2024高二物理寒假作業(yè)同步練習(xí)題電磁感應(yīng)定律及應(yīng)用含解析

電磁感應(yīng)定律及應(yīng)用1、將閉合多匝線(xiàn)圈置于僅隨時(shí)間改變的磁場(chǎng)中，線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向垂直．關(guān)于線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，下列表述正確的是()A．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線(xiàn)圈的匝數(shù)無(wú)關(guān)B．穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大C．穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量改變?cè)娇?，感?yīng)電動(dòng)勢(shì)越大D．感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向始終相同【答案】：C【解析】：由法拉第電磁感應(yīng)定律E＝neq\f(ΔΦ,Δt)可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E與n有關(guān)，與eq\f(ΔΦ,Δt)即磁通量改變的快慢成正比，所以A、B錯(cuò)誤，C正確．由楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的原磁通量的改變，即原磁通量增加，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反，原磁通量減小，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)相同，故D錯(cuò)誤．2、如圖所示，A、B兩閉合圓形導(dǎo)線(xiàn)環(huán)用相同規(guī)格的導(dǎo)線(xiàn)制成，它們的半徑之比rA∶rB＝2∶1，在兩導(dǎo)線(xiàn)環(huán)包圍的空間內(nèi)存在一正方形邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直于兩導(dǎo)線(xiàn)環(huán)的平面對(duì)里．當(dāng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間勻稱(chēng)增大的過(guò)程中，流過(guò)兩導(dǎo)線(xiàn)環(huán)的感應(yīng)電流大小之比為()A.eq\f(IA,IB)＝1 B.eq\f(IA,IB)＝2C.eq\f(IA,IB)＝eq\f(1,4) D.eq\f(IA,IB)＝eq\f(1,2)【答案】：D【解析】：A、B兩導(dǎo)線(xiàn)環(huán)的半徑不同，它們所包圍的面積不同，但穿過(guò)它們的磁場(chǎng)所在的區(qū)域面積是相等的，所以?xún)蓪?dǎo)線(xiàn)環(huán)上的磁通量改變率是相等的，E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB,Δt)S相同，得eq\f(EA,EB)＝1，I＝eq\f(E,R)，R＝ρeq\f(l,S)(S為導(dǎo)線(xiàn)的橫截面積)，l＝2πr，所以eq\f(IA,IB)＝eq\f(rB,rA)，代入數(shù)值得eq\f(IA,IB)＝eq\f(rB,rA)＝eq\f(1,2).3、如圖所示，abcd為水平放置的平行“”形光滑金屬導(dǎo)軌，間距為l，導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．已知金屬桿MN傾斜放置，與導(dǎo)軌成θ角，單位長(zhǎng)度的電阻為r，保持金屬桿以速度v沿平行于cd的方向滑動(dòng)(金屬桿滑動(dòng)過(guò)程中與導(dǎo)軌接觸良好)．則()A．電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為eq\f(Blv,sinθ)B．電路中感應(yīng)電流的大小為eq\f(Bvsinθ,r)C．金屬桿所受安培力的大小為eq\f(B2lvsinθ,r)D．金屬桿的熱功率為eq\f(B2lv2,rsinθ)【答案】：B【解析】：由電磁感應(yīng)定律可知電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝Blv，A錯(cuò)誤；感應(yīng)電流的大小I＝eq\f(Blv,r\f(l,sinθ))＝eq\f(Bvsinθ,r)，B正確；金屬桿所受安培力的大小F＝Beq\f(Bvsinθ,r)·eq\f(l,sinθ)＝eq\f(B2lv,r)，C錯(cuò)誤；熱功率P＝(eq\f(Bvsinθ,r))2req\f(l,sinθ)＝eq\f(B2lv2sinθ,r)，D錯(cuò)誤．