2021年高考物理一轮复习考点34法拉第电磁感应定律自感涡流课件

法拉第电磁感应定律自感涡流考点34第1步狂刷小题·夯基础题组一基础小题1．(多选)用均匀导线做成的正方形线圈边长为l，正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图所示，当磁场以ΔBΔt的变化率增强时，则()A．线圈中感应电流的方向为acbdaB．线圈中产生的电动势E＝ΔBΔt·l22C．线圈中感应电流的方向为adbcaD．线圈中产生的电动势E＝ΔBΔt·l2答案解析当磁场增强时，由楞次定律可判定感应电流的方向为acbda，故A正确，C错误；由法拉第电磁感应定律得E＝ΔBΔt·l22，B正确，D错误。解析2.如图所示，一金属弯杆处在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，已知ab＝bc＝L，当它以速度v向右水平运动时，a、c两点间的电势差为()A．BLvB．BLvsinθC．BLvcosθD．BLv(1＋sinθ)答案解析当金属弯杆以速度v向右水平运动时，其切割磁感线的有效长度为Lsinθ，故感应电动势大小为BLvsinθ，即a、c两点间的电势差为BLvsinθ，故B正确。解析3.如图所示，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与磁场边缘重合；磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里，磁感应强度大小为B0。使该导线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周，在线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位置，磁感应强度大小随时间线性变化。为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的变化率ΔBΔt的大小应为()A.4ωB0πB.2ωB0πC.ωB0πD.ωB02π答案解析设圆的半径为r，当其绕过圆心O的轴匀速转动时，圆弧部分不切割磁感线，不产生感应电动势，而在转过半周的过程中仅有一半直径在磁场中，产生的感应电动势E＝B0rv＝B0r·rω2＝12B0r2ω；当导线框不动时，E′＝ΔBΔt·πr22。由闭合电路欧姆定律得I＝ER，要使I＝I′，必须使E＝E′，即ΔBΔt＝ωB0π，C正确。解析4.(多选)如图所示，三角形金属导轨EOF上放有一金属杆AB，在外力作用下，使AB保持与OF垂直，以速度v匀速从O点开始右移，设导轨与金属杆均由粗细相同的同种金属制成，则下列判断正确的是()A．电路中的感应电流大小不变B．电路中的感应电动势大小不变C．电路中的感应电动势逐渐增大D．电路中的感应电流逐渐减小答案解析设金属杆从O点开始运动到如题图所示位置所经历的时间为t，∠EOF＝θ，则金属杆切割磁感线的有效长度L有效＝OBtanθ＝vttanθ，故E＝BL有效v＝Bv2ttanθ，即电路中感应电动势与时间成正比，C正确，B错误；电路中感应电流I＝ER＝Bv2ttanθρLS，而L等于电路中三条边的总长度，即L＝vt＋vttanθ＋vtcosθ＝vt(1＋tanθ＋1cosθ)，所以I＝BvStanθρ1＋tanθ＋1cosθ＝恒量，所以A正确，D错误。解析5.如图所示，一正方形线圈的匝数为n，边长为a，电阻为R，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中。在Δt时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B均匀增大到2B。在此过程中，通过线圈导线某个横截面的电荷量为()A.Ba2RB.nBa2RC.nBa22RD.Ba22R答案解析根据法拉第电磁感应定律E＝nΔΦΔt＝nΔBΔtS＝n2B－BΔt·12a2＝nBa22Δt，通过线圈导线某个横截面的电荷量为q＝IΔt＝ERΔt＝nBa22RΔtΔt＝nBa22R，故选C。解析6.如图，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为φa、φb、φc。已知bc边的长度为l。下列判断正确的是()A．φaφc，金属框中无电流B．φbφc，金属框中电流方向沿a－b－c－aC．Ubc＝－12Bl2ω，金属框中无电流D．Uac＝12Bl2ω，金属框中电流方向沿a－c－b－a答案解析在三角形金属框内，有两边切割磁感线，其一为bc边，根据E＝Blv可得电动势大小为12Bl2ω；其二为ac边，ac边有效的切割长度为l，根据E＝Blv，可得电动势大小也为12Bl2ω；由右手定则可知金属框内无电流，且φcφb＝φa，A、B错误；Ubc＝Uac＝－12Bl2ω，C正确，D错误。解析7.(多选)1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示。实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法正确的是()A．圆盘上产生了感应电动势B．圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C．在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动答案解析当铜圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，圆盘的半径切割磁感线产生感应电动势和感应电流，A正确；由于圆盘中心正上方悬挂小磁针，在圆盘转动过程中，圆盘面积不变，距离磁针的距离不变，故磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量不变，C错误；圆盘中的电流并不是自由电子随圆盘一起运动形成的，而是圆盘半径切割磁感线，自由电子沿圆盘径向运动从而产生的涡电流，此圆盘内的涡电流产生的磁场对磁针施加磁场力的作用，导致磁针转动，B正确，D错误。解析8.如图所示，将一根绝缘硬金属导线弯曲成一个完整的正弦曲线形状，电阻为R，它通过两个小金属环与电阻不计的长直金属杆导通，图中a、b间距离为L，导线组成的正弦图形顶部或底部到杆的距离都是d，已知该金属导线与ab段金属杆围成的面积为2dLπ，右边虚线范围内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于弯曲导线所在平面向里的匀强磁场，磁场区域的宽度为34L，现在外力作用下导线沿杆以恒定的速度v向右运动，t＝0时刻a环刚从O点进入磁场区域，则下列说法正确的是()A．