2024-2025版高中物理第四章電磁感應(yīng)5電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況課時(shí)練習(xí)含解析新人教版選修3-2

PAGE11-電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類狀況(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.一段導(dǎo)線在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng),下面說(shuō)法正確的是()A.導(dǎo)體中肯定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B.導(dǎo)體中肯定有感應(yīng)電流C.導(dǎo)體肯定受到與運(yùn)動(dòng)方向相反的磁場(chǎng)作用力D.導(dǎo)體肯定受到與運(yùn)動(dòng)方向相同的磁場(chǎng)作用力【解析】選A。導(dǎo)線在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng),就能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),但是假如電路不閉合,就不會(huì)有感應(yīng)電流。導(dǎo)體受到的力不肯定與運(yùn)動(dòng)方向相反。故選A。2.如圖所示,一寬為40cm的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里,一邊長(zhǎng)為20cm的正方形線框位于紙面內(nèi),以垂直于磁場(chǎng)邊界的恒定速度v=20cm/s通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,線框有一邊始終與磁場(chǎng)邊界平行,取它剛進(jìn)入磁場(chǎng)的時(shí)刻t=0,在下列圖線中,正確反映電流強(qiáng)度隨時(shí)間改變規(guī)律的是()【解析】選C。在0～1s內(nèi),線框進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域,穿過(guò)線框的磁通量垂直紙面對(duì)里且大小增加,依據(jù)楞次定律,線框中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流阻礙磁通量的增加,此時(shí)感應(yīng)電流為i=,在1～2s內(nèi),整個(gè)線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),穿過(guò)線框的磁通量不變,線框中不產(chǎn)生感應(yīng)電流;在2～3s內(nèi),線框出磁場(chǎng),穿過(guò)線框的磁通量垂直紙面對(duì)里且大小減小,依據(jù)楞次定律,線框中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流阻礙磁通量的改變,此時(shí)感應(yīng)電流為i=,綜上所述,A、B、D錯(cuò)誤,C正確。故選C?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,正方形導(dǎo)體閉合線框和有志向邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)都在光滑水平面上,線框在外力F的作用下能夠以不變的速度v勻速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域,已知線框邊長(zhǎng)為l,總電阻為R,磁場(chǎng)兩條邊界間的距離為d(d<l)。下列說(shuō)法正確的是()A.線框bc邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流為bcdab方向B.線框進(jìn)出磁場(chǎng)的整個(gè)過(guò)程中外力F總等于C.線框進(jìn)出磁場(chǎng)的整個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的熱量為D.線框進(jìn)出磁場(chǎng)的整個(gè)過(guò)程安培力做功的平均功率是【解析】選D。bc邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)由楞次定律可知,產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)閎adcb,故A錯(cuò)誤;因l>d,線框勻速通過(guò)磁場(chǎng)全過(guò)程中有一段時(shí)間,磁通量不變,沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生,也就不存在安培力,這時(shí)不須要外力,故B錯(cuò)誤;依據(jù)功能關(guān)系,在整個(gè)過(guò)程中電阻產(chǎn)生的熱量等于安培力做的功,即Q=Bl··2d=,故C錯(cuò)誤;線框進(jìn)出磁場(chǎng)所需時(shí)間為t=,平均功率是=,故D正確。3.如圖所示,用電阻為0.1Ω的金屬絲圍成一個(gè)半徑為0.3m的扇形閉合線框,該線框繞垂直于紙面的O軸以100rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),O軸位于方向垂直紙面對(duì)里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊界上。則線框進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中的電功率為()A.8.1WB.9WC.30WD.90W【解析】選A。