2020届高考物理冲刺专项训练23 法拉第电磁感应现象,自感现象 (原卷版)

法拉第电磁感应现象，自感现象

一、单选题

1．（2020·全国高三）英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发感生电场．如图所示,一个半径为r的绝缘细圆环水平放置,环内存在竖直向上的匀强磁场B,环上套一带电荷量为+q的小球,已知磁感应强度B随时间均匀增加,其变化率为k,若小球在环上运动一周,则感生电场对小球的作用力所做功的大小是()

A．0B．r2qk/2C．2πr2qk D．πr2qk

2．（2020·北京高三学业考试）在生产实际中，有些高压直流电路中含有自感系数很大的线圈，当电路中的开关S由闭合到断开时，线圈会产生很高的自感电动势，使开关S处产生电弧，危及操作人员的人身安全，为了避免电弧的产生，可在线圈处并联一个元件，下列方案可行的是（）

A．B．

C．D．

3．（2020·黑龙江省大庆实验中学高三月考）如图甲所示的是工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术.其原理是用载流线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变，从而获得物件内部是否断裂及其位置的信息.如图乙所示的是一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来的跳环实验装置，将一个套环置于线圈L上且使铁芯穿过其中，闭合开关S的瞬间，套环将立刻跳起.对以上两个实例的理解正确的是（）

A．涡流探伤技术运用了互感原理，跳环实验演示了自感现象

B．能被探测的物件和实验所用的套环必须是导电材料

C．以上两个实例中的线圈所连接的电源都必须是变化的交流电源

D．以上两个实例中的线圈所边境的电源也可以都是稳恒电源

4．（2020·河北省衡水中学高三专题练习）随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的生活．某品牌手机的无线充电原理如图所示．关于无线充电，下列说法正确的是（）

A．充电底座中的发射线圈将磁场能转化为电能

B．充电底座可以直接使用直流电源实现对手机的无线充电

C．接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同

D．无线充电时手机接收线圈利用“电流的磁效应”获取电能

5．（2020·全国高三其他）如图所示，一个有矩形边界的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向内．一个三角形闭合导线框，由位置1（左）沿纸面匀速运动到位置2（右）．取线框刚到达磁场边界的时刻为计时起点（t=0），规定逆时针方向为电流的正方向，则图中能正确反映线框中电流号时间关系的是（）

A．B．C．D．

6．（2020·河北省衡水中学高三专题练习）下图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图，线圈匝数为n，

面积为S .若在1t 到2t 时间内，匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈，其磁感应强度大小由1B 均匀增加到2B ，则该段时间线圈两端a 和b 之间的电势差a b ??-

A ．恒为2121

()nS B B t t -- B ．从0均匀变化到2121()nS B B t t -- C ．恒为2121()nS B B t t --- D ．从0均匀变化到2121()nS B B t t --

- 二、多选题

7．（2020·河北省衡水中学高三专题练习）法拉第圆盘发电机的示意图如图所示．铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P 、Q 分别与圆盘的边缘和铜轴接触．圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B 中．圆盘旋转时，关于流过电阻R 的电流，下列说法正确的是（）

A ．若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定

B ．若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a 到b 的方向流动

C ．若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化

D ．若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R 上的热功率也变为原来的2倍

8．（2020·全国高三一模）如图所示，匀强磁场垂直铜环所在的平面向里，磁感应强度大小为B ．导体棒A 的一端固定在铜环的圆心O 处，可绕O 匀速转动，与半径分别为r 1、r 2的铜环有良好接触。通过电刷把大小铜环与两竖直平行正对金属板P 、Q 连接成电路。R 1、R 2是定值电阻，R 1=R 0，R 2=2R 0，质量为m 、电荷量为Q 的带正电小球通过绝缘细线挂在P 、Q 两板间，细线能承受的最大拉力为2mg ，已知导体棒与铜环电阻不计，P 、Q 两板间距为d ，重力加速度大小为g 。现闭合开关，则（）

A．当小球向右偏时，导体棒A沿逆时针方向转动

B．当细线与竖直方向夹角为45°时，平行板电容器两端电压为

mgQ

C．当细线与竖直方向夹角为45°时，电路消耗的电功率为

m g d

Q R

D．当细线恰好断裂时（此时小球的加速度为零），导体棒A转动的角速度为()

QB r r

9．（2020·安徽省六安一中高三）如图甲所示，静止在水平面上的等边三角形金属闭合线框，匝数n=10，总电阻 2.5

R=Ω，边长L=0.3m，处在两个半径均为r=0.1m的圆形匀强磁场中，线框顶点与右侧圆心重合，线框底边与左侧圆直径重合，磁感应强度1B垂直水平面向外，2B垂直水平面向里，12

