专题35 楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用 2021年高考物理二轮专题解读与训练(解析版)
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资料简介
专题 35 楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用 一、单选题 1.很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放,形成一很长的竖直圆筒.一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置, 其下端与圆筒上端开口平齐.让条形磁铁从静止开始下落.条形磁铁在圆筒中的运动速率( ) A. 均匀增大 B. 先增大,后减小 C. 逐渐增大,趋于不变 D. 先增大,再减小,最后不变 【答案】C 【解析】本题考查楞次定律,法拉第电磁感应定律.竖直圆筒相当于闭合电路,磁铁穿过闭合电路,产 生感应电流,根据楞次定律,磁铁受到向上的阻碍磁铁运动的安培力,开始时磁铁的速度小,产生的感 应电流也小,安培力也小,磁铁加速运动,随着速度的增大,产生的感应电流增大,安培力也增大,直 到安培力等于重力的时候,磁铁匀速运动.所以 C 正确. 2.如图,水平桌面上固定有一半径为 R 的光滑金属细圆环,环面水平,圆环总电阻为 r;空间有一匀强磁场,磁感 应强度大小为 B,方向竖直向下;一长度为 2R,电阻可忽略的导体棒 AC 置于圆环左侧并与环相切,切点为棒 的中点。一拉力作用于棒中点使其以恒定加速度 a 从静止开始向右运动,运动过程中棒与圆环接触良好。 下列说法正确的是( ) A. 棒运动过程中产生的感应电流在棒中由 A 流向 C B. 棒通过整个圆环所用的时间为 C. 棒经过环心时流过棒的电流为 D. 棒经过环心时所受安培力的大小为 【答案】D 【解析】据题意,当棒运动过程中,由右手定则可得感应电流方向为从 C 到 A,故选项 A 错误;由于棒 做匀加速运动,棒通过整个环的时间为: ,即 ,故选项 B 错误;棒经过环心时速度 为: ,即 ,此时产生电流为: ,故选项 C 错 误;棒经过环心时受到的安培力为: ,故选项 D 正确。 3.实验高中南,北校区之间要辅设一条输电线路,该线路要横穿两校区之间的公路,为了保护线路不至被 压坏,必须在地下预先铺设结实的过路钢管,再让输电线从钢管中穿过.校方将该要求在学校的物理探 究小组中公布并征求电线穿管的方案.经过遴选,目前有如图所示的两种方案进入最后的讨论阶段:甲 方案是铺设两根钢管,两条输电线分别从两根钢管中穿过;乙方案是只铺设一根钢管,两条输电线都从 这一根钢管中穿过.如果输电导线输送的电流很强大,那么,下列讨论的结果正确的是( ) A. 若输送的电流是恒定电流,甲方案是可行的,乙方案是不可行的 B. 若输送的电流是交变电流,乙方案是可行的,甲方案是不可行的 C. 若输送的电流是交变电流,甲方案是可行的,乙方案是不可行的 D. 无论输送的电流是恒定电流还是交变电流,甲,乙两方案都是可行的 【答案】B 【解析】输电线周围存在磁场,交变电流产生变化的磁场,可在金属管中产生涡流,当输电线上电流很 大时,强大的涡流有可能将金属管融化,造成事故,就是达不到金属管融化造成事故的程度,能量损失 也是不可避免的,所以甲方案是不可行的.在乙方案中,两条电线中的电流方向相反,产生的磁场互相 抵消,金属管中不会产生涡流是可行的,此题类似于课本中提到的“双线并绕”.综上所述,选项 B 正确. 4.法拉第发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机.如图所示,紫铜做的圆盘水平放置在竖直向 下的匀强磁场中,圆盘圆心处固定一个摇柄,边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴,用导线将电刷与电 流表连接起来形成回路.转动摇柄,使圆盘逆时针匀速转动,电流表的指针发生偏转.下列说法正确的 是( ) A. 