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

PAGE6-5電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類狀況1.下列說(shuō)法正確的是(C)A.動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)是洛倫茲力對(duì)導(dǎo)體中自由電荷做功而引起的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(lái)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、方向相反解析:洛倫茲力沿導(dǎo)體方向的分力對(duì)導(dǎo)體中自由電荷做功是產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì),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0,故A,B錯(cuò)誤;動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)是由導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的,可由右手定則推斷方向,故C正確;只有在導(dǎo)體棒做勻速切割時(shí),除安培力以外的力的合力才與安培力大小相等、方向相反,做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)不成立,故D錯(cuò)誤.2.如圖所示,在一水平光滑絕緣塑料板上有一環(huán)形凹槽,有一帶正電小球質(zhì)量為m、電荷量為q,在槽內(nèi)沿順時(shí)針做勻速圓周運(yùn)動(dòng),現(xiàn)加一豎直向上的勻稱改變的勻強(qiáng)磁場(chǎng),且B漸漸增加,則(A)A.小球速度變大B.小球速度變小C.小球速度不變D.以上三種狀況都有可能解析:在此空間中,沒(méi)有閉合導(dǎo)體,但磁場(chǎng)的改變使空間產(chǎn)生感生電場(chǎng).依據(jù)楞次定律得出如圖所示感生電場(chǎng),又因小球帶正電荷,電場(chǎng)力與小球速度同向,電場(chǎng)力對(duì)小球做正功,小球速度變大,選項(xiàng)A正確.3.(多選)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)金屬圓環(huán)向里(圖1),磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨時(shí)間t的改變關(guān)系如圖2所示.E1,E2,E3分別表示Oa,ab,bc三段過(guò)程中金屬環(huán)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,則(CD)A.E1最大 B.E2最大C.E2最小 D.E3最大解析:由法拉第電磁感應(yīng)定律可知E=nΔBΔtS,由圖知應(yīng)有ab段中磁通量的改變率最小,而bc段中磁通量的改變率最大,故有E2<E14.(2024·湖南長(zhǎng)沙月考)(多選)如圖,空間中存在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)方向與豎直面(紙面)垂直,磁場(chǎng)的上、下邊界(虛線)均為水平面;紙面內(nèi)磁場(chǎng)上方有一個(gè)正方形導(dǎo)線框abcd,其上、下兩邊均與磁場(chǎng)邊界平行,邊長(zhǎng)小于磁場(chǎng)上、下邊界的間距.若線框自由下落,從ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)起先,直至ab邊到達(dá)磁場(chǎng)下邊界為止,線框下落的速度大小可能(CD)A.始終減小 B.始終不變C.始終增加 D.先減小后增加解析:導(dǎo)線框起先做自由落體運(yùn)動(dòng),ab邊以肯定的速度進(jìn)入磁場(chǎng),ab邊切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流,依據(jù)左手定則可知ab邊受到向上的安培力,當(dāng)安培力大于重力時(shí),線框做減速運(yùn)動(dòng),當(dāng)線框完全進(jìn)入磁場(chǎng)后,線框不產(chǎn)生感應(yīng)電流,此時(shí)只受重力,做加速運(yùn)動(dòng),故先減速后加速運(yùn)動(dòng),故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,D正確;當(dāng)ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)后安培力等于重力時(shí),線框做勻速運(yùn)動(dòng),當(dāng)線框完全進(jìn)入磁場(chǎng)后,線框不產(chǎn)生感應(yīng)電流,此時(shí)只受重力,做加速運(yùn)動(dòng),故先勻速后加速運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤;當(dāng)ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)后安培力小于重力時(shí),線框做加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)線框完全進(jìn)入磁場(chǎng)后,線框不產(chǎn)生感應(yīng)電流,此時(shí)只受重力,做加速運(yùn)動(dòng),故選項(xiàng)C正確.5.