4、如圖所示，豎直放置的螺線(xiàn)管與導(dǎo)線(xiàn)abcd構(gòu)成回路，導(dǎo)線(xiàn)所圍區(qū)域內(nèi)有一垂直紙面對(duì)里的改變的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，螺線(xiàn)管下方水平桌面上有一導(dǎo)體圓環(huán)，導(dǎo)線(xiàn)abcd所圍區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按下列哪一圖線(xiàn)所表示的方式隨時(shí)間改變時(shí)，導(dǎo)體圓環(huán)會(huì)受到向上的磁場(chǎng)作用力()【答案】：A【解析】：選項(xiàng)C、D中磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間是勻稱(chēng)改變的，在螺線(xiàn)管中產(chǎn)生的是穩(wěn)定電流，這樣在圓環(huán)中不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，圓環(huán)也就不能受到作用力．選項(xiàng)A中磁場(chǎng)增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度B變大，但改變率卻越來(lái)越小，由E＝eq\f(ΔB,Δt)·S可知螺線(xiàn)管中電流越來(lái)越小，由楞次定律推斷可知電流方向?yàn)閐cbad，由此可知螺線(xiàn)管在圓環(huán)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向上，且磁感應(yīng)強(qiáng)度漸漸減小，再由楞次定律可判定圓環(huán)為了阻礙磁通量減小，受到向上的作用力．選項(xiàng)B中磁場(chǎng)增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度B變大，但改變率卻越來(lái)越大，由E＝eq\f(ΔB,Δt)·S可知螺線(xiàn)管中電流越來(lái)越大，由楞次定律推斷可知電流方向?yàn)閐cbad，由此可知螺線(xiàn)管在圓環(huán)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向上，且磁感應(yīng)強(qiáng)度漸漸增大，再由楞次定律可判定圓環(huán)為了阻礙磁通量增加，受到向下的作用力．故答案為A.5、如圖所示，圓環(huán)a和b的半徑之比ra∶rb＝2∶1，且粗細(xì)相同，由同樣材料的導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成，連接兩環(huán)的導(dǎo)線(xiàn)電阻不計(jì)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度始終以恒定的改變率改變，那么，當(dāng)只有a環(huán)置于磁場(chǎng)中與只有b環(huán)置于磁場(chǎng)中兩種狀況下，A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差之比為()A．1∶1 B．2∶1C．3∶1 D．4∶1【答案】：B【解析】：設(shè)b環(huán)的面積為S，由題可知a環(huán)的面積為4S，若b環(huán)的電阻為R，則a環(huán)的電阻為2R.當(dāng)a環(huán)置于磁場(chǎng)中時(shí)，a環(huán)等效為內(nèi)電路，b環(huán)等效為外電路，A、B兩端的電壓為路端電壓，依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(4SΔB,Δt)，UAB＝eq\f(ER,R＋2R)＝eq\f(4SΔB,3Δt).當(dāng)b環(huán)置于磁場(chǎng)中時(shí)E′＝eq\f(ΔΦ′,Δt)＝eq\f(SΔB,Δt)，UAB′＝eq\f(E′2R,R＋2R)＝eq\f(2SΔB,3Δt)，所以UAB∶UAB′＝2∶1.6、（多選）一個(gè)面積S＝4×10－2m2、匝數(shù)n＝100匝的線(xiàn)圈，放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線(xiàn)圈平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t改變的規(guī)律如圖所示，則下列推斷正確的是()A．在起先的2s內(nèi)穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量改變率等于0.08Wb/sB．在起先的2s內(nèi)穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量的改變量等于零C．在起先的2s內(nèi)線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于8VD．