高中物理选修32精品习题3.docx
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高中物理选修32精品习题3
课时作业4 法拉第电磁感应定律
时间:
45分钟 分值:
100分
一、选择题(8×6分=48分)
1.如上图所示,将一个正方形导线框ABCD置于一个范围足够大的匀强磁场中,磁场方向与其平面垂直.现在AB、CD的中点处连接一个电容器,其上、下极板分别为a、b,让匀强磁场以某一速度水平向右匀速移动,则( )
A.ABCD回路中没有感应电流
B.A与D、B与C间有电势差
C.电容器a、b两极板分别带上负电和正电
D.电容器a、b两极板分别带上正电和负电
解析:
匀强磁场以某一速度水平向右匀速移动,相当于导线框ABCD水平向左匀速移动,穿过整个导线框的磁通量不变,所以ABCD回路中没有感应电流,A正确;但是AD、BC切割磁感线产生电动势,相当于电源,所以A与D、B与C间有电势差,B正确;用右手定则判断知电容器a、b两极板分别带上负电和正电,C正确,D错误.故选项ABC正确.
答案:
ABC
2.(2011·广东高考)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:
线圈平面与磁场方向垂直,由法拉第电磁感应定律可知,E=N
,感应电动势的大小与线圈的匝数及磁通量的变化率有关,匝数越多、磁通量变化越快感应电动势越大,根据楞次定律可知,若磁场的磁感应强度在减小,则感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,若磁场的磁感应强度在增大,则感应电流的磁场方向与原磁场方向相反.C项正确.
答案:
C
3.一根直导线长0.1m,在磁感应强度为0.1T的匀强磁场中以10m/s的速度匀速运动,则导线中产生的感应电动势( )
A.一定为0.1V B.可能为零
C.可能为0.01VD.最大值为0.1V
解析:
当B、L、v互相垂直时,导体切割磁感线运动产生的感应电动势最大:
E=BLv=0.1×0.1×10V=0.1V,考虑到它们的空间位置关系可选B、C、D.
答案:
BCD
4.(2009·山东卷)如图所示,一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路.虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直于回路所在的平面.回路以速度v向右匀速进入磁场.直径CD始终与MN垂直.从D点到达边界开始到C点进入磁场为止,下列结论正确的是( )
A.感应电流方向不变
B.CD段直导线始终不受安培力
C.感应电动势最大值Em=Bav
D.感应电动势平均值
=
πBav
解析:
如下图,在闭合电路进入磁场的过程中,通过闭合电路的磁通量逐渐增大,根据楞次定律可知感应电流方向为逆时针方向不变,A正确.根据左手定则可以判断,CO段导线受安培力方向向下,B不正确.当半圆闭合回路进入磁场一半时,即这时等效长度最大为a,这时感应电动势最大E=Bav,C正确.感应电动势平均值
=
=
=
πBav,D正确.
答案:
ACD
5.在匀强磁场中,有一个接有电容器的导线回路,如图所示,已知电容C=30μF,回路的长和宽分别为l1=5cm,l2=8cm,磁场变化率为5×10-2T/s,则( )
A.电容器上极板带正电,电荷量为2×10-9c
B.电容器上极板带负电,电荷量为4×10-9c
C.电容器上极板带正电,电荷量为6×10-9c
D.电容器上极板带负电,电荷量为8×10-9c
解析:
回路中的感应电动势等于电容器两板间的电压,
U=E=
=
=5×10-2×0.05×0.08V=2×10-4V
则电容器的电荷量为Q=CE=30×10-6×2×10-4c=6×10-9c,方向的判断下一节内容讨论,直接从数量上就可确定答案,C项正确.
答案:
C
6.闭合回路的磁通量Φ随时间t变化图象分别如图①~④所示,关于回路中产生的感应电动势的下列论述,其中正确的是( )
A.图①的回路中感应电动势恒定不变
B.图②的回路中感应电动势恒定不变
C.图③的回路中0~t1时间内的感应电动势小于t1~t2时间内的感应电动势
D.图④的回路中感应电动势先变大,再变小
解析:
由E=
可据图象斜率判知①中
=0 E①=0 ②
=恒量,则E②恒定,对③回路E前>E后,对于④回路
=图象的斜率,先减小后增大,故只有B选项正确.
