2024-2025學(xué)年高中物理第4章電磁感應(yīng)5電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況課時(shí)分層作業(yè)含解析新人教版選修3-2

PAGE7-課時(shí)分層作業(yè)(四)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類狀況(時(shí)間：40分鐘分值：100分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分)1．(多選)下列說法中正確的是()A．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)是洛倫茲力對(duì)導(dǎo)體中自由電荷的作用而引起的B．因?yàn)槁鍌惼澚?duì)運(yùn)動(dòng)電荷始終不做功，所以動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)不是由洛倫茲力而產(chǎn)生的C．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的方向可以由右手定則來判定D．導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，受到的安培力肯定與受到的外力大小相等、方向相反AC[洛倫茲力對(duì)導(dǎo)體中自由電荷的作用效果是產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)，A正確；在導(dǎo)體中自由電荷受洛倫茲力的合力與合速度方向垂直，總功為零，B錯(cuò)誤；動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的方向可由右手定則判定，C正確；只有在導(dǎo)體棒做勻速切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，除安培力以外的力的合力與安培力大小相等、方向相反，做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)不成立，D錯(cuò)誤，故選A、C.]2．如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，放置兩根光滑平行導(dǎo)軌MN和PQ，其電阻不計(jì)，ab、cd兩根導(dǎo)體棒，其電阻Rab＜Rcd，當(dāng)ab棒在外力F1作用下向左勻速滑動(dòng)時(shí)，cd棒在外力F2作用下保持靜止，F(xiàn)1和F2的方向都與導(dǎo)軌平行，那么，F(xiàn)1和F2大小相比、ab和cd兩端的電勢(shì)差相比，正確的是()A．F1＞F2，Ucd＞UabB．F1＝F2，Uab＝UcdC．F1＜F2，Uab＜Ucd D．F1＝F2，Uab＜UcdB[因ab和cd的磁場(chǎng)力都是F＝BIl，又因?yàn)閍b棒在外力F1作用下向左勻速滑動(dòng)時(shí)，cd在外力F2作用下保持靜止，故F1＝F2，又由MN、PQ電阻不計(jì)，所以a、c兩點(diǎn)等勢(shì)，b、d兩點(diǎn)等勢(shì)，因而Uab＝Ucd，故B正確．]3．始終升機(jī)停在南半球的地磁極上空，該處地磁場(chǎng)的方向豎直向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，直升機(jī)螺旋槳葉片的長度為l，螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為f，順著地磁場(chǎng)的方向看螺旋槳，螺旋槳按順時(shí)針方向轉(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E表示每個(gè)葉片中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，則()A．E＝πfl2B，且a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)B．E＝2πfl2B，且a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)C．E＝πfl2B，且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)D．E＝2πfl2B，且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)A[直升機(jī)螺旋槳的葉片圍圍著軸轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝Blv＝eq\f(1,2)Blvb＝eq\f(1,2)Bl(ωl)＝eq\f(1,2)B(2πf)l2＝πfl2B，設(shè)想ab是閉合電路的一部分導(dǎo)體，由右手定則知感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b，所以b點(diǎn)電勢(shì)比a點(diǎn)電勢(shì)高．選項(xiàng)A正確．]4．(多選)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．在起先的2s內(nèi)穿過線圈的磁通量的改變率等于0.08Wb/sB．在起先的2s內(nèi)穿過線圈的磁通量的改變量等于零C．在起先的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AC[由B-t圖象可知，在起先的2s內(nèi)，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB·S,Δt)＝eq\f(2＋2×4×10－2,2)Wb/s＝0.08Wb/s，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；在起先的2s內(nèi)，E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝100×0.08V＝8V，故選項(xiàng)C正確；第3s末磁感應(yīng)強(qiáng)度的改變率不為零，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不為零，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．]5．