高考卷 物理专题17 法拉第电磁感应定律及其应用（解析版）

2016-2017学年高二物理百所名校速递分项汇编（选修3-1、3-2）专题17法拉第电磁感应定律及其应用一、单项选择题1.【河北省邢台市第一中学2016-2017学年高二上学期第二次月考】许多科学家在物理学发展中做出了重要贡献，下列物理学史实正确的是（）A．特斯拉提出了分子电流假说，解释了在外界磁场作用下，铁磁性物体内部分子电流的取向变得大致相同时，物体就被磁化而有磁性B．库仑通过油滴实验证明了带电体的电荷量都是某一最小电荷量的整数倍，即元电荷，并测出了元电荷的电荷量C．奥斯特发现了磁场对电流的作用规律D．法拉第认为电磁相互作用是通过介质传递的，并把这种介质叫做“场”，他以惊人的想象力创造性的用“力线”形象地描述“场”的物理情景【答案】D考点：物理学史【名师点睛】本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，[来源:学科网ZXXK]安培认为在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流——分子电流，使每个微粒成为微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极.通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的，它们产生的磁场互相抵消，对外不显磁性。当外界磁场作用后，分子电流的取向大致相同，分子间相邻的电流作用抵消，而表面部分未抵消，它们的效果显示出宏观磁性。密立根通过实验测出了元电荷的带电量．法拉第发现了电磁感应现象后，领悟到：“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应；法拉第在自然现象间的相互联系的思想启示下，寻找10年之久的“磁生电”的效应终于被发现了，揭示磁现象和电现象之间的联系；法拉第认为电磁相互作用是通过介质传递的，并把这种介质叫做“场”，他以惊人的想象力创造性地用“力线”形象地描述“场”的物理情景。二、多项选择题2.【河北省石家庄市第二中学2016-2017学年高二上学期期中考试】如图所示，水平光滑的平行金属导轨，左端接有电阻R，匀强磁场B竖直向下分布在导轨所在的空间内，质量一定的金属棒PQ垂直导轨放置．今使棒以一定的初速度v0向右运动，当其通过位置a、b时，速率分别为va、vb，到位置c时棒刚好静止，设导轨与棒的电阻均不计，a到b与b到c的间距相等，则金属棒在由a到b和由b到c的两个过程中（）A．回路中产生的内能不相等B．棒运动的加速度相等C．安培力做功相等D．通过棒横截面积的电荷量相等【答案】AD考点：导体切割磁感线时的感应电动势、电功、牛顿第二定律【名师点睛】本题主要考查了综合运用电磁感应、电路知识、牛顿第二定律等知识的能力.金属棒在磁场里做切割磁感线运动则产生的感应电动势，受到安培力金属棒向右做加速度逐渐减小的减速运动，克服安培力做功，把金属棒的动能转化为内能；由能量守恒判断回路产生的内能；由牛顿第二定律判断加速度的大小关系；由E=BLv求出感应电动势，由欧姆定律求出感应电流，最后由电流定义式的变形公式求出感应电荷量．3.【辽宁省盘锦市高级中学2016-2017学年高二上学期期中（11月月考）考试物理试题】粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框，原先整个置于有界匀强磁场内，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行．现使线框沿四个不同方向匀速平移出磁场，如图所示，线框移出磁场的整个过程（）[来源:Z#xx#k.Com][来源:学#科#网Z#X#X#K]A．四种情况下流过ab边的电流的方向都相同B．①图中流过线框的电量与v的大小无关C．②图中线框的电功率与v的大小成正比D．③图中磁场力对线框做的功与v2成正比【答案】AB考点：法拉第电磁感应定律【名师点睛】感应电流产生的条件：前提条件电路要闭合，其次穿过闭合回路的磁通量发生变化．