2024年新教材高中物理第2章電磁感應(yīng)2法拉第電磁感應(yīng)定律課后提升訓(xùn)練新人教版選擇性必修第二冊(cè)

其次章2A組·基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1．(多選)如圖所示，矩形金屬框架三個(gè)豎直邊ab、cd、ef的長(zhǎng)均為L(zhǎng)，電阻均為R，其余電阻不計(jì)，框架以速度v勻速平動(dòng)地進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，設(shè)ab、cd、ef三條邊先后進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，ab邊兩端電壓分別為U1、U2、U3，則下列推斷結(jié)果正確的是()A．U1＝eq\f(1,3)BLv B．U2＝2U1C．U3＝0 D．U1＝U2＝U3【答案】AB【解析】當(dāng)ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，I＝eq\f(E,R＋\f(R,2))＝eq\f(2BLv,3R)，則U1＝E－IR＝eq\f(1,3)BLv；當(dāng)cd邊也進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，I＝eq\f(2BLv,3R)，U2＝E－I·eq\f(R,2)＝eq\f(2,3)BLv；三邊都進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，U3＝BLv，故A、B正確．2．在水平桌面上，一個(gè)圓形金屬框置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線(xiàn)框平面與磁場(chǎng)垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1隨時(shí)間t的改變關(guān)系如圖甲所示，0～1s內(nèi)磁場(chǎng)方向垂直線(xiàn)框平面對(duì)下，圓形金屬框與兩根水平的平行金屬導(dǎo)軌相連接，導(dǎo)軌上放置一根導(dǎo)體棒，且與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)體棒處于另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2中，如圖乙所示．導(dǎo)體棒始終保持靜止，則其所受的摩擦力Ff隨時(shí)間改變的圖像是下圖中的(設(shè)向右的方向?yàn)槟Σ亮Φ恼较?()ABCD【答案】A【解析】在0～1s內(nèi)磁場(chǎng)方向垂直線(xiàn)框平面對(duì)下，且大小變大，則由楞次定律可得線(xiàn)圈感應(yīng)電流的方向是逆時(shí)針，再由左手定則可得導(dǎo)體棒所受安培力方向水平向左，所以靜摩擦力的方向是水平向右，即為正方向；而在0～1s內(nèi)磁場(chǎng)方向垂直線(xiàn)框平面對(duì)下，且大小變大，則由法拉第電磁感應(yīng)定律可得線(xiàn)圈感應(yīng)電流的大小是恒定的，即導(dǎo)體棒的電流大小是不變的；再由F＝BIL，可得安培力大小隨著磁場(chǎng)改變而改變，因?yàn)榇艌?chǎng)是不變的，則安培力大小不變，所以靜摩擦力的大小也是不變的．故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．3．如圖所示，一導(dǎo)線(xiàn)彎成半徑為a的半圓形閉合回路．虛線(xiàn)MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右勻速進(jìn)入磁場(chǎng)，直徑CD始終與MN垂直．從D點(diǎn)到達(dá)邊界起先到C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)為止，下列結(jié)論錯(cuò)誤的是()A．感應(yīng)電流方向不變B．CD段直線(xiàn)始終不受安培力C．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值E＝BavD．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平均值eq\o(E,\s\up6(－))＝eq\f(1,4)πBav【答案】B【解析】感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式E＝eq\f(ΔΦ,Δt)只能用來(lái)計(jì)算平均值，利用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式E＝Blv計(jì)算時(shí)，l應(yīng)是等效長(zhǎng)度，即垂直切割磁感線(xiàn)的長(zhǎng)度．在閉合電路進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，通過(guò)閉合電路的磁通量漸漸增大，依據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较虿蛔?，A說(shuō)法正確．依據(jù)左手定則可以推斷，CD段受安培力向下，B說(shuō)法錯(cuò)誤．當(dāng)半圓閉合回路進(jìn)入磁場(chǎng)一半時(shí)，等效長(zhǎng)度最大為a，這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大為E＝Bav，C說(shuō)法正確．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平均值eq\o(E,\s\up6(－))＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(B·\f(1,2)πa2,\f(2a,v))＝eq\f(1,4)πBav，D說(shuō)法正確．4．