回路中电流大小变化,方向不变 B. 回路中电流大小不变,方向变化 C. 回路中电流的大小和方向都周期性变化 D. 回路中电流方向不变,从 b 导线流进电流表 【答案】D 【解析】铜盘转动产生的感应电动势为:E= BL2ω,B,L,ω不变,E 不变,电流:I= = ,电 流大小恒定不变,由右手定则可知,回路中电流方向不变,从 b 导线流进电流表,故 A,B,C 错误,D 正确. 5.如图所示,在圆柱形区域内存在竖直向上的匀强磁场,磁感应强度的大小 B 随时间 t 的变化关系为 B= B0+kt,其中 B0,k 为正的常数。在此区域的水平面内固定一个半径为 r 的圆环形内壁光滑的细玻璃管,将 一电荷量为 q 的带正电小球在管内由静止释放,不考虑带电小球在运动过程中产生的磁场,则下列说法 正确的是( ) A. 从上往下看,小球将在管内沿顺时针方向运动,转动一周的过程中动能增量为 2qkπr B. 从上往下看,小球将在管内沿逆时针方向运动,转动一周的过程中动能增量为 2qkπr C. 从上往下看,小球将在管内沿顺时针方向运动,转动一周的过程中动能增量为 qkπr2 D. 从上往下看,小球将在管内沿逆时针方向运动,转动一周的过程中动能增量为 qkπr2 【答案】C 【解析】根据磁感应强度 B=B0+kt 可判断磁场均匀增大,从上往下看,产生顺时针方向的感应电场,正电 荷受力方向与电场方向相同,所以电荷顺时针方向运动,选项 BD 错。根据楞次定律产生的感应电动势 ,电荷转动一周电场力做功等于动能增量即 ,选项 C 对。 6.电吉他是利用电磁感应原理工作的一种乐器.如图 5 甲所示为电吉他的拾音器的原理图,在金属弦的下 方置有一个连接到放大器的螺线管.一条形磁铁固定在管内,当拨动金属弦后,螺线管内就会产生感应 电流,经一系列转化后可将电信号转为声音信号.若由于金属弦的振动,螺线管内的磁通量随时间的变 化如图乙所示,则对应感应电流的变化为( ) 【解析】 在 0~ 时间内,磁通量增加但增加的越来越慢,因此感应电流越来越小,到 时刻,感应 电流减小到零;在 ~t0 时间内,磁通量越来越小,感应电流反向,磁通量变化的越来越快,感应电流越 来越大,到 t0 时刻达到反向最大值,从这两段时间断定,选项 D 正确,A,B,C 错误. 7.如图甲所示,在竖直向上的磁场中,水平放置一个单匝金属圆线圈,线圈所围的面积为 0.1 m2,线圈电 阻为 1 Ω,磁场的磁感应强度大小 B 随时间 t 的变化规律如图乙所示,规定从上往下看顺时针方向为线圈 中感应电流 i 的正方向.则( ) A. 0~5 s 内 i 的最大值为 0.1 A B. 第 4 s 末 i 的方向为正方向 C. 第 3 s 内线圈的发热功率最大 D. 3~5 s 内线圈有扩张的趋势 【答案】D 【解析】在 t=0 时磁通量的变化率最大,感应电流最大为 I= = =0.01 A,选项 A 错误;第 4 s 末,B 在正方向逐渐减小,根据楞次定律可知,i 的方向为负方向,选项 B 错误;第 3 s 内,线圈中感应 电动势为零,所以第 3 s 内线圈的发热功率为零,选项 C 错误;3~5 s 内穿过线圈的磁通量减少,根据楞 次定律可知线圈有扩张的趋势,选项 D 正确. 二、多选题 8.如图所示,不计电阻的光滑 U 形金属框水平放置,光滑,竖直玻璃挡板 H,P 固定在框上,H,P 的间 距很小.质量为 0.2 kg 的细金属杆 CD 恰好无挤压地放在两挡板之间,与金属框接触良好并围成边长为 1 m 的正方形,其有效电阻为 0.1 Ω.此时在整个空间加方向与水平面成 30 °角且与金属杆垂直的匀强磁场, 磁感应强度随时间变化规律是 B=(0.4-0.2t) T,图示磁场方向为正方向.框,挡板和杆不计形变.