完整版人教版高二物理选修32电磁感应专题强化训练含详细解析doc.docx
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人教版高二物理选修3-2电磁感应专题强化训练(含详细解析)
示.下列说法中正确的是()
电磁感应专题强化练
1.(2015新·课标全国Ⅰ·19)1824年,法国科学家阿拉果
完成了著名的“圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转
的磁针,如图1所示.实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转
动起来,但略有滞后.下列说法正确的是()
图1
A.圆盘上产生了感应电动势
B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动
C.在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁
通量发生了变化
D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动
答案AB
解析当圆盘转动时,圆盘的半径切割磁针产生的磁场
的磁感线,产生感应电动势,选项A正确.如图所示,
铜圆盘上存在许多小的闭合回路,当圆盘转动时,穿过
小的闭合回路的磁通量发生变化,回路中产生感应电流,
根据楞次定律,感应电流阻碍其相对运动,但抗拒不了
相对运动,故磁针会随圆盘一起转动,但略有滞后,选项B正确;在圆盘转动过程中,磁针的磁场穿过整个圆
盘的磁通量始终为零,选项C错误;圆盘中的自由电子
随圆盘一起运动形成的电流的磁场方向沿圆盘轴线方
向,会使磁针沿轴线方向偏转,选项D错误.
2.如图2甲所示,一个圆形线圈的匝数n=100,线圈
面积S=200cm2,线圈的电阻r=1Ω,线圈外接一个阻
值R=4Ω的电阻,把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应强度随时间变化规律如图乙所
图2
A.线圈中的感应电流方向为顺时针方向
B.电阻R两端的电压随时间均匀增大
C.线圈电阻r消耗的功率为4×10
-4W
D.前4s内通过R的电荷量为4×10
-4C
答案
C
解析
由图可知,穿过线圈的磁通量变大,由楞次定律
可得:
线圈产生的感应电流方向为逆时针方向,故
A错
误;根据法拉第电磁感应定律可知,磁通量的变化率恒
定,所以电动势恒定,则电阻两端的电压恒定,故
B错
ΔΦ
B·S
误;由法拉第电磁感应定律:
E=nt=n
t
=
100×
0.4-0.2×0.02V=0.1V,根据闭合电路欧姆定律
4
可知,电路中的电流为:
I=E
=0.1
R+r
4+1A=0.02A,所
以线圈电阻r消耗的功率:
P=I2r=0.022×1W=4×10-
4W,故C正确;前4s内通过R的电荷量:
Q=It=0.02×4C=0.08C,故D错误.
3.如图3所示,倾角为α的光滑导轨上端接入一定值电阻,Ⅰ和Ⅱ是边长都为L的两正方形磁场区域,其区域内的磁场方向都垂直于导轨平面向上,区域Ⅰ中磁场的
磁感应强度为B1,区域Ⅱ中磁场随时间按B2=kt变化,
一质量为m、电阻为r的金属杆ab穿过区域Ⅰ垂直地跨
放在两导轨上,并恰能保持静止.则()
图3
mgsinα
A.通过金属杆的电流大小为B1L
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B.通过金属杆的电流方向从a到b
C.定值电阻的阻值为kB1L3-rmgsinα
kB1L3
D.定值电阻的阻值为mgsinα
答案
AC
解析
对金属杆:
mgsinα=B1IL,解得:
I=
mgsinα
,A
BL
1
对;由楞次定律知,电流方向为从
b到a,B错;由法拉
第电磁感应定律得
ΔΦ
B
2=kL2,又因为:
I=
E=
=
t
L
t
E
1
3
,故:
R=E-r=kBL
-r,C对,D错.