線框轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中半徑切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=Brv=Br·ωr=Br2ω=×0.2×0.32×100V=0.9V,線框進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中的電功率為:P==W=8.1W,故選A。4.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一個(gè)接有電容器的導(dǎo)線回路。如圖所示,已知電容C=30μF,回路的長(zhǎng)和寬分別為l1=8cm,l2=5cm,磁感應(yīng)強(qiáng)度的改變率為5×10-2T/s,若磁感應(yīng)強(qiáng)度向里勻稱增大,則()A.電容器的上極板帶正電,電荷量為2×10-9B.電容器的上極板帶負(fù)電,電荷量為6×10-9C.電容器的上極板帶正電,電荷量為6×10-9D.電容器的上極板帶負(fù)電,電荷量為8×10-9【解析】選C?；芈分械母袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)等于電容器兩極板間的電壓,U=E===5×10-2×0.05×0.08V=2×10-4V,則電容器的電荷量q=CU=30×10-6×2×10-4C=6×10-9C,由楞次定律可推斷回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)沿逆時(shí)針?lè)较?電容器的上極板帶正電,C選項(xiàng)正確。5.始終升飛機(jī)停在南半球的某地上空,該處地磁場(chǎng)有豎直方向的重量,其重量大小為B,直升飛機(jī)螺旋槳葉片的長(zhǎng)度為l,螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為f,從上往下的方向看螺旋槳,螺旋槳以順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),螺旋槳葉片的近軸端為a,遠(yuǎn)軸端為b,如圖所示,假如忽視a到轉(zhuǎn)軸中心線的距離,用ε表示每個(gè)葉片中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),則()A.ε=πfl2B,且a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)B.ε=2πfl2B,且a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)C.ε=πfl2B,且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)D.ε=2πfl2B,且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)【解析】選C。從上往下看螺旋槳,螺旋槳以順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),葉片切割磁感線,依據(jù)右手定則,a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì),設(shè)b端速度為v,則v=lω=2πl(wèi)f,所以電動(dòng)勢(shì)為E=Blv=Bl×2πfl=πfl2B,故C正確?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,質(zhì)量為m的金屬環(huán)用細(xì)線懸掛起來(lái),金屬環(huán)有一半處于水平且垂直環(huán)面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,從某時(shí)刻起先,磁感應(yīng)強(qiáng)度勻稱減小,則在磁感應(yīng)強(qiáng)度勻稱減小的過(guò)程中,下列說(shuō)法中正確的是()A.金屬環(huán)中始終有逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鰾.金屬環(huán)中的電流漸漸增大C.細(xì)線對(duì)圓環(huán)的拉力大于環(huán)重力mg,并漸漸減小D.細(xì)線對(duì)圓環(huán)的拉力保持恒定【解析】選C。磁感應(yīng)強(qiáng)度勻稱減小,穿過(guò)回路的磁通量勻稱減小,由楞次定律可知,感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,故A錯(cuò)誤;穿過(guò)回路的磁通量勻稱減小,依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得知,回路中產(chǎn)生恒定的電動(dòng)勢(shì),感應(yīng)電流也恒定不變,故B錯(cuò)誤;再由左手定則可得,安培力的合力方向豎直向下,金屬環(huán)所受的安培力F=BIL,可知安培力F勻稱減小,且方向向下,金屬環(huán)始終保持靜止,則拉力大于重力,因?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度勻稱減小,所以拉力的大小也漸漸減小,故C正確,D錯(cuò)誤。6.如圖所示,線圈abcd固定于分布勻稱的磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直線圈平面。當(dāng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t改變時(shí),該磁場(chǎng)對(duì)ab邊的安培力大小恒定。下列描述B隨t改變的圖象中,可能正確的是()【解析】選B。