2018_2019学年高中物理第四章电磁感应4法拉第电磁感应定律分层训练新人教版选修324.doc

由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 ‎4 法拉第电磁感应定律 A级　抓基础 ‎1．穿过一个单匝闭合线圈的磁通量始终为每秒均匀增加2 Wb，则(　　)‎ A．线圈中感应电动势每秒增加 2 V B．线圈中感应电动势每秒减少2 V C．线圈中感应电动势始终为2 V D．线圈中感应电动势始终为一个确定值，但由于线圈有电阻，电动势小于2 V 解析：由E＝n知：恒定，n＝1，所以E＝2 V.‎ 答案：C ‎2．下列说法中正确的是(　　)‎ A．导体相对磁场运动，导体内一定会产生感应电流 B．导体做切割磁感线运动，导体内一定会产生感应电流 C．闭合电路在磁场内做切割磁感线运动，电路内一定会产生感应电流 D．穿过闭合线圈的磁通量发生变化，电路中一定有感应电流 解析：只要穿过电路的磁通量发生变化，导体中就产生感应电动势，若电路闭合则有感应电流，故D正确；由于线圈是否闭合并不确定，故A、B错误；闭合电路在磁场内做切割磁感线运动时，如果穿过电路的磁通量不发生变化，就不产生感应电动势，也就不产生感应电流，故C错．‎ 答案：D ‎3．如图，在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动，MN中产生的感应电动势为E1；若磁感应强度增为2B，其他条件不变，MN中产生的感应电动势变为E2.则通过电阻R的电流方向及E1与E2之比E1∶E2分别为(　　)‎ A．c→a，2∶1　　　 B．a→c，2∶1‎ C．a→c，1∶2 D．c→a，1∶2‎ 解析：由右手定则判断可知，MN中产生的感应电流方向为N→M，则通过电阻R 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 的电流方向为a→c.MN产生的感应电动势公式为E＝BLv，其他条件不变，E与B成正比，则得E1∶E2＝1∶2.‎ 答案：C ‎4．(多选)单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速运动，转轴垂直于磁场，若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则O→D过程中(　　)‎ A．线圈在O时刻感应电动势最大 B．线圈在D时刻感应电动势为零 C．线圈在D时刻感应电动势最大 D．线圈在O至D时间内平均感应电动势为0.4 V 解析：由法拉第电磁感应定律知线圈从O至D时间内的平均感应电动势E＝＝ V＝0.4 V.‎ 由感应电动势的物理意义知，感应电动势的大小与磁通量的大小Φ和磁通量的改变量ΔΦ均无必然联系，仅由磁通量的变化率决定，而任何时刻磁通量的变化率就是Φ-t图象上该时刻切线的斜率，不难看出O点处切线斜率最大，D点处切线斜率最小，为零，故A、B、D选项正确．‎ 答案：ABD ‎5．一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：设原磁感应强度为B，线框面积为S，第一次在1 s内将磁感应强度增大为原来的两倍，即变为2B，感应电动势为E1＝＝＝；第二次在1 s内将线框面积均匀的减小到原来的一半，即变为S，感应电动势大小为E2＝＝＝，所以有＝1，选项B正确．‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 答案：B B级　提能力 ‎6．一矩形线圈abcd位于一随时间变化的匀强磁场内，磁场方向垂直线圈所在的平面向里(如图甲所示)，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示．以I表示线圈中的感应电流(图甲中线圈上箭头方向为电流的正方向)，则能正确表示线圈中电流I随时间t变化规律的是(　　)‎ 解析：0～1 s内磁感应强度均匀增大，根据楞次定律和法拉第电磁感应定律可判定，感应电流为逆时针(为负值)、大小为定值，A、B错误；4 ～5 s内磁感应强度恒定，穿过线圈abcd的磁通量不变化，无感应电流，D错误．‎ 答案：C ‎7．(多选)如图所示，矩形金属框架三个竖直边ab、cd、ef的长都是L，电阻都是R，其余电阻不计，框架以速度v匀速平移，穿过磁感应强度为B的匀强磁场，设ab、cd、ef三条边先后进入磁场时ab边两端电压分别为U1、U2、U3，则下列判断结果正确的是(　　)‎ A．U1＝BLv B．U2＝2U1‎ C．U3＝0 D．U1＝U2＝U3‎ 解析：当ab进入磁场时，I＝＝，则U1＝E－IR＝BLv.