1、第二节 法拉第电磁感应定律随堂演练巩固1.(2011广东高考,15)将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,关于线圈中产生的感应电动势和感应电流,下列表述正确的是( ) A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关 B.穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大 C.穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大 D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同 【解析】 由AB错,C正确.与的方向可相同亦可相反,D错. 【答案】 C 2.汽车在两个南极科学考察站之间行驶,汽车后轮轮轴左右两端的电势高低情况是( ) A.左端电势较高 B.右端电势较高 C.左右两端电势相同 D.不知汽车行驶方
2、向,无法判定 【解析】 因为南极附近地磁场的磁感线都是从地面指向天空,所以无论汽车向什么方向行驶,由右手定则都可以判定右端电势高. 【答案】 B 3.(2012河北承德联校高二月考,6)为了利用海洋资源,海洋工作者有时根据水流切割地磁场所产生的感应电动势来测量海水的流速.假设海洋某处的地磁场竖直分量为B=0. T,水流是南北流向,如图将两个电极竖直插入此处海水中,且保持两电极的连线垂直水流方向.若两极相距L=10 m,与两电极相连的灵敏电压表的读数为U=2 mV,则海水的流速大小为( ) A.40 m/sB.4 m/s C.0.4 m/sD. m/s 【解析】 E m/s=4 m/s. 【答案
3、】 B 4.有一个10匝的线圈放在匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,线圈的面积为10 cm当t=0时.2 T,经过0.1 s后,磁场减弱为.05 T,磁场方向不变,则线圈中的感应电动势为( ) A.1. VB.150 V C.15 VD.1.5 V 【解析】 V=1. V. 【答案】 A 5.一直升机停在南半球的地磁极上空.该处地磁场的方向竖直向上,磁感应强度为B.直升机螺旋桨叶片的长度为l,螺旋桨转动的频率为f,顺着地磁场的方向看螺旋桨,螺旋桨按顺时针方向转动.螺旋桨叶片的近轴端为a,远轴端为b,如图所示.如果忽略a到转轴中心线的距离,用E表示每个叶片中的感应电动势,则( )A.E=且a点
4、电势低于b点电势 B.E=2且a点电势低于b点电势 C.E=且a点电势高于b点电势 D.E=2且a点电势高于b点电势 【解析】 叶片转动切割磁感线产生的感应电动势E=Blv=;据右手定则判定a点电势低于b点电势,故选项A正确. 【答案】 A 6.(2011广东惠州调研,18)将一磁铁缓慢或迅速地插到闭合线圈中的同一位置,两次发生变化的物理量不同的是 ( ) A.磁通量的变化量 B.磁通量的变化率 C.感应电流的电流大小 D.流过线圈导体横截面中的电荷量 【解析】 迅速插时磁通量变化率大,产生的感应电流大,B、C对;两种方法,磁通量都是增加,磁通量变化量相同.总电阻和磁通量变化量分别相同,故流过
5、线圈导体横截面中的电荷量相同. 【答案】 BC 7.( 选做题)(2011四川成都玉林中学模拟,18)如图所示,理想变压器左线圈与导轨相连接,导体棒ab可在导轨上滑动,磁场方向垂直纸面向里,以下说法正确的是 ( ) A.ab棒匀速向右滑,c、d两点中c点电势高 B.ab棒匀加速右滑,c、d两点中d点电势高 C.ab棒匀减速右滑,c、d两点中d点电势高 D.ab棒匀加速左滑,c、d两点中c点电势高 【解析】 ab棒匀速向右滑,产生的感应电流是恒定的,cd中没有电流流过,A错;ab棒匀加速右滑,左线圈中向下的磁场增加,右线圈向上的磁场增加,感应电流产生向下的磁场,电流从d通过电灯到c,B对;ab棒
6、匀加速左滑,左线圈中向上的磁场增加,右线圈向下的磁场增加,感应电流产生向上的磁场,电流从c通过电灯到d,D对;ab棒匀减速右滑,左线圈中向下的磁场减弱,右线圈向上的磁场减弱,感应电流产生向上的磁场,电流从c通过电灯到d,C错. 【答案】 BD 课后作业夯基 (时间:45分钟 必做题满分:100分 选做题:10分) 一、不定项选择题(本题共8小题,每小题8分,共64分,选对但不全的得5分) 1.(2011海南单科,7)自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的,很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献.下列说法正确的是( ) A.奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系 B.欧姆发
