2025版高中物理第四章5電磁感應現(xiàn)象的兩類情況訓練含解析新人教版選修3-2

PAGE8-5電磁感應現(xiàn)象的兩類狀況課時過關·實力提升基礎鞏固1.(多選)下列說法正確的是()A.感生電場是由改變的磁場激發(fā)而產(chǎn)生的B.恒定的磁場也能在四周空間產(chǎn)生感生電場C.感生電場的方向可以用楞次定律和右手螺旋定則來判定D.感生電場的電場線是閉合曲線,其方向肯定是沿逆時針方向答案:AC2.(多選)某空間出現(xiàn)了如圖所示的一組閉合的電場線,這可能是()A.沿AB方向磁場在快速減弱B.沿AB方向磁場在快速增加C.沿BA方向磁場在快速增加D.沿BA方向磁場在快速減弱解析:感生電場的方向從上向下看是順時針的,假設在平行感生電場的方向上有閉合回路,則回路中的感應電流方向從上向下看也應當是順時針的,由右手螺旋定則可知,感應電流的磁場方向向下,依據(jù)楞次定律可知,原磁場有兩種可能:原磁場方向向下且減弱或原磁場方向向上且增加,所以選A、C。答案:AC3.(多選)如圖所示,導體AB在做切割磁感線運動時,將產(chǎn)生一個電動勢,因而在電路中有電流通過,下列說法正確的是()A.因導體運動而產(chǎn)生的感應電動勢稱為動生電動勢B.動生電動勢的產(chǎn)生與洛倫茲力有關C.動生電動勢的產(chǎn)生與電場力有關D.動生電動勢和感生電動勢產(chǎn)生的緣由是一樣的解析:依據(jù)動生電動勢的定義,選項A正確。動生電動勢中的非靜電力與洛倫茲力有關,感生電動勢中的非靜電力與感生電場有關,選項B正確,選項C、D錯誤。答案:AB4.磁卡的磁條中有用于存儲信息的磁極方向不同的磁化區(qū),刷卡器中有檢測線圈。當以速度v0刷卡時,在線圈中產(chǎn)生感應電動勢,其E-t關系如圖所示。假如只將刷卡速度改為v解析:由公式E=Blv可知,當刷卡速度減半時,線圈中的感應電動勢最大值減半,且刷卡所用時間加倍,故本題正確選項為D。答案:D5.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,螺旋槳順時針方向轉動。螺旋槳葉片的近軸端為a,遠軸端為b,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,如圖所示,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點電勢解析:對于螺旋槳葉片ab,其切割磁感線的速度是其做圓周運動的線速度,螺旋槳上不同點的線速度不同,但滿意v'=ωR,可求其等效切割速度v=ωl2=πfl,運用法拉第電磁感應定律得E=Blv=πfl2B答案:A6.如圖所示,直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中,磁感應強度大小為B,方向平行于ab邊向上。當金屬框繞ab邊以角速度ω逆時針轉動時,a、b、c三點的電勢分別為Ua、Ub、Uc。已知bc邊的長度為l。下列推斷正確的是()A.Ua>Uc,金屬框中無電流B.Ub>Uc,金屬框中電流方向沿a→b→c→aC.Ubc=-D.Uac=12Bl2ω解析:金屬框轉動過程中,因穿過回路的磁通量始終為零,故金屬框中無感應電流;對于ab邊,因不切割磁感線,Ua=Ub;對于bc邊,由右手定則知Ub<Uc,即Ua<Uc,Ubc=-Bl0+答案:C7.如圖所示,平行導軌間距為d,左端跨接一個電阻R,勻強磁場的磁感應強度為B,方向垂直于平行金屬導軌所在平面。一根金屬棒與導軌成θ角放置,金屬棒與導軌的電阻均不計且金屬棒足夠長。當金屬棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在金屬導軌上滑行時,通過電阻R的電流為()A.BC.D解析:電流應等于感應電動勢除以電阻R。問題在于感應電動勢應如何計算。由于這里有明顯的金屬棒切割磁感線的運動,故不妨用公式E=Blv計算。能夠引起感應電流的電動勢是MN間產(chǎn)生的電動勢,所以有效切割長度用已知參數(shù)表示應為解得E=Blv=I=E答案:D8.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(nèi)存在豎直向上的勻強磁場B,環(huán)上套一電荷量為+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.C.2πr2qk D.πr2qk解析:設圓環(huán)所在回路感應電動勢為E,則由法拉第電磁感應定律得E=ΔΦΔt=Δ答案:D9.如圖甲所示的螺線管,匝數(shù)n=1500,橫截面積S=20cm2,電阻r=1.5Ω,與螺線管串聯(lián)的外電阻R1=3.5Ω,R2=25Ω。穿過螺線管的勻強磁場方向向右,磁感應強度按圖乙所示規(guī)律改變,試計算電阻R2的電功率和A、B兩點的電勢(C點電勢為零)。解析:由B-t圖可知穿過螺線管的磁通量勻稱增加,螺線管中感應電流產(chǎn)生磁場方向向左,感應電流在線圈內(nèi)從B流向A,A端的電勢高于B端的電勢。把螺線管視為電源,由閉合電路歐姆定律可求出通過螺線管的回路電流,從而求出R2消耗的電功率及A、B兩點的電勢。由題圖乙,螺線管中的磁感應強度B勻稱增加,其改變率ΔBΔ由法拉第電磁感應定律,螺線管產(chǎn)生的感應電動勢E=n·ΔΦΔt=n·SΔBΔt=1通過螺線管回路的電流I=Er+R1電阻R2上消耗功率P2=I2R2=(0.2)2×25W=1.0W因φC=0,則φA-φC=IR1=0.2×3.5V=0.7V,即φA=0.7V,φC-φB=IR2=0.2×25V=5V因為φC=0,所以φB=-5V。