物理同步人教选修32刷题首选卷对点练 巩固练第5节电磁感应现象的两类情况.docx
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物理同步人教选修32刷题首选卷对点练巩固练第5节电磁感应现象的两类情况
第5节 电磁感应现象的两类情况
对应学生用书P9
一、选择题
1.
(多选)如图所示,一金属半圆环置于匀强磁场中,当磁场突然减弱时,则( )
A.N端电势高
B.M端电势高
C.若磁场不变,将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中,N端电势高
D.若磁场不变,将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中,M端电势高
答案 BD
解析 将半圆环补充为圆形回路,由楞次定律可判断圆环中产生的感应电动势方向在半圆环中由N指向M,即M端电势高,B正确;若磁场不变,半圆环绕MN轴旋转180°的过程中,由楞次定律可判断,半圆环中产生的感应电动势在半圆环中由N指向M,即M端电势高,D正确。
2.
如图所示,两个相同导线制成的开口圆环,大环半径为小环半径的2倍,现用电阻不计的导线将两环连接在一起,若将大环放入一均匀变化的磁场中,小环处在磁场外,a、b两点间电压为U1,若将小环放入这个磁场中,大环在磁场外,a、b两点间电压为U2,则( )
A.=1B.=2
C.=4D.=
答案 B
解析 根据题意设小环的电阻为R,则大环的电阻为2R,小环的面积为S,则大环的面积为4S,且=k,当大环放入该均匀变化的磁场中时,大环相当于电源,小环相当于外电路,所以E1=4kS,U1==kS;当小环放入磁场中时,同理可得E2=kS,U2=·2R=kS,故=2。
选项B正确。
3.
(多选)如图所示,导体AB在做切割磁感线运动时,将产生一个感应电动势,因而在电路中有电流通过,下列说法中正确的是( )
A.因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势
B.动生电动势的产生与洛伦兹力有关
C.动生电动势的产生与电场力有关
D.动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的
答案 AB
解析 根据动生电动势的定义,A正确;动生电动势中的非静电力与洛伦兹力有关,感生电动势中的非静电力与感生电场有关,B正确,C、D错误。
4.(多选)我国处在地球的北半球,飞机在我国上空匀速地巡航,机翼保持水平,飞机高度不变,由于地磁场的作用,金属机翼上有电势差。
设左侧机翼末端处的电势为φ1,右侧机翼末端处电势为φ2,则( )
A.若飞机从西向东飞,φ1比φ2高
B.若飞机从东向西飞,φ2比φ1高
C.若飞机从南向北飞,φ1比φ2高
D.若飞机从北向南飞,φ2比φ1高
答案 AC
解析 在北半球,地磁场有竖直向下的分量,飞机在水平飞行过程中,机翼切割磁感线,产生感应电动势,应用右手定则可以判断不管飞机向哪个方向飞行,都是左边机翼末端电势高,即A、C正确。
5.用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导线框,以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场,如图所示。
在每个线框进入磁场的过程中,M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud。
下列判断正确的是( )
A.Ua<Ub<Uc<UdB.Ua<Ub<Ud<Uc
C.Ua=Ub<Uc=UdD.Ub<Ua<Ud<Uc
答案 B
解析 MN两端电压为路端电压,Ua=BLv,Ub=BLv,Uc=B·2L·v=BLv,Ud=B·2L·v=BLv,故选B。
6.
