2020-2021物理3-2分層作業(yè)（四） 電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精2020-2021學(xué)年物理人教版選修3-2分層作業(yè)（四）電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用含解析分層作業(yè)（四）電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用一、選擇題（1～5題為單項(xiàng)選擇題,6~8題為多項(xiàng)選擇題）1．單匝線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),穿過(guò)線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t的變化圖象如圖所示，則（)A．在t＝0時(shí)，線圈中磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也最大B．在t＝1×10－2s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零C．在t＝2×10－2s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零D．在0～2×10－2s時(shí)間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為零2．如圖所示,線圈面積S＝1×10－5m2，匝數(shù)n＝100，兩端點(diǎn)連接一電容器，其電容C＝20μF。線圈中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按eq\f(ΔB，Δt）＝0。1T/s增加,磁場(chǎng)方向垂直線圈平面向里，那么電容器所帶電荷量為()A．1×10－7CB．1×10－C．2×10－9CD．3×10－3．夏天將到，在北半球，當(dāng)我們抬頭觀看教室內(nèi)的電風(fēng)扇時(shí)，發(fā)現(xiàn)電風(fēng)扇正在逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)．金屬材質(zhì)的電風(fēng)扇示意圖如圖所示，由于電磁場(chǎng)的存在，下列關(guān)于A、O兩點(diǎn)的電勢(shì)及電勢(shì)差的說(shuō)法，正確的是()A．A點(diǎn)電勢(shì)比O點(diǎn)電勢(shì)高B．A點(diǎn)電勢(shì)比O點(diǎn)電勢(shì)低C．A點(diǎn)電勢(shì)和O點(diǎn)電勢(shì)相等D．扇葉長(zhǎng)度越短，UAO的電勢(shì)差數(shù)值越大4．環(huán)形線圈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，設(shè)在第1s內(nèi)磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面向里，如圖甲所示．若磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示,那么在第2s內(nèi),線圈中感應(yīng)電流的大小和方向是(）A．大小恒定，逆時(shí)針?lè)较駼．大小恒定，順時(shí)針?lè)较駽．大小逐漸增加，順時(shí)針?lè)较駾．大小逐漸減小，逆時(shí)針?lè)较?．矩形導(dǎo)線框abcd固定在一磁場(chǎng)中，磁感線的方向與導(dǎo)線框所在平面垂直,規(guī)定磁場(chǎng)的正方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示．若規(guī)定順時(shí)針?lè)较驗(yàn)楦袘?yīng)電流I的正方向，下列各圖中正確的是(）6．如圖所示，固定在水平絕緣平面上足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌不計(jì)電阻,但表面粗糙，導(dǎo)軌左端連接一個(gè)電阻R，質(zhì)量為m的金屬棒(電阻也不計(jì))放在導(dǎo)軌上,并與導(dǎo)軌垂直，整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直．用水平恒力F把棒ab從靜止起向右拉動(dòng)的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是（)A．恒力F做的功等于電路產(chǎn)生的電能B．恒力F和摩擦力的合力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能C．克服安培力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能D．恒力F和摩擦力的合力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能和棒獲得的動(dòng)能之和7．一個(gè)面積S＝4×10－2m2、匝數(shù)n＝100匝的線圈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間A．在開(kāi)始的2s內(nèi)穿過(guò)線圈的磁通量變化率等于0.08Wb/sB．在開(kāi)始的2s內(nèi)穿過(guò)線圈的磁通量的變化量等于零C．在開(kāi)始的2s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于8VD．在第3s末線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零8．空間存在一方向與紙面垂直、大小隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其邊界如圖（a)中虛線MN所示．一硬質(zhì)細(xì)導(dǎo)線的電阻率為ρ、橫截面積為S，將該導(dǎo)線做成半徑為r的圓環(huán)固定在紙面內(nèi),圓心O在MN上．t＝0時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向如圖（a)所示；磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖(b）所示．