届高三高考物理总复习重要考点专项强化法拉第电磁感应定律和楞次定律.docx
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届高三高考物理总复习重要考点专项强化法拉第电磁感应定律和楞次定律
法拉第电磁感应定律和楞次定律
1.如图所示,两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r.圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合,则穿过a、b两线圈的磁通量之比为
(A)1:
1(B)1:
2(C)1:
4(D)4:
1
2.如图所示,两根平行金属导轨置于水平面内,导轨之间接有电阻R。
金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下。
现使磁感应强度随时间均匀减小,ab始终保持静止,下列说法正确的是
A.ab中的感应电流方向由b到a
B.ab中的感应电流逐渐减小
C.ab所受的安培力保持不变
D.ab所受的静摩擦力逐渐减小
3.空间存在一方向与直面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a)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(a)所示:
磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)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
4.如图,导体轨道OPQS固定,其中PQS是半圆弧,Q为半圆弧的中心,O为圆心。
轨道的电阻忽略不计。
OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆。
M端位于PQS上,OM与轨道接触良好。
空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B,现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程Ⅰ);再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B'(过程Ⅱ)。
在过程Ⅰ、Ⅱ中,流过OM的电荷量相等,则
等于
A.
B.
C.
D.2
5.如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。
将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态。
下列说法正确的是
A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动
B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向
C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向
D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
6.如图所示,匀强磁场中有一个用软导线制成的单匝闭合线圈,线圈平面与磁场垂直.已知线圈的面积S=0.3m2、电阻R=0.6Ω,磁场的磁感应强度B=0.2T.现同时向两侧拉动线圈,线圈的两边在Δt=0.5s时间内合到一起.求线圈在上述过程中
(1)感应电动势的平均值E;
(2)感应电流的平均值I,并在图中标出电流方向;
(3)通过导线横截面的电荷量q.
7.据报道,一法国摄影师拍到“天宫一号”空间站飞过太阳的瞬间.照片中,“天宫一号”的太阳帆板轮廓清晰可见.如图所示,假设“天宫一号”正以速度v=7.7km/s绕地球做匀速圆周运动,运动方向与太阳帆板两端M、N的连线垂直,M、N间的距离L=20m,地磁场的磁感应强度垂直于v、MN所在平面的分量B=1.0×10-5T,将太阳帆板视为导体.
(1)求M、N间感应电动势的大小E;
(2)在太阳帆板上将一只“1.5V、0.3W”的小灯泡与M、N相连构成闭合电路,不计太阳帆板和导线的电阻,试判断小灯泡能否发光,并说明理由;
(3)取地球半径R=6.4×103km,地球表面的重力加速度g=9.8m/s2,试估算“天宫一号”距离地球表面的高度h(计算结果保留一位有效数字).
解得h=
代入数据得h≈4×105 m(数量级正确都算对)
8.电吉他中电拾音器的基本结构如图所示,磁体附近的金属弦被磁化,因此弦振动时,在线圈中产生感应电流,电流经电路放大后传送到音箱发生声音,下列说法正确的有()
(A)选用铜质弦,电吉他仍能正常工作
(B)取走磁体,电吉他将不能正常工作
(C)增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势
(D)弦振动过程中,线圈中的电流方向不断变化
【答案】BCD
【解析】因为铜质弦不能磁化,所以A错误;若取走磁铁,金属弦无法磁化,电吉他将不能正常工作,所以B正确;根据法拉第电磁感应定律,增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势,所以C正确;磁振动过程中,线圈中的磁通量不断变化,有时增大有时减小,所以电流方向不断变化,D正确。
9.如图所示,两条平行的光滑金属导轨所在平面与水平面的夹角为
,间距为d.导轨处于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向与导轨平面垂直.质量为m的金属棒被固定在导轨上,距底端的距离为s,导轨与外接电源相连,使金属棒通有电流.金属棒被松开后,以加速度a沿导轨匀加速下滑,金属棒中的电流始终保持恒定,重力加速度为g.求下滑到底
端的过程中,金属棒
(1)末速度的大小v;
(2)通过的电流大小I;
(3)通过的电荷量Q.
10.如图所示,两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内,其右端接一阻值为R的电阻.质量为m的金属杆静置在导轨上,其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B、方向竖直向下.当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后,金属杆的速度变为v.导轨和金属杆的电阻不计,导轨光滑且足够长,杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触.求:
(1)MN刚扫过金属杆时,杆中感应电流的大小l;
(2)MN刚扫过金属杆时,杆的加速度大小a;
(3)PQ刚要离开金属杆时,感应电流的功率P.