兩根足夠長(zhǎng)的光滑導(dǎo)軌豎直放置，間距為L(zhǎng)，底端接阻值為R的電阻，將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在一個(gè)固定的輕彈簧下端，金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直，如圖所示，除電阻R外其余電阻不計(jì)，現(xiàn)將金屬棒從彈簧原長(zhǎng)位置由靜止釋放，則()A．金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，流過(guò)電阻R的電流方向?yàn)閍→bB．金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí)彈簧彈力和安培力始終在增大C．金屬棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受安培力的方向始終與運(yùn)動(dòng)方向相反D．金屬棒削減的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為回路中增加的內(nèi)能【答案】C【解析】依據(jù)右手定則可知，金屬棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，流過(guò)電阻R的電流方向?yàn)閎→a，A錯(cuò)誤；導(dǎo)體棒向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度先是增大后減小，產(chǎn)生的安培力先增大后減小，B錯(cuò)誤；金屬棒向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，產(chǎn)生的安培力向上，向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，產(chǎn)生的安培力向下，C正確；金屬棒削減的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為回路中增加的內(nèi)能和彈性勢(shì)能，D錯(cuò)誤．5．如圖所示，相距為D的兩水平直線(xiàn)L1和L2分別是水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的上、下邊界，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，正方形線(xiàn)框abcd邊長(zhǎng)為L(zhǎng)(L<D)、質(zhì)量為m.將線(xiàn)框在磁場(chǎng)上方距L1的高度為h處由靜止起先釋放，當(dāng)ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度為v0，cd邊剛穿出磁場(chǎng)時(shí)速度也為v0.則從ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)到cd邊剛穿出磁場(chǎng)的整個(gè)過(guò)程中()A．線(xiàn)框始終都有感應(yīng)電流B．線(xiàn)框肯定有減速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程C．線(xiàn)框不行能有勻速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程D．線(xiàn)框產(chǎn)生的總熱量為mgeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(D＋h＋L))【答案】B【解析】線(xiàn)框完全在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁通量不變，沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，A錯(cuò)誤；線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程，由于無(wú)法推斷安培力與重力的關(guān)系，所以線(xiàn)框可能做勻速運(yùn)動(dòng)、加速運(yùn)動(dòng)和減速運(yùn)動(dòng)，完全在磁場(chǎng)中時(shí)，不受安培力，做勻加速運(yùn)動(dòng)，由于ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度和cd邊剛穿出磁場(chǎng)時(shí)速度都是v0，則線(xiàn)框出磁場(chǎng)過(guò)程肯定有減速運(yùn)動(dòng)，B正確、C錯(cuò)誤；ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)到cd邊剛穿出磁場(chǎng)的過(guò)程，動(dòng)能改變量為零，故依據(jù)能量守恒定律得Q＝mg(D＋L)，D錯(cuò)誤．6．如圖所示，光滑銅環(huán)水平固定，半徑為l，長(zhǎng)為l、電阻為r的銅棒OA的一端在銅環(huán)的圓心O處，另一端與銅環(huán)良好接觸，整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．現(xiàn)使銅棒OA以角速度ω逆時(shí)針(俯視)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，A端始終在銅環(huán)上，定值電阻的阻值為3r，上方導(dǎo)線(xiàn)與O點(diǎn)連接，下方導(dǎo)線(xiàn)與銅環(huán)連接，其他電阻不計(jì)．下列說(shuō)法正確的是()A．O點(diǎn)的電勢(shì)比A點(diǎn)的電勢(shì)高B．回路中通過(guò)的電流為eq\f(ωBl2,4r)C．該定值電阻兩端的電壓為eq\f(3,8)ωBl2D．