水平放置的金屬框架cdef處于如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒ab處于粗糙的框架上且與框架接觸良好，從某時(shí)刻起先，磁感應(yīng)強(qiáng)度勻稱增大，金屬棒ab始終保持靜止，則()A．a(chǎn)b中電流增大，ab棒所受摩擦力也增大B．a(chǎn)b中電流不變，ab棒所受摩擦力也不變C．a(chǎn)b中電流不變，ab棒所受摩擦力增大D．a(chǎn)b中電流增大，ab棒所受摩擦力不變C[磁感應(yīng)強(qiáng)度勻稱增大時(shí)，磁通量的改變率eq\f(ΔΦ,Δt)恒定，故回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流都是恒定的；又棒ab所受的摩擦力等于安培力，即Ff＝F安＝BIL，故當(dāng)B增加時(shí)，摩擦力增大，選項(xiàng)C正確．]6．英國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為，磁場(chǎng)改變時(shí)會(huì)在空間激發(fā)感生電場(chǎng)．如圖所示，一個(gè)半徑為r的絕緣細(xì)圓環(huán)水平放置，環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，環(huán)上套一帶電荷量為＋q的小球，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間勻稱增加，其改變率為k，若小球在環(huán)上運(yùn)動(dòng)一周，則感生電場(chǎng)對(duì)小球的作用力所做功的大小是()A．0 B.eq\f(1,2)r2qkC．2πr2qk D．πr2qkD[依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，可知?jiǎng)蚍Q改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB,Δt)·S＝πr2k，相當(dāng)于整個(gè)圓環(huán)上的電壓，則小球運(yùn)動(dòng)一周過程中，感生電場(chǎng)對(duì)小球的作用力做的功為W＝Uq＝πr2k·q，故D項(xiàng)正確．]二、非選擇題(14分)7．如圖所示，線框由導(dǎo)線組成，cd、ef兩邊豎直放置且相互平行，導(dǎo)體棒ab水平放置并可沿cd、ef無摩擦滑動(dòng)，導(dǎo)體棒ab所在處有垂直線框所在平面對(duì)下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)且B2＝2T，已知ab長L＝0.1m，整個(gè)電路總電阻R＝5Ω，螺線管匝數(shù)n＝4，螺線管橫截面積S＝0.1m2.在螺線管內(nèi)有如圖所示方向的磁場(chǎng)B1，若磁場(chǎng)B1以eq\f(ΔB1,Δt)＝10T/s勻稱增加時(shí)，導(dǎo)體棒恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，試求：(取g＝10m/s2)(1)通過導(dǎo)體棒ab的電流大?。?2)導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量m的大?。甗解析](1)螺線管產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝neq\f(ΔB1,Δt)S得E＝4×10×0.1V＝4V通過導(dǎo)體棒ab的電流I＝eq\f(E,R)＝0.8A.(2)導(dǎo)體棒ab所受的安培力F＝B2IL＝2×0.8×0.1N＝0.16N導(dǎo)體棒靜止時(shí)受力平衡有F＝mg解得m＝0.016kg.[答案](1)0.8A(2)0.016kg一、選擇題(本題共6小題，每小題6分)1．(多選)如圖所示，內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有始終徑略小于圓環(huán)直徑的帶正電的小球，以速率v0沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(俯視)，若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間成正比例增加的改變磁場(chǎng)．若運(yùn)動(dòng)過程中小球帶電荷量不變，那么()A．小球?qū)ΣＡA環(huán)的壓力肯定不斷增大B．小球所受的磁場(chǎng)力肯定不斷增大C．小球先沿逆時(shí)針方向減速運(yùn)動(dòng)，過一段時(shí)間后沿順時(shí)針方向加速運(yùn)動(dòng)D．磁場(chǎng)力對(duì)小球始終不做功CD[當(dāng)磁場(chǎng)增加時(shí)，會(huì)產(chǎn)生順時(shí)針方向的渦旋電場(chǎng)，電場(chǎng)力先對(duì)小球做負(fù)功使其速度減為零，后對(duì)小球做正功使其沿順時(shí)針做加速運(yùn)動(dòng)，故C正確；磁場(chǎng)力始終與小球運(yùn)動(dòng)方向垂直，因此始終對(duì)小球不做功，故D正確；小球在水平面內(nèi)沿半徑方向受兩個(gè)力作用：環(huán)的擠壓力FN和磁場(chǎng)的洛倫茲力F，這兩個(gè)力的合力充當(dāng)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，其中F＝qvB，磁場(chǎng)在增加，小球速度先減小后增大，所以洛倫茲力不肯定總在增大，故B錯(cuò)誤；向心力F向＝meq\f(v2,r)，其大小隨速度先減小后增大，因此擠壓力FN不是始終增大，故A錯(cuò)誤．]2．如圖所示，空間有一個(gè)方向水平的有界磁場(chǎng)區(qū)域，一個(gè)矩形線框，自磁場(chǎng)上方某一高度下落，然后進(jìn)入磁場(chǎng)，進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)線框平面與磁場(chǎng)方向垂直，則在進(jìn)入時(shí)導(dǎo)線框不行能()A．變加速下落 B．變減速下落C．勻速下落 D．勻加速下落D[導(dǎo)線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)做什么運(yùn)動(dòng)，取決于所受安培力與重力的大小關(guān)系．若F安<mg，則加速；若F安>mg，則減速；若F安＝mg，則勻速．由于F安隨速度發(fā)生改變，線框所受合力是改變的，即線框不行能做勻變速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)選D.]3．