教科版高中物理選修3-2課時(shí)作業(yè)第1章習(xí)題課2電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用

課時(shí)分層作業(yè)(七)(時(shí)間：40分鐘分值：100分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分)1.如圖所示，閉合螺線管固定在置于光滑水平面上的小車上，現(xiàn)將一條形磁鐵從左向右插入螺線管中的過程中，則()A．小車將向右運(yùn)動(dòng)B．使條形磁鐵向右插入時(shí)外力所做的功全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，最終轉(zhuǎn)化為螺線管的內(nèi)能C．條形磁鐵會(huì)受到向右的力D．小車會(huì)受到向左的力A[磁鐵向右插入螺線管中，根據(jù)楞次定律的擴(kuò)展含義“來拒去留”，磁鐵與小車相互排斥，小車在光滑水平面上受力向右運(yùn)動(dòng)，所以選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤；電磁感應(yīng)現(xiàn)象中滿足能量守恒，由于小車動(dòng)能增加，外力做的功轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能和螺線管中的內(nèi)能，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤．]2.如圖所示，一輕質(zhì)橫桿兩側(cè)各固定一金屬環(huán)，橫桿可繞中心點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，拿一條形磁鐵插向其中一個(gè)小環(huán)后又取出插向另一個(gè)小環(huán)，發(fā)生的現(xiàn)象是()A．磁鐵插向左環(huán)，橫桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)B．磁鐵插向右環(huán)，橫桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)C．無論磁鐵插向左環(huán)還是右環(huán)，橫桿都不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)D．無論磁鐵插向左環(huán)還是右環(huán)，橫桿都發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)B[本題考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象、安培力的簡(jiǎn)單應(yīng)用．磁鐵插向左環(huán)，橫桿不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)樽蟓h(huán)不閉合，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，不受安培力的作用；磁鐵插向右環(huán)，橫桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)橛噎h(huán)閉合，能產(chǎn)生感應(yīng)電流，在磁場(chǎng)中受到安培力的作用，選項(xiàng)B正確．]3.如圖所示，矩形線圈放置在水平薄木板上，有兩塊相同的蹄形磁鐵，四個(gè)磁極之間的距離相等，當(dāng)兩塊磁鐵勻速向右通過線圈時(shí)，線圈始終靜止不動(dòng)，那么線圈受到木板的摩擦力方向是()A．先向左、后向右B．先向左、后向右、再向左C．一直向右D．一直向左D[根據(jù)楞次定律的“阻礙變化”和“來拒去留”，當(dāng)兩磁鐵靠近線圈時(shí)，線圈要阻礙其靠近，線圈有向右移動(dòng)的趨勢(shì)，受木板的摩擦力向左，當(dāng)磁鐵遠(yuǎn)離時(shí)，線圈要阻礙其遠(yuǎn)離，仍有向右移動(dòng)的趨勢(shì)，受木板的摩擦力方向仍是向左的，故選項(xiàng)D正確．]4．如圖所示，條形磁鐵從高h(yuǎn)處自由下落，中途穿過一個(gè)固定的空心線圈，開關(guān)S斷開時(shí)，至落地用時(shí)t1，落地時(shí)速度為v1；開關(guān)S閉合時(shí)，至落地用時(shí)t2，落地時(shí)速度為v2.則它們的大小關(guān)系正確的是()A．t1>t2，v1>v2B．t1＝t2，v1＝v2C．t1<t2，v1<v2D．t1<t2，v1>v2D[開關(guān)S斷開時(shí)，線圈中無感應(yīng)電流，對(duì)磁鐵無阻礙作用，故磁鐵自由下落，a＝g；當(dāng)S閉合時(shí)，線圈中有感應(yīng)電流，對(duì)磁鐵有阻礙作用，故a<g.所以t1<t2，v1>v2.]5．(多選)如圖所示，正方形線框的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，電容器的電容為C.正方形線框的一半放在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度以k為變化率均勻減小時(shí)，下列說法正確的是()A．線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為kL2B．電壓表沒有讀數(shù)C．a(chǎn)點(diǎn)的電勢(shì)高于b點(diǎn)的電勢(shì)D．