7、现了欧姆定律,说明了热现象和电现象之间存在联系 C.法拉第发现了电磁感应现象,揭示了磁现象和电现象之间的联系 D.焦耳发现了电流的热效应,定量得出了电能和热能之间的转换关系 【解析】 奥斯特实验和法拉第电磁感应现象揭示了磁和电之间的联系,A、C对;焦耳发现了电流的热效应,给出的焦耳定律公式能定量计算热量,揭示电与热的定量关系,D对;欧姆定律是电路规律,不能说明热现象和电现象之间存在联系,B错. 【答案】 ACD 2.(原创)下列说法中正确的是( ) A.自感电动势越大,自感系数越大 B.线圈中的电流变化越快,自感系数也越大 C.插有铁芯时线圈的自感系数会变大 D.线圈的自感系数与电流的大小、电
8、流变化的快慢、是否有铁芯等都无关 【解析】 线圈的自感系数由线圈本身决定,与线圈的长短、匝数的多少、粗细以及有无铁芯有关,与电流大小、变化快慢、自感电动势的大小均无关.答案选C. 【答案】 C 3.(原创)关于的说法,正确的是( ) A.自感电动势与电流的变化量成正比 B.自感电动势与自感系数成正比 C.自感电动势与自感系数、电流的变化量没有直接关系 D.自感电动势与电流的变化率成正比 【解析】 一个量与几个量有关系时,谈论两个量之间是正比还是反比关系,一定要保持其他量不变才行,故AB错,C对.自感电动势与电流的变化率成正比,这是对的,D对. 【答案】 CD 4.(2010全国理综卷,17)某
9、地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下,大小为4.T.一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸,河宽100 m,该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过.设落潮时,海水自西向东流,流速为2 m/s.下列说法正确的是( ) A.河北岸的电势较高 B.河南岸的电势较高 C.电压表记录的电压为9 mV D.电压表记录的电压为5 mV 【解析】 海水在落潮时自西向东流,该过程可以理解为:自西向东运动的导体棒在切割竖直向下的磁场.根据右手定则,右岸即北岸是正极电势高,南岸电势低,A对B错.根据法拉第电磁感应定律E=BLv=4.2 V= V,C对D错. 【答案】 AC 5.在如图所示的电路中,a、b为两个完全
10、相同的灯泡,L为自感线圈,E为电源,S为开关.关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序,下列说法正确的是( ) A.合上开关,a先亮,b后亮;断开开关,a、b同时熄灭 B.合上开关,b先亮,a后亮;断开开关,a先熄灭,b后熄灭 C.合上开关,b先亮,a后亮;断开开关,a、b同时熄灭 D.合上开关,a、b同时亮;断开开关,b先熄灭,a后熄灭 【解析】 合上开关,b灯先亮,由于L的自感作用,a灯逐渐变亮;断开开关,线圈L和灯b、a组成串联回路,a、b一起变暗直至熄灭.故选C. 【答案】 C 6.穿过闭合回路的磁通量随时间t变化的图象分别如图甲、乙、丙、丁所示,下列关于回路中产生的感应电动势的论述,正确的是(
11、 ) A.图甲中回路产生的感应电动势恒定不变 B.图乙中回路产生的感应电动势一直在变大 C.图丙中回路在0-时间内产生的感应电动势大于在-时间内产生的感应电动势 D.图丁中回路产生的感应电动势可能恒定不变 【解析】 感应电动势等于磁通量的变化率,在磁通量的图象上磁通量的变化率等于切线的斜率,甲的斜率为零,乙的斜率为一定值,A、B均不对;图丙中回路在0-时间内的斜率大于-时间内的斜率,C对.丁图中的斜率先减小再增大,D错误.选C. 【答案】 C 7.如图所示,两块水平放置的金属板距离为d,用导线、电键K与一个n匝的线圈连接,线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中.两板间放一台小压力传感器,压力传感器
12、上表面静止放置一个质量为m、电荷量为+q的小球.K断开时传感器上有示数,K闭合时传感器上恰好无示数.则线圈中的磁感应强度B的变化情况和磁通量变化率分别是 ( ) A.正在增加B.正在减弱 C.正在减弱D.正在增加 【解析】 据题知小球受到向上的与重力相等的电场力.下极板为正,根据安培定则知感应电流磁场向下,根据楞次定律知向上磁场增强.由得. 【答案】 D 8.如图所示,长为L的金属导轨弯成一圆环,导线的两端接在电容为C的平行板电容器上,P、Q为电容器的两个极板,磁场垂直于环面向里,磁感应强度以B=随时间变化.t=0时,P、Q两板电势相等,两板间的距离远小于环的半径,经时间t后,电容器的P板(