R+r
I
mgsinα
4.如图4所示,平行虚线之间有垂直于纸面向里的匀强
磁场,磁场左右宽度为L,磁感应强度大小为B.一等腰
梯形线圈ABCD所在平面与磁场垂直,AB边刚好与磁场右边界重合,AB长等于L,CD长等于2L,AB、CD间
的距离为2L,线圈的电阻为R.现让线圈向右以恒定速度
v匀速运动,从线圈开始运动到CD边刚好要进入磁场的
过程中()
磁场宽度为L,线圈有效的切割长度为
2L
=L
tanθ2
所以线圈中感应电动势大小为
L
1
E=B·
2v=2BLv,故B错
ΔΦ
误.通过线圈截面的电荷量为
q=R=
3
3
B
2L+
2L
2L+L
·L
2
·L-
2
2
=BL,故C正确.由B项分析知
R
2R
线圈产生的感应电动势不变,克服安培力做的功等于线
E2
圈产生的焦耳热,则克服安培力做的功为
W=Rt=
1
BLv2
23
2
L
BL
v
,故D正确.
R
·=
v
4R
5.如图5甲所示,在水平面上固定一个匝数为
10匝的
等边三角形金属线框,总电阻为3Ω,边长为0.4m.金
属线框处于两个半径为0.1m的圆形匀强磁场中,顶点A
恰好位于左边圆的圆心,BC边的中点恰好与右边圆的圆
心重合.左边磁场方向垂直水平面向外,右边磁场垂直
水平面向里,磁感应强度的变化规律如图乙所示,则下
图4
列说法中正确的是(π取3)()
A.线圈中感应电流沿顺时针方向
B.线圈中感应电动势大小为BLv
BL2
C.通过线圈截面的电荷量为
2R
D.克服安培力做的功为
B2L3v
4R
答案
CD
图5
解析
当线圈向右运动时穿过线圈的磁通量在增加,根
A.线框中感应电流的方向是顺时针方向
据楞次定律知,感应电流沿逆时针方向,故
A错误.设
B.t=0.4s时,穿过线框的磁通量为
0.005Wb
∠ADC=θ,由几何知识可得:
tanθ=
2L
=4
C.经过t=0.4s,线框中产生的热量为
2.7J
L
D.前0.4s内流过线框的电荷量为0.2C
2
答案
CD
解析
由磁感应强度B1垂直水平面向里,大小随时间增
大;B2
垂直水平面向外,大小不变,故线框的磁通量增
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3-2电磁感应专题强化训练(含详细解析)
大,由楞次定律可得,线框中感应电流方向为逆时针方
BLvm
2mgRsinθ
条件得:
mgsinθ=BIL=B
B2L2.
向,故A错误;t=0.4s时穿过线框的磁通量为:
2RL,解得vm=
故A正确;在MN下滑的过程中,穿过回路的磁通量增
1×πr2-B2×
1×πr2=5×0.5×3×0.12
Φ=B1×
Wb-
大,根据楞次定律判断知,EF受到沿导轨向下的安培力,
2
6
1
根据平衡条件得:
导体棒EF所受的静摩擦力
f=mgsinθ
4××3×0.12Wb=0.055Wb,故B错误;
6
+F安.故B错误;当导体棒
MN从静止开始下滑
s的过
nΔΦ
Q=
I2Rt=
(
)2R×t
=
t
E
BLvt
1
程中,通过其横截面的电荷量为
q=It=
2R
2
2Rt=
10×5-1×2π×0.1
BLs
(
0.4
)2×3×0.4J=2.7J,故C正确;
=
,故C正确;根据能量守恒得:
导体棒
MN中产
2R
在t=0.4s内通过线框中的电荷量
E
nΔΦ=
1
(mgssinθ-
12
q=It=
生的热量为Q=
mvm),故D错误.
Rt=
R
2
2
1
10×5-1×π×0.12
2
C=0.2C,故D正确.
3
6.如图6所示,电阻不计、相距L的两条足够长的平行
金属导轨倾斜放置,与水平面的夹角为θ,整个空间存
在垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为B,导轨
7.如图7所示,固定的竖直光滑U形金属导轨,间距
为L,上端接有阻值为R的电阻,处在方向水平且垂直
于导轨平面、磁感应强度为B的匀强磁场中,质量为m、
电阻为r的导体棒与劲度系数为k的固定轻弹簧相连放
在导轨上,导轨的电阻忽略不计.初始时刻,弹簧处于
上固定有质量为m、电阻为R的两根相同的导体棒,导
伸长状态,其伸长量为
x1=
mg,此时导体棒具有竖直向
k
体棒MN上方轨道粗糙下方光滑,将两根导体棒同时释
上的初速度v0.在沿导轨往复运动的过程中,导体棒始终
放后,观察到导体棒
MN下滑而EF始终保持静止,当
与导轨垂直并保持良好接触.