磁通量的变化率与感应电动势有关，感应电流的大小与感应电动势大小有关，而通过横截面的电荷量却与通过线圈的磁通量变化及电阻阻值有关.4.【浙江省温州中学2016-2017学年高二上学期期中考试物理试题】如下列说法中正确．．的是A．感生电场由变化的磁场产生B．恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场C．感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定D．感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向【答案】AC考点：麦克斯韦电磁理论【名师点睛】解决本题的关键知道变化的磁场不一定产生变化的电场，只有周期性变化的磁场才会产生周期性变化的电场，注意电场线是否闭合，与电场的分类有关。5.【浙江省余姚中学2016-2017学年高二上学期期中考试物理试题】如图甲所示，电阻不计且间距L=1m的光滑平行金属导轨竖直放置，上端接一阻值R=2Ω的电阻，虚线OO′下方有垂直于导轨平面向里的匀强磁场，现将质量m=0.1kg、电阻不计的金属杆ab从OO′上方某处由静止释放，金属杆在下落的过程中与导轨保持良好接触且始终水平．已知杆ab进入磁场时的速度v0=1m/s，下落0.3m的过程中加速度a与下落距离h的关系图象如图乙所示，g取10m/s2，则（）A．匀强磁场的磁感应强度为2TB．杆ab下落0.3m时金属杆的速度为1m/sC．杆ab下落0.3m的过程中R上产生的热量为0.2J[来源:学科网ZXXK]D．杆ab下落0.3m的过程中通过R的电荷量为0.25C【答案】AD【解析】当金属杆进入磁场后，根据右手定则判断可知金属杆ab中电流的方向由a到b．由乙图知，刚进入磁场时，金属杆的加速度大小a1=10m/s2，方向竖直向上。由牛顿第二定律得：11BILmgma，设杆刚进入磁场时的速度为0v，则有01EBLvIRR代入数据，解得：B=2.0T，故A正确；由a-h图象知当a=0，表明金属杆受到的重力与安培力平衡有0mgBIL,其中BLvIR，联立得：0.5/vms故B错误；从开始到下落的过程中，由能量守恒有：212mghQmv，代入数据得：0.275QJ，故C错误；金属杆下落0.3m的过程中通过R的电荷量为：EBStqItttRRRR，代入数据得：0.25qC;故D正确。所以AD正确，BC错误。考点：感应电动势、电量、安培力【名师点睛】本题主要考查了感应电动势、电量、安培力等知识。由乙图读出金属杆进入磁场时加速度的大小，判断出加速度方向．由法拉第电磁感应定律、欧姆定律推导出安培力与速度的关系式，由牛顿第二定律列式可求出磁感应强度．从开始下落到下落0.3m的过程中，杆的机械能减小转化为内能，由能量守恒列式可求出电阻R上产生的热量．由图看出，下落0.3m时，由BSqR即可求出电量.三、非选择题6.【浙江省温州中学2016-2017学年高二上学期期中考试物理试题】(8分)如图所示，足够长的光滑金属框竖直放置，框宽l＝0.5m，框的电阻不计，匀强磁场的磁感应强度B＝1T，方向与框面垂直，金属棒MN的质量为100g，电阻为1Ω，现让MN由静止释放，MN与金属框始终垂直并保持良好接触，从释放直至达到最大速度的过程中通过金属棒某一截面的电荷量为2C，求：(空气阻力不计，g取10m/s2)（1）金属棒下落过程中的最大速度；（2）则此过程中回路产生的电能为多少？【答案】（1）4m/s（2）3.2J【解析】试题分析：（1）金属棒下落过程做加速度逐渐减小的加速运动，加速度减小到零时速度达到最大，根据平衡条件得22mBlvmgR，解得22mmgRvBl带入数据解得vm=4m/s[来源:Zxxk.Com]考点：牛顿定律的应用；动能定理【名师点睛】金属棒在运动过程中克服安培力做功，把金属棒的动能转化为焦耳热，在此过程中金属棒做加速度减小的减速运动；对棒进行受力分析、熟练应用法拉第电磁感应定律、欧姆定律、能量守恒定律等正确解题。7.【新疆生产建设兵团第二中学2016-2017学年高二上学期期中考试】如图(a)所示，一个500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，磁场的磁感应强度随时间变化的图像如图(b)所示。