高考物理一轮复习 第十章 微专题67 法拉第电磁感应定律的理解和应用

法拉第电磁感应定律的理解和应用1考点及要求：(1)法拉第电磁感应定律()；(2)自感、涡流().2.方法与技巧：要灵活利用En的变形式EnS和EnB求解问题1(定律的理解)穿过同一闭合回路的磁通量随时间t变化的图像分别如图1中的所示，下列关于回路中感应电动势的论述正确的是()图1A图回路产生恒定不变的感应电动势B图回路产生的感应电动势一直在变大C图回路0t1时间内产生的感应电动势小于t1t2时间内产生的感应电动势D图回路产生的感应电动势先变小再变大2(定律的应用)在半径为r、电阻为R的圆形导线框内，以直径为界，左、右两侧分别存在着方向如图2甲所示的匀强磁场以垂直纸面向外的磁场为正，两部分磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律分别如图乙所示则0t0时间内，导线框中()图2A没有感应电流B感应电流方向为逆时针C感应电流大小为D感应电流大小为3(自感现象)如图3所示的电路中，L为自感线圈，其直流电阻与电阻R相等，C为电容器，电源内阻不可忽略当开关S由闭合变为断开瞬间，下列说法正确的是()图3A通过灯A的电流由c到dBA灯突然闪亮一下再熄灭CB灯无电流通过，不可能变亮D电容器立即放电4如图4所示的电路，电源电动势为E，线圈L的电阻不计以下判断正确的是()图4A闭合S，稳定后，电容器两端电压为EB闭合S，稳定后，电容器的a极板带正电C断开S的瞬间，电容器的a极板将带正电D断开S的瞬间，电容器的a极板将带负电5(多选)如图5所示，一导线弯成闭合线圈，以速度v向左匀速进入磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直平面向外线圈总电阻为R，从线圈进入磁场开始到完全进入磁场为止，下列结论正确的是()图5A感应电流一直沿顺时针方向B线圈受到的安培力先增大，后减小C感应电动势的最大值EBrvD穿过线圈某个横截面的电荷量为6(多选)用一根横截面积为S、电阻率为的硬质导线做成一个半径为r的圆环，ab为圆环的一条直径，如图6所示，在ab的左侧存在一个均匀变化的匀强磁场，磁场垂直圆环所在平面，方向如图，磁感应强度大小随时间的变化率k(k0)，则()图6A圆环中产生逆时针方向的感应电流B圆环具有扩张的趋势C圆环中感应电流的大小为|D图中a、b两点间的电压U|kr2|7如图7甲所示，质量为2 kg的绝缘板静止在粗糙水平面上，质量为1 kg、边长为1 m、电阻为0.1 的正方形金属框ABCD位于绝缘板上，E、F分别为BC、AD的中点某时刻起在ABEF区域内有竖直向下的磁场，其磁感应强度B1的大小随时间变化的规律如图乙所示，AB边恰在磁场边缘以外；FECD区域内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B20.5 T，CD边恰在磁场边缘以内假设金属框受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，两磁场均有理想边界，取g10 m/s2.则()图7A金属框中产生的感应电动势大小为1 VB金属框受到向左的安培力大小为1 NC金属框中的感应电流方向沿ADCB方向D如果金属框与绝缘板间的动摩擦因数为0.3，则金属框可以在绝缘板上保持静止8如图8所示，边长为a的导线框ABCD处于磁感应强度为B0的匀强磁场中，BC边与磁场右边界重合，现发生以下两个过程：一是仅让线框以垂直于边界的速度v匀速向右运动；二是仅使磁感应强度随时间均匀变化若导线框在上述两个过程中产生的感应电流大小相等，则磁感应强度随时间的变化率为()图8A. B.C. D.9(多选)如图9甲所示，abcd为导体做成的框架，其平面与水平面成角，导体棒PQ与ad、bc接触良好，整个装置放在垂直于框架平面的变化磁场中，磁场的磁感应强度B随时间t变化情况如图乙所示(设图甲中B的方向为正方向)，在0t1时间内导体棒PQ始终静止，下面判断正确的是()图9A导体棒PQ中电流方向由Q至PB导体棒PQ受安培力方向沿框架向下C导体棒PQ受安培力大小在增大D导体棒PQ受安培力大小在减小10(多选)如图10甲所示，光滑绝缘水平面上，虚线MN的右侧存在磁感应强度B2 T的匀强磁场，MN的左侧有一质量m0.1 kg的矩形线圈abcd，bc边长L10.2 m，电阻R2 .t0时，用一恒定拉力F拉线圈，使其由静止开始向右做匀加速运动，经过1 s，线圈的bc边到达磁场边界MN，此时立即将拉力F改为变力，又经过1 s，线圈恰好完全进入磁场，整个运动过程中，线圈中感应电流i随时间t变化的图像如图乙所示则()图10A恒定拉力大小为0.05 NB线圈在第2 s内的加速度大小为1 m/s2C线圈ab边长L20.5 mD在第2 s内流过线圈的电荷量为0.2 C11如图11甲所示，电阻不计，间距为l的平行长金属导轨置于水平面内，阻值为R的导体棒ab固定连接在导轨左端，另一阻值也为R的导体棒ef垂直放置在导轨上，ef与导轨接触良好，并可在导轨上无摩擦移动现有一根轻杆一端固定在ef中点，另一端固定于墙上，轻杆与导轨保持平行，ef、ab两棒间距为d.