則在t＝0到t＝t1的時(shí)間間隔內(nèi)()A．圓環(huán)所受安培力的方向始終不變B．圓環(huán)中的感應(yīng)電流始終沿順時(shí)針?lè)较駽．圓環(huán)中的感應(yīng)電流大小為eq\f（B0rS，4t0ρ）D．圓環(huán)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為eq\f(B0πr2,4t0）二、非選擇題9．據(jù)報(bào)道，一法國(guó)攝影師拍到“天宮一號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室飛過(guò)太陽(yáng)的瞬間．照片中,“天宮一號(hào)”的太陽(yáng)帆板輪廓清晰可見(jiàn)．如右圖所示，假設(shè)“天宮一號(hào)”正以速度v＝7。7km/s繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向與太陽(yáng)帆板兩端M、N的連線垂直，M、N間的距離L＝20m，地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直于v、MN所在平面的分量B＝1。0×10－5T．將太陽(yáng)帆板視為導(dǎo)體．（1）求M、N間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E；(2)在太陽(yáng)帆板上將一只“1.5V0.3W”的小燈泡與M、N相連構(gòu)成閉合電路,不計(jì)太陽(yáng)帆板和導(dǎo)線的電阻，試判斷小燈泡能否發(fā)光，并說(shuō)明理由．10。如圖所示,在水平平行放置的兩根光滑長(zhǎng)直導(dǎo)電軌道MN與PQ上,放著一根直導(dǎo)線ab，ab與導(dǎo)軌垂直，它在導(dǎo)軌間的長(zhǎng)度為20cm，這部分的電阻r＝0。02Ω.導(dǎo)軌部分處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.20T，電阻R＝0。08Ω,其他電阻不計(jì)，ab的質(zhì)量為0。02kg.（1）斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S,ab在水平恒力F＝0。01N的作用下，由靜止沿軌道滑動(dòng)，經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間速度才能達(dá)到10m/s？(2）上述過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的表達(dá)式是怎樣的？(3)當(dāng)ab的速度達(dá)到10m/s時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)S，為了保持ab仍能以10m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)，水平拉力應(yīng)變?yōu)槎嗌伲?1．把總電阻為R＝4Ω的均勻電阻絲焊接成一半徑為a＝0。5m的圓環(huán)，水平固定在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，一長(zhǎng)度為L(zhǎng)＝1.0m電阻等于r＝2Ω，粗細(xì)均勻的金屬棒MN放在圓環(huán)上,它與圓環(huán)始終保持良好的接觸,當(dāng)金屬棒在外力的作用下以恒定速度v＝6m/s向右移動(dòng)經(jīng)過(guò)環(huán)心O時(shí)，求：（1）金屬棒上電流的大小及金屬棒兩端的電壓UMN；（2）圓環(huán)消耗的熱功率；（3)外力做功的功率．12．如圖甲所示，平行長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌水平放置，間距L＝0。4m．導(dǎo)軌右端接有阻值R＝1Ω的電阻．導(dǎo)體棒垂直放置在導(dǎo)軌上，且接觸良好,導(dǎo)體棒及導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)，導(dǎo)軌間正方形區(qū)域abcd內(nèi)有方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，bd連線與導(dǎo)軌垂直,長(zhǎng)度也為L(zhǎng)。從0時(shí)刻開(kāi)始，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨時(shí)間t變化，規(guī)律如圖乙所示;同一時(shí)刻，棒從導(dǎo)軌左端開(kāi)始向右勻速運(yùn)動(dòng)，1s后剛好進(jìn)入磁場(chǎng),若使棒在導(dǎo)軌上始終以速度v＝1m/s做直線運(yùn)動(dòng)，求:（1)棒進(jìn)入磁場(chǎng)前，回路中的電動(dòng)勢(shì)E.(2)棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的最大安培力F.分層作業(yè)（四)1．解析:由法拉第電磁感應(yīng)定律知E∝eq\f（ΔΦ，Δt)，故t＝0及t＝2×10－2s時(shí)刻，E＝0，A錯(cuò)、C對(duì)；t＝1×10－2s，E最大，B錯(cuò)；0~2×10－2s，ΔΦ≠0，E≠0，D錯(cuò)．答案：C2．解析：因磁場(chǎng)在增強(qiáng)，由楞次定律可知a端電勢(shì)高，即a板帶正電荷，由法拉第電磁感應(yīng)定律得:E＝neq\f(ΔΦ，Δt)＝nSeq\f(ΔB，Δt),故q＝C·E＝nSeq\f（ΔB,Δt）·C＝2×10－9C．故選項(xiàng)C正確．答案：C3．解析：在北半球，地磁場(chǎng)的豎直分量豎直向下，由右手定則可判斷OA中電流方向由O到A，再根據(jù)在電源內(nèi)部電流由負(fù)極流向正極，可知A點(diǎn)為正極，電勢(shì)高,A對(duì)，B、C錯(cuò)；由E＝Blv可知D錯(cuò)．答案:A4．解析：由圖乙可知，第2s內(nèi)eq\f(ΔB，Δt）為定值，由E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f（ΔB，Δt)S知，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為定值,所以感應(yīng)電流大小恒定．