当cd也进入磁场时，I＝，U2＝E－I·＝BLv.三边都进入磁场时，U3＝BLv.故选项A、B正确．‎ 答案：AB ‎8．面积S为‎0.2 m2‎、匝数n为100的圆形线圈，处在下图所示的磁场内，磁感应强度随时间t变化的规律B为0.02t T，R为3 Ω，C为30 μF，线圈电阻r为1 Ω，求：‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 ‎(1)通过R的电流大小和方向；‎ ‎(2)电容器所带的电荷量．‎ 解析：(1)由楞次定律知，Φ变大，线圈的感应电流方向为逆时针方向，所以通过R的电流方向为b→a，‎ 感应电动势E＝n＝nS＝100×0.2×0.02 V＝‎ ‎0．4 V，‎ 则感应电流I＝＝ A＝‎0.1 A.‎ ‎(2)电容器两端电压UC＝UR＝IR＝0.1×3 V＝0.3 V，‎ 电容器所带的电荷量Q＝CUC＝30×10－6×‎0.3 C＝9×10－‎6 C.‎ ‎9．如图所示，两足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距为L，一理想电流表与两导轨相连，匀强磁场与导轨平面垂直．一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放．导体棒进入磁场后，流经电流表的电流逐渐减小，最终稳定为I.整个运动过程中，导体棒与导轨接触良好，且始终保持水平，不计导轨的电阻．求：‎ ‎(1)磁感应强度的大小B；‎ ‎(2)电流稳定后，导体棒运动速度的大小v；‎ ‎(3)流经电流表电流的最大值Im.‎ 解析：(1)电流稳定后，导体棒做匀速运动：‎ BIL＝mg，①‎ 解得：B＝.②‎ ‎(2)感应电动势E＝BLv，③‎ 感应电流I＝，④‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由②③④解得：v＝.‎ ‎(3)由题意知，导体棒刚进入磁场时的速度最大，设为vm.‎ 机械能守恒mv＝mgh，‎ 感应电动势的最大值Em＝BLvm，‎ 感应电流的最大值Im＝，‎ 解得：Im＝.‎ ‎10．如图甲所示，不计电阻的平行金属导轨与水平面成37°夹角放置，导轨间距为L＝‎1 m，上端接有电阻R＝3 Ω，虚线OO′下方是垂直于导轨平面的匀强磁场．现将质量m＝‎0.1 kg、电阻r＝1 Ω的金属杆ab从OO′上方某处垂直导轨由静止释放，杆下滑过程中始终与导轨垂直并保持良好接触，杆下滑过程中的vt图象如图乙所示．(g取‎10 m/s2)求：‎ 图甲　　　　　　　图乙 ‎(1)磁感应强度B；‎ ‎(2)杆在磁场中下滑0.1 s过程中电阻R产生的热量．‎ 解析：(1)由图乙得 a＝＝ m/s2＝‎5 m/s2‎ ‎0．1 s前，由牛顿第二定律有mgsin θ－f＝ma 代入数据得f＝0.1 N ‎0．1 s后匀速运动，有mgsin θ－f－FA＝0‎ 而FA＝BIL＝BL＝.‎ 由①②得B＝ ‎＝ T＝2 T.‎ ‎(2)I＝＝ A＝‎‎0.25 A QR＝I2Rt＝0.252×3×0.1 J＝ J.‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 ‎11．匀强磁场的磁感应强度B＝0.2 T，磁场宽度l＝‎3 m，一正方形金属框边长ad＝l′＝‎1 m，每边的电阻r＝0.2 Ω，金属框以v＝‎10 m/s的速度匀速穿过磁场区，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如下图所示．求：‎ ‎(1)画出金属框穿过磁场区域的过程中，金属框内感应电流的I－t图线； ‎ ‎(2)画出ab两端电压的U－t图线．‎ 解析：线框的运动过程分为三个阶段：第一阶段cd相当于电源，ab为等效外电路；第二阶段cd和ab相当于开路时两并联的电源；第三阶段ab相当于电源，cd相当于外电路，如下图所示．‎ 在第一阶段，有I1＝＝＝‎2.5 A.‎ 感应电流方向沿逆时针方向，持续时间为：‎ t1＝＝ s＝0.1 s.‎ ab两端的电压为：‎ U1＝I1·r＝2.5×0.2 V＝0.5 V，‎ 在第二阶段，有：‎ I2＝0，U2＝E＝Bl′v＝2 V，t2＝0.2 s.‎ 在第三阶段，有I3＝＝‎2.5 A.‎ 感应电流方向为顺时针方向．‎ U3＝I3×3r＝1.5 V，t3＝0.1 s.‎ 规定逆时针方向为 电流正方向，故I－t图象和ab两端的U－t图象分别如下图所示．‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费