(2024·陜西寶雞期末)如圖1所示,一根電阻為R=4Ω的導(dǎo)線繞成半徑為d=2m的圓,在圓內(nèi)部分區(qū)域存在改變的勻強(qiáng)磁場(chǎng),中間S形虛線是兩個(gè)直徑為d的半圓,磁場(chǎng)隨時(shí)間改變?nèi)鐖D2所示(磁場(chǎng)垂直于紙面對(duì)外為正,電流逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?,關(guān)于圓環(huán)中的電流—時(shí)間圖象,以下四圖中正確的是(B)解析:0～1s,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1=ΔBΔtS=4πV,感應(yīng)電流大小為I1=E1R6.如圖(甲)所示,固定在水平桌面上的光滑金屬框架cdeg處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬桿ab與金屬框架接觸良好.在兩根導(dǎo)軌的端點(diǎn)d,e之間連接一電阻,其他部分電阻忽視不計(jì).現(xiàn)用一水平向右的外力F作用在金屬桿ab上,使金屬桿由靜止起先向右在框架上滑動(dòng),運(yùn)動(dòng)中桿ab始終垂直于框架.圖(乙)為一段時(shí)間內(nèi)金屬桿受到的安培力F安隨時(shí)間t的改變關(guān)系,則圖(丙)中可以表示外力F隨時(shí)間t改變關(guān)系的圖象是(D)解析:ab切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Blv,感應(yīng)電流為I=BlvR,安培力F安=B2l2vR,所以v∝F安,由圖象知F安∝t,所以v7.(2024·福建福州期中)如圖所示,MN,PQ為光滑金屬導(dǎo)軌,磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面,C為電容器,導(dǎo)體棒ab垂直跨接在導(dǎo)軌之間,原來(lái)ab靜止,C不帶電,現(xiàn)給導(dǎo)體棒ab一初速度v0,則導(dǎo)體棒做(D)A.勻速運(yùn)動(dòng)B.勻減速運(yùn)動(dòng)C.加速度減小的減速運(yùn)動(dòng),最終靜止D.加速度減小的減速運(yùn)動(dòng),最終勻速運(yùn)動(dòng)解析:ab棒切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),給電容器充電,同時(shí)ab棒在安培力作用下減速,當(dāng)電容器兩極板間電壓與ab棒的電動(dòng)勢(shì)相等時(shí),充電電流為零,安培力為零,ab棒做勻速運(yùn)動(dòng),D正確.8.如圖所示,線圈匝數(shù)為n,橫截面積為S,線圈電阻為r,處于一個(gè)勻稱增加的磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的改變率為k,磁場(chǎng)方向水平向右且與線圈平面垂直,電容器的電容為C,定值電阻的阻值為r.由此可知,下列說(shuō)法正確的是(C)A.電容器下極板帶正電B.回路電流漸漸增大C.電容器所帶電荷量為nSkCD.電容器所帶電荷量為nSkC解析:閉合線圈與阻值為r的電阻形成閉合回路,線圈相當(dāng)于電源,電容器兩極板間的電壓等于路端電壓;由楞次定律可知,電流從電阻r的左側(cè)流入,右側(cè)流出,故電容器上極板帶正電,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=nSΔBΔt=nSk,I=E2r=nSk錯(cuò)誤.9.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,F1和F2的方向都與導(dǎo)軌平行,那么,F1和F2大小相比、ab和cd兩端的電勢(shì)差相比,正確的是(B)A.F1>F2,Ucd>Uab B.F1=F2,Uab=UcdC.F1<F2,Uab<Ucd D.F1=F2,Uab<Ucd解析:因ab和cd的安培力都是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.10.(多選)如圖所示,在一磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,垂直于磁場(chǎng)方向水平放著兩根相距為h=0.1m的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ,導(dǎo)軌電阻忽視不計(jì),在兩根導(dǎo)軌的端點(diǎn)N,Q之間連接一阻值R=0.3Ω的電阻,導(dǎo)軌上跨放著一根長(zhǎng)為L(zhǎng)=0.2m,每米阻值r=2Ω的金屬棒ab,金屬棒與導(dǎo)軌正交放置,交點(diǎn)為c,d,當(dāng)金屬棒在水平拉力作用下以速度v=4m/s向左做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),則下列說(shuō)法正確的是(BC)A.