13、) A.不带电 B.所带电荷量与t成正比 C.带正电,电荷量是 D.带负电,电荷量是 【解析】 根据磁感应强度的表达式知B/t=k,可见磁感应强度是均匀增加的.根据楞次定律,可以判断出P板电势低,即P板带负电,Q板带正电,P、Q间形成竖直向上的电场.根据法拉第电磁感应定律知E=kS=k.因为电容器带电荷量Q=CU,所以. 【答案】 D 二、论述计算题(本题共2小题,共36分) 9.(18分)如图所示,U形金属框水平放置,右端与竖直墙壁相连,导体棒ab与框架的两臂垂直放置,ab与框架构成边长l=1.0 m的正方形,整个回路的电阻R=2 .质量m=1 kg的物体c置于水平地面上,并通过轻绳绕过定滑
14、轮与ab相连,当竖直向上的磁场按B=kt(k为恒量)均匀变化时,物体c对地面的压力F随时间t变化的图象如图所示.不考虑一切摩擦,取g=10 m/. (1)在图中用箭头标出ab棒中感应电流的方向; (2)求出k的值. 【解析】 (1)感应电流方向由b指向a. (2分) (4分) 回路中的感应电流 (4分) ab所受安培力 (4分) t=5 s时,安培力大小等于c的重力10 N,即 (2分) 得k=2 V/(或2 T/s). (2分) 【答案】 (1)由b指向a (2)2 V/(或2 T/s) 10.(18分)如图(1)所示是某人设计的一种振动发电装置,它的结构是一个半径为r=0.1 m的有20匝
15、的线圈套在辐射状永久磁铁槽中,磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布,如图(1)所示.在线圈所在位置磁感应强度B的大小均为0.2 T,线圈的电阻为2 ,它的引出线接有8 的小灯泡L.外力推动线圈框架的P端,使线圈做往复运动,便有电流通过小灯泡.当线圈向右的位移随时间变化的规律如图(2)所示时;取x向右为正,试求: 图(1) 图(2) 图(3) (1)在图(3)中画出感应电流随时间变化的图象(在图(1)中取电流经L由为正); (2)每一次推动线圈运动过程中的作用力大小; (3)该发电机输出的功率(摩擦等损耗不计). 【解析】 (1)从图(2)可以看出,线圈往返的每次运动都是匀速直线运动,其速度为 m/
16、s=0.8 m/s (2分) 线圈做切割磁感线运动产生的感应电动势 E=nBLv=nBv2.0.1 V=2 V (2分) 感应电流 A=0.2 A (2分) 根据右手定则可得,当线圈沿x正方向运动时,产生的感应电流方向为负,可得到如图所示的图象. (4分) (2)由于线圈每次运动都是匀速直线运动,所以每次运动过程中推力须等于安培力,即.1 N=0.5 N (4分) (3)发电机的输出功率即小灯泡的电功率. W=0.32 W. (4分) 【答案】 (1)见解析图 (2)0.5 N (3)0.32 W三、选做题(10分) 11.如图(A)所示,固定于水平桌面上的金属架cdef,处在一竖直向下的匀强
17、磁场中,磁感应强度的大小为金属棒ab搁在框架上,可无摩擦地滑动,此时adeb构成一个边长为l的正方形,金属棒的电阻为r,其余部分的电阻不计.从t=0的时刻起,磁场开始均匀增加,磁感应强度变化率的大小为.求: (1)用垂直于金属棒的水平拉力F使金属棒保持静止,写出F的大小随时间t变化的关系式. (2)如果竖直向下的磁场是非均匀增大的(即k不是常数),金属棒以速度向什么方向匀速运动时,可使金属棒中始终不产生感应电流,写出该磁感应强度随时间t变化的关系式. 图(A) 图(B) 图(C) (3)如果非均匀变化磁场在0时间内的方向竖直向下,在时间内的方向竖直向上,若t=0时刻和时刻磁感应强度的大小均为且
18、adeb的面积均为.当金属棒按图(B)中的规律运动时,为使金属棒中始终不产生感应电流,请在图(C)中示意地画出变化的磁场的磁感应强度随时间变化的图象. 【解析】 (1分) (1分) 因为金属棒始终静止,在t时刻磁场的磁感应强度为 所以 方向向右. (2分) (2)根据感应电流产生的条件,为使回路中不产生感应电流,回路中磁通量的变化应为零, 因为磁感应强度是逐渐增大的,所以金属棒应向左运动(使磁通量减小) 即即 也就是 (2分) 得. (1分) (3)如果金属棒向右匀速运动,因为这时磁感应强度是逐渐减小的,同理可推得, 所以磁感应强度随时间变化的图象如上图时刻不为零). (3分) 【答案】 (2)向左运动 (3)见解析中图象
