60 课下巩固精练卷(三十一) 法拉第电磁感应定律 自感和涡流(Word练习)-【正禾一本通】2025年高考物理高三一轮总复习高效讲义

[课下巩固精练卷(三十一)]　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 ________________________________________________________________________ (选择题每题5分，解答题每题10分，建议用时：50分钟)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 考点 基础题 综合题 法拉第电磁感应定律理解应用 1，4，6，7 11 平动切割转动切割 2，3，5 10，12 自感现象 — 9 涡流电磁阻尼电磁驱动 8 — 【基础落实练】 1．近场通信(NFC)器件应用电磁感应原理进行通讯，其天线类似一个压平的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大。如图所示，一正方形NFC线圈共3匝，其边长分别为1.0 cm、1.2 cm和1.4 cm，图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘。若匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度变化率为103 T/s，则线圈产生的感应电动势最接近(　　) A．0.30 V B．0.44 V C．0.59 V D．4.3 V 解析：选B。根据法拉第电磁感应定律可知E＝＝＝103×(1.02＋1.22＋1.42)×10－4 V＝0.44 V。 2．(2023·江苏泰州模拟)“L”型的细铜棒在磁感应强度为B的匀强磁场中运动，已知“L”型细铜棒两边相互垂直，长度均为l，运动速度大小为v，则铜棒两端电势差的最大值为(　　 ) A．Blv B．Blv C．Blv D．2Blv 解析： 选B。当细铜棒切割磁感线的有效长度最大时，铜棒两端的感应电动势最大。如图所示，当L型铜棒速度方向垂直铜棒两端连线时，切割磁感线的有效长度为l，此时铜棒两端电势差最大，最大值为E＝Blv，故B正确。 3．如图所示，由均匀导线制成的，半径为R的圆环，以v的速度匀速进入一磁感应强度大小为B的匀强磁场。当圆环运动到图示位置(∠aOb＝90°)时，a、b两点的电势差为(　　) A．BRv B．BRv C．BRv D．BRv 解析：选D。有效切割长度即a、b连线，即有效切割长度为L＝R，所以产生的电动势为E＝BLv＝B·Rv＝BRv，由右手定则可知电流的方向为b→a，所以Uab>0，由于在磁场部分的阻值为整个圆的，由闭合电路欧姆定律可得Uab＝E＝BRv。 4．(多选)磁场对脑部神经组织的影响及临床医学应用的装置如图所示，将金属线圈放置在头部上方几厘米处，给线圈通以瞬时脉冲电流，线圈中产生瞬间的高强度脉冲磁场穿过头颅时在脑部特定区域产生感应电流，从而对脑神经产生电刺激作用，下列结论正确的是(　　) A．脉冲电流流经线圈在其周围会产生高强度的磁场，这是电磁感应现象 B．脉冲磁场对脑部特定区域产生感应电流是电磁感应现象 C．若将脉冲电流改为恒定电流，也可持续对脑神经产生电刺激作用 D．若脉冲电流最大强度不变，缩短脉冲电流时间，则在脑部产生的感应电流会增大 解析：选BD。脉冲电流流经线圈会产生高强度的磁场是电生磁，是电流的磁效应，故A错误；脉冲磁场对脑部特定区域产生感应电流是磁生电，是电磁感应现象，故B正确；将脉冲电流改为恒定电流，不会产生变化的磁场，不会产生感应电流，不可持续对脑神经产生电刺激作用，故C错误；若脉冲电流最大强度不变，但缩短脉冲电流时间，则产生的磁场变化得更快，在脑部产生的感应电场及感应电流会增强，故D正确。 5．(多选)动圈式扬声器的结构如图(a)和图(b)所示，图(b)为磁铁和线圈部分的右视图，线圈与一电容器的两端相连。当人对着纸盆说话，纸盆带着线圈左右运动能将声信号转化为电信号。已知线圈有n匝，线圈半径为r，线圈所在位置的磁感应强度大小为B，则下列说法正确的是(　　) A．纸盆向左运动时，电容器的上极板电势比下极板电势高 B．纸盆向左运动时，电容器的上极板电势比下极板电势低 C．纸盆向右运动速度为v时，线圈产生的感应电动势为2nrBv D．纸盆向右运动速度为v时，线圈产生的感应电动势为2nπrBv 解析：选BD。根据右手定则，可知上极板带负电，下极板带正电，因此下极板电势更高，故A错误；B正确；切割长度为2πr，则E＝2πnBvr，故C错误，D正确。 6．(多选)(2023·河南郑州模拟)如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t均匀变化，磁场方向取垂直纸面向里为正方向。