第2s內(nèi)磁場(chǎng)方向向外，穿過(guò)線圈的磁通量減少,由楞次定律判斷可知,感應(yīng)電流為逆時(shí)針?lè)较?，A項(xiàng)正確．答案：A5．解析：0~1s內(nèi)B垂直紙面向里均勻增大，由楞次定律及法拉第電磁感應(yīng)定律可知，線圈中產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電流，方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?A、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤；2～3s內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直紙面向外均勻增大,同理可知，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，B項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確．答案：D6．解析:克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，且功的數(shù)值等于電路中產(chǎn)生的電能,C正確；恒力F和摩擦力的合力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能和棒獲得的動(dòng)能之和,故B錯(cuò)誤、D正確；恒力F做的功等于電路中產(chǎn)生的電能、因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能及棒動(dòng)能的增量三者之和，A錯(cuò)誤．答案：CD7．解析：由圖象求得斜率的大小eq\f(ΔB，Δt)＝2T/s，因此eq\f(ΔΦ,Δt）＝eq\f(ΔB,Δt）S＝0。08Wb/s，故A正確；開(kāi)始的2s內(nèi)穿過(guò)線圈的磁通量的變化量不等于零,故B錯(cuò)誤；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得：E＝neq\f（ΔΦ，Δt)＝neq\f（ΔB,Δt）S＝8V，可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為8V,故C正確；由圖看出，第3s末線圈中的磁通量為零，但磁通量的變化率不為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不等于零，故D錯(cuò)誤．答案：AC8．解析：由楞次定律(“增反減同”)可判斷出感應(yīng)電流方向始終沿順時(shí)針?lè)较?，故B正確．由左手定則可判斷出圓環(huán)所受安培力的方向先向左后向右，故A錯(cuò)．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝S有效eq\f(ΔB，Δt）＝eq\f(1,2)·πr2·eq\f(B0,t0)＝eq\f(πr2B0,2t0)，故D錯(cuò)．由電阻定律得圓環(huán)電阻R＝ρeq\f(2πr，S)，則感應(yīng)電流I＝eq\f（E,R）＝eq\f(B0rS,4t0ρ），故C正確．答案：BC9．解析:(1）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLv,代入數(shù)據(jù)得E＝1.54V.（2）不能,因?yàn)榇┻^(guò)閉合回路的磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流．答案：（1）1.54V（2)不能,因?yàn)榇┻^(guò)閉合回路的磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流10．解析：（1）由牛頓第二定律F＝ma，得a＝eq\f(F,m）＝eq\f（0。01,0.02)m/s2＝0.5m/s2t＝eq\f（vt－v0，a)＝eq\f（10,0.5）s＝20s.(2）因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLv＝BLat＝0.02t（V），所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間成正比．（3)導(dǎo)線ab保持以10m/s的速度運(yùn)動(dòng)，受到的安培力F安＝BIL＝eq\f（B2L2v,R＋r)＝0。16N安培力與拉力F是一對(duì)平衡力，故F＝0.16N.答案：（1）20s（2）E＝0。02t（V）（3)0.16N11.解析：（1）導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流,它相當(dāng)于電源，內(nèi)阻為r，電動(dòng)勢(shì)為E＝BLv＝6V,畫(huà)出等效電路圖如圖所示，根據(jù)右手定則，金屬棒中電流從N流向M，所以M相當(dāng)于電源的正極,N相當(dāng)于電源的負(fù)極．由閉合電路歐姆定律得電流大小：I＝eq\f(E,R外＋r）＝eq\f(E，\f(R,4)＋r）＝2A.金屬棒兩端的電壓UMN＝eq\f(IR，4)＝2V.（2）圓環(huán)消耗的熱功率P＝I2eq\f(R，4）＝4W.（3)外力做功的功率等于電路消耗的總功率P外＝IE＝12W.答案:（1）2A2V（2）4W（3)12W12．解析:(1）正方形磁場(chǎng)的面積為S，則S＝eq\f（L2,2)＝0。08m2.在棒進(jìn)入磁場(chǎng)前，回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由于磁場(chǎng)的變化而產(chǎn)生的．由B。t圖象可知eq\f（ΔB，Δt）＝0.5T/s，根據(jù)E＝neq\f(ΔΦ，Δt),得回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝eq\f（ΔB，Δt)S＝0。5×0。08V＝0。04V.(2）當(dāng)導(dǎo)體棒通過(guò)bd位置時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)