第2章 专题训练二 法拉第电磁感应定律的应用-【新课程能力培养】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练习（人教版2019）

练 高中物理选择性必修 第二册 （人教版） 1. 穿过一个单匝的磁通量始终保持每秒均匀 地减少 2 Wb ， 则 （ ） A. 线圈中感应电动势每秒增加 2 V B. 线圈中感应电动势每秒减少 2 V C. 线圈中无感应电动势 D. 线圈中感应电动势大小不变 2. （多选） 穿过闭合回路的磁通量 Φ 随时间 t 变化的图像分别如图甲、 乙、 丙、 丁所 示， 下列关于回路中产生的感应电动势 的论述， 正确的是 （ ） A. 图甲中回路产生的感应电动势恒定不变 B. 图乙中回路产生的感应电动势一直在 变大 C. 图丙中回路在 0～t 0 时间内产生的感应 电动势大于 t 0 ～2t 0 时间内产生的感应电 动势 D. 图丁回路产生的感应电动势先变小再 变大 3. 如图所示， 两根竖直放置的光滑平行导 轨， 其中一部分处于方向垂直导轨所在平 面并且有上、 下水平边界的匀强磁场中。 一根金属杆 MN 保持水平 并沿导轨滑下 （导轨电阻 不计 ）， 当金属杆 MN 进 入磁场区后， 其运动的速 度随时间变化的图线不可 能的是 （ ） 4. 如图甲所示， 电路的左侧是一个电容为 C 的电容器， 电路的右侧是一个环形导体， 环形导体所围的面积为 S 。 在环形导体中 有一垂直纸面向里的匀强磁场， 磁感应强 度的大小随时间变化的规律如图乙所示。 则在 0～t 0 时间内电容器 （ ） 专题训练二 法拉第电磁感应定律的应用 甲 乙 t O Φ t O Φ 丙 丁 t O Φ t O Φ 2t 0 t 0 第 3 题图 B M N R A B C D t O v t O v t O v t O v B C B t O B 1 B 2 t 0 甲 乙 第 4 题图 第 2 题图 46 第二章 电 磁 感 应 练 A. 上极板带正电， 所带电荷量为 CS （ B 2 -B 1 ） t 0 B. 上极板带正电， 所带电荷量为 C （ B 2 -B 1 ） t 0 C. 上极板带负电， 所带电荷量为 CS （ B 2 -B 1 ） t 0 D. 上极板带负电， 所带电荷量为 C （ B 2 -B 1 ） t 0 5. 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， 下列结论不正确的是 （ ） A. 感应电流方向不变 B. CD 段直线始终不受安培力 C. 感应电动势最大值 E=Bav D. 感应电动势平均值 E = 1 4 πBav 6. （多选） 如图 所示， 一电 子以初速度 v 沿与金属 板平行方向飞入 MN 两极板间， 突然发 现电子向 M 板偏转， 若不考虑磁场对电 子运动方向的影响， 则产生这一现象的 原因可能是 （ ） A. 开关 S 闭合瞬间 B. 开关 S 由闭合后断开瞬间 C. 开关 S 是闭合的， 变阻器滑片 P 向右迅 速滑动 D. 开关 S 是闭合的， 变阻器滑片 P 向左迅 速滑动 7. 等离子体气流由左方连续以速度 v 0 射入 P 1 和 P 2 两板间的匀强磁场中， ab 直导线 与 P 1 、 P 2 相连接， 线圈 A 与直导线 cd 连 接。 线圈 A 内有如图乙所示的变化磁场， 且磁场 B 的正方向规定为向左， 如图甲所 示， 则下列叙述正确的是 （ ） A. 0～1 s 内， ab 、 cd 导线互相排斥 B. 1～2 s 内， ab 、 cd 导线互相吸引 C. 2～3 s 内， ab 、 cd 导线互相吸引 D. 3～4 s 内， ab 、 cd 导线互相吸引 8. 穿过闭合回路的磁通量 Φ 随时间 t 变化的 图像分别如图 ①～④ 所示， 下列关于回路 中产生的感应电动势的论述， 正确的是 （ ） A. 