正方形硬质金属框abcd放置在磁场中，金属框平面与磁场方向垂直，电阻R＝0.1 Ω，边长l＝0.2 m，则下列说法正确的是(　　 ) A．在t＝0到t＝0.1 s时间内，金属框中的感应电动势为0.08 V B.在t＝0.05 s时，金属框ab边受到的安培力的大小为0.16 N C．在t＝0.05 s时，金属框ab边受到的安培力的方向垂直于ab向右 D．在t＝0到t＝0.1 s时间内，金属框中电流的电功率为0.064 W 解析：选AD。根据法拉第电磁感应定律E＝，解得E＝0.08 V，故A正确；感应电流为I＝＝ A＝0.8 A，在t＝0.05 s时，ab受到的安培力为F＝IlB＝0.8×0.2×0.1 N＝0.016 N，故B错误；金属框中的磁通量减小，根据楞次定律，线框有扩大的趋势，故ab受到的安培力水平向左，故C错误；电功率为P＝EI＝0.08 V×0.8 A＝0.064 W，故D正确。 7．(多选)(2023·福建漳州模拟)如图是学生常用的饭卡内部实物图，其由线圈和芯片电路组成。当饭卡处于感应区域时，会在线圈中产生感应电流来驱动芯片工作。已知线圈面积为S，共n匝，回路总电阻为R。某次刷卡时，线圈平面与磁感应强度方向垂直，且全部处于磁场区域内，在感应时间t内，磁感应强度由0增大到B，此过程中(　　) A．线圈有扩张的趋势 B．通过线圈平面的磁通量变化量为nBS C．线圈的平均感应电动势为 D．通过导线某截面的电荷量为 解析：选CD。线圈平面的磁通量增加，根据楞次定律可知线圈有收缩的趋势，故A错误；磁通量变化量为BS，与匝数无关，故B错误；线圈的平均感应电动势E＝n＝，故C正确；通过导线某截面的电荷量q＝Δt＝，故D正确。 8．(2023·全国甲卷)一学生小组在探究电磁感应现象时，进行了如下比较实验。用图(a)所示的缠绕方式，将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上，漆包线的两端与电流传感器接通。两管皆竖直放置，将一很小的强磁体分别从管的上端由静止释放，在管内下落至管的下端。实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图(b)和图(c)所示，分析可知(　　) A．图(c)是用玻璃管获得的图像 B．在铝管中下落，小磁体做匀变速运动 C．在玻璃管中下落，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变 D．用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短 解析：选A。强磁体在铝管中运动，铝管会形成涡流，玻璃是绝缘体故强磁体在玻璃管中运动，玻璃管不会形成涡流。强磁体在铝管中加速后很快达到平衡状态，做匀速直线运动，而玻璃管中的磁体则一直做加速运动，题图(c)的脉冲电流峰值不断增大，说明强磁体的速度在增大，与玻璃管中磁体的运动情况相符，A正确；在铝管中下落，脉冲电流的峰值一样，磁通量的变化率相同，故小磁体做匀速运动，B错误；在玻璃管中下落，玻璃管为绝缘体，线圈的脉冲电流峰值增大，电流不断在变化，故小磁体受到的电磁阻力在不断变化，C错误；强磁体分别从管的上端由静止释放，在铝管中，磁体在线圈间做匀速运动，玻璃管中磁体在线圈间做加速运动，故用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的长，D错误。 【综合提升练】 9．(2023·昆明一中阶段练习)如图1和图2分别是教材中演示断电自感和通电自感的两个电路图，L1和L2为电感线圈。图1实验中，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐熄灭；图2实验中，闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个与A2相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是(　　) A．图1中，断开S1瞬间，流过L1的电流大于断开S1前流过L1的电流 B．图1中，A1与L1的直流电阻值相同 C．图2中，闭合S2瞬间，流过L2的电流与流过变阻器R的电流相等 D．图2中，变阻器R接入电路中的阻值与L2的直流电阻值相同 解析：选D。