1、2012版高三物理一轮复习 法拉第电磁感应定律 自感现象1.有一种高速磁悬浮列车的设计方案是:在每节车厢底部安装强磁铁(磁场方向向下),并且在沿途两条铁轨之间平放一系列线圈.下列说法中不正确的是( )A.列车运动时,通过线圈的磁通量会发生变化B.列车速度越快,通过线圈的磁通量变化越快C.列车运动时,线圈中会产生感应电动势D.线圈中的感应电动势的大小与列车速度无关解析:列车运动时,安装在每节车厢底部的强磁铁产生的磁场使通过线圈的磁通量发生变化;列车速度越快,通过线圈的磁通量变化越快,根据法拉第电磁感应定律可知,由于通过线圈的磁通量发生变化,线圈中会产生感应电动势,感应电动势的大小与通过线圈的磁通
2、量的变化率成正比,与列车的速度有关.由以上分析可知,选项ABC正确,选项D不正确.答案:D2.一矩形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,再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.2 D.4解析:本题考查法拉第电磁感应定律.第一个过程:E1=;第二个过程:E2=,B正确.答案:B3.如图,一有界区域内,存在着磁感应强度大小均为B,方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场,磁场宽度均为L,边长为L的正方形线
3、框abcd的bc边紧靠磁场边缘置于桌面.使线框从静止开始沿x轴正方向匀加速通过磁场区域,若以逆时针方向为电流的正方向,能反映线框中感应电流变化规律的是图( )解析:本题考查电磁感应现象.开始时,由公式可知,导体框做匀加速运动时,速度均匀增大,电流均匀增大,当导体的右边框到达两磁场交界处后,电动势突然变成原来的2倍,电流方向反向.当导体右边框到达整个磁场的右边界后,电动势又突然变成原来的一半,且电流方向反向.故AC正确.答案:AC4.如图所示的电路中,三个相同的灯泡abc和电感L1L2与直流电源连接,电感的电阻忽略不计.电键K从闭合状态突然断开时,下列判断正确的有( )A.a先变亮,然后逐渐变暗
4、B.b先变亮,然后逐渐变暗C.c先变亮,然后逐渐变暗D.bc都逐渐变暗解析:abc三个灯泡相同,设K闭合时通过三个灯泡的电流均是I,则L1上电流为2I,L2上电流为I,当K断开瞬间,abc三灯上原有电流立即消失.L1上在原有2I电流基础上逐渐减小,L2上在原有I电流基础上逐渐减小,L1L2上产生的感应电流方向相同.所以在K断开瞬间a灯上瞬时有3I的电流而后逐渐减小,即a灯先变亮后逐渐变暗,则A正确,BC错误.bc两灯在原有I的电流基础上逐渐减小,即bc两灯逐渐变暗,所以D正确.答案:AD5.如图所示电路中,S是闭合的,此时流过线圈L的电流为i1,流过灯泡A的电流为i2,且i1i2.在t1时刻将
5、S断开,那么流过灯泡的电流随时间变化的图象是下图中的( )解析:电路闭合处于稳定状态时,L与A并联,其电流分别为i1和i2,方向都是从左向右;在断开S的瞬时,灯A中原来从左向右的电流i2立即消失,但是灯A与线圈L成一闭合回路,由于L的自感作用,其中的电流i1不会立即消失,而是在回路中逐渐减弱维持短暂的时间,这个时间内灯A中有从右向左的电流通过.这时通过A的电流从i1开始减弱,因为i1i2,所以选项D正确.答案:D6.在实际生产中,有些高压直流电路中含有自感系数很大的线圈,当电路中的开关S由闭合到断开时,线圈会产生很大的自感电动势,使开关S处产生电弧,危及操作人员的人身安全.为了避免电弧的产生,
6、可在线圈处并联一个元件,在下列方案中可行的是( )解析:本题考查自感线圈的应用.BC项当电键闭合时使电源短路;A项中电容器在电键闭合断开的瞬间存在充放电,不可行;只有D选项电路在闭合电键时自感电动势阻碍电路中电流增大,在断开电键时自感电动势通过二极管形成回路,因而不会使电键处产生电火花,故选项D正确.答案:D7.在下图的甲乙丙中除导体棒ab可动外,其余部分均固定不动.甲图中的电容器C原来不带电,设导体棒导轨和直流电源的电阻均可忽略,导体棒和导轨间的摩擦也不计.图中装置均在水平面内,且都处于方向垂直水平面(即纸面)向下的匀强磁场中,导轨足够长,今给导体棒ab一个向右的初速度v0,导体棒的最终运动
7、状态是( )A.三种情况下,导体棒ab最终都是匀速运动B.图甲丙中ab棒最终将以不同的速度做匀速运动;图乙中ab棒最终静止C.图甲丙中,ab棒最终将以相同的速度做匀速运动D.三种情况下,导体棒ab最终均静止解析:图甲中,ab棒以v0向右运动的过程中,电容器开始充电,充电中ab棒就减速,ab棒上的感应电动势减小,当ab棒上的感应电动势与电容器两端电压相等时,ab棒上无电流,从而做匀速运动;图乙中,由于R消耗能量,所以ab棒做减速运动,直至停止;图丙中,当ab棒向右运动时,产生的感应电动势与原电动势同向,因此作用在ab棒上的安培力使ab棒做减速运动,速度减为零后,在安培力作用下将向左加速运动,向左