t＝L2v时刻，回路中的感应电动势为BdvB．t＝L2v时刻，回路中的感应电流第一次开始改变方向C．t＝3L4v时刻，回路中的感应电动势为2BdvD．t＝L4v时刻，回路中的感应电流第一次开始改变方向答案解析导线切割磁感线产生的感应电动势E＝Blv，其中l指的是有效切割长度，当t＝L2v时，导线的有效切割长度为零，所以感应电动势为0，此时电流的方向第一次发生改变，故A、D错误，B正确；当t＝3L4v时，电路中的有效切割长度l＝d，所以感应电动势E＝Bdv，故C错误。解析9.如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻忽略不计。当开关S闭合时，下列说法正确的是()A．A和B一起亮，然后A熄灭B．A和B一起亮，然后A逐渐熄灭C．A比B先亮，然后A熄灭D．B比A先亮，然后A逐渐变亮答案解析当开关S闭合时，线圈L产生较大的自感电动势阻碍电流的增加，使A灯中的电流逐渐变大，而B灯中的电流立即变大，因此，B灯先亮，然后A灯逐渐变亮，故A、B、C错误，D正确。解析10.(多选)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解析交变电流在铁芯中产生交变磁场，金属杯中会产生感应电流而发热。增加线圈的匝数，可以使铁芯中的磁场增强，金属杯中磁通量的变化量ΔΦ增大；提高交流电源的频率，可以使Δt减小，这两种措施都可以使ΔΦΔt增大，由法拉第电磁感应定律可知，都可以使金属杯中产生的感应电动势增大，都可以增大金属杯中产生的电流，都可缩短加热时间，A、B正确；将金属杯换成瓷杯，变化的磁场不能在瓷杯内产生感应电流，也就不能使水加热，C错误；取走线圈中的铁芯，线圈和金属杯中的磁场减弱，在金属杯产生的感应电流会减小，从而使水沸腾的时间增加，D错误。解析11．(多选)电吉他中电拾音器的基本结构如图所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发出声音。下列说法正确的有()A．选用铜质弦，电吉他仍能正常工作B．取走磁体，电吉他将不能正常工作C．增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势D．弦振动过程中，线圈中的电流方向不断变化答案解析铜质弦无法被磁化，不能引起线圈中磁通量的变化从而产生感应电流，所以铜质弦不能使电吉他正常工作，故A错误；取走磁体，金属弦无法被磁化，线圈中不会产生感应电流，B正确；由E＝nΔΦΔt知，C正确；金属弦来回振动，线圈中的磁通量不断增加或减小，电流方向不断变化，D正确。解析题组二高考小题12．(2019·全国卷Ⅰ)(多选)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图a中虚线MN所示。一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S，将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上。t＝0时磁感应强度的方向如图a所示；磁感应强度B随时间t的变化关系如图b所示。则在t＝0到t＝t1的时间间隔内()A．圆环所受安培力的方向始终不变B．圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C．圆环中的感应电流大小为B0rS4t0ρD．圆环中的感应电动势大小为B0πr24t0答案解析由于通过圆环的磁通量均匀变化，故圆环中产生的感应电动势、感应电流的大小和方向不变，但t0时刻磁场方向发生变化，故安培力方向发生变化，A错误；根据楞次定律，圆环中感应电流的方向始终沿顺时针方向，B正确；根据法拉第电磁感应定律，感应电动势大小E＝|ΔBΔt|·S′＝B0t0·πr22＝πB0r22t0，根据闭合电路欧姆定律知，感应电流大小I＝ER＝πB0r22t0ρ2πrS＝B0rS4t0ρ，C正确，D错误。解析13.(2018·全国卷Ⅰ)如图，导体轨道OPQS固定，其中PQS是半圆弧，Q为半圆弧的中点，O为圆心。轨道的电阻忽略不计。OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆，M端位于PQS上，OM与轨道接触良好。空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B。现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程Ⅰ)；再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B′(过程Ⅱ)。在过程Ⅰ、Ⅱ中，流过OM的电荷量相等，则B′B等于()A.54B.32C.74D．2答案解析通过导体横截面的电荷量为：q＝I·Δt＝nΔΦΔtR·Δt＝nΔΦR，过程Ⅰ流过OM的电荷量为：q1＝B·14πr2R；过程Ⅱ流过OM的电荷量：q2＝B′－B·12πr2R，依题意有：q1＝q2，即：B·14πr2＝(B′－B)·12πr2，解得：B′B＝32，正确答案为B。解析14．(2018·全国卷Ⅲ)(多选)如图a，在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R，R在PQ的右侧。导线PQ中通有正弦交流电流i，i的变化如图b所示，规定从Q到P为电流的正方向。导线框R中的感应电动势()A．在t＝T4时为零B．在t＝T2时改变方向C．在t＝T2时最大，且沿顺时针方向D．在t＝T时最大，且沿顺时针方向答案解析由图b可知，导线PQ中电流在t＝T4时达到最大值，变化率为零，导线框R中磁通量变化率为零，根据法拉第电磁感应定律，在t＝T4时导线框中产生的感应电动势为零，A正确；在t＝T2时，导线PQ中电流图象斜率方向不变，导致导线框R中磁通量变化率的正负不变，根据楞次定律，在t＝T2时，导线框中产生的感应电动势方向不变，B错误；由于在t＝T2时，导线PQ中电流图象斜率最大，电流变化率最大，导致导线框R中磁通量变化率最大，根据法拉第电磁感应定律，在t＝T2时导线框中产生的感应电动势最大，由楞次定律可判断出感应电动势的方向为顺时针方向，C正确；由楞次定律可判断出在t＝T时感应电动势的方向为逆时针方向，D错误。解析15．(2017·北京高考)如图1和图2所示是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