答案:
B
7.(2010·江苏卷)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1s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1s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.2D.4
解析:
设原磁感应强度是B,线框面积是S.第1s内ΔΦ1=2BS-BS=BS,第2s内ΔΦ2=2B·S-2B·
=BS.因为E=n
,所以两次电动势大小相等,B正确.
答案:
B
8.(2011·海南高考)如图所示,EOF和E′O′F′为空间一匀强磁场的边界,其中EO∥E′O′,FO∥F′O′,且EO⊥OF;OO′为∠EOF的角平分线,OO′间的距离为l;磁场方向垂直于纸面向里.一边长为l的正方形导线框沿OO′方向匀速通过磁场,t=0时刻恰好位于图示位置.规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正,则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是( )
解析:
因为是选择可能的情况,根据线框的运动情况,分不同的阶段讨论感应电流的方向,左边的边进入磁场,根据右手定则知,感应电流的方向是逆时针的,则只能在A、B中选择,比较两图知,都经历了感应电流线性增加和恒定的开始阶段,这两段时间相同,则表明,磁场边界相垂直,那么线框出磁场时,一定也有感应电流恒定的阶段,则B项对.
答案:
B
二、非选择题(8分+9分+12分+11分+12分=52分)
9.A、C两个闭合线圈为同样的导线,均绕成10匝,半径为rA=2rC,内有如图所示的有理想边界的匀强磁场.若磁场均匀地减小,则A、C环中感应电动势之比EA∶EC=________,产生的感应电流之比IA∶IC=________.
解析:
由法拉第电磁感应定律E=n
,A、C两个闭合线圈中穿过磁场的有效面积相同即C的面积,磁场的变化率相同,所以A、C环中感应电动势之比EAEC=1:
1,而由电阻定律知R=ρ
,A、C环中电阻之比为2:
1,所以产生的感应电流之比IA:
IC=1:
2.
答案:
1:
1:
1:
2
10.试写出下图所示的各种情况下,导线中所产生的感应电动势的表达式[导线长均为L,速度为v,磁感应强度为B,图(3)中导体垂直纸面].
解析:
(1)(3)中有E=0,因为此时导体不切割磁感线;
(2)中有磁场、导线、运动速度两两垂直,所以有E=BLv.
答案:
(1)E=0
(2)E=BLv (3)E=0
11.如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个面积为S的矩形线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′以角速度ω匀速转动.
(1)穿过线框平面磁通量的变化率何时最大?
最大值为多少?
(2)当线框由图示位置转过60°的过程中,平均感应电动势为多大?
(3)线框由图示位置转到60°时瞬时感应电动势为多大?
解析:
(1)ab与cd两边垂直切割磁感线时,Em=BSω
(2)
=
BSω (3)
BSω
12.人类发现磁针能够指南北,实际上就是发现了地球的磁场,随着历史的发展,人们对地磁场有了越来越多的认识,也激起了人类越来越深厚的兴趣,如利用地磁场能发电吗?
据报道,1992年7月,美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机进行了一项卫星悬绳发电实验,实验取得部分成功,航天飞机在地球赤道上空离地面约3000km处,由航天飞机上向地心方向发射一颗卫星,携带一根长20km的金属悬绳,使这根悬绳与地磁场垂直,做切割磁感线运动.根据理论设计,通过电离层(由等离子体组成)的作用,卫星可完成发电过程.
(1)试分析其发电原理.
(2)计算感应电动势的大小.(地面附近磁场的平均磁感应强度为5×10-5T,悬绳中点处速度为7.5km/s)
解析:
(1)当航天飞机用导电缆绳系着卫星绕地球飞行时,导体绳切割地磁场的磁感线,产生感应电动势,而缆绳和电离层构成闭合回路,从而产生感应电流,完成卫星发电任务.
(2)E=Blv=5×10-5×20×103×7.5×103V
=7.5×103V.
13.如图所示,一个50匝的线圈的两端跟R=99Ω的电阻相连接,置于竖直向下的匀强磁场中,线圈的横截面积是20cm2,电阻为1Ω,磁感应强度以100T/s的变化率均匀减小.在这一过程中通过电阻R的电流为多大?
解析:
由法拉第电磁感应定律得线圈中产生的感应电动势为E=n
=n
S=50×100×20×10-4V=10V,由闭合电路欧姆定律得感应电流大小为
I=
=
A=0.1A.
答案:
0.1A
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- 高中物理 选修 32 精品 习题