電容器所帶的電荷量為零BC[由于線框的一半放在磁場(chǎng)中，因此線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為eq\f(kL2,2)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由于線框所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是恒定的，且線框連接了一個(gè)電容器，相當(dāng)于電路斷路，外電壓等于電動(dòng)勢(shì)，內(nèi)電壓為零，而接電壓表的這部分相當(dāng)于回路的內(nèi)部，因此，電壓表兩端無電壓，電壓表沒有讀數(shù)，B項(xiàng)正確；根據(jù)楞次定律可以判斷，a點(diǎn)的電勢(shì)高于b點(diǎn)的電勢(shì)，C項(xiàng)正確；電容器所帶電荷量為Q＝Ceq\f(kL2,2)，D項(xiàng)錯(cuò)誤．]6．(多選)邊長(zhǎng)為a的閉合金屬正三角形框架，完全處于垂直于框架平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，現(xiàn)把框架勻速拉出磁場(chǎng)，如圖所示，則電動(dòng)勢(shì)、外力、外力功率與位移的關(guān)系圖像不相符的是()ABCDACD[框架勻速拉出過程中，有效長(zhǎng)度l均勻增加，由E＝Blv知，電動(dòng)勢(shì)均勻變大，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；因勻速運(yùn)動(dòng)，則F外＝F安＝BIl＝eq\f(B2l2v,R)，故外力F外隨位移x的增大而非線性增大，C項(xiàng)錯(cuò)誤；外力功率P＝F外·v，v恒定不變，故P也隨位移x的增大而非線性增大，D項(xiàng)錯(cuò)誤．]二、非選擇題(14分)7.如圖所示，豎直平面內(nèi)有足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌，軌距為0.2m，金屬導(dǎo)體ab可在導(dǎo)軌上無摩擦地上下滑動(dòng)，ab的電阻為0.4Ω，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)體ab的質(zhì)量為0.2g，垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2T，且磁場(chǎng)區(qū)域足夠大，當(dāng)導(dǎo)體ab自由下落0.4s時(shí)，突然閉合開關(guān)S，則：(1)試說出S接通后，導(dǎo)體ab的運(yùn)動(dòng)情況；(2)導(dǎo)體ab勻速下落的速度是多少？(g取10m/s2)解析：(1)閉合S之前導(dǎo)體ab自由下落的末速度為：v0＝gt＝4m/s.S閉合瞬間，導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，ab立即受到一個(gè)豎直向上的安培力．F安＝BIL＝eq\f(B2L2v0,R)＝0.016N>mg＝0.002N.此時(shí)導(dǎo)體ab受到的合力的方向豎直向上，與初速度方向相反，加速度的表達(dá)式為a＝eq\f(F安－mg,m)＝eq\f(B2L2v,mR)－g，所以ab做豎直向下的加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)．當(dāng)F安＝mg時(shí)，ab做豎直向下的勻速運(yùn)動(dòng)．(2)設(shè)勻速下落的速度為vm，此時(shí)F安＝mg，即eq\f(B2L2vm,R)＝mg，vm＝eq\f(mgR,B2L2)＝0.5m/s.答案：(1)見解析(2)0.5m/s一、選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分)1.如圖所示，質(zhì)量為m的金屬環(huán)用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線懸掛起來，金屬環(huán)有一半處于水平且與環(huán)面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，從某時(shí)刻開始，磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小，則在磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小的過程中，關(guān)于線的拉力大小，下列說法中正確的是()A．大于環(huán)重力mg，并逐漸減小B．始終等于環(huán)重力mgC．小于環(huán)重力mg，并保持恒定D．大于環(huán)重力mg，并保持恒定A[根據(jù)楞次定律知圓環(huán)中感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，再由左手定則判斷可知圓環(huán)所受安培力豎直向下，對(duì)圓環(huán)受力分析，根據(jù)受力平衡有FT＝mg＋F安，得FT>mg，F(xiàn)安＝BIL，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知，I＝eq\f(E,R)＝eq\f(ΔΦ,RΔt)＝eq\f(ΔB,RΔt)S，可知I為恒定電流，聯(lián)立上式可知B減小，F(xiàn)安減小，則由FT＝mg＋F安知FT減小，選項(xiàng)A正確．]