答案:1.0W0.7V-5V實力提升1.如圖所示,兩個互連的金屬圓環(huán),粗金屬環(huán)的電阻為細金屬環(huán)電阻的1A.解析:粗環(huán)相當于電源的內(nèi)電路,細環(huán)相當于電源的外電路,a、b間電勢差即為外電壓。據(jù)閉合電路歐姆定律知Uab=ER所以Uab=答案:C2.如圖所示,邊長為l的正方形線圈與勻強磁場垂直,磁感應強度為B。當線圈按圖示方向以速度v垂直于磁場運動時,下列推斷正確的是()A.線圈中無電流,φa=φb=φc=φdB.線圈中無電流,φa>φb=φd>φcC.線圈中有電流,φa=φb=φc=φdD.線圈中有電流,φa>φb=φd>φc解析:線圈在運動過程中,穿過線圈的磁通量不變,所以在線圈中不會產(chǎn)生感應電流,C、D錯誤,但導體兩端有電勢差,依據(jù)右手定則,可知B正確,A錯誤。答案:B3.如圖所示,兩個比荷相同的帶正電荷的粒子a和b以相同的動能在勻強磁場中運動,a從B1區(qū)運動到B2區(qū),已知B2>B1;b起先在磁感應強度為B1的磁場中做勻速圓周運動,然后磁場漸漸增加到B2。則a、b兩粒子的動能將()A.a不變,b變大 B.a不變,b變小C.a、b都變大 D.a、b都不變解析:a粒子始終在恒定的磁場中運動,受到的洛倫茲力不做功,動能不變;b粒子在改變的磁場中運動,由于改變的磁場要產(chǎn)生感生電場,感生電場會對它做正功,所以選項A是正確的。答案:A4.如圖所示,PQRS為一正方形導線框,它以恒定速度向右進入以MN為邊界的勻強磁場,磁場方向垂直線框平面,MN線與線框的邊成45°角。E、F分別為PS與PQ的中點。關于線框中的感應電流,正確的說法是()A.當E點經(jīng)過邊界MN時,線框中感應電流最大B.當P點經(jīng)過邊界MN時,線框中感應電流最大C.當F點經(jīng)過邊界MN時,線框中感應電流最大D.當Q點經(jīng)過邊界MN時,線框中感應電流最大解析:由題意知在線框進入磁場的過程中B與v都是不變的,依據(jù)公式E=Blv可知,有效長度l最大時,回路中的感應電流最大,當P點經(jīng)過邊界MN時,R點正好經(jīng)過邊界MN,切割磁感線運動的有效長度l有最大值,故正確選項為B。答案:B5.(多選)如圖所示,金屬桿ab以恒定的速率v在光滑平行導軌上向右滑行,設整個電路中總電阻為R(恒定不變),整個裝置置于垂直紙面對里的勻強磁場中,下列敘述正確的是()A.ab桿中的電流與速率v成正比B.磁場作用于ab桿的安培力與速率v成正比C.電阻R上產(chǎn)生的電熱功率與速率v成正比D.外力對ab桿做功的功率與速率v的二次方成正比解析:由E=Blv和I=ER得I=BlvR。所以F=BIl=B答案:ABD6.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(chǎn)生感應電流。現(xiàn)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(chǎn)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ΔA.解析:設線框的半徑為l,線框以角速度ω勻速轉動產(chǎn)生的電流大小為I1=12B0ωl2R=B0答案:C7.★在豎直向上的勻強磁場中,水平放置一個不變形的單匝金屬圓線圈,規(guī)定線圈中感應電流的正方向如圖甲所示,當磁場的磁感應強度B隨時間t按圖乙所示規(guī)律改變時,下圖中能正確表示線圈中感應電動勢E隨時間改變的圖像是()解析:由題圖知0~1s內(nèi)磁通量向上,勻稱增加,由楞次定律知電流方向為正且保持不變;3~5s內(nèi)磁通量向上,勻稱削減,由楞次定律知電流方向為負且保持不變。由法拉第電磁感應定律知感應電動勢的大小與磁通量的改變率成正比,所以3~5s內(nèi)的電動勢是0~1s內(nèi)的電動勢的1答案:A8.如圖所示,線圈內(nèi)有志向邊界的磁場,起先時磁場的磁感應強度為B0。當磁場勻稱增加時,有一帶電微粒靜止于平行板(兩板水平放置)電容器的中間。若線圈的匝數(shù)為n,平行板電容器的板間距離為d,粒子的質(zhì)量為m,電荷量為q。求:(設線圈的面積為S)(1)起先時穿過線圈平面的磁通量的大小;(2)處于平行板電容器間的帶電微粒的帶電性質(zhì);(3)磁感應強度的改變率。解析:(1)Φ=B0S。(2)由楞次定律可推斷出電容器的上極板帶正電,故推出帶電微粒應帶負電。(3)E=nΔΦΔt以上各式聯(lián)立解得答案:(1)B0S(2)負電(3)9.★如圖所示,兩根足夠長的光滑直金屬導軌MN、PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上,兩導軌間距為l,M、P兩點間接有阻值為R的電阻。一根質(zhì)量為m的勻稱直金屬桿ab放在兩導軌上,并與導軌垂直。整套裝置處于勻強磁場中,磁場方向垂直于斜面對上。導軌和金屬桿的電阻可忽視。讓金屬桿ab沿導軌由靜止起先下滑,經(jīng)過一段時間后,金屬桿達到最大速度vmax,在這個過程中,電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q。導軌和金屬桿接觸良好,重力加速度為g。求:(1)金屬桿達到最大速度時安培力的大小;