若整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中，且从某一时刻开始，磁感应强度B随时间t按图乙所示的方式变化求：图11(1)在0t0时间内流过导体棒ef的电流的大小与方向；(2)在t02t0时间内导体棒ef产生的热量；(3)1.5t0时刻杆对导体棒ef的作用力的大小和方向12如图12所示，质量为m0.1 kg粗细均匀的导线，绕制成闭合矩形线框，其中长LAC50 cm，宽LAB20 cm，竖直放置在水平面上中间有一磁感应强度B1.0 T，磁场宽度d10 cm的匀强磁场线框在水平向右的恒力F2 N的作用下，从图示位置由静止开始沿水平方向运动，线框AB边从左侧进入磁场，从磁场右侧以v1 m/s的速度匀速运动离开磁场，整个过程中线框始终受到大小恒定的摩擦阻力f1 N，且线框不发生转动求线框的AB边图12(1)离开磁场时感应电流的大小；(2)刚进入磁场时感应电动势的大小；(3)穿越磁场的过程中安培力所做的总功答案解析1D2Ct0时，通过线圈的磁通量为B0B0r2，tt0时，通过线圈的磁通量为B0B0r2，磁通量发生了变化，故一定有感应电流，A项错；由楞次定律可知，感应电流方向为顺时针方向，B项错；左侧磁感应强度随时间变化关系为：B1t，右侧磁感应强度随时间变化关系为：B2B0t，通过圆环的磁通量随时间变化关系为：(B1B2)B0r2r2t，由法拉第电磁感应定律，Er2，由欧姆定律可知，I，C项正确，D项错3BS断开瞬间，线圈L与A灯、电阻R形成闭合回路，通过灯A的电流由d到c，故A错由于自感提供给A灯的电流开始时大于电源原来提供的电流，故A灯闪亮一下再熄灭，B正确S断开瞬间，电源的路端电压增大，将对电容器充电，充电电流通过B灯，可能会使B灯闪亮一下再熄灭，故C、D均错4C因线圈L的电阻不计，因此，闭合S稳定后，电容器两端的电压为零，极板不带电，选项A、B均错误；闭合S电路稳定时，流过线圈L的电流由右向左，断开S的瞬间，线圈中产生与其原电流方向相同的自感电动势，于是电容器将充电，a极板将带正电，选项C正确，D错误5AB在闭合线圈进入磁场的过程中，通过闭合线圈的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向一直为顺时针方向，选项A正确；导体切割磁感线的有效长度先变大后变小，感应电流先变大后变小，安培力也先变大后变小，选项B正确；导体切割磁感线的有效长度最大值为2r，感应电动势最大为E2Brv，选项C错误；穿过线圈某个横截面的电荷量为Q，选项D错误6BD磁通量垂直纸面向里逐渐减小，由楞次定律可知，圆环中的感应电流方向为顺时针，故选项A错误；为了阻碍磁通量的减小，圆环有扩张的趋势，故选项B正确由法拉第电磁感应定律可知，E|kr2|，感应电流I|，故选项C错误；由闭合电路欧姆定律可知，ab两点间的电压U|kr2|，故选项D正确7D根据法拉第电磁感应定律有En0.5 V，故选项A错误；回路中的电流为I5 A，所受安培力的大小为FB2IL2.5 N，根据楞次定律可知，产生感应电流的方向为逆时针，即ABCD方向，则由左手定则可知，安培力的方向水平向右，故选项B、C错误；若金属框与绝缘板间的动摩擦因数为0.3，则最大静摩擦力fmNmg3 N，大于安培力，金属框可以在绝缘板上保持静止，故选项D正确8B第一种情况根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律，可得：I；同样当磁感应强度随时间均匀变化时，可得：I，联立可得：，选项B正确，选项A、C、D错误9AD根据法拉第电磁感应定律可知在线圈中产生恒定的感应电流，方向由Q至P，故A正确；根据左手定则可知，导体棒PQ受到沿框架向上的安培力，故B错误；产生的感应电流不变，但磁感应强度逐渐减小，故受到的安培力逐渐减小，故C错误，D正确10ABD 在第1 s末，i1，EBL1v1，v1a1t1，Fma1，联立得F0.05 N，A项正确在第2 s内，由图像分析知线圈做匀加速直线运动，第2 s末i2，EBL1v2，v2v1a2t2，解得a21 m/s2，B项正确在第2 s内，vv2a2L2，得L21 m，C项错误q0.2 C，D项正确11(1)方向ef(2)(3)方向水平向右解析(1)在0t0时间内，产生感应电动势的大小E1S流过导体棒ef的电流大小I1由楞次定律可判断电流方向为ef.(2)在t02t0时间内，产生感应电动势的大小E2S流过导体棒ef的电流大小I2该时间内导体棒ef产生的热量QIRt0.(3)1.5t0时刻，磁感应强度BB0导体棒ef所受安培力FB0I2l，方向水平向左，根据导体棒ef受力平衡可知杆对导体棒的作用力为F，方向水平向右12(1)5 A(2)0.4 V(3)0.25 J解析(1)线框离开磁场时已经匀速运动FfBIL，所以I5 A(2)线框进入磁场前Ffma，a10 m/s2v2ax，v02 m/s线框进入磁场时感应电动势EBLABv00.4 V(3)线框在穿越磁场的过程中，根据动能定理有(Ff)dWmv2mv，解得：W0.25 J