11.如图(a),螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场,乙图中箭头所示方向为其正方向。
螺线管与导线框abcd相连,导线框内有一小金属圆环L,圆环与导线框在同一平面内。
当螺线管内的磁感应强度B随时间按图(b)所示规律变化时
(A)在t1~t2时间内,L有收缩趋势
(B)在t2~t3时间内,L有扩张趋势
(C)在t2~t3时间内,L内有逆时针方向的感应电力
(D)在t3~t4时间内,L内有顺时针方向的感应电力
12.为判断线圈绕向,可将灵敏电流计G与线圈L连接,如图所示。
己知线圈由a端开始绕至b端:
当电流从电流计G左端流入时,指针向左偏转。
(1)将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时,发现指针向左偏转。
俯视线圈,其绕向为____________(填:
“顺时针”或“逆时针”)。
(2)当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离L时,指针向右偏转。
俯视线圈,其绕向为____________(填:
“顺时针”或“逆时针”)。
答案解析
1.如图所示,两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r.圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合,则穿过a、b两线圈的磁通量之比为
(A)1:
1(B)1:
2(C)1:
4(D)4:
1
【答案】A
【解析】
=
,相等
2.如图所示,两根平行金属导轨置于水平面内,导轨之间接有电阻R。
金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下。
现使磁感应强度随时间均匀减小,ab始终保持静止,下列说法正确的是
A.ab中的感应电流方向由b到a
B.ab中的感应电流逐渐减小
C.ab所受的安培力保持不变
D.ab所受的静摩擦力逐渐减小
【答案】D
【解析】根据楞次定律,感应电流的磁场与原磁场方向相同,根据安培定则,感应电流的方向沿顺时针,ab中的感应电流方向由a到b,A错误;
因为磁感应强度随时间均匀减小,根据法拉第电磁感应定律
,ab中的感应电流大小不变,B错误;
根据安培力公式
因为磁感应强度随时间均匀减小,所以ab所受的安培力均匀减小,C错误;
根据力的平衡,因为ab所受的安培力均匀减小,所以ab所受的静摩擦力逐渐减小,D正确。
3.空间存在一方向与直面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a)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(a)所示:
磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)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,圆环中的感应电流始终沿顺时针方向,B正确;根据左手定则,圆环所受安培力的方向先向左后向右,A错误;根据法拉第电磁感应定律,圆环中的感应电动势大小为
D错误;根据欧姆定律,圆环中的感应电流大小
其中
得
=
,C正确。
4.如图,导体轨道OPQS固定,其中PQS是半圆弧,Q为半圆弧的中心,O为圆心。
轨道的电阻忽略不计。
OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆。
M端位于PQS上,OM与轨道接触良好。
空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B,现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程Ⅰ);再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B'(过程Ⅱ)。
在过程Ⅰ、Ⅱ中,流过OM的电荷量相等,则
等于
A.
B.
C.
D.2
【答案】B
【解析】在过程Ⅰ中
,在过程Ⅱ中
二者相等,解得
=
。
5.如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。
将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态。
下列说法正确的是
A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动
B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向
C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向
D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
【答案】AD
【解析】A.开关闭合后的瞬间,铁芯内磁通量向右并增加,根据楞次定律,左线圈感应电流方向在直导线从南向北,其磁场在其上方向里,所以小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动,A正确;
B、C直导线无电流,小磁针恢复图中方向。
D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,电流方向与A相反,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,D正确。
6.如图所示,匀强磁场中有一个用软导线制成的单匝闭合线圈,线圈平面与磁场垂直.已知线圈的面积S=0.3m2、电阻R=0.6Ω,磁场的磁感应强度B=0.2T.现同时向两侧拉动线圈,线圈的两边在Δt=0.5s时间内合到一起.求线圈在上述过程中
(1)感应电动势的平均值E;
(2)感应电流的平均值I,并在图中标出电流方向;
(3)通过导线横截面的电荷量q.
【答案】
(1)感应电动势的平均值
磁通量的变化
解得
,代入数据得E=0.12V
(2)平均电流
代入数据得I=0.2A(电流方向见图3)
(3)电荷量q=I∆t代入数据得q=0.1C
7.据报道,一法国摄影师拍到“天宫一号”空间站飞过太阳的瞬间.照片中,“天宫一号”的太阳帆板轮廓清晰可见.如图所示,假设“天宫一号”正以速度v=7.7km/s绕地球做匀速圆周运动,运动方向与太阳帆板两端M、N的连线垂直,M、N间的距离L=20m,地磁场的磁感应强度垂直于v、MN所在平面的分量B=1.0×10-5T,将太阳帆板视为导体.学,科网
(1)求M、N间感应电动势的大小E;
(2)在太阳帆板上将一只“1.5V、0.3W”的小灯泡与M、N相连构成闭合电路,不计太阳帆板和导线的电阻,试判断小灯泡能否发光,并说明理由;
(3)取地球半径R=6.4×103km,地球表面的重力加速度g=9.8m/s2,试估算“天宫一号”距离地球表面的高度h(计算结果保留一位有效数字).