8、加速过程中,ab棒产生的感应电动势与原电动势反向,当ab棒产生的感应电动势与原电动势大小相等时,ab棒上无电流,从而向左匀速运动,所以B正确.答案:B8.两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.释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度gB.金属棒向下运动时,流过电阻R的电流方向为abC.金属棒的速度为v时,所受的安培力大小为D.电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少解析:由牛顿第
9、二定律,金属棒下落过程的加速度因释放瞬间x=0,v=0,则金属棒的加速度a=g,故A正确;由右手定则知金属棒向下运动时棒中电流向右,故流过电阻的电流为ba,则B错误;因则,故C正确;金属棒上下振动最终静止时,处于平衡状态,且kx=mg,弹簧具有弹性势能,由能量转化守恒定律金属棒减少的重力势能转化成两部分,一部分为弹性势能,另一部分为电阻R上产生的热量,故D错误.答案:AC9.如图所示,两个互相连接的金属环用同样规格的导线制成,大环半径是小环半径的4倍,若穿过大环的磁场不变,小环中磁场变化率为k时,其路端电压为U;若小环中磁场不变,而大环中磁场变化率也为k时,其路端电压为_.解析:根据题意设小环
10、电阻为R,则大环电阻为4R,小环的面积为S,大环的面积为16S,且当小环磁场发生变化时,小环相当于电源,大环是外电路,感应电动势则路端电压当大环磁场发生变化时,大环相当于电源,小环是外电路,感应电动势E2为则U= 则U=4U.答案:4U10.均匀导线制成的单匝正方形闭合线框abcd,每边长为L,总电阻为R,总质量为m.将其置于磁感强度为B的水平匀强磁场上方h处,如图所示.线框由静止自由下落,线框平面保持在竖直平面内,且cd边始终与水平的磁场边界面平行.当cd边刚进入磁场时,(1)求线框中产生的感应电动势大小;(2)求cd两点间的电势差大小;(3)若此时线框加速度恰好为零,求线框下落的高度h所应
11、满足的条件.解析:(1)cd边刚进入磁场时,线框速度线框中产生的感应电动势 (2)此时线框中电流 cd两点间的电势差 (3)安培力 根据牛顿第二定律mg-F=ma,由a=0解得下落高度满足 答案:(1) (2) (3)11.如图甲所示,空间存在B=0.5 T方向竖直向下的匀强磁场,MNPQ是放在同一水平面内的平行长直导轨,其间距L=0.2 m,R是连在导轨一端的电阻,ab是跨接在导轨上质量m=0.1 kg的导体棒.从零时刻开始,对ab施加一个大小为F=0.45 N方向水平向右的恒定拉力,使其从静止开始沿导轨运动,此过程中棒始终保持与导轨垂直且良好接触,图乙是棒的速度时间关系图象,其中AO是图象
12、在O点的切线,AB是图象的渐近线.(1)除R以外,其余部分的电阻均不计,求R的阻值;(2)当棒的位移为100 m时,其速度已经达到10 m/s,求此过程中电阻上产生的热量.解析:(1)由图象可知,导体棒刚运动时,加速度a=2.50 m/s2,设它受的摩擦力为f.由牛顿运动定律得F=f+ma 解得:f=0.2 N导体棒匀速运动时,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)根据能量守恒得 Fs-fs=mv2/2+Q解得Q=20 J.答案:(1)0.4 (2)20 J12.如图所示,足够长的平行金属导轨MNPQ平行放置,间距为L,与水平面
13、成角,导轨与固定电阻R1和R2相连,且R1=R2=R.R1支路串联开关S,原来S闭合,匀强磁场垂直导轨平面斜向上.有一质量为m的导体棒ab与导轨垂直放置,接触面粗糙且始终接触良好,导体棒的有效电阻也为R.现让导体棒从静止释放沿导轨下滑,当导体棒运动达到稳定状态时速率为v,此时整个电路消耗的电功率为重力功率的3/4.重力加速度为g,导轨电阻不计.试求:(1)在上述稳定状态时,导体棒中的电流I,以及磁感应强度B的大小;(2)当断开开关S后,导体棒ab所能达到的最大速率v是v的多少倍?解析:(1)当导体棒以速率v匀速下降时,电路中的总电阻R总=感应电动势 E=BLv导体棒中的电流I=总电功率 P电=I2R总重力功率 P重=mgvsin根据题意有 P电=P重由解得:(2)由S断开前的情况可知:sin=mgvcosS断开后,当导体棒以速度v匀速下滑时总电阻 R总=2R导体棒中的电流 I=(11)由导体棒受力平衡有 mgsin=mgcos+BIL(12)由(11)(12)求得:答案:(1)