磁場(chǎng)對(duì)ab邊的安培力大小F=BIL,若磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t增大,則電流I必是漸漸減小,依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的改變率必需漸漸減小,所以選項(xiàng)B正確,A、D錯(cuò)誤;若磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B漸漸減小,則電流I必需隨時(shí)間t增大,依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的改變率必需漸漸增大,所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤。【加固訓(xùn)練】如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直向下,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。正方形金屬框abcd可繞光滑軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng),邊長(zhǎng)為L(zhǎng),總電阻為R,ab邊質(zhì)量為m,其他三邊質(zhì)量不計(jì),現(xiàn)將abcd拉至水平位置,并由靜止釋放,經(jīng)時(shí)間t到達(dá)豎直位置,ab邊的速度大小為v,則在金屬框內(nèi)產(chǎn)生熱量大小等于 ()A.B.C.mgL-D.mgL+【解析】選C。金屬框繞光滑軸轉(zhuǎn)下的過(guò)程中機(jī)械能有損失但能量守恒,損失的機(jī)械能為mgL-,故產(chǎn)生的熱量為mgL-,C正確。二、計(jì)算題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)7.(12分)如圖所示,有一寬L=0.4m的矩形金屬框架水平放置,右端接一個(gè)阻值R=2Ω的電阻,框架的其他部分電阻不計(jì),框架足夠長(zhǎng)。垂直金屬框平面有一豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T。金屬桿ab質(zhì)量m=0.1kg,電阻r=1Ω,桿與框架接觸良好,且與框架間的摩擦力不計(jì)。當(dāng)桿受一水平恒定拉力F作用時(shí)剛好可以在框架上做勻速運(yùn)動(dòng),速度大小為v=3m/s。求:(1)金屬桿上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。(2)金屬桿兩端的電勢(shì)差。(3)水平恒定拉力F的大小?！窘馕觥?1)金屬桿垂直切割磁感線,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為:E=BLv=1×0.4×3V=1.2V(2)金屬桿ab相當(dāng)于電源,由閉合電路歐姆定律得金屬桿ab上感應(yīng)電流為:I==A=0.4A金屬桿兩端的電勢(shì)差:Uab=E-Ir=1.2V-0.4×1V=0.8V;(3)金屬桿受到的安培力:FA=BIL=1×0.4×0.4N=0.16N;則拉力為:F=FA=0.16N。答案:(1)1.2V(2)0.8V(3)0.16N8.(12分)如圖所示,兩根足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌MM′、NN′固定在豎直平面內(nèi),導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),下端連接阻值為4r的定值電阻,導(dǎo)軌電阻不計(jì)。整個(gè)裝置處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直導(dǎo)軌平面對(duì)里。一質(zhì)量為m的金屬棒ab接入回路的電阻為r,在大小為3mg、方向豎直向上的拉力作用下起先運(yùn)動(dòng)。金屬棒始終保持水平且與導(dǎo)軌接觸良好,重力加速度為g,求:(1)金屬棒所能達(dá)到的最大速度vm的大小;(2)金屬棒從靜止起先沿導(dǎo)軌上滑h,此時(shí)已達(dá)到最大速度,這一過(guò)程中金屬棒上產(chǎn)生的焦耳熱Qr?！窘馕觥?1)速度最大時(shí)受力平衡,依據(jù)平衡條件可得F=mg+BIL,其中拉力F=3mg,導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLvm,依據(jù)閉合電路的歐姆定律可得I=,聯(lián)立解得vm=(2)金屬棒從靜止起先沿導(dǎo)軌上滑h的過(guò)程中克服安培力做的功為WA,依據(jù)動(dòng)能定理可得Fh-mgh-WA=m得WA=2mgh-依據(jù)功能關(guān)系可得產(chǎn)生的總的焦耳熱為Q=WA依據(jù)焦耳定律可得這一過(guò)程中金屬棒上產(chǎn)生的焦耳熱Qr=Q=mgh-答案:(1)(2)mgh-【加固訓(xùn)練】如圖所示,兩條平行的光滑金屬導(dǎo)軌所在平面與水平面的夾角為θ,間距為d。導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向與導(dǎo)軌平面垂直。質(zhì)量為m的金屬棒被固定在導(dǎo)軌上,距底端的距離為s,導(dǎo)軌與外接電源相連,使金屬棒通有電流。金屬棒被松開(kāi)后,以加速度a沿導(dǎo)軌勻加速下滑,金屬棒中的電流始終保持恒定,重力加速度為g。求下滑究竟端的過(guò)程中,金屬棒:(1)末速度的大小v。(2)通過(guò)的電流大小I。(3)通過(guò)的電荷量Q。【解析】(1)金屬棒做勻加速直線運(yùn)動(dòng),有v2=2as,解得v=。(2)安培力F安=IdB,金屬棒所受合力F=mgsinθ-F安由牛頓其次定律F=ma解得I=(3)運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=,電荷量Q=It解得Q=答案:(1)(2)(3)(15分鐘·40分)9.