金屬棒a,b兩端點(diǎn)間的電勢(shì)差為0.2VB.水平拉金屬棒的力的大小為0.02NC.金屬棒a,b兩端點(diǎn)間的電勢(shì)差為0.32VD.回路中的發(fā)熱功率為0.06W解析:金屬棒cd段產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Ecd=Bhv=0.5×0.1×4V=0.2V;cdQN中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為I=EcdR+hr=0.20.3+0.2A=0.4A;金屬棒ab兩端的電勢(shì)差等于Uac,Ucd,Udb三者之和,由于UcdBLv-Ircd=0.32V,故A錯(cuò)誤,C正確;使金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)的外力與安培力是一對(duì)平衡力,方向向左,大小為F=F安=BIh=0.5×0.4×0.1N=0.02N,選項(xiàng)B正確;回路中的發(fā)熱功率P熱=I2(R+hr)=0.08W,D錯(cuò)誤.11.(2024·山東威海期末)(多選)如圖所示,兩根相同的平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上,導(dǎo)軌單位長(zhǎng)度的電阻相同,端點(diǎn)P,Q用電阻可以忽視的導(dǎo)線相連.垂直于桌面的磁場(chǎng)隨時(shí)間改變,已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B與時(shí)間t的關(guān)系為B=kt,比例系數(shù)k恒定(k>0).一電阻不計(jì)的導(dǎo)體棒可在導(dǎo)軌上無(wú)摩擦滑動(dòng),在滑動(dòng)過(guò)程中保持與導(dǎo)軌垂直.t=0時(shí)刻,導(dǎo)體棒緊靠在P,Q端,在平行于導(dǎo)軌的水平外力F作用下,導(dǎo)體棒以恒定的加速度從靜止起先向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?dòng),下列關(guān)于整個(gè)回路的電動(dòng)勢(shì)E、電流I、導(dǎo)體棒所受外力F、整個(gè)回路消耗的電功率P隨時(shí)間改變的圖象正確的是(BC)解析:桿在t時(shí)刻的速度v=at,動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)E1=BLv=kaLt2,由法拉第電磁感應(yīng)定律得感生電動(dòng)勢(shì)E2=ΔΦΔt=kt×L×12at2-0t=12kaLt2,則回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=E1+E2=32kaLt2,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;設(shè)單位長(zhǎng)度的電阻為r0F安=ma+kt·3kL2r0·L=ma+3k2L12.(2024·浙江杭州檢測(cè))在如圖(甲)所示的電路中,螺線管匝數(shù)n=1500匝,橫截面積S=20cm2.螺線管導(dǎo)線電阻r=1.0Ω,R1=4.0Ω,R2=5.0Ω,C=30μF.在一段時(shí)間內(nèi),穿過(guò)螺線管的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B按如圖(乙)所示的規(guī)律改變.(1)求螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);(2)閉合S,電路中的電流穩(wěn)定后,求電阻R1的電功率;(3)S斷開(kāi)后,求流經(jīng)R2的電荷量.解析:(1)依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=nΔΦΔt=nE=1500×20×10-4×0.(2)依據(jù)閉合電路歐姆定律I=ER1+由P=I2R1得P=5.76×10-2W.(3)S斷開(kāi)后,流經(jīng)R2的電荷量即為S閉合時(shí)C板上所帶的電荷量Q,電容器兩端的電壓U=IR2=0.6V,流經(jīng)R2的電荷量Q=CU=1.8×10-5C答案:(1)1.2V(2)5.76×10-2W(3)1.8×10-513.abcd是由粗裸銅導(dǎo)線連接兩個(gè)定值電阻R組成的閉合矩形導(dǎo)體框,水平放置,金屬棒OP與ad及bc邊垂直,并接觸良好,空間存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T,方向豎直向下,俯視圖如圖所示.已知電阻R=2Ω,金屬棒OP的電阻r=1Ω,其他部分的電阻都可忽視不計(jì).ad及bc邊相距為L(zhǎng)=0.8m,給OP棒施加一個(gè)與棒垂直的恒