求磁场变化过程中通过电阻R的电流为多大。【答案】0.1A[来源:Zxxk.Com]【解析】试题分析：由图b知：感感应强度B均匀增加，其变化率不变，为：5010/10/40TTsBts由法拉第电磁感应定律可得线圈中的感应电动势E为：450010201010EnnStVBtV由闭合电路欧姆定律可得感应电流I大小为：0.199110IAArER。[来源:学.科.网]考点：法拉第电磁感应定律、闭合电路的欧姆定律【名师点睛】本题是感生电动势类型，关键要掌握法拉第电磁感应定律的表达式Etn，再结合闭合电路欧姆定律进行求解。8.【河北省武邑中学2016-2017学年高二上学期周考（11.27）物理试题】如图所示，匀强磁场的方向竖直向上，磁感应强度的大小为B0，电阻为R、边长为L的正方向线框abcd水平放置，OO′为过ad、bc两边中点的直线，线框全部位于磁场中．现将线框右半部固定不动，而将线框左半部以角速度ω绕OO′为轴向上匀速转动，如图中虚线所示，要求：（1）写出转动过程中线框中产生的感应电动势的表达式；（2）若线框左半部分绕OO′向上转动90°，求此过程中线框中产生的焦耳热；（3）若线框左半部分转动60°后固定不动，此时磁感应强度随时间按B=B0+kt变化，k为常量，写出磁场对线框ab边的作用力随时间变化的关系式。【答案】（1）e＝12B0ωL2sinωt（2）24016BLR（3）3034kLFBktR＝（3）若转动后磁感应强度随时间按B=B0+kt变化，在线框中产生的感应电动势大小2221136022()4okLLcosLBtt＝＝＝在线框中产生的感应电流：IR＝线框ab边所受安培力的大小：3034kLFBILBktR＝＝考点：法拉第电磁感应定律；闭合电路欧姆定律；焦耳定律【名师点睛】考查法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律，及焦耳定律的应用，掌握安培力表达式的内容，注意只有是正弦式交流电时，最大值与有效值才存在2倍的关系。9.【河北省石家庄市第二中学2016-2017学年高二上学期期中考试】（12分）如图所示，一轻绳绕过两轻滑轮，两端分别连接着矩形导线框A1和石块A2，线框A1的ab边长，l1=lm，bc边长l2=0.6m，电阻R=0.1Ω，质量m=0.5kg，石块A2的质量M=2kg，两水平平行虚线ef、gh之间存在着垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B=0.5T，如果线框从静止开始运动，进入磁场最初一段时间是匀速的，ef线和gh的距离且s＞l2，（g取10m/s2）．问：（1）线框进入磁场前石块A2的加速度a多大；（2）线框进入磁场时匀速运动的速度v多大.【答案】（1）6m/s2（2）6m/s[来源:学_科_网]（2）由题意可知线框进入磁场的最初一段时间做匀速运动，所以石块受力到的合力为零，对线框abcd受力分析可知受到重力mg、线的拉力F′、安培力F安，其中F′=Mg（1分）列平衡方程得：F′-mg-F安=0．（2分）ab边进入磁场切割磁感线，产生感应电动势为：E=Bl1v（1分）产生的感应电流为：REI（1分）[来源:学科网ZXXK]受到的安培力：F安=BIl1（1分）联立各式代入数据解得：v=6m/s（2分）考点：导体切割磁感线时的感应电动势、牛顿第二定律【名师点睛】本题是电磁感应中的力学问题，考查了法拉第电磁感应定律、物体的平衡、牛顿第二定律；解题的关键要明确线框的运过程。分别对线框和石块运用牛顿第二定律，抓住加速度大小相等，求出线框进入磁场前石块的加速度．抓住线框和石块受力平衡，结合共点力平衡、切割产生的感应电动势公式、闭合电路欧姆定律求出线框进入磁场时匀速运动的速度．10.【河北省石家庄市第二中学2016-2017学年高二上学期期中考试】（15分）一根电阻R=0.6Ω的导线弯成一个圆形线圈，圆半径r=1m，圆形线圈质量m=1kg，此线圈放在绝缘光滑的水平面上，在y轴右侧有垂直线圈平面的磁感应强度B=0.5T的匀强磁场，如图所示．若线圈以初动能Ek0=5J沿x轴方向滑进磁场，当进