2．如圖甲，R0為定值電阻，兩金屬圓環(huán)固定在同一絕緣平面內(nèi)．左端連接在一周期為T0的正弦交流電源上，經(jīng)二極管整流后，通過R0的電流i始終向左，其大小按圖乙所示規(guī)律變化．規(guī)定內(nèi)圓環(huán)a端電勢(shì)高于b端時(shí)，a、b間的電壓uab為正，下列uab-t圖像可能正確的是()甲乙ABCDC[由題圖乙知，0～0.25T0，外圓環(huán)電流逐漸增大且eq\f(Δi,Δt)逐漸減小，根據(jù)安培定則，外圓環(huán)內(nèi)部磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，磁場(chǎng)逐漸增強(qiáng)且eq\f(ΔB,Δt)逐漸減小，根據(jù)楞次定律知內(nèi)圓環(huán)a端電勢(shì)高，所以u(píng)ab>0，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律uab＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔBS,Δt)知，uab逐漸減小；t＝0.25T0時(shí)，eq\f(Δi,Δt)＝0，所以eq\f(ΔB,Δt)＝0，uab＝0；同理可知0.25T0<t<0.5T0時(shí)，uab<0，且|uab|逐漸增大；0.5T0～T0內(nèi)重復(fù)0～0.5T0的變化規(guī)律．故選項(xiàng)C正確．]3．(多選)如圖所示，兩根間距為l的光滑平行金屬導(dǎo)軌與水平面夾角為α，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，圖中虛線下方區(qū)域內(nèi)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌面向上．兩質(zhì)量均為m、長(zhǎng)均為l、電阻均為R的金屬桿垂直于導(dǎo)軌放置，且與導(dǎo)軌接觸良好．開始時(shí)金屬桿ab處在與磁場(chǎng)上邊界相距l(xiāng)的位置，金屬桿cd處在導(dǎo)軌的最下端，被與導(dǎo)軌垂直的兩根小柱擋?。F(xiàn)將金屬桿ab由靜止釋放，金屬桿ab剛進(jìn)入磁場(chǎng)便開始做勻速直線運(yùn)動(dòng)，已知重力加速度為g，則()A．金屬桿ab進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的感應(yīng)電流方向?yàn)橛蒪到aB．金屬桿ab進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為eq\r(2glsinα)C．金屬桿ab進(jìn)入磁場(chǎng)后產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為eq\f(mgRsinα,Bl)D．金屬桿ab進(jìn)入磁場(chǎng)后金屬桿cd對(duì)兩根小柱的壓力大小為零AB[由右手定則可知，金屬桿ab進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的感應(yīng)電流方向?yàn)橛蒪到a，A項(xiàng)正確；金屬桿下滑進(jìn)入磁場(chǎng)過程，由動(dòng)能定理得mglsinα＝eq\f(1,2)mv2，解得v＝eq\r(2glsinα)，B項(xiàng)正確；金屬桿ab在磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，有mgsinα＝BIl，其中I＝eq\f(E,2R)，得E＝eq\f(2mgRsinα,Bl)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；金屬桿ab進(jìn)入磁場(chǎng)后在金屬桿cd中產(chǎn)生由c到d的電流，由左手定則可知，cd受到沿導(dǎo)軌平面向下的安培力，故cd對(duì)兩根小柱的壓力大小不為零，D項(xiàng)錯(cuò)誤．]4．(多選)如圖甲所示，abcd是位于豎直平面內(nèi)的正方形閉合金屬線框，金屬線框的質(zhì)量為m，電阻為R，在金屬線框的下方有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，MN和PQ是勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的水平邊界，并與線框的bc邊平行，磁場(chǎng)方向垂直于線框平面向里．現(xiàn)使金屬線框從MN上方某一高度處由靜止開始下落，圖乙是金屬線框由開始下落到bc剛好運(yùn)動(dòng)到勻強(qiáng)磁場(chǎng)PQ邊界的v-t圖像，圖中數(shù)據(jù)均為已知量．重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力．下列說法正確的是()甲乙A．金屬線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流方向沿adcba方向B．磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為eq\f(1,v1t2－t1)eq\r(\f(mgR,v1))C．金屬線框在0～t3時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量為mgv1(t2－t1)D．