(6分)(多選)輕質(zhì)剛性絕緣細(xì)線吊著一質(zhì)量為m=0.41kg、邊長(zhǎng)L=1.0m、匝數(shù)n=10的正方形線圈,且線圈上下邊保持水平,其總電阻為R=1.0Ω。線圈的下半部分分布著與線圈面垂直的有界磁場(chǎng),如圖甲所示。磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間改變的關(guān)系如圖乙所示。重力加速度取10m/s2,則下列推斷正確的是()A.線圈中的感應(yīng)電流大小為1.0AB.線圈的電功率為0.25WC.t=0時(shí)輕質(zhì)細(xì)線的拉力大小為4.0ND.0～6s內(nèi)通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量為3.0C【解析】選B、D。依據(jù)圖象可知線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E=n=n·S=10×××12V=0.5V,電流I==A=0.5A,A錯(cuò)誤;線圈的電功率P=I2R=0.52×1W=0.25W,B正確;對(duì)線框受力分析可知mg=nB0IL+T,解得T=mg-nB0IL=0.41×10N-10×0.2×0.5×1N=3.1N,C錯(cuò)誤;0～6s內(nèi)通過(guò)線圈的電荷量q=·Δt=·Δt=n=10×C=3C,D正確。故選B、D。10.(6分)(多選)如圖所示,閉合金屬環(huán)從高為h的曲面左側(cè)自由滾下,又滾上曲面的右側(cè)。環(huán)平面與運(yùn)動(dòng)方向均垂直于非勻強(qiáng)磁場(chǎng),環(huán)在運(yùn)動(dòng)中摩擦阻力不計(jì)(下部分磁場(chǎng)B大)()A.環(huán)滾上的高度小于hB.環(huán)滾上的高度等于hC.運(yùn)動(dòng)中環(huán)內(nèi)無(wú)電流D.運(yùn)動(dòng)中安培力肯定對(duì)環(huán)做負(fù)功【解析】選A、D。閉合金屬圓環(huán)在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),磁通量在改變,環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流產(chǎn)生,機(jī)械能一部分轉(zhuǎn)化為電能,所以環(huán)滾上曲面右側(cè)的高度小于h。故A正確,B、C錯(cuò)誤;在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,安培力阻礙導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng),總是阻力,肯定做負(fù)功。故D正確。11.(6分)(多選)如圖所示,水平放置的平行金屬導(dǎo)軌左邊接有電阻R,軌道所在區(qū)域處有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。金屬棒ab橫跨導(dǎo)軌,它在外力作用下向右勻速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)速度由v變?yōu)?v時(shí)(除R外其余電阻不計(jì),導(dǎo)軌光滑),那么 ()A.作用在ab上的外力應(yīng)增加到原來(lái)的4倍B.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將增加為原來(lái)的2倍C.感應(yīng)電流的功率將增加為原來(lái)的4倍D.外力的功率將增加為原來(lái)的2倍【解析】選B、C。金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=BLv,感應(yīng)電流I==,金屬棒受到的安培力為F安=BIL=,因?yàn)榻饘侔魟蛩龠\(yùn)動(dòng),由平衡條件得,外力為F=F安=,綜上所述可知,作用在ab上的外力應(yīng)增加到原來(lái)的2倍,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將增加為原來(lái)的2倍,故A錯(cuò)誤,B正確;依據(jù)功能關(guān)系可知,外力的功率等于感應(yīng)電流的功率P=I2R=,則感應(yīng)電流的功率以及外力的功率將增大到原來(lái)的4倍,故C正確,D錯(cuò)誤。故選B、C。【加固訓(xùn)練】(多選)兩根足夠長(zhǎng)的光滑導(dǎo)軌豎直放置,間距為L(zhǎng),底端接阻值為R的電阻。將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在一個(gè)固定的輕彈簧下端,金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直,除電阻R外其余電阻不計(jì)。現(xiàn)將金屬棒從彈簧原長(zhǎng)位置由靜止釋放,則 ()A.釋放瞬間金屬棒的加速度等于重力加速度gB.金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí),流過(guò)電阻R的電流方向?yàn)閍→bC.金屬棒的速度為v時(shí),所受的安培力大小為F=D.電阻R上產(chǎn)生的總熱量等于金屬棒重力勢(shì)能的削減量【解析】選A、C。金屬棒剛釋放時(shí),彈簧處于原長(zhǎng),彈力為零,又因此時(shí)速度為零,沒(méi)有感應(yīng)電流,金屬棒不受安培力作用,金屬棒只受到重力作用,其加速度應(yīng)等于重力加速度,故A正確;金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí),由右手定則可知,在金屬棒上電流方向向右,流過(guò)電阻R的電流方向?yàn)閎→a,故B錯(cuò)誤;金屬棒速度為v時(shí),安培力大小為F=BIL,I=,由以