学年高中物理第一章电磁感应习题课法拉第电磁感应定律的应用练习教科版选修.docx
习题课法拉第电磁感应定律的应用
一、基础练
1．当穿过线圈的磁通量发生变化时，下列说法中正确的是()
A．线圈中一定有感应电流
B．线圈中一定有感应电动势
C．感应电动势的大小跟磁通量的变化成正比
D．感应电动势的大小跟线圈的电阻有关
答案B
解析穿过闭合电路的磁通量发生变化时才会产生感应电流，感应电动势与电路是否闭合无关，且感应电动势的大小跟磁通量的变化率成正比．2．一根直导线长0.1m，在磁感应强度为0.1T的匀强磁场中以10m/s的速度匀速运动，则导线中产生的感应电动势的说法错误的是()
A．一定为0.1VB．可能为零
C．可能为0.01VD．最大值为0.1V
答案A
解析当公式E＝BLv中B、L、v互相垂直而导体切割磁感线运动时感应电动势最大：E m＝BLv＝0.1×0.1×10V＝0.1V，考虑到它们三者的空间位置关系，B、C、D正确，A错．
3．无线电力传输目前取得重大突破，在日本展出了一种非接触式电源供应系统．这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力．两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图1所示．下列说法正确的是()
图1
A．若A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势
B．只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势
C．A中电流越大，B中感应电动势越大
D．A中电流变化越快，B中感应电动势越大
答案BD
解析根据产生感应电动势的条件，只有处于变化的磁场中，B线圈才能产生感应电动势，A错，B对；根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小取决于磁通量变化率，所以C错，D对．
4．闭合回路的磁通量Φ随时间t的变化图象分别如图2所示，关于回路中产生的感应电动势的下列论述，其中正确的是()
图2
A．图甲回路中感应电动势恒定不变
B．图乙回路中感应电动势恒定不变
C．图丙回路中0～t1时间内感应电动势小于t1～t2时间内感应电动势
D ．图丁回路中感应电动势先变大后变小
答案 B
解析 因E ＝ΔΦΔt ，则可据图象斜率判断知图甲中ΔΦΔt ＝0，即电动势E 为0；
图乙中ΔΦΔt ＝恒量，即电动势E 为一恒定值；图丙中E 前>E 后；图丁中图象斜率ΔΦΔt 先减后增，即回路中感应电动势先减后增，故只有B 选项正确．
5．如图3所示，PQRS 为一正方形导线框，它以恒定速度向右进入以MN 为边界的匀强磁场，磁场方向垂直线框平面向里，MN 线与线框的边成45°角，E 、F 分别是PS 和PQ 的中点．关于线框中的感应电流，正确的说法是( )
图3
A ．当E 点经过边界MN 时，线框中感应电流最大
B ．当P 点经过边界MN 时，线框中感应电流最大
C ．当F 点经过边界MN 时，线框中感应电流最大
D ．当Q 点经过边界MN 时，线框中感应电流最大
答案 B
解析 当P 点经过边界MN 时，切割磁感线的有效长度最大为SR ，感应电流达到最大．
6．如图4(a)所示，一个电阻值为R ，匝数为n 的圆形金属线圈与阻值为2R 的电阻R 1连接成闭合回路．线圈的半径为r 1.在线圈中半径为r 2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B 随时间t 变化的关系图线如图(b)所示．图线与横、纵轴的截距分别为t 0和B 0.导线的电阻不计．
图4
求0至t 1时间内，
(1)通过电阻R 1上的电流大小；
(2)通过电阻R 1上的电荷量q 及电阻R 1上产生的热量．
答案 (1)nB 0πr 223Rt 0 (2)nB 0πr 22t 13Rt 0
2n 2B 20π2r 42t 19Rt 20 解析 (1)由图象分析可知，0至t 1时间内ΔB Δt ＝B 0t 0
.由法拉第电磁感应定律有 E ＝n ΔΦΔt ＝n ΔB Δt ·S ，而S ＝πr 22.由闭合电路欧姆定律有I 1＝E R 1＋R
.联立以上各式得，通过电阻R 1上的电流大小I 1＝nB 0πr 223Rt 0
. (2)通过电阻R 1上的电量：q ＝I 1t 1＝nB 0πr 22t 13Rt 0
电阻R 1上产生的热量：Q ＝I 21R 1t 1＝2n 2B 20π2r 42t 19Rt 20
二、提升练
7．如图5所示，A、B两闭合线圈为同样导线绕成，A有10匝，B有20匝，两圆线圈半径之比为2∶1.均匀磁场只分布在B线圈内．当磁场随时间均匀减弱时()
图5
A．A中无感应电流
B．A、B中均有恒定的感应电流
C．A、B中感应电动势之比为2∶1
D．A、B中感应电流之比为1∶2
答案BD
解析只要穿过线圈内的磁通量发生变化，线圈中就有感应电动势和感应电流，因为磁场变化情况相同，有效面积也相同，所以，每匝线圈产生的感应电动势相同，又由于两线圈的匝数和半径不同，电阻值不同，根据欧姆定律，单匝线圈电阻之比为2∶1，所以，感应电流之比为1∶2.因此正确的答案是B、D.