则下列说法正确的是()
MN下滑的距离为
s时,速度恰好达到最大值
vm,则下
列叙述正确的是(
)
图7
图6
2mgRsinθ
A.导体棒MN的最大速度vm=B2L2
B.此时导体棒EF与轨道之间的静摩擦力为mgsinθC.当导体棒MN从静止开始下滑s的过程中,通过其横
BLs
截面的电荷量为
2R
D.当导体棒MN从静止开始下滑s的过程中,导体棒
12
MN中产生的热量为mgssinθ-2mvm
答案AC
解析导体棒MN速度最大时做匀速直线运动,由平衡
B2L2v0
A.初始时刻导体棒受到的安培力大小F=R
B.初始时刻导体棒加速度的大小a=2g+B2L2v0mR+r
C.导体棒往复运动,最终静止时弹簧处于压缩状态
D.导体棒开始运动直到最终静止的过程中,电阻R上
产生的焦耳热Q=1mv2+2m2g2
0
2k
答案
BC
解析
由题意得:
E=BLv0
,由闭合电路欧姆定律得:
I
=E
,由安培力公式得:
F=B2L2v0,故A错误;初始
R+r
R+r
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2RM2g2sin2θ
时刻,F+mg+kx1
B2L2
0
正确;
回路消耗的最大功率为:
P=I2R总=
v
,故B
22.
=ma,得a=2g+mR+r
Bl
因为导体棒最终静止时没有安培力,只有重力和弹簧的
(3)微粒从板中间水平射入恰好落到上板边缘,则:
弹力,故弹簧处于压缩状态,故C正确;根据能量守恒,
竖直方向:
1
2
d
at
=①
减少的动能和势能全都转化为焦耳热,但
R上产生的焦
2
2
水平方向:
v0
t=x②
耳热只是其中一部分,故
D错误.
a=qE③
8.如图8所示,质量为
M的导体棒ab,垂直放在相距为
根据受力分析可知:
m
l的平行光滑金属轨道上.导轨平面与水平面的夹角为
θ,
电场强度为:
E=
U
④
d
并处于磁感应强度大小为
B、方向垂直于导轨平面向上
2
2
md
v0
的匀强磁场中,左侧是水平放置、板长为
x、间距为d
联立①②③④,得:
U=qx2
的平行金属板,R和Rx分别表示定值电阻和滑动变阻器
棒沿导轨匀速运动,由平衡条件有:
Mgsinθ=BI1l
的阻值,不计其他电阻.
金属板间电压为:
U=I1
x
R
2
2
解得:
Rx=
mBld
v0
2
qxMgsinθ
9.如图10中MN和PQ为竖直方向的两平行足够长的
图8
光滑金属导轨,间距为
L,电阻不计.导轨所在平面与
磁感应强度为
B的匀强磁场垂直,两端分别接阻值为
2R
(1)调节Rx=0,释放导体棒,当导体棒速度为
v1时,求
的电阻R1和电容为C的电容器.一质量为m、电阻为R
棒ab两端的电压;
的金属杆ab始终垂直于导轨,并与其保持良好接触.
杆
(2)调节Rx=R,释放导体棒,求棒下滑的最大速度及整
ab由静止开始下滑,在下滑过程中最大的速度为v,整
个回路消耗的最大功率;
个电路消耗的最大电功率为P,则()
(3)改变Rx,待棒沿导轨再次匀速下滑后,将质量为m、
带电荷量为+q的微粒(不计重力)从两板中间以水平速
度v0射入金属板间,若粒子刚好落在上板边缘,求此时的Rx.
解析
(1)当导体棒速度为v1时,有:
E=Blv1;
根据闭合电路欧姆定律,得:
I=E=Blv1
图10
RR
那么:
Uab=IR=Blv1.