(多選)如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)有志向界面，用力將矩形線圈從磁場(chǎng)中勻速拉出．在其他條件不變的狀況下()A．速度越大時(shí)，拉力做功越多B．線圈邊長L1越大時(shí)，拉力做功越多C．線圈邊長L2越大時(shí)，拉力做功越多D．線圈電阻越大時(shí)，拉力做功越多ABC[F勻速拉出線圈過程所做的功為W＝FL2，又F＝F安＝IBL1，I＝eq\f(BL1v,R)，所以W＝eq\f(B2L\o\al(2,1)L2v,R)，可知A、B、C正確，D錯(cuò)誤．]4．(多選)如圖所示，一個(gè)由金屬導(dǎo)軌組成的回路，豎直放在寬廣的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)垂直于該回路所在平面，方向如圖所示，其中導(dǎo)線AC可以自由地緊貼豎直的光滑導(dǎo)軌滑動(dòng)，導(dǎo)軌足夠長，回路總電阻為R且保持不變．當(dāng)AC由靜止釋放后()A．AC的加速度將達(dá)到一個(gè)與R成反比的極限值B．AC的速度將達(dá)到一個(gè)與R成正比的極限值C．回路中的電流將達(dá)到一個(gè)與R成反比的極限值D．回路中的電功率將達(dá)到一個(gè)與R成正比的極限值BD[當(dāng)AC受到的安培力與重力平衡時(shí)達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，加速度為零，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；Beq\f(Blv,R)l＝mg，所以v∝R，最終的功率P＝mgv，選項(xiàng)B、D正確；BIl＝mg，則電流不變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．]5．如圖所示，用鋁板制成U形框，將一質(zhì)量為m的帶電小球用絕緣細(xì)線懸掛在此框的上方，讓整體在垂直于紙面沿水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中向左以速度v勻速運(yùn)動(dòng)，懸線拉力為FT.則()A．懸線豎直，F(xiàn)T＝mgB．懸線豎直，F(xiàn)T<mgC．v選擇合適的大小，可使FT＝0D．因條件不足，F(xiàn)T與mg的大小關(guān)系無法確定A[設(shè)上、下兩板之間距離為d，當(dāng)框架向左切割磁感線時(shí)，由右手定則可知下板電勢(shì)比上板高，由動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)公式可知U＝Bdv，故在兩板間產(chǎn)生從下向上的電場(chǎng)，E＝eq\f(U,d)＝Bv，若小球帶正電，則受到向下的洛倫茲力qvB，向上的電場(chǎng)力qE＝qvB，故繩的拉力FT＝mg，同理，若小球帶負(fù)電，也可得到同樣的結(jié)論．]6．(多選)如圖所示是法拉第制作的世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)的模型原理圖．把一個(gè)半徑為r的銅盤放在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，使磁感線水平向右垂直穿過銅盤，銅盤安裝在水平的銅軸上．兩塊銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動(dòng)軸和銅盤的邊緣接觸．G為靈敏電流計(jì)．現(xiàn)使銅盤依據(jù)圖示方向以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則下列說法正確的是()A．C點(diǎn)電勢(shì)肯定低于D點(diǎn)電勢(shì)B．圓盤中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為Bωr2C．電流計(jì)中的電流方向?yàn)橛蒩到bD．銅盤不轉(zhuǎn)動(dòng)，所加磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度減小，則銅盤中產(chǎn)生順時(shí)針方向感應(yīng)電流(從左向右看)AD[將銅盤看做多數(shù)條由中心指向邊緣的銅棒組合而成，當(dāng)銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每根銅棒都在切割磁感線，相當(dāng)于電源，由右手定則可知，銅盤邊緣為電源正極，中心為負(fù)極，C點(diǎn)電勢(shì)低于D點(diǎn)電勢(shì)，此電源對(duì)外電路供電，電流方向由b經(jīng)電流計(jì)再從a流向銅盤，故A正確，C錯(cuò)誤；回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Breq\x\to(v)＝eq\f(1,2)Br2ω，故B錯(cuò)誤；若銅盤不轉(zhuǎn)動(dòng)，使所加磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度勻稱減小，在銅盤中產(chǎn)生順時(shí)針方向感應(yīng)電流(從左向右看)，故D正確．]二、非選擇題(14分)7．如圖甲所示，固定在水平面上電阻不計(jì)的光滑金屬導(dǎo)軌，間距d＝0.5m，右端接一阻值為4Ω的小燈泡L.在CDEF矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B按如圖乙所示規(guī)律改變，CF長為2m．在t＝0時(shí)，金屬棒ab從圖示位置由靜止在恒力F作用下向右運(yùn)動(dòng)到EF位置，整個(gè)過程中小燈泡亮度始終不變．已知金屬棒ab電阻為1Ω，求：甲乙(1)通過小燈泡的電流；(2)恒力F的大?。?3)金屬棒的質(zhì)量．[解析](1)金屬棒未進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，電路的總電阻R總＝RL＋Rab＝5Ω回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E1＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB,Δt)S＝0.5V燈泡中的電流為IL＝eq\f(E1,R總)＝0.1A.(2)因燈泡亮度