图1中，断开S1瞬间，电感L1因自感而产生电动势，与A1构成闭合回路，但此回路因为没有能量来源，因此回路中的电流逐渐减小直至为零，因此断开S1瞬间，流过L1的电流小于等于断开S1前流过L1的电流，故A错误；图1中，断开开关S1瞬间，线圈L1产生自感电动势，阻碍电流的减小，通过L1的电流反向通过灯A1，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗，说明未断开S1时IL1>IA1，而两者并联，因此有RL1<RA1，故B错误；图2中闭合S2，由于电磁感应，线圈L2产生自感电动势，阻碍电流的增大，通过L2的电流逐渐增大，而通过变阻器R的电流立即达到稳定时电流，故闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流不相等， 故C错误；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同，说明通过L2和A2的电流与通过变阻器R和A3的电流大小相等，而两支路并联，电压相等，且灯A2与灯A3完全相同，根据部分电路的欧姆定律有I＝＝，则变阻器R接入电路中的阻值与L2的电阻值相同，故D正确。 10．(多选)如图所示，在MN右侧区域有垂直于纸面向里的匀强磁场，其磁感应强度随时间变化的关系为B＝kt(k为大于零的常量)。一高为a、电阻为R的正三角形金属线框向右匀速运动。在t＝0时刻，线框底边恰好到达MN处；在t＝T时刻，线框恰好完全进入磁场。在线框匀速进入磁场的过程中(　　 ) A．线框中的电流始终为逆时针方向 B．线框中的电流先逆时针方向，后顺时针方向 C．t＝时刻，流过线框的电流大小为 D．t＝时刻，流过线框的电流大小为 解析：选AD。由右手定则和楞次定律可知，动生电动势和感生电动势均为逆时针，故感应电流为逆时针，A正确，B错误；线框匀速进入磁场过程中，设正三角形金属线框边长为L，则L＝＝a，t＝时刻，B＝k·，切割长度L′＝＝a，线框匀速进入磁场的速度v＝，则动生电动势E1＝BL′v＝，此时感生电动势E2＝·S＝k·××a×a＝ka2，t＝时刻，流过线框的电流大小为I＝＝，C错误，D正确。 11．(10分)轻质细线吊着一质量为m＝0.42 kg、边长为L＝1 m、匝数n＝10的正方形线圈，其总电阻为r＝1 Ω。在线圈的中间位置以下区域分布着磁场，如图甲所示。磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间变化关系如图乙所示。(g＝10 m/s2) (1)判断线圈中产生的感应电流的方向是顺时针还是逆时针；(3分) (2)求线圈的电功率；(3分) (3)求在t＝4 s时轻质细线的拉力大小。(4分) 解析：(1)当线圈下半部分的垂直纸面的磁场增大，由楞次定律知线圈中会产生垂直纸面向外的感应磁场，由安培定则可知，感应电流的方向为逆时针方向。 (2)由法拉第电磁感应定律得 E＝＝n·L2＝10××12× V＝0.5 V 则P＝＝0.25 W。 (3)由欧姆定律可知I＝＝0.5 A 由题图乙可知，t＝4 s时，B＝0.6 T，进而有 F安＝nBIL，F安＋FT＝mg 联立解得FT＝1.2 N。 答案：(1)逆时针　(2)0.25 W　(3)1.2 N 12．(10分)(2023·南宁三中二模)某同学根据所学物理知识设计了一款发光装置，其简化结构如图所示。半径分别为r和2r的同心圆形光滑导轨固定在同一水平面上，一长为r的直导体棒AB置于圆导轨上面，BA的延长线通过圆导轨的中心O，半圆环区域内直径MN左侧存在垂直导轨平面的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，方向垂直水平面向上。在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接一发光二极管(正向导通时阻值R，反向时电阻无穷大)。直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕O匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触，导体棒AB的阻值也为R，其他电阻可忽略不计，重力加速度大小为g，求： (1)要使二极管发光，从俯视图看，AB棒绕O点顺时针还是逆时针转动；(3分) (2)AB切割磁感线过程中，通过二极管的电流大小；(3分) (3)金属棒转动一周的过程中，外力的平均功率。(4分) 解析：(1)要使二极管发光，从俯视图看，外部感应电流方向从D到C，导体棒中电流由A到B，由右手定则可知，AB棒绕O点逆时针转动。 (2)AB切割磁感线过程中，Δt时间内，导体棒扫过的面积 ΔS＝ωΔt(4r2－r2)＝ωΔtr2 产生的感应电动势 E＝＝Bωr2 通过二极管的电流大小为 I＝＝。 (3)金属棒转动一周的过程中，通过电路的有效电流为I有，则IRT＝I2R＋0 解得I有＝＝ 外力的平均功率P＝I·2R＝。 答案：(1)逆时针　(2)　(3) 学科网（北京）股份有限公司 $$