2021-2022学年高中物理 第1章 电磁感应与现代生活 4 电磁感应的案例分析作业（含解析）沪科版选修3-2.docx

1、电磁感应的案例分析课后篇巩固提升A组1.如右图所示,一水平放置的圆形通电线圈a固定,另一较小的圆形线圈b从a的正上方下落,在下落过程中两线圈始终保持平行且共轴,则线圈b从线圈a的正上方下落过程中,从上往下看线圈b应是()A.无感应电流,有动生电动势B.有顺时针方向的感应电流C.先有顺时针方向的感应电流,后有逆时针方向的感应电流D.先有逆时针方向的感应电流,后有顺时针方向的感应电流答案:C2.如右图所示,相距为d的两水平直线L1和L2是水平向里的匀强磁场的边界,磁场的磁感应强度为B,正方形线框abcd边长为L(LL)的匀强磁场区。设导线框在穿过磁场区的过程中,不计空气阻力,它的上下两边保持水平,

2、线框平面始终与磁场方向垂直。若线框在位置、时,其加速度a1、a2、a3的方向均竖直向下,则()A.a1=a3g,a2=gB.a1=a3g,a2=0C.a1a3g,a2=gD.a3a1g,a2=g解析:当线框在位置时,根据楞次定律,磁场力方向向上,故a1g;当线框在位置时,磁通量没有变化,不产生感应电流,故a2=g;当线框在位置时,由于此时的切割速度大于位置的切割速度,此时的磁场力大于位置的磁场力,故a3a1,综上知D正确。答案:D6.一个环形线圈放在变化磁场中,第1 s内磁感应强度方向垂直纸面向里,如下图甲所示。若磁感应强度B随时间变化的关系如下图乙所示,那么在第2 s内线圈中所产生的感应电流

3、的大小和方向是()A.逐渐增大,逆时针方向B.逐渐减小,逆时针方向C.大小恒定,逆时针方向D.大小恒定,顺时针方向解析:本题考查电磁感应的知识和识图能力。由题知,第1s内磁场方向是垂直纸面向里的,而在图乙所示B-t图中,第1s内的磁感应强度为正值,这说明,本题选垂直纸面向里的磁场方向为正方向,而在B-t图上知第2s内磁感应强度为负值,说明第2s内穿过线圈平面的磁场方向为垂直纸面向外,又第2s内,磁感应强度的大小(绝对值)在不断地均匀减小,且Bt为定值,所以第2s内穿过线圈平面的向外的磁通量在减少,由楞次定律知,感应电流的磁场应垂直纸面向外,再由右手螺旋定则知,感应电流应为逆时针方向,所以D错,

4、而感应电流大小为:I感=E感R=t1R=SRBt(线圈面积S与总电阻R都不变),所以感应电流大小不变,C正确。答案:C7.(多选)如图所示,平行金属导轨与水平面成角,导轨与固定电阻R1和R2相连,匀强磁场垂直穿过导轨平面。有一导体棒ab,质量为m,导体棒的电阻和固定电阻R1和R2的阻值均相等,与导轨之间的动摩擦因数为,导体棒ab沿导轨向上滑动,当上滑的速度为v时,受到安培力的大小为F。此时()A.电阻R1消耗的热功率为Fv3B.电阻R2消耗的热功率为Fv6C.整个装置因摩擦而消耗的热功率为mgvcos D.整个装置消耗的机械功率为(F+mgcos )v解析:棒ab上滑速度为v时,切割磁感线产生

5、感应电动势E=BLv,设棒电阻为R,则R1=R2=R,回路的总电阻R总=32R,通过棒的电流I=ER总=2BLv3R,棒所受安培力F=BIl=2B2l2v3R,通过电阻R1的电流与通过电阻R2的电流相等,即I1=I2=I2=BLv3R,则电阻R1消耗的热功率P1=I12R=B2l2v29R=Fv6,电阻R2消耗的热功率P2=I22R=Fv6。杆与导轨的摩擦力f=mgcos,故摩擦消耗的热功率为P=fv=mgvcos;整个装置消耗的机械功率为Fv+mgvcos=(F+mgcos)v。故B、C、D正确。答案:BCD8.(多选)如图所示,两根竖直放置的光滑平行导轨,一部分处于方向垂直导轨所在平面且有