MN和PQ之間的距離為v1(t2－t1)BC[根據(jù)楞次定律可知，線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，感應(yīng)電流的方向?yàn)閍bcda方向，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由于bc邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)線框勻速運(yùn)動(dòng)，mg＝eq\f(B2l2v1,R)，而線框邊長(zhǎng)l＝v1(t2－t1)，聯(lián)立可得B＝eq\f(1,v1t2－t1)·eq\r(\f(mgR,v1))，B項(xiàng)正確；金屬線框在0～t3時(shí)間內(nèi)，只有在t1～t2時(shí)間內(nèi)才產(chǎn)生熱量，此過程中安培力與重力大小相等，因此所產(chǎn)生的熱量為mgv1(t2－t1)，C項(xiàng)正確；MN和PQ之間的距離為v1(t2－t1)＋eq\f(v1＋v2,2)(t3－t2)，D項(xiàng)錯(cuò)誤．]二、非選擇題(本題共2小題，共26分)5．(10分)如圖甲所示，不計(jì)電阻的平行金屬導(dǎo)軌與水平面成37°角放置，導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)＝1m，上端接有電阻R＝3Ω，虛線OO′下方是垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．現(xiàn)將質(zhì)量m＝0.1kg、接入電路的電阻r＝1Ω的金屬桿ab從OO′上方某處垂直導(dǎo)軌由靜止釋放，桿下滑過程中始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，桿下滑過程中的v-t圖像如圖乙所示．(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2)求：(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大??；(2)金屬桿勻速運(yùn)動(dòng)過程中R上產(chǎn)生的焦耳熱．解析：(1)由題圖乙得0～0.1s內(nèi)，桿的加速度a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(0.5,0.1)m/s2＝5m/s20～0.1s內(nèi)，由牛頓第二定律有mgsin37°－Ff＝ma代入數(shù)據(jù)得Ff＝0.1N0．1s后桿勻速運(yùn)動(dòng)，有mgsin37°－Ff－F安＝0而F安＝BIL＝Beq\f(BLv,R＋r)L＝eq\f(B2L2v,R＋r)解得B＝2T.(2)方法一：桿在磁場(chǎng)中下滑0.1s的過程中，回路中的電流恒定，有I＝eq\f(BLv,R＋r)＝0.25A，電阻R上產(chǎn)生的熱量QR＝I2Rt＝eq\f(3,160)J.方法二：金屬桿ab在磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)的位移x＝vt＝0.05m金屬桿ab下落的高度h＝xsinθ＝0.03m由能量守恒有mgh＝Q＋Ffx電阻R產(chǎn)生的熱量QR＝eq\f(3,4)Q＝eq\f(3,4)(mgh－Ffx)＝eq\f(3,160)J.答案：(1)2T(2)eq\f(3,160)J6．(16分)如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角θ＝30°的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，間距L＝0.4m．導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN，Ⅰ中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向下，Ⅱ中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向上，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B＝0.5T．在區(qū)域Ⅰ中，將質(zhì)量m1＝0.1kg，電阻R1＝0.1Ω的金屬條ab放在導(dǎo)軌上，ab剛好不下滑．然后，在區(qū)域Ⅱ中將質(zhì)量m2＝0.4kg，電阻R2＝0.1Ω的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上，由靜止開始下滑．cd在滑動(dòng)過程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場(chǎng)中，ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，取g＝10m/s2.問：(1)cd下滑的過程中，ab中的電流方向；(2)ab剛要向上滑動(dòng)時(shí)，cd的速度v多大；(3)從cd開始下滑到ab剛要向上滑動(dòng)的過程中，cd滑動(dòng)的距離x＝3.8m，此過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少．解析：(1)由a流向b.(2)開始放置ab剛好不下滑時(shí)，ab所受摩擦力為最大靜摩擦力，設(shè)其為Fmax，有Fmax＝m1gsinθ ①設(shè)ab剛好要上滑時(shí)，cd棒