则 ( ) A.t=1 s 时,金属杆中感应电流方向从 C 到 D B.t=3 s 时,金属杆中感应电流方向从 D 到 C C.t=1 s 时,金属杆对挡板 P 的压力大小为 0.1 N D.t=3 s 时,金属杆对挡板 H 的压力大小为 0.2 N 【答案】AC 【解析】 根据楞次定律可判断感应电流的方向总是从 C 到 D,故 A 正确,B 错误;由法拉第电磁感应 定律可知:E= = = sin 30°=0.2×12× V=0.1 V,故感应电流为 I= =1 A,金属杆受 到的安培力 FA=BIL,t=1 s 时,FA=0.2×1×1 N=0.2 N,方向如图甲,此时金属杆受力分析如图甲,由 平衡条件可知 F1=FA·cos 60°=0.1 N,F1 为挡板 P 对金属杆施加的力.t=3 s 时,磁场反向,此时金属杆 受力分析如图乙,此时挡板 H 对金属杆施加的力向右,大小 F3=BILcos 60°=0.2×1×1× N=0.1 N.故 C 正确,D 错误. 9.如图,一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内,通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨 道固定,导体棒与轨道垂直且接触良好。在向右匀速通过 两区的过程中,导体棒所受安培力分别 用 表示。不计轨道电阻,以下叙述正确的是( ) A. 向右 B. 向左 C. 逐渐增大 D. 逐渐减小 【答案】BCD 【解析】由安培定则可知,通电导线在 M,N 区产生的磁场方向分别为垂直纸面向外,垂直纸面向里, 导体棒向右通过 M 区时,由右手定则可知产生的电流方向向下,由左手定则可知,FM 向左,同理可以判 断,FN 向左,越靠近通电导线磁场越强,导体棒匀速运动,由 可知,FM 逐渐 增大,FN 逐渐减小,正确选项 BCD。 10.如图所示的竖直平面内,一个电阻均匀的正方形金属导线框 ABCD 从图示位置由静止开始下落,进入 一匀强磁场区域,磁场方向垂直于线框平面向里,在线框进入磁场区域的整个过程中( ) A. 线框中会产生感应电流,感应电流的方向为逆时针 B. 线框速度的大小一直增大 C. 线框中 AB 两点间的电势差一定不断增加 D. 线框受到的磁场力的方向总是竖直向上 【答案】A D 【解析】线框中会产生感应电流,根据楞次定律(或右手定则)可知感应电流的方向为逆时针,A 正确; 线框进入磁场区域的整个过程中,安培力逐渐增大,合外力(加速度)逐渐减小,有可能达到匀速, B 错误;线框中 AB 两点间的电势差在线圈达到匀速时,不再变化,C 错误;根据左手定则,线框受到的磁 场力的方向总是竖直向上 D 正确。 11.如图所示,在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源,过了几分钟,杯内的水沸腾起 来.若要缩短上述加热时间,下列措施可行的有( ) A. 增加线圈的匝数 B. 提高交流电源的频率 C. 将金属杯换为瓷杯 D. 取走线圈中的铁芯 【答案】AB 【解析】 当电磁铁接通交流电源时,金属杯处在变化的磁场中产生涡电流发热,使水温升高.要缩短 加热时间,需增大涡电流,即增大感应电动势或减小电阻.增加线圈匝数,提高交变电流的频率都是为 了增大感应电动势,瓷杯不能产生涡电流,取走铁芯会导致磁性减弱.所以选项 A,B 正确,选项 C,D 错误. 12.如图所示,平行金属导轨 MN 和 PQ,它们的电阻可忽略不计,在 M 和 P 之间接有阻值为 R=3.0 Ω的 定值电阻,导体棒 ab 长 l=0.5 m,其电阻不计,且与导轨接触良好,整个装置处于方向竖直向上的匀强 磁场中,磁感应强度 B=0.4 T,现使 ab 以 v=10 m/s 的速度向右做匀速运动,则以下判断正确的是( ) A. 导体棒 ab 中的感应电动势 E=2.0 V B. 电路中的电流 I=0.5 A C. 导体棒 ab 所受安培力方向向右 D. 导体棒 ab 所受合力做功为零 【答案】AD 【解析】 ab 棒切割磁场产生的感应电动势:E=BLv=0.4×0.5×10 V=2 V,选项 A 正确;根据右手定则 得,ab 棒中的电流方向从 b 到 a,电流大小为 I= = A,选项 B 错误;根据左手定则判断知:棒 ab 所 受安培力方向向左,选项 C 错误;棒 ab 做匀速运动,动能不变,根据动能定理可知合力做功为零,选项 D 正确.

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