如图所示,宽度为d的有界匀强磁场,方向垂直于纸面向里。
在纸面所在平面内有一对角线长也为d的正方形闭合线圈ABCD,沿AC方向垂直磁场边界匀速穿过该磁场区域。
规定逆时针方向为感应电流的正方向,t=0时C点恰好进入磁场,则从C点进入磁场开始到A点离开磁场为止,闭合线圈中感应电流随时间的变化图象正确的是( )
答案 A
解析 线圈在进磁场的过程中,根据楞次定律可知,感应电流的方向为CBADC方向,即为正值,在出磁场的过程中,根据楞次定律知,感应电流的方向为ABCDA,即为负值。
在线圈匀速进入磁场直到进入一半的过程中,切割磁感线的有效长度均匀增大,感应电动势均匀增大,则感应电流均匀增大,在线圈继续运动至全部进入磁场的过程中,切割磁感线的有效长度均匀减小,感应电动势均匀减小,则感应电流均匀减小;在线圈匀速出磁场直到离开一半的过程中,切割磁感线的有效长度均匀增大,感应电流均匀增大,在线圈全部出磁场的过程中,切割磁感线的有效长度均匀减小,感应电流均匀减小。
故A正确,B、C、D错误。
7.
(多选)如图所示,水平放置的平行光滑金属导轨间距为l,左端与一阻值为R的电阻相连,导轨电阻不计。
导轨间有竖直向下的匀强磁场,磁场的磁感应强度为B。
金属杆ab垂直于两导轨放置,金属杆在两导轨间的部分的电阻为r。
现对金属杆ab施加向右的拉力F,使金属杆ab向右以速度v匀速运动,则( )
A.金属杆ab中的电流方向为由a到b
B.金属杆a端的电势高于b端的电势
C.拉力F=
D.电阻R上消耗的功率P=2R
答案 BD
解析 金属杆ab切割磁感线,产生感应电流,由右手定则可判断电流的方向为由b到a,A错误;把金属杆ab等效成电源,由于在电源内部,电流的方向为从b到a,则a端电势比b端的电势高,B正确;产生的感应电动势E=Blv,电流I==,所以F=F安=BIl=,C错误;电阻上消耗的功率P=I2R=2R,D正确。
8.
(多选)两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L,底端接阻值为R的电阻。
将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端,金属棒和导轨接触良好。
导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,如图所示。
除电阻R外其余电阻不计。
现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放,则( )
A.释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度g
B.金属棒向下运动时,流过电阻R的电流方向为a→b
C.金属棒的速度为v时,所受的安培力大小为
F安=
D.电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少量
答案 AC
解析 在金属棒释放的瞬间,速度为零,不受安培力的作用,只受到重力,A正确。
由右手定则可得,电流的方向从b到a,B错误。
当速度为v时,产生的感应电动势为E=BLv,受到的安培力为F安=BIL,计算可得F安=,C正确。
将金属棒从弹簧原长位置由静止释放,金属棒的重力势能转化为弹簧的弹性势能、金属棒的动能和电能,金属棒的重力势能最终的减少量等于弹性势能最终的增加量和电能,电能等于电阻R上产生的总热量,D错误。
9.
(多选)如图所示,阻值为R的金属棒从图示ab位置分别以v1、v2的速度沿光滑导轨(电阻不计)匀速滑到a′b′位置,若v1∶v2=1∶2,则在这两次过程中( )
A.回路电流I1∶I2=1∶2
B.产生的热量Q1∶Q2=1∶2
C.通过任一截面的电荷量q1∶q2=1∶2
D.外力的功率P1∶P2=1∶2
答案 AB
解析 回路中感应电流为:
I==,I∝v,则得:
I1∶I2=v1∶v2=1∶2,故A正确;产生的热量为:
Q=I2Rt=2R·=,Q∝v,则得:
Q1∶Q2=v1∶v2=1∶2,故B正确;通过任一截面的电荷量为:
q=It=t=,q与v无关,则得:
q1∶q2=1∶1,故C错误;由于棒匀速运动,外力的功率等于回路消耗的电功率,即得:
P=I2R=2R,P∝v2,则得:
P1∶P2=1∶4,故D错误。
10.
