2024-2025學年高中物理課時分層作業(yè)4電磁感應現象的兩類情況含解析新人教版選修3-2

PAGE5-課時分層作業(yè)(四)(時間：40分鐘分值：100分)[基礎達標練]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．動生電動勢是洛倫茲力對導體中自由電荷的作用而引起的B．因為洛倫茲力對運動電荷始終不做功，所以動生電動勢不是由洛倫茲力而產生的C．動生電動勢的方向可以由右手定則來判定D．導體棒切割磁感線產生感應電流，受到的安培力肯定與受到的外力大小相等、方向相反AC[洛倫茲力對導體中自由電荷的作用效果是產生動生電動勢的本質，A正確；在導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錯誤；動生電動勢的方向可由右手定則判定，C正確；只有在導體棒做勻速切割磁感線運動時，除安培力以外的力的合力與安培力大小相等、方向相反，做變速運動時不成立，D錯誤，故選A、C.]2．如圖所示，在勻強磁場中，放置兩根光滑平行導軌MN和PQ，其電阻不計，ab、cd兩根導體棒，其電阻Rab＜Rcd，當ab棒在外力F1作用下向左勻速滑動時，cd棒在外力F2作用下保持靜止，F1和F2的方向都與導軌平行，那么，F1和F2大小相比、ab和cd兩端的電勢差相比，正確的是()A．F1＞F2，Ucd＞Uab B．F1＝F2，Uab＝UcdC．F1＜F2，Uab＜Ucd D．F1＝F2，Uab＜UcdB[因ab和cd的磁場力都是F＝BIl，又因為ab棒在外力F1作用下向左勻速滑動時，cd在外力F2作用下保持靜止，故F1＝F2，又由MN、PQ電阻不計，所以a、c兩點等勢，b、d兩點等勢，因而Uab＝Ucd，故B正確．]3．始終升機停在南半球的地磁極上空，該處地磁場的方向豎直向上，磁感應強度為B，直升機螺旋槳葉片的長度為l，螺旋槳轉動的頻率為f，順著地磁場的方向看螺旋槳，螺旋槳按順時針方向轉動．螺旋槳葉片的近軸端為a，遠軸端為b，如圖所示．假如忽視a到轉軸中心線的距離，用E表示每個葉片中的感應電動勢，則()A．E＝πfl2B，且a點電勢低于b點電勢B．E＝2πfl2B，且a點電勢低于b點電勢C．E＝πfl2B，且a點電勢高于b點電勢D．E＝2πfl2B，且a點電勢高于b點電勢A[直升機螺旋槳的葉片圍圍著軸轉動，產生的感應電動勢為E＝Blv＝eq\f(1,2)Blvb＝eq\f(1,2)Bl(ωl)＝eq\f(1,2)B(2πf)l2＝πfl2B，設想ab是閉合電路的一部分導體，由右手定則知感應電流方向為a→b，所以b點電勢比a點電勢高．選項A正確．]4．(多選)一個面積S＝4×10－2m2、匝數n＝100匝的線圈，放在勻強磁場中，磁場方向垂直于線圈平面，磁感應強度B隨時間tA．在起先的2s內穿過線圈的磁通量的改變率等于0.08Wb/sB．在起先的2s內穿過線圈的磁通量的改變量等于零C．在起先的2s內線圈中產生的感應電動勢等于8VD．在第3s末線圈中的感應電動勢等于零AC[由B-t圖象可知，在起先的2s內，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB·S,Δt)＝eq\f(2＋2×4×10－2,2)Wb/s＝0.08Wb/s，選項A正確，B錯誤；在起先的2s內，E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝100×0.08V＝8V，故選項C正確；第3s末磁感應強度的改變率不為零，則感應電動勢也不為零，故選項D錯誤．]5．水平放置的金屬框架cdef處于如圖所示的勻強磁場中，金屬棒ab處于粗糙的框架上且與框架接觸良好，從某時刻起先，磁感應強度勻稱增大，金屬棒ab始終保持靜止，則()A．ab中電流增大，ab棒所受摩擦力也增大B．ab中電流不變，ab棒所受摩擦力也不變C．