B B

、随时间t 的变化如图乙所示，线框一直处于静止状态，计算过程中近似取3

π=．下列说法正确的是（）

A．t=0时刻穿过线框的磁通量为0.5Wb

B．t=0.2s时刻线框中感应电动势为1.5V

C．00.3s

~内通过线框横截面的电荷量为0.18C

D．线框具有向左的运动趋势

10．（2020·河北省衡水中学高三专题练习）如图所示，不计电阻的光滑U形金属框水平放置，光滑、竖直玻璃挡板H、P固定在框上，H、P的间距很小．质量为0.2 kg的细金属杆CD恰好无挤压地放在两挡板之间，与金属框接触良好并围成边长为1m的正方形，其有效电阻为0.1 Ω.此时在整个空间加方向与水平面成30°角且与金属杆垂直的匀强磁场，磁感应强度随时间变化规律是B＝(0.4-0.2t) T，图示磁场方向为正方向．框、挡板和杆不计形变．则()

A．t＝1s时，金属杆中感应电流方向从C到D

B．t＝3s时，金属杆中感应电流方向从D到C

C．t＝1s时，金属杆对挡板P的压力大小为0.1N

D．t＝3s时，金属杆对挡板H的压力大小为0.2N

11．（2020·河北省衡水中学高三专题练习）有人为汽车设计的“再生能源装置”原理示意图如图所示，当汽车减速时，线圈受到磁场的阻力作用帮助汽车减速，同时产生电能储存备用．设在磁极和圆柱状铁芯之间形成有理想边界的两扇形磁场区域的圆心角均为α＝90?，磁场均沿半径方向，bc和ad边在磁场中任一位置的磁感应强度大小均为B，矩形线圈abcd(d点未显示出)的匝数为n，边长ab＝cd＝l、bc＝ad＝2l，线圈的总电阻为r.某次测试时，外接电阻R和理想交流电流表A，外力使线圈以角速度ω逆时针匀速转动，不计线圈转动轴处的摩擦。则下列说法正确的是()

A．电流表的示数为

2 2n Bl R r ω

B．电流表的示数为

Bl R r ω

C．外力做功的平均功率为

2224 2n B l

R r

D．外力做功的平均功率为

2224 4n B l

R r

12．（2020·全国高三专题练习）如图甲为电动汽车无线充电原理图，M为受电线圈，N为送电线圈。图乙为受电线圈M的示意图，线圈匝数为n，电阻为r，横截面积为S，两端a、b连接车载变流装置，匀强磁场平行于线圈轴线向上穿过线圈。下列说法正确是

A．只要受电线圈两端有电压，送电线圈中的电流一定不是恒定电流B．只要送电线圈N中有电流流入，受电线圈M两端一定可以获得电压C．当线圈M中磁感应强度大小均匀增加时．则M中有电流从a端流出

D．若△t时间内，线圈M中磁感应强度大小均匀增加△B，则M两端的电压nS B

三、解答题

13．（2019·全国高三专题练习）电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置，其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度．电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论：如图所示，将形状相同的两根平行且足够长的铝条固定在光滑斜面上，斜面与水平方向夹角为θ．一质量为m的条形磁铁滑入两铝条间，恰好匀速穿过，穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定，其引起电磁感应的效果与磁铁不动、铝条相对磁铁运动相同．磁铁端面是边长为d的正方形，由于磁铁距离铝条很近，磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场，磁感应强度为B，铝条的高度大于d，电阻率为ρ．为研究问题方便，铝条中只考虑与磁铁正对部分的电阻和磁场，其他部分电阻和磁场可忽略不计，假设磁铁进入铝条间以后，减少的机械能完全转化为铝条的内能，重力加速度为g．

（1）求铝条中与磁铁正对部分的电流I；

（2）若两铝条的宽度均为b，推导磁铁匀速穿过铝条间时速度v的表达式；

（3）在其他条件不变的情况下，仅将两铝条更换为宽度b'>b的铝条，磁铁仍以速度v进入铝条间，试简要分析说明磁铁在铝条间运动时的加速度和速度如何变化．

14．（2020·全国高三专题练习）如图所示，倾角为θ=37°的足够长的平行导轨顶端bc 间、底端ad 间分别连一电阻，其阻值为R 1＝R 2＝2r ，两导轨间距为L=1m ．在导轨与两个电阻构成的回路中有垂直于轨道平面向下的磁场，其磁感应强度为B 1=1T ．在导轨上横放一质量m=1kg 、电阻为r=1Ω、长度也为L 的导体棒ef ，导体棒与导轨始终良好接触，导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ=0.5．在平行导轨的顶端通过导线连接一面积为S ＝0.5m 2、总电阻为r 、匝数N=100的线圈(线圈中轴线沿竖直方向)，在线圈内加上沿竖直