【答案】
(1)1.54V
(2)不能 (3)4×105 m
【解析】
(1)法拉第电磁感应定律E=BLv,代入数据得
E=1.54V
(2)不能,因为穿过闭合回路的磁通量不变,不产生感应电流。
(3)在地球表面,有
=mg
“天宫一号”做匀速圆周运动,有
=
解得h=
代入数据得h≈4×105 m(数量级正确都算对)
8.电吉他中电拾音器的基本结构如图所示,磁体附近的金属弦被磁化,因此弦振动时,在线圈中产生感应电流,电流经电路放大后传送到音箱发生声音,下列说法正确的有()
(A)选用铜质弦,电吉他仍能正常工作
(B)取走磁体,电吉他将不能正常工作
(C)增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势
(D)弦振动过程中,线圈中的电流方向不断变化
【答案】BCD
【解析】因为铜质弦不能磁化,所以A错误;若取走磁铁,金属弦无法磁化,电吉他将不能正常工作,所以B正确;根据法拉第电磁感应定律,增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势,所以C正确;磁振动过程中,线圈中的磁通量不断变化,有时增大有时减小,所以电流方向不断变化,D正确。
9.如图所示,两条平行的光滑金属导轨所在平面与水平面的夹角为
,间距为d.导轨处于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向与导轨平面垂直.质量为m的金属棒被固定在导轨上,距底端的距离为s,导轨与外接电源相连,使金属棒通有电流.金属棒被松开后,以加速度a沿导轨匀加速下滑,金属棒中的电流始终保持恒定,重力加速度为g.求下滑到底
端的过程中,金属棒
(1)末速度的大小v;
(2)通过的电流大小I;
(3)通过的电荷量Q.
【解析】1
(1)匀加速直线运动v2=2as解得
(2)安培力F安=IdB金属棒所受合力
牛顿运动定律F=ma
解得
(3)运动时间
电荷量Q=It
解得
10.如图所示,两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内,其右端接一阻值为R的电阻.质量为m的金属杆静置在导轨上,其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B、方向竖直向下.当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后,金属杆的速度变为v.导轨和金属杆的电阻不计,导轨光滑且足够长,杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触.求:
(1)MN刚扫过金属杆时,杆中感应电流的大小l;
(2)MN刚扫过金属杆时,杆的加速度大小a;
(3)PQ刚要离开金属杆时,感应电流的功率P.
【解析】
(1)感应电动势
感应电流
解得
(2)安培力
牛顿第二定律
解得
(3)金属杆切割磁感线的速度
,则
感应电动势
电功率
解得
11.如图(a),螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场,乙图中箭头所示方向为其正方向。
螺线管与导线框abcd相连,导线框内有一小金属圆环L,圆环与导线框在同一平面内。
当螺线管内的磁感应强度B随时间按图(b)所示规律变化时
(A)在t1~t2时间内,L有收缩趋势
(B)在t2~t3时间内,L有扩张趋势
(C)在t2~t3时间内,L内有逆时针方向的感应电力
(D)在t3~t4时间内,L内有顺时针方向的感应电力
【答案】A,D
【解析】据题意,在t1~t2时间内,外加磁场磁感应强度增加且斜率在增加,则在导线框中产生顺时针方向大小增加的电流,该电流激发出增加的磁场,该磁场通过圆环,在圆环内产生感应电流,据结论“增缩减扩”可以判定圆环有收缩趋势,故选项A正确;在t2~t3时间内,外加磁场均匀变化,在导线框中产生稳定电流,该电流激发出稳定磁场,该磁场通过圆环时,圆环中没有感应电流,故选项B、C错误;在t3~t4时间内,外加磁场向下减小,且斜率也减小,在导线框中产生顺时针方向减小的电流,该电流激发出向内减小的磁场,故圆环内产生顺时针方向电流,选项D正确。
【点评】本题考查楞次定律,安培定则
12.为判断线圈绕向,可将灵敏电流计G与线圈L连接,如图所示。
己知线圈由a端开始绕至b端:
当电流从电流计G左端流入时,指针向左偏转。
(1)将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时,发现指针向左偏转。
俯视线圈,其绕向为____________(填:
“顺时针”或“逆时针”)。
(2)当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离L时,指针向右偏转。
俯视线圈,其绕向为____________(填:
“顺时针”或“逆时针”)。
【答案】顺时针,逆时针
【解析】
(1)将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时,原磁场方向向下并且磁通量增大,根据楞次定律可判断感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,应该向上,如下图中的B感,根据“发现指针向左偏转”说明电流从电流计G左端流入,则从线圈的a端流出,感应电流的方向如下图的I感。
根据安培定则可判断俯视线圈,其绕向为顺时针,如下图所示。
(2)当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离L时,线圈中的原磁场磁通量向上并且减少,则感应电流的磁场向上,指针向右偏转,说明感应电流从右端进入G表。
则从线圈的a端进入线圈,所以俯视线圈,其绕向为逆时针。
本题考查楞次定律的应用。
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- 三高 物理 复习 重要 考点 专项 强化 法拉第 电磁感应 定律 楞次定律