該定值電阻上的熱功率為eq\f(ω2B2l4,16r)【答案】C【解析】由右手定則可知電流方向從O點(diǎn)指向A點(diǎn)，OA是電源，電流從低電勢(shì)流向高電勢(shì)，故O點(diǎn)的電勢(shì)比A點(diǎn)的電勢(shì)低，故A錯(cuò)誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律可知E＝Bleq\f(0＋lω,2)＝eq\f(1,2)Bl2ω，由閉合電路歐姆定律可知回路中通過(guò)的電流為I＝eq\f(E,r＋3r)＝eq\f(E,4r)，兩式聯(lián)立可得I＝eq\f(Bl2ω,8r)，故B錯(cuò)誤；該定值電阻兩端的電壓為U＝I×3r，將前面求得電流值代入可得U＝eq\f(3,8)ωBl2，故C正確；由焦耳定律可知該定值電阻上的熱功率P＝I2×3r＝eq\f(3ω2B2l4,64r)，故D錯(cuò)誤．B組·實(shí)力提升7．(多選)如圖甲圓環(huán)a和b均由相同的勻稱(chēng)導(dǎo)線(xiàn)制成，a環(huán)半徑是b環(huán)的兩倍，兩環(huán)用不計(jì)電阻且彼此靠得較近的導(dǎo)線(xiàn)連接．若僅將a環(huán)置于圖乙所示改變的磁場(chǎng)中，則導(dǎo)線(xiàn)上M、N兩點(diǎn)的電勢(shì)差UMN＝0.4V．下列說(shuō)法正確的是()A．圖乙中，改變磁場(chǎng)的方向垂直紙面對(duì)里B．圖乙中，改變磁場(chǎng)的方向垂直紙面對(duì)外C．若僅將b環(huán)置于圖乙所示改變的磁場(chǎng)中，則M、N兩端的電勢(shì)差UMN＝－0.4VD．若僅將b環(huán)置于圖乙所示改變的磁場(chǎng)中，則M、N兩端的電勢(shì)差UMN＝－0.2V【答案】AD【解析】a環(huán)置于磁場(chǎng)中，因?qū)Ь€(xiàn)M、N兩點(diǎn)的電勢(shì)差大于零，則M點(diǎn)電勢(shì)高，感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，原磁場(chǎng)的方向垂直紙面對(duì)里，A正確，B錯(cuò)誤．a(chǎn)環(huán)與b環(huán)的半徑之比為2∶1，周長(zhǎng)之比為2∶1，依據(jù)電阻定律R＝ρeq\f(L,S)，電阻之比為eq\f(Ra,Rb)＝2∶1.b放在磁場(chǎng)中時(shí)，M、N兩點(diǎn)間電勢(shì)差大小為路端電壓，U2＝eq\f(Ra,Ra＋Rb)E2；a放在磁場(chǎng)中時(shí)，MN兩點(diǎn)電勢(shì)差U1＝eq\f(Rb,Ra＋Rb)E1.磁感應(yīng)強(qiáng)度改變率恒定的改變磁場(chǎng)，依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律公式E＝eq\f(ΔB,Δt)S，得到兩次電動(dòng)勢(shì)的大小之比為eq\f(E1,E2)＝4∶1，故兩次的路端電壓之比為U1∶U2＝2∶1.依據(jù)楞次定律可知，將b環(huán)置于磁場(chǎng)中，N點(diǎn)的電勢(shì)高，故電勢(shì)差UMN＝－0.2V，C錯(cuò)誤，D正確．8．如圖所示，MN、PQ為兩條平行的水平放置的金屬導(dǎo)軌，左端接有定值電阻R，金屬棒ab斜放在兩導(dǎo)軌之間，與導(dǎo)軌接觸良好，ab＝L.磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面，設(shè)金屬棒與兩導(dǎo)軌間夾角為60°，以速度v水平向右勻速運(yùn)動(dòng)，不計(jì)導(dǎo)軌和棒的電阻，則流過(guò)金屬棒的電流為()A．I＝eq\f(BLv,R) B．I＝eq\f(\r(3)BLv,2R)C．I＝eq\f(BLv,2R) D．I＝eq\f(\r(3)BLv,3R)【答案】B【解析】導(dǎo)體棒切割磁感線(xiàn)的有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)sin60°＝eq\f(\r(3),2)L，故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Bveq\f(\r(3)L,2)，由閉合電路歐姆定律得I＝eq\f(\r(3)BLv,2R)，B正確．9．如圖所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間距l(xiāng)＝0.5m，導(dǎo)軌與水平面成θ＝37°.導(dǎo)軌上端連接有E＝6V、r＝1Ω的電源和滑動(dòng)變阻器．長(zhǎng)度也為l的金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放置且與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒的質(zhì)量m＝0.2kg、電阻R0＝1Ω，整個(gè)裝置處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒始終靜止在導(dǎo)軌上．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值R＝1Ω時(shí)金屬棒剛好與導(dǎo)軌間無(wú)摩擦力．g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：(1)此時(shí)電路中的電流I；(2)當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為4Ω時(shí)金屬棒受到的摩擦力大小．解：(1)依據(jù)閉合電路歐姆定律，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的電阻為R1＝1Ω時(shí)，電流I1＝eq\f(E,R1＋R0＋r)＝eq\f(6,1＋1＋1)A＝2A．(2)金屬棒受重力mg、安培力F和支持力FN如圖．依據(jù)平衡條件可得mgsinθ＝F1cosθ，又F1＝BI1L，解得B＝eq\f(mgtanθ,I1L)＝eq\f(0.2×10×tan37°,2×0.5)＝1.