方向,且均匀变化的磁场B 2(图中未画),连接线圈电路上的开关K 处于断开状态，g=10m/s 2,不计导轨电阻．求：

(1)从静止释放导体棒,导体棒能达到的最大速度是多少？

(2)导体棒从静止释放到稳定运行之后的一段时间内,电阻R 1上产生的焦耳热为Q=0.5J,那么导体下滑的距离是多少？

(3)现闭合开关K ，为使导体棒静止于倾斜导轨上，那么在线圈中所加磁场的磁感应强度的方向及变化率2B t

??大小的取值范围？（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）

15．（2020·河北省衡水中学高三专题练习）如图甲所示，发光竹蜻蜓是一种常见的儿童玩具，它在飞起时能够持续闪烁发光．某同学对竹蜻蜒的电路做如下简化：如图乙所示，半径为L 的导电圆环绕垂直于圆环

平面、通过圆心O 的金属轴O 1O 2以角速度ω匀速转动，圆环上接有电阻均为r 的三根金属辐条OP 、

OQ 、OR ，辐条互成120?角．在圆环左半部分分布着垂直圆环平面向下、磁感应强度为B 的匀强磁场，在转轴O 1O 2与圆环的边缘之间通过电刷N 、M 与一个LED 灯相连(假设LED 灯电阻恒为r)．其他电阻不计，从辐条OP 进入磁场开始计时．

(1)在辐条OP 转过60?的过程中，求通过LED 灯的电流；

(2)求圆环每旋转一周，LED 灯消耗的电能；

(3)为使LED 灯闪烁发光时更亮，可采取哪些改进措施？(请写出三条措施)

16．（2019·黑龙江省牡丹江一中高三月考）用密度为d、电阻率为ρ、粗细均匀的金属导线制成两个闭合正方形线框M和N，边长均为L，线框M、N的导线横截面积分别为S1、S2，且S1＞S2，如图所示．匀强磁场仅存在于相对磁极之间，磁感应强度大小为B，其他地方的磁场忽略不计．金属线框M水平放在磁场上边界的狭缝间，线框平面与磁场方向平行，开始运动时可认为M的aa′边和bb′边都处在磁场中．线框N

在线框M的正上方，与线框M相距为h．两线框均从静止开始同时释放，其平面在下落过程中保持水平．设磁场区域在竖直方向足够长，不计空气阻力及两线框间的相互作用．

(1)计算线框N刚进入磁场时产生的感应电流；

(2)在下落过程中，若线框N恰能追上线框M，N追上M时，M下落的高度为H，N追上M之前N一直做减速运动，求该过程中线框N产生的焦耳热；

(3)若将线框M、N均由磁场上边界处先后释放，释放的时间间隔为t，计算两线框在运动过程中的最大距离．

17．（2020·辽宁省高三一模）如图所示，两条粗糙平行金属导轨固定，所在平面与水平面夹角为θ。三根完全相同的金属棒ab、cd、gh（质量均为m、电阻均为R、长度与导轨间距相同，均为L）垂直导轨放置。用绝缘轻杆ef将ab、cd连接成“工”字型框架（以下简称“工”型架），导轨上的“工”型架与gh刚好不下滑。金属棒与导轨始终接触良好，导轨足够长，电阻不计，空间存在垂直导轨平面斜向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场（图中未画出）。假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g：

(1)若将“工”型架固定不动，用外力作用于gh，使其沿斜面向下以速度v匀速运动，求ab两端的电压U；

(2)若将“工”型架固定不动，给gh沿斜面向下的初速度v0，求gh沿斜面下滑的最大位移；

(3)若“工”型架不固定，给gh沿斜面向下初速度v0的同时静止释放“工”型架，最终“工”型架与gh的运动状

态将达到稳定，求在整个过程中电流通过gh产生的焦耳热。

18．（2020·浙江省高三月考）某中学科技小组的学生在进行电磁发射装置的课题研究，模型简化如下。在水平地面上固定着相距为L的足够长粗糙导轨PQ及MN，PQNM范围内存在可以调节的匀强磁场，方向竖直向上，如图所示，导轨左侧末端接有电动势为E、内阻为r的电源，开关K控制电路通断。质量为m、电阻同为r的导体棒ab垂直导轨方向静止置于上面，与导轨接触良好。电路中其余位置电阻均忽略不计。导轨右侧末端有一线度非常小的速度转向装置，能将导体棒水平向速度转为与地面成θ角且不改变速度大小。导体棒在导轨上运动时将受到恒定的阻力f，导轨棒发射后，在空中会受到与速度方向相反、大小与速度大小成正比的阻力，f0=kv，k为比例常数。导体棒在运动过程中只平动，不转动。重力加速度为g。调节磁场的磁感应强度，闭合开关K，使导体棒获得最大的速度。（需考虑导体棒切割磁感线产生的反电动势）

(1)求导体棒获得最大的速度v m；

(2)导体棒从静止开始达到某一速度v1，滑过的距离为x0，导体棒ab发热量Q，求电源提供的电能及通过电源的电量q；

(3)调节导体棒初始放置的位置，使其在到达NQ时恰好达到最大的速度，最后发现导体棒以v的速度竖直向下落到地面上。求导体棒自NQ运动到刚落地时这段过程的平均速度大小。