图 ① 中， 回路产生的感应电动势恒定 第 5 题图 M B C D N v 第 6 题图 第 7 题图 甲 乙 P 1 A B a b c d P 2 + v 0 - t/s B/T 1 2 3 4 2 -2 0 ① ② ③ ④ 第 8 题图 t O Φ t O Φ t 2 t 1 t O Φ t O Φ e M N R S P 47 练 高中物理选择性必修 第二册 （人教版） 不变 B. 图 ② 中， 回路产生的感应电动势一直 在变大 C. 图 ③ 中， 回路在 0～t 1 时间内产生的感 应电动势小于在 t 1 ～t 2 时间内产生的感 应电动势 D. 图 ④ 中， 回路产生的感应电动势先变 小后变大 9. 电阻 R 、 电容 C 与一 线圈连成闭合回路 ， 条形磁铁静止于线圈 的正上方， N 极朝下， 如图所示。 现使磁铁 开始自由下落 ， 在 N 极接近线圈上端的过程中， 流过 R 的电流 方向和电容器极板的带电情况是 （ ） A. 从 a 到 b ， 上极板带正电 B. 从 a 到 b ， 下极板带正电 C. 从 b 到 a ， 上极板带正电 D. 从 b 到 a ， 下极板带正电 10. 矩形导线框固定在匀强磁场中， 如图甲 所示。 磁感线的方向与导线框所在平面 垂直， 规定磁场的正方向为垂直纸面向 里， 磁感应强度 B 随时间 t 变化的规律 如图乙所示， 则 （ ） A. 从 0~t 1 时间内 ， 导线框中电流的方 向为 abcda B. 从 0~ t 1 时间内 ， 导线框中电流越来 越小 C. 从 0~t 2 时间内， 导线框中电流的方向 始终为 adcba D. 从 0~t 2 时间内， 导线框 bc 边受到的 安培力越来越大 11. 如图所示， 面积为 0.2 m 2 的 100 匝线圈 处在匀强磁场中， 磁场方向垂直于线圈 平面， 已知磁感应强度随时间变化的规 律为 B= （ 2+0.2t ） T ， 定值电阻 R 1 =6 Ω ， 线圈电阻 R 2 =4 Ω ， 求： （ 1 ） 回路中的感应电动势大小。 （ 2 ） 回路中电流的大小和方向。 （ 3 ） a 、 b 两点间的电势差。 第 9 题图 S N C a b R 第 10 题图 甲 乙 a b c d t B t 1 t 2 O 第 11 题图 R 1 a b 48 参考答案与解析 ΔB Δt = 1.5-1.0 1 T/s=0.5 T/s ， 解得 E=0.04 V ， I= E R =2 A ， 方向 ADCBA 。 （ 3 ） 由 BIl=mgsin 37°+F f ， 得 B=3 T ， 因 B=1+0.5t ， 解得 t=4 s 。 * 15. （ 1 ） 4mgr B 2 l 2 （ ２ ） m 3 4 gh- 6m 2 g 2 r 2 B 4 l 4 4 " （ ３ ） 2mgr B 2 l 2 图像见解析 【解析】 （ 1 ） 由 I= Blv m R+r ， F 安 =BIL=mg 可得 v m = 4mgr B 2 l 2 。 （ 2 ） 由能量守恒定律可得 mgh= 1 2 mv 2 +Q ， 可得 Q=m gh- 8m 2 g 2 r 2 B 4 l 4 4 " ， 可得 Q R = R R+r Q=m 3 4 gh- 6m 2 g 2 r 2 B 4 l 4 4 " 。 （ 3 ） 由 mg- B 2 l 2 v r+R =ma= 1 2 mg 可得 v= 2mgr B 2 l 2 。 根据 mg- B 2 l 2 v+ g 2 4 " t R+r =ma= 1 2 mg 得 R= 2B 2 l 2 v+ gt 2 4 " mg -r 。 关系图像如图。 专题训练二 法拉第电磁感应定律 的应用 1. D 2. CD 【解析】 根据 E＝n Δ椎 Δt 可知， 图甲中 E＝0 ， A 错误； 图乙中 E 为恒量， B 错误； 图丙中 0～t 0 时间内的 E 1 大于 t 0 ～2t 0 时间内的 E 2 ， C 正确； 图丁中感应电动势 先变小再变大， D 正确。 3. B 【解析】 当金属杆 MN 进入磁场区后， 切割磁 感线产生感应电流， 受到向上的安培力。 