8．在匀强磁场中，有一个接有电容器的导线回路，如图6所示，已知电容C＝30μF，回路的长和宽分别为l1＝5cm，l2＝8cm，磁场变化率为5×10－2T/s，则()
图6
A．电容器带电荷量为2×10－9C
B．电容器带电荷量为4×10－9C
C．电容器带电荷量为6×10－9C
D．电容器带电荷量为8×10－9C
答案C
解析回路中感应电动势等于电容器两板间的电压，U＝E＝ΔΦ
Δt＝
ΔB
Δt·l1l2＝
5×10－2×0.05×0.08V＝2×10－4V．电容器的电荷量为q＝CU＝CE＝30×10－6×2×10－4C＝
6×10－9C，C选项正确．
9．单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场，若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图7所示，则O～D过程中()
图7
A．线圈中O时刻感应电动势最大
B．线圈中D时刻感应电动势为零
C．线圈中D时刻感应电动势最大
D ．线圈中O 至D 时间内平均感应电动势为0.4V
答案 ABD
解析 由法拉第电磁感应定律知，线圈中O 至D 时间内的平均感应电动势
E ＝ΔΦΔt ＝2×10－30.01/2V ＝0.4V ．由感应电动势的物理意义知，感应电动势的大小与磁
通量的大小Φ和磁通量的改变量ΔΦ均无必然联系，仅由磁通量的变化率ΔΦΔt 决
定，而任何时刻磁通量的变化率ΔΦΔt 就是Φ－t 图象上该时刻切线的斜率．不难看
出，O 点处切线斜率最大，D 点处切线斜率最小为零，故A 、B 、D 选项正确．
10．用相同导线绕制的边长为L 或2L 的四个闭合导体线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图8所示．在每个线框进入磁场的过程中，M 、N 两点间的电压分别为U a 、U b 、U c 和U d .下列判断正确的是( )
图8
A ．U a
B ．U a
C ．U a ＝U b
D ．U b
答案 B
解析 每个线框进入磁场的过程中，仅有MN 边做切割磁感线运动产生感应电动势，其余三条边是外部电路，M 、N 两点间的电压大小不等于MN 边上电动势，应等于外部电路上的电压即路端电压．设长度为L 导线电阻为R ，边长为L 的导线切割磁场产生感应电动势为E ，边长为2L 的导线切割磁场产生感应电动
势为2E ，则U a ＝E 4R ·3R ＝34E ，U b ＝E 6R ·5R ＝56E ，U c ＝2E 8R ·6R ＝3E 2，U d ＝2E 6R ·4R
＝43E ，所以U a
11．如图9甲所示的螺线管，匝数n ＝1500匝，横截面积S ＝20cm 2，电阻r ＝1.5Ω，与螺线管串联的外电阻R 1＝3.5Ω，R 2＝25Ω.方向向右穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度按图乙所示规律变化，试计算电阻R 2的电功率．
图9
答案 1.0W
解析 穿过螺线管磁通量均匀增加，螺线管上产生感应电动势．把螺线管视为电源，由闭合电路欧姆定律可求出通过螺线管回路电流，从而求出R 2消耗电功率及a 、b 两点电势．
螺线管中磁感应强度B 均匀增加，其变化率ΔB Δt ＝6－22＝2T/s.
由法拉第电磁感应定律，螺线管中产生的感应电动势
E ＝n ΔΦΔt ＝n ·S ΔB Δt ＝1500×20×10－4×2＝6.0V
通过螺线管回路的电流
I ＝E r ＋R 1＋R 2＝61.5＋3.5＋25
＝0.2A 电阻R 2上消耗的功率
P 2＝I 2R 2＝(0.2)2×25＝1.0W
12．如图10所示，导线全部为裸导线，半径为r 的圆内有垂直于平面的匀强磁场，磁感应强度为B ，一根长度大于2r 的导线MN 以速度v 在圆环上无摩擦地自左向右匀速滑动，电路的固定电阻为R .其余电阻忽略不计．试求MN 从圆环的左端到右端的过程中电阻R 上的电流强度的平均值及通过的电荷量．
图10
答案 πBrv 2R B πr 2R
解析 由于ΔΦ＝B ·ΔS ＝B ·πr 2，
完成这一变化所用的时间Δt ＝2r v ，
故E ＝ΔΦΔt ＝πBrv 2.
所以电阻R 上的电流强度平均值为I ＝E R ＝πBrv 2R
通过R 的电荷量为q ＝I ·Δt ＝B πr 2R
点评 回路中发生磁通量变化时，由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而形成感应电流，在Δt 内迁移的电荷量(感应电荷量)为：
q ＝I ·Δt ＝E R ·Δt ＝n ΔΦΔt ·1R ·Δt ＝n ΔΦR .其中n 为匝数，R 为总电阻．
从上式可知，感应电荷量仅由回路电阻和磁通量的变化决定，与发生磁通量变化的时间无关，与线圈匝数有关．