(多选)如图所示,两根光滑的金属导轨,平行放置在倾角为θ的斜面上,导轨的下端接有电阻R,导轨自身的电阻可忽略不计。
斜面处在一个匀强磁场中,磁场方向垂直于斜面向上。
质量为m、电阻可以不计的金属棒ab,在沿着斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑,并上升高度h,在这一过程中( )
A.作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于零
B.作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻R上产生的焦耳热之和
C.恒力F与安培力的合力所做的功等于零
D.恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热
答案 AD
解析 金属棒匀速上滑的过程中,对金属棒受力分析可知,有三个力对金属棒做功,恒力F做正功,重力做负功,安培力阻碍相对运动,沿斜面向下,做负功。
匀速运动时,所受合力为零,故合力做功为零,A正确,B错误;恒力F与安培力的合力与重力沿导轨向下的分力大小相等、方向相反,该合力所做的功等于棒的重力势能的增加量mgh,C错误;克服安培力做多少功就有多少其他形式的能转化为电路中的电能,电能又等于R上产生的焦耳热,恒力F与重力的合力可分解为垂直导轨向下和沿导轨向上两个力,沿导轨向上的分力与棒受到的安培力大小相等、方向相反,故恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热,D正确。
二、非选择题
11.
如图所示,用质量为m、电阻为R的均匀导线做成边长为l的单匝正方形线框MNPQ,线框每一边的电阻都相等。
将线框置于光滑绝缘的水平面上。
在线框的右侧存在垂直水平面向里的有界匀强磁场,磁场边界间的距离为2l,磁感应强度为B。
在垂直MN边的水平拉力作用下,线框以垂直磁场边界的速度v匀速穿过磁场。
在运动过程中线框平面水平,且MN边与磁场的边界始终平行。
求:
(1)线框MN边刚进入磁场时,线框中感应电流的大小;
(2)线框MN边刚进入磁场时,M、N两点间的电压UMN;
(3)在线框从MN边刚进入磁场到PQ边刚穿出磁场的过程中,水平拉力对线框所做的功W。
答案
(1)
(2)Blv (3)
解析
(1)线框MN边刚进入磁场时,
感应电动势E=Blv
线框中的感应电流I==。
(2)M、N两点间的电压UMN=E=Blv。
(3)只有MN边在磁场中时,线框运动的时间t=
此过程线框中产生的焦耳热Q=I2Rt=
同理,只有PQ边在磁场中运动时线框中产生的焦耳热Q=
根据能量守恒定律得水平拉力做功为
W=2Q=。
12.
如图所示,一矩形金属框架与水平面成θ=37°角,宽L=0.4m,上、下两端各有一个电阻R0=2Ω,框架的其他部分电阻不计,框架足够长,有一垂直于金属框架平面向上的匀强磁场,磁感应强度B=1.0T。
ab为金属杆,与框架良好接触,其质量m=0.1kg,电阻r=1.0Ω,杆与框架间的动摩擦因数μ=0.5。
杆由静止开始下滑,从开始下滑到速度达到最大的过程中,上端电阻R0产生的热量Q0=0.5J(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)。
求:
(1)流过R0的最大电流;
(2)从开始运动到速度达到最大的过程中ab杆沿框架下滑的距离;
(3)在1s时间内通过ab杆横截面的最大电荷量。
答案
(1)0.25A
(2)11.5625m (3)0.5C
解析
(1)当速度达到最大时,杆受力平衡,有
BImL+μmgcosθ=mgsinθ,
此时ab杆中有最大电流,则
Im=
=A=0.5A
流过R0的最大电流I0==0.25A。
(2)Em=ImR总=Im=0.5×2V=1.0V
此时杆的速度vm==m/s=2.5m/s
因为Q=I2Rt,Q0=0.5J,==,
即Q杆=2Q0,所以Q总=4Q0=2J。
由动能定理得mgssinθ-μmgscosθ-Q总=mv-0
解得杆下滑的距离
s=
=m=11.5625m。
(3)1s内通过ab杆的最大电荷量
q====C=0.5C。
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