金属杆 MN 进 入磁场区时， 若所受的安培力与重力相等， 做匀速直线 运动， 速度不变， 所以 A 图像是可能的。 金属杆 MN 进 入磁场区时， 若所受的安培力小于重力， 做加速运动， 随着速度的增大， 感应电动势和感应电流增大， 金属杆 所受的安培力增大， 合外力减小， 加速度减小， v－t 图 像的斜率应逐渐减小， 故 B 图像不可能， C 图像是可能 的。 金属杆 MN 进入磁场区时， 若所受的安培力大于重 力， 做减速运动， 随着速度的减小， 金属杆所受的安培 力减小， 合外力减小， 加速度减小， v－t 图像的斜率减 小， D 图像是可能的。 4. A 【解析】 根据法拉第电磁感应定律， 电动势 E= （ B 2 -B 1 ） S t 0 ， 电容器两端的电压等于电源的电动势， 所 以电容器所带的电量 Q=CU= CS （ B 2 -B 1 ） t 0 。 根据楞次定 律， 在环形导体中产生的感应电动势的方向为逆时针方 向， 所以电容器的上极板带正电。 故 A 正确， B 、 C 、 D 错误。 5. B 【解析】 根据楞次定律， 知半圆形闭合回路在 进入磁场的过程中， 感应电流的方向为逆时针方向， 方 向不变， 故 A 正确； 根据左手定则， CD 段所受的安培 力方向竖直向下， 故 B 错误； 切割的有效长度的最大值 为 a ， 则感应电动势的最大值 E=Bav ， 故 C 正确； 根据 法拉第电磁感应定律得E 軍 = BΔS Δt = B · πa 2 4 2a v = 1 4 πBav ， 故 D 正确。 6. AD 【解析】 电子向 M 板偏转， 说明电子受到向 左的电场力， 两金属板间的电场由 M 指向 N ， M 板电势 高， N 板电势低， 这说明与两金属板相连的线圈产生的 感应电动势左端电势高， 与 N 板相连的右端电势低； 开 关 S 闭合瞬间， 由安培定则可知， 穿过线圈的磁通量向 右增加， 由楞次定律知在右侧线圈中感应电流的磁场方 向向左， 产生左正右负的电动势， 电子向 M 板偏转， A 正确； 开关 S 由闭合后断开瞬间， 穿过线圈的磁通量减 少， 由楞次定律知在右侧线圈中产生左负右正的电动 势， 电子向 N 板偏转， B 错误； 开关 S 是闭合的， 变阻 器滑片 P 向右迅速滑动， 变阻器接入电路的电阻增大， 电流减小， 穿过线圈的磁通量减小， 由楞次定律知在上 线圈中产生左负右正的电动势， 电子向 N 偏转， C 错 误； 开关 S 是闭合的， 变阻器滑片 P 向左迅速滑动， 滑 动变阻器接入电路的阻值减小， 电流增大， 穿过线圈的 磁通量增大， 由楞次定律知在上线圈中感应出左正右负 的电动势， 电子向 M 偏转， D 正确。 7. B 【解析】 由左侧电路可以判断 ab 中电流方向由 R O t 第 15 题答图 23 第二册 （人教版）高中物理选择性必修 a 到 b ； 由右侧电路及图乙可以判断， 0～2 s 内 cd 中电流 为由 c 到 d ， 跟 ab 中电流同向， 因此 ab 、 cd 相互吸引， 故 A 错误， B 正确； 2～4 s 内 cd 中电流为由 d 到 c ， 跟 ab 中电流反向， 因此 ab 、 cd 相互排斥， 故 C 、 D 错误。 8. D 【解析】 根据法拉第电磁感应定律我们知道感 应电动势与磁通量的变化率成正比， 即 E=N Δ椎 Δt 。 结合 数学知识我们知道： 穿过闭合回路的磁通量 椎 随时间 t 变化的图像的斜率 k= Δ椎 Δt 。 图 ① 中磁通量 椎 不变， 无 感应电动势， 故 A 错误； 图 ② 中磁通量 椎 随时间 t 均匀 增大， 图像的斜率 k 不变， 也就是说产生的感应电动势 不变， 故 B 错误； 图 ③ 中回路在 0～t 1 时间内磁通量 椎 随时间 t 变化的图像的斜率为 k 1 ， 在 t 1 ～t 2 时间内磁通量 椎 随时间 t 变化的图像的斜率为 k 2 ， 从图像中发现： k 1 大于 k 2 的绝对值， 所以在 0～t 1 时间内产生的感应电动势 大于在 t 1 ～t 2 时间内产生的感应电动势， 故 C 错误； 图 ④ 中磁通量 椎 随时间 t 变化的图像的斜率先变小后变大， 所以感应电动势先变小后变大， 故 D 正确。 