6、上下水平边界的匀强磁场中,一根金属杆MN水平沿导轨滑下,在由导轨和电阻R组成的闭合电路中,其他电阻不计,当金属杆MN进入磁场区后,其运动速度图像可能是下图中的()解析:因MN下落高度未知,故进入磁场时所受安培力F安与G的关系可能有三种,容易分析得出答案为A、C、D。答案:ACD9.如图所示,半径为R的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向内。一根长度略大于导轨直径的导体棒MN以恒定速率v在圆导轨上从左端滑到右端,电路中的定值电阻为r,其余电阻不计。导体棒与圆形导轨接触良好。求:(1)在滑动过程中通过电阻r的电流的平均值;(2)MN从左端到右端的整个过程中,通过r

7、的电荷量;(3)当MN通过圆导轨中心时,通过r的电流是多少?解析:(1)计算平均电流,应该用法拉第电磁感应定律先求出平均感应电动势。整个过程磁通量的变化为=BS=BR2,所用的时间t=2Rv,代入公式E=t=BRv2,平均电流为I=Er=BRv2r。(2)电荷量的运算应该用平均电流,Q=It=BR2r。(3)当MN通过圆形导轨中心时,切割磁感线的有效长度最大,l=2R,根据导体切割磁感线产生的电动势公式E=BLv,得E=B2Rv,此时通过r的电流为I=Er=2BRvr。答案:(1)BRv2r(2)BR2r(3)2BRvrB组1.(多选)如图所示,质量为m、高为h的矩形导线框自某一高度自由落下后

8、,通过一宽度也为h的匀强磁场,线框通过磁场过程中产生的焦耳热()A.可能等于2mghB.可能大于2mghC.可能小于2mghD.可能为零解析:根据能量守恒定律分析:线框进入磁场时,速度大小不同,产生的感应电动势、电流不同,因而受到的安培力大小也不同;由左手定则和右手定则知,感应电流方向先逆时针后顺时针,但不论下边还是上边受安培力,方向总是竖直向上,阻碍线框的运动(因为线框高度与磁场高度相同,上、下边只有一边处于磁场中)。若安培力等于重力大小,线框匀速通过磁场,下落2h高度,重力势能减少2mgh,产生的焦耳热为2mgh,选项A正确;若安培力小于重力大小,线框则加速通过磁场,动能增加,因而产生的焦

9、耳热小于2mgh,选项C正确;若安培力大于重力大小,线框则减速通过磁场,动能减小,减少的重力势能和动能都转化为焦耳热,故产生的焦耳热大于2mgh,选项B正确、选项D错误。答案:ABC2.(多选)如图所示,金属杆ab以恒定的速率v在光滑平行导轨上向右滑行,设整个电路中总电阻为R(恒定不变),整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中,下列叙述正确的是()A.ab杆中的电流与速率v成正比B.磁场作用于ab杆的安培力与速率v成正比C.电阻R上产生的热功率与速率v成正比D.外力对ab杆做功的功率与速率v成正比解析:由E=Blv和I=ER得,I=BlvR,所以安培力F=BIl=B2l2vR,电阻上产生的热功率

10、P=I2R=B2l2v2R,外力对ab做功的功率就等于回路产生的热功率。答案:AB3.如图所示,在磁感应强度为B的水平匀强磁场中,有两根竖直放置的平行金属导轨,顶端用一电阻R相连,两根导轨所在的竖直平面与磁场方向垂直。一根金属棒ab以初速度v0沿导轨竖直向上运动,到某一高度后又向下运动返回到原出发点。整个过程中金属棒与导轨保持垂直且接触良好,导轨与棒间的摩擦及它们的电阻均可忽略不计。则在金属棒整个上行与整个下行的两个过程中,下列说法不正确的是()A.回到出发点的速度v等于初速度v0B.上行过程中通过R的电荷量等于下行过程中通过R的电荷量C.上行过程中R上产生的热量大于下行过程中R上产生的热量D.上行的运动时间小于下行的运动时间解析:在金属棒上行与下行的过程中,金属棒将一部分动能转化为电能,所以回到出发点的速度v小于初速度v0,选项A错误;根据关系式q=