。该定值电阻两端的电压为U=I·3r,将前面求得的电流代入可得U=ωBl2,故选项C正确。由焦耳定律可知该定值电阻上的热功率P=I2·3r=,故选项D错误。
3.在水平桌面上,一个圆形金属框置于匀强磁场中,线框平面与磁场垂直,磁感应强度B1随时间t的变化关系如图甲所示,0~1 s内磁场方向垂直线框平面向下,圆形金属框与两根水平的平行金属导轨相连接,导轨上放置一根导体棒,且与导轨接触良好,导体棒处于另一匀强磁场B2中,如图乙所示,导体棒始终保持静止,则其所受的摩擦力Ff随时间变化的图像是下图中的(设向右的方向为摩擦力的正方向)( )
答案A
解析根据题意可得,在0~1s内磁场方向垂直线框平面向下,且大小变大,则由楞次定律可得线圈感应电流的方向是逆时针,再由左手定则可得导体棒所受安培力方向水平向左,所以静摩擦力的方向水平向右,即为正方向;由法拉第电磁感应定律可得线圈感应电流的大小是恒定的,即导体棒的电流大小是不变的,再由F=BIl可得安培力大小不变,所以静摩擦力的大小也是不变的。故选项A正确,B、C、D错误。
4.如图所示,一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路。虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直于回路所在的平面。回路以速度v向右匀速进入磁场,直径CD始终与MN垂直。从D点到达边界开始到C点进入磁场为止,下列结论错误的是( )
A.感应电流方向不变
B.CD段直线始终不受安培力
C.感应电动势最大值E=Bav
D.感应电动势平均值πBav
答案B
解析在闭合回路进入磁场的过程中,通过闭合回路的磁通量逐渐增大,根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针,方向不变,选项A正确。根据左手定则可以判断,CD段受安培力向下,选项B错误。当半圆闭合回路进入磁场一半时,等效长度最大,为a,这时感应电动势最大,为E=Bav,选项C正确。感应电动势平均值πBav,选项D正确。
5.如图甲所示,圆环a和b均由相同的均匀导线制成,a环半径是b环的两倍,两环用不计电阻且彼此靠得较近的导线连接。若仅将a环置于图乙所示变化的磁场中,则导线上M、N两点的电势差UMN=0.4 V。下列说法正确的是( )
A.图乙中,变化磁场的方向垂直纸面向里
B.图乙中,变化磁场的方向垂直纸面向外
C.若仅将b环置于图乙所示变化的磁场中,则M、N两端的电势差UMN=-0.4 V
D.若仅将b环置于图乙所示变化的磁场中,则M、N两端的电势差UMN=-0.2 V
答案AD
解析a环置于磁场中,M点电势高,感应电流方向为逆时针,又因为原磁场磁感应强度增大,由楞次定律得,原磁场的方向垂直纸面向里,故选项A正确,B错误。a环与b环的半径之比为2∶1,故周长之比为2∶1,面积之比为4∶1,根据电阻定律R=ρ,电阻之比为2∶1,M、N两点间电势差大小为路端电压,U=E,根据法拉第电磁感应定律公式E=S,两次电动势的大小之比为4∶1,故两次的路端电压之比为U1∶U2=2∶1,根据楞次定律可知,将b环置于磁场中,N点的电势高,故电势差UMN=-0.2V,故选项C错误,D正确。
6.如图所示,质量均为m的金属棒MN、PQ垂直于水平金属导轨放置且与导轨接触良好,金属棒MN与金属导轨间的动摩擦因数为2μ,金属棒PQ与金属导轨间的动摩擦因数为μ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,磁感应强度为B的匀强磁场的方向竖直向下。则金属棒MN在恒力F=3μmg作用下向右运动的过程中,有( )
A.安培力对MN棒做正功
B.PQ棒不受安培力作用
C.MN棒做加速度逐渐减小的加速运动,最终匀速运动
D.PQ棒始终静止,安培力对PQ不做功
答案CD
解析金属棒MN所受最大静摩擦力为Ff1=2μmg,在恒力F=3μmg作用下向右运动的过程中,产生NMPQN方向的电流,由左手定则可知,MN所受安培力方向向左,安培力对MN做负功,PQ受到向右的安培力,选项A、B错误。随着导体棒MN速度的增加,感应电流变大,安培力变大,MN的加速度减小,当满足F=2μmg+F安1,即F安1=μmg时,加速度为零,速度最大,以后将做匀速运动,选项C正确。此时PQ所受的安培力达到最大值,为F安2=μmg=Ff2,PQ始终保持静止,安培力对PQ不做功,选项D正确。
二、非选择题
7.如图甲所示,三角形单匝金属线框内有垂直于线框平面向外的匀强磁场,线框中磁通量随时间变化的规律如图乙所示,金属线框与阻值为2 Ω的定值电阻R连接,电压表为理想电压表,读数为2 V,连接电路的导线电阻不计。
(1)求电路中的感应电动势大小。
(2)求金属线框的电阻大小。
答案(1)5 V
(2)3 Ω
解析(1)根据法拉第电磁感应定律,可得E=n,解得E=5V。
(2)设金属线框的电阻大小为r,根据闭合电路欧姆定律可得I=,又I=,联立可得r=3Ω。
能力提升
一、选择题(第1~4题为单选题,第5~6题为多选题)
1.一单匝矩形金属线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场方向垂直。先保持线框的面积不变,将磁感应强度在1 s时间内均匀地增大到原来的两倍。接着保持增大后的磁感应强度不变,在1 s时间内,将线框的面积均匀地减小到原来的一半。先后两个过程中,线框中感应电动势的比值为( )
A.B.1
C.2D.4
答案B