9. D 【解析】 当磁铁 N 极向下运动时， 导致向下穿 过线圈的磁通量变大， 由楞次定律可得， 感应磁场方向 与原来磁场方向相反， 再由安培定则可得感应电流方向 沿线圈盘旋而下， 由于线圈相当于电源， 则流过 R 的电 流方向是从 b 到 a ， 对电容器充电下极板带正电。 10. C 【解析】 由图可知， 0~t 2 内， 线圈中磁通量的 变化率相同， 故 0~t 2 时间内电流的方向相同， 由楞次定 律可知， 电路中电流方向为顺时针， 即电流为 adcba 方 向， 故 A 错误， C 正确； 从 0~t 1 时间内， 线圈中磁通量 的变化率相同， 感应电动势恒定不变， 电路中电流大小 也恒定不变， 故 B 错误； 从 0~t 2 时间内， 磁场的变化率 不变， 则电路中电流大小恒定不变， 故由 F=BIl 可知， F 与 B 成正比， 即先减小后增大， 故 D 错误。 11. （ 1 ） 4 V （ 2 ） 0.4 A ， 逆时针方向 （ 3 ） 2.4 V 【解析】 （ 1 ） 根据法拉第电磁感应定律， 则有 E=N ΔB · S Δt =100×0.2×0.2 V=4 V 。 （ 2 ） 根据楞次定律， 垂直向里的磁通量增加， 则电 流方向是逆时针方向； 依据闭合电路欧姆定律， 则有 I= E R 1 +R 2 = 4 4+6 A=0.4 A 。 （ 3 ） 根据欧姆定律， 则有 U ab =IR=0.4×6 V=2.4 V 。 3.涡流、 电磁阻尼和电磁驱动 基础练习 1. A 【解析】 电磁炉是利用涡流现象工作的， 故 A 正确。 2. A 【解析】 锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率 有关， 故 A 正确； 直流电不能产生变化的磁场， 在锅体 中不能产生感应电流， 电磁炉不能使用直流电， 故 B 错 误； 锅体只能用铁磁性导体材料， 不能使用绝缘材料制 作锅体， 故 C 错误； 电磁炉的上表面如果用金属材料制 成， 使用电磁炉时， 上表面材料发生电磁感应要损失电 能， 电磁炉上表面要用绝缘材料制作， 故 D 错误。 3. C 【解析】 当探测器中通以交变电流线圈靠近金 属物时， 线圈在空间产生交变的磁场， 金属物品横截面 的磁通量发生变化， 会产生感应电流， 故探测器采用了 电磁感应原理中的涡流的原理； 变压器采用了电磁互感 原理， 要防止涡流， 故 A 错误； 日光灯的镇流器采用的 是线圈的自感现象， 与涡流无关， 故 B 错误； 电磁炉 中， 将炉子中的线圈通以交变电流， 线圈将产生变化的 磁场， 该磁场穿过铁质锅时， 在锅底的部分将产生涡 流， 所以电磁炉的原理与金属探测器工作原理相似， 故 C 正确； 直流电动机是通电导体在磁场中受力， 与涡流 无关， 故 D 错误。 4. D 【解析】 只要能够产生感应电流， 都能对磁铁 的运动产生阻碍作用， A 、 B 、 C 错误； 若圆环的材料为 非金属材料， 不能产生感应电流， 无法对磁铁产生阻碍 作用， 故 D 正确。 提升练习 5. C 【解析】 金属探测器只能探测金属， 不能用于 食品生产， 防止细小的砂石颗粒混入食品中， 故 A 错 误； 金属探测器探测金属时， 被测金属中感应出涡流， 故 B 错误， C 正确； 探测过程中工作时金属探测器应与 被测物体相对运动， 相对静止时无法得出探测效果， 故 D 错误。 6. ACD 【解析】 用来冶炼金属的真空冶炼炉， 炉外 有线圈， 线圈中通入高频交变电流， 炉内的金属中产生 涡流， 涡流产生的热量使金属熔化， 所以 A 正确； 家用 电磁炉锅体中的涡流是由交变电流产生的变化的磁场而 引起的， 不是由恒定的磁场引起的， 故 B 错误； 阻尼摆 的铝片以一定速度掠过磁场时切割磁感线产生涡流， 涡 24