ab中電流不變，ab棒所受摩擦力增大D．ab中電流增大，ab棒所受摩擦力不變C[磁感應強度勻稱增大時，磁通量的改變率eq\f(ΔΦ,Δt)恒定，故回路中的感應電動勢和感應電流都是恒定的；又棒ab所受的摩擦力等于安培力，即Ff＝F安＝BIL，故當B增加時，摩擦力增大，選項C正確．]6．英國物理學家麥克斯韋認為，磁場改變時會在空間激發(fā)感生電場．如圖所示，一個半徑為r的絕緣細圓環(huán)水平放置，環(huán)內存在豎直向上的勻強磁場B，環(huán)上套一帶電荷量為＋q的小球，已知磁感應強度B隨時間勻稱增加，其改變率為k，若小球在環(huán)上運動一周，則感生電場對小球的作用力所做功的大小是()A．0 B.eq\f(1,2)r2qkC．2πr2qk D．πr2qkD[依據法拉第電磁感應定律，可知勻稱改變的磁場產生的感應電動勢為E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB,Δt)·S＝πr2k，相當于整個圓環(huán)上的電壓，則小球運動一周過程中，感生電場對小球的作用力做的功為W＝Uq＝πr2k·q，故D項正確．]二、非選擇題(14分)7．如圖所示，在水平平行放置的兩根光滑長直導軌MN與PQ上，放著一根直導線ab，ab與導軌垂直，它在導軌間的長度L＝20cm，這部分的電阻r＝0.02Ω.導軌處于方向豎直向下的勻強磁場中，磁感應強度B＝0.20T，電阻R＝0.08Ω，其他電阻不計，ab的質量為0.02kg.(1)斷開開關S，ab在水平恒力F＝0.01N的作用下，由靜止沿導軌滑動，經過多長時間速度才能達到10m/s?(2)上述過程中感應電動勢隨時間改變的表達式是怎樣的？(3)當ab的速度達到10m/s時，閉合開關S，為了保持ab仍能以10m/s的速度勻速運動，水平拉力應變?yōu)槎嗌?？[解析](1)由牛頓其次定律F＝ma，得a＝eq\f(F,m)＝eq\f(0.01,0.02)m/s2＝0.5m/s2，t＝eq\f(vt－v0,a)＝eq\f(10,0.5)s＝20s.(2)感應電動勢E＝BLv＝BLat＝0.02t，感應電動勢與時間成正比．(3)導線ab保持以10m/s的速度運動，受到的安培力F安＝BIL＝eq\f(B2L2v,R＋r)＝0.16N安培力與拉力F是一對平衡力，故F拉＝0.16N.[答案](1)20s(2)E＝0.02t(3)0.16N[實力提升練]一、選擇題(本題共6小題，每小題6分)1．(多選)如圖所示，內壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內，有始終徑略小于圓環(huán)直徑的帶正電的小球，以速率v0沿逆時針方向勻速轉動(俯視)，若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應強度B隨時間成正比例增加的改變磁場．若運動過程中小球帶電荷量不變，那么()A．小球對玻璃圓環(huán)的壓力肯定不斷增大B．小球所受的磁場力肯定不斷增大C．小球先沿逆時針方向減速運動，過一段時間后沿順時針方向加速運動D．磁場力對小球始終不做功CD[當磁場增加時，會產生順時針方向的渦旋電場，電場力先對小球做負功使其速度減為零，后對小球做正功使其沿順時針做加速運動，故C正確；磁場力始終與小球運動方向垂直，因此始終對小球不做功，故D正確；小球在水平面內沿半徑方向受兩個力作用：環(huán)的擠壓力FN和磁場的洛倫茲力F，這兩個力的合力充當小球做圓周運動的向心力，其中F＝qvB，磁場在增加，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錯誤．]2．如圖所示，空間有一個方向水平的有界磁場區(qū)域，一個矩形線框，自磁場上方某一高度下落，然后進入磁場，進入磁場時，導線框平面與磁場方向垂直，則在進入時導線框不行能()A．