解析根据法拉第电磁感应定律E=,设初始时刻线框面积为S0,初始时刻磁感应强度为B0,则第一种情况下的感应电动势为E1=;第二种情况下的感应电动势为E2=,所以两种情况下线框中的感应电动势相等,比值为1,故选项B正确。
2.如图所示,半径为R的n匝线圈套在边长为l的正方形abcd之外,匀强磁场垂直穿过该正方形,当磁场以的变化率变化时,线圈产生的感应电动势的大小为( )

A.πR2B.l2
C.nπR2D.nl2
答案D
解析由题目条件可知,线圈中磁场的面积为l2,根据法拉第电磁感应定律可知,线圈中产生的感应电动势大小为E=n=nl2,故选项D正确。
3.两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为l,底端接阻值为R的电阻,将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端,金属棒和导轨接触良好,导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,如图所示,除电阻R外其余电阻不计,现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放,则( )
A.金属棒向下运动时,流过电阻R的电流方向为a→b
B.金属棒向下运动时弹簧弹力和安培力一直在增大
C.金属棒运动过程中所受安培力的方向始终与运动方向相反
D.金属棒减少的重力势能全部转化为回路中增加的内能
答案C
解析根据右手定则可知,金属棒向下运动时,流过电阻R的电流方向为b→a,选项A错误。导体棒向下运动过程中速度先增大后减小,故产生的安培力先增大后减小,选项B错误。金属棒向下运动过程中,产生的安培力向上,向上运动过程中,产生的安培力向下,选项C正确。金属棒减少的重力势能全部转化为回路中增加的内能和弹性势能,选项D错误。
4.如图所示,Q是单匝金属线圈,M是一个螺线管,它的绕线方向没有画出,Q的输出端a、b和M的输入端c、d之间用导线相连,P是在M的正下方水平放置的用细导线绕制的软弹簧线圈。若在Q所处的空间加上与环面垂直的变化磁场,发现在t1至t2时间段内弹簧线圈处在收缩状态,则所加磁场的磁感应强度的变化情况可能是( )
答案D
解析在t1至t2时间段内弹簧线圈处在收缩状态,根据楞次定律的另一种表述“增缩减扩”,知螺线管M中产生的磁场在增加,即螺线管中的电流增大,根据法拉第电磁感应定律,E=n=nS,知增大,故选项D正确,A、B、C错误。
5.如图所示,MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨,已知导轨足够长,且电阻不计。ab是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆。开始时,将开关S断开,让杆ab由静止开始自由下落,一段时间后,再将S闭合,若从S闭合开始计时,则金属杆ab的速度v随时间t变化的图像可能是( )
答案ACD
解析设ab棒的有效长度为l,S闭合时,若>mg,先减速再匀速,选项D有可能。若=mg,匀速,选项A有可能。若6.空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图甲中虚线MN所示。一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S,将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内,圆心O在MN上。t=0时磁感应强度的方向如图甲所示,磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示。则在t=0到t=t1的时间间隔内( )
A.圆环所受安培力的方向始终不变
B.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向
C.圆环中的感应电流大小为
D.圆环中的感应电动势大小为
答案BC
解析根据楞次定律可知,圆环中的感应电流始终沿顺时针方向,选项B正确。从0到t1,电流方向未变,磁场方向改变,根据左手定则,安培力方向必定改变,选项A错误。根据法拉第电磁感应定律,E=n,选项D错误。圆环的电阻R=,感应电流I=,选项C正确。
二、非选择题
7.如图所示,MN、PQ是两根足够长的光滑平行金属导轨,导轨间距为l=0.5 m,导轨所在平面与水平面夹角θ=37°,M、P间接阻值为R=9 Ω的电阻。匀强磁场的方向与导轨所在平面垂直,磁感应强度大小为B=2 T。质量为m=0.1 kg、阻值为r=1 Ω的金属棒放在两导轨上,在平行于导轨的恒定拉力F=1 N作用下,从静止开始向上运动。已知金属棒与导轨始终垂直并且保持良好接触,导轨电阻不计,导轨和磁场足够大,重力加速度g取10 m/s2。求:
(1)当金属棒的速度为2 m/s时的加速度;
(2)金属棒能获得的最大速度;
(3)若金属棒从开始运动到获得最大速度在导轨上滑行的距离是2.5 m,这一过程中R上产生的焦耳热。
答案(1)2 m/s2 (2)4 m/s (3)0.18 J
解析(1)在沿斜面方向上,导体棒受到沿斜面向上的拉力、沿斜面向下的重力的分力以及安培力,根据牛顿第二定律可得F--mgsinθ=ma
解得当金属棒的速度为2m/s时的加速度为a=2m/s2。
(2)当金属棒受力平衡时,速度最大,故F--mgsinθ=0,解得vm=4m/s。
(3)根据动能定理可得WF-W安-WG=mv2
又知道电阻R上产生的焦耳热为QR=W安
联立解得QR=0.18J。