A.电容器左极板带正电
(2)当Rx=R,棒沿导轨匀速下滑时,有最大速度
v,
B.电容器的最大带电荷量为
2CBLv
由平衡条件得:
Mgsinθ=F安
3
安培力为:
F安=BIl
P
C.杆ab的最大速度v=mg
解得:
I=Mgsinθ
D.杆ab所受安培力的最大功率为
2P
Bl
3
感应电动势为:
E=Blv
答案
BC
电流为:
I=E
解析
根据右手定则,感应电动势的方向为:
a→b,故
2R
解得:
v=2MgRsinθ
右极板带正电,故A错误;当金属杆
ab的速度达到最
Em=
B2l2
大时,感应电动势最大,感应电动势的最大值为:
4
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m
2R
m
2
BI·2vt·tanα,可知F增大,故C错误.
BLv=BLv;路端电压的最大值为:
U=2R+RE
=3BLv,
在t2时间内回路中的热功率为
P=E2
,R增大,E不变,
2CBLv
故电容器的带电荷量最大,为:
R
Q=CU=
3
,故B
则P减小,故D错误.
正确;由P=F安v,当P、F安达到最大时,杆
ab的速度
11.如图12甲所示,不变形、足够长、
质量为m1=0.2kg
达到最大值,此时杆
ab受力平衡,即:
v=Pm=P,
的“U”形金属导轨PQMN
放在绝缘水平桌面上,
QP
F安mmg
故C正确;杆ab克服安培力的最大功率为:
P=F安mvm
与MN平行且距离d=1m,Q、M间导体电阻阻值
R=4
=mgvm=mgv=P,故D错误.
Ω,右内侧紧靠两固定绝缘小立柱1、2;光滑金属杆KL
电阻阻值r=1Ω,质量m2=0.1kg,垂直于QP和MN,
10.如图11所示,竖直向下的匀强磁场垂直穿过固定的
与QM平行且距离L=0.5m,左侧紧靠两固定绝缘小立
金属框架平面,OO′为框架abcde的对称轴,ab平行于
ed,材料、横截面与框架完全相同的水平直杆
gh,在水
柱3、4.金属导轨与桌面的动摩擦因数
μ=0.5,最大静摩
平外力F作用下向左匀速运动,运动过程中直杆始终垂
擦力等于滑动摩擦力,其余电阻不计.从
t=0开始,垂
直于OO′且与框架接触良好,直杆从c运动到b的时间
直于导轨平面的磁场的磁感应强度变化如图乙所示
(g=
为t1,从b运动到a的时间为t2
,则(
)
10m/s2).
(1)求在整个过程中,导轨受到的静摩擦力的最大值f
;
max
A.在t1时间内回路中的感应电动势增大
(2)如果从t=2s开始,给金属杆KL水平向右的外力,
B.在t2时间内a、e间的电压增大
外力对金属杆作用的功率保持不变为
P0=320W,杆到
C.在t1时间内F保持不变
达最大速度时撤去外力,求撤去外力后
QM上产生的热
D.在t2时间内回路中的热功率增大
量QR为多少?
解析在t1时间内,回路中的感应电动势为
E=BLv,L
解析
(1)在0~1s
时间内,设t时刻磁场的磁感应强度
是有效的切割长度,由于
L增大,则感应电动势增大,
为B,QKLM中的感应电动势为
E,电流为I,金属导轨
故A正确.在t2时间内,由
E=BLv知,L不变,E不
QM受到的安培力为
F,则
a、e间的电压
变,而回路的总电阻增大,电流减小,则
B
为U=E-Ir,E、r不变,则U增大.故B正确.
由题图乙得B=2+2t(T),得
t=2T/s
设杆与框架单位长度的电阻为
r,bc与水平方向的夹角
E=
ΔΦ
B
为α.
由法拉第电磁感应定律得
t=
tdL=2×1×0.5
V
I=E
=1
则在t1时间内,回路中的感应电动势为
E=BLv=
=1V
A=0.2A
R+r
4+1
B·2vt·tanα·v=2Bv2ttanα
导轨所受的
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