變加速下落 B．變減速下落C．勻速下落 D．勻加速下落D[導線框剛進入磁場時做什么運動，取決于所受安培力與重力的大小關系．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動，應選D.]3．(多選)如圖所示，磁感應強度為B的勻強磁場有志向界面，用力將矩形線圈從磁場中勻速拉出．在其他條件不變的狀況下()A．速度越大時，拉力做功越多B．線圈邊長L1越大時，拉力做功越多C．線圈邊長L2越大時，拉力做功越多D．線圈電阻越大時，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錯誤．]4．(多選)如圖所示，一個由金屬導軌組成的回路，豎直放在寬廣的勻強磁場中，磁場垂直于該回路所在平面，方向如圖所示，其中導線AC可以自由地緊貼豎直的光滑導軌滑動，導軌足夠長，回路總電阻為R且保持不變．當AC由靜止釋放后()A．AC的加速度將達到一個與R成反比的極限值B．AC的速度將達到一個與R成正比的極限值C．回路中的電流將達到一個與R成反比的極限值D．回路中的電功率將達到一個與R成正比的極限值BD[當AC受到的安培力與重力平衡時達穩(wěn)定狀態(tài)，加速度為零，選項A錯誤；Beq\f(Blv,R)l＝mg，所以v∝R，最終的功率P＝mgv，選項B、D正確；BIl＝mg，則電流不變，選項C錯誤．]5．如圖所示，用鋁板制成U形框，將一質量為m的帶電小球用絕緣細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磁場中向左以速度v勻速運動，懸線拉力為FT.則()A．懸線豎直，FT＝mgB．懸線豎直，FT<mgC．v選擇合適的大小，可使FT＝0D．因條件不足，FT與mg的大小關系無法確定A[設上、下兩板之間距離為d，當框架向左切割磁感線時，由右手定則可知下板電勢比上板高，由動生電動勢公式可知U＝Bdv，故在兩板間產生從下向上的電場，E＝eq\f(U,d)＝Bv，若小球帶正電，則受到向下的洛倫茲力qvB，向上的電場力qE＝qvB，故繩的拉力FT＝mg，同理，若小球帶負電，也可得到同樣的結論．]6．如圖所示，勻稱磁場中有一由半圓弧及其直徑構成的導線框，半圓直徑與磁場邊緣重合；磁場方向垂直于半圓面(紙面)向里，磁感應強度大小為B0.使該線框從靜止起先繞過圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度ω勻速轉動半周，在線框中產生了感應電流．現使線框保持圖中所示位置，磁感應強度大小隨時間線性改變，為了產生與線框轉動半周過程中同樣大小的電流，磁感應強度隨時間的改變率eq\f(ΔB,Δt)的大小應為()A.eq\f(4ωB0,π)B.eq\f(2ωB0,π)C.eq\f(ωB0,π)D.eq\f(ωB0,2π)C[設半圓弧的半徑為L，導線框的電阻為R，當線框以角速度ω勻速轉動時產生的感應電動勢E1＝eq\f(1,2)B0ωL2.當線框不動而磁感應強度隨時間改變時，E2＝eq\f(1,2)πL2eq\f(ΔB,Δt)，由eq\f(E1,R)＝eq\f(E2,R)得eq\f(1,2)B0ωL2＝eq\f(1,2)πL2eq\f(ΔB,Δt)，即eq\f(ΔB,Δt)＝eq\f(ωB0,π)，故C正確．]二、非選擇題(14分)7．如圖所示，PN與QM兩平行金屬導軌相距L＝1m，電阻不計，兩端分別接有電阻R1和R2，且R1＝6Ω，ab導體的電阻為2Ω，在導軌上可無摩擦地滑動，垂直穿過導軌平面的勻強磁場的磁感應強度為1T．現ab以恒定速度v＝3m/s勻速向右移動，這時ab桿上消耗的電功率與R1、R2消耗的電功率之和相等，求：(1)R2的阻值為多少？(2)R1與R2消耗的電功率分別為多少？(3)拉ab桿的水平向右的外力F為多大？[解析](1)內外功率相等，則內外電阻相等，有eq\f