在第3s末線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零【答案】：AC【解析】：起先2s內(nèi)，ΔΦ＝S·ΔB＝0.16Wb，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(0.16,2)Wb/s＝0.08Wb/s，故選項(xiàng)A正確；E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝100×0.08V＝8V，故選項(xiàng)C正確；第3s末產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于2～4s內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤．7、（多選）如圖所示，單匝線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量Φ隨時(shí)間t的關(guān)系可用圖像表示，則()A．在t＝0時(shí)刻，線(xiàn)圈中的磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也最大B．在t＝1×10－2s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大C．在t＝2×10－2s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零D．在0～2×10－2s時(shí)間內(nèi)，線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為零【答案】：BC【解析】：由法拉第電磁感應(yīng)定律知E∝eq\f(ΔΦ,Δt)，故t＝0及t＝2×10－2s時(shí)刻，E＝0，A錯(cuò)，C對(duì)．t＝1×10－2s，E最大，B對(duì).0～2×10－2s，ΔΦ≠0，E≠0，D錯(cuò)．8、如圖所示，將邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形閉合線(xiàn)圈以不同速度v1、v2向右勻速拉出磁場(chǎng)時(shí)(v1<v2)，下列結(jié)論不正確的是()A．拉力所做的功W2>W1B．拉力的功率P2>P1C．流過(guò)線(xiàn)框的電荷量Q2>Q1D．線(xiàn)框中的感應(yīng)電流I2>I1【答案】：C【解析】：F拉＝F安＝BIL＝BLeq\f(BLv,R)＝eq\f(B2L2v,R)，W拉＝F拉L＝eq\f(B2L3v,R)，因?yàn)関1<v2，所以W2>W1，選項(xiàng)A正確．P拉＝F拉v＝eq\f(B2L2v2,R)，P2>P1，選項(xiàng)B正確．流過(guò)線(xiàn)框的電荷量Q＝eq\f(ΔΦ,R)，Q1＝Q2，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．電流I＝eq\f(BLv,R)，I2>I1，選項(xiàng)D正確．9、（多選）如圖所示，三角形金屬導(dǎo)軌EOF上放有一根金屬桿AB，在外力作用下，保持金屬桿AB和OF垂直，以速度v勻速向右移動(dòng)．設(shè)導(dǎo)軌和金屬桿AB都是用粗細(xì)相同的同種材料制成的，金屬桿AB與導(dǎo)軌接觸良好，則下列推斷正確的是()A．電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變B．電路中的感應(yīng)電流大小不變C．電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小漸漸增大D．電路中的感應(yīng)電流大小漸漸增大【答案】：BC【解析】：設(shè)三角形金屬導(dǎo)軌的夾角為θ，金屬桿AB由O點(diǎn)經(jīng)時(shí)間t運(yùn)動(dòng)了vt的距離，則E＝Bvt·tanθ·v，電路總長(zhǎng)為l＝vt＋vttanθ＋eq\f(vt,cosθ)＝vt(1＋tanθ＋eq\f(1,cosθ))，又因?yàn)镽＝ρeq\f(l,S)，所以I＝eq\f(E,R)＝eq\f(BvSsinθ,ρ1＋sinθ＋cosθ)，I與t無(wú)關(guān)，是恒量，故選項(xiàng)B正確．E漸漸增大，故選項(xiàng)C正確．10、如圖甲所示，回路中有一個(gè)C＝60μF的電容器，已知回路的面積為1.0×10－2m2，垂直穿過(guò)回路的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的改變圖象如圖乙所示，求：(1)t＝5s時(shí)，回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；(2)電容器上的電荷量．【答案】：(1)6.7×10－3V(2)4×10－7C【解析】：(1)由題圖可知，在前6s內(nèi)eq\f(ΔB,Δt)＝eq\f(2,3)T/s，E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝Seq\f(ΔB,Δt)≈6.7×10－3V.(2)電容器的電荷量Q＝CE＝4×10－7C.11、如圖所示，光滑斜面的傾角α＝37°，在斜面上放置一單匝矩形線(xiàn)框abcd，bc邊的邊長(zhǎng)l1＝0.6m，ab邊的邊長(zhǎng)l2＝1m，線(xiàn)框的質(zhì)量m＝1kg，電阻R＝0.1Ω，線(xiàn)框通過(guò)細(xì)線(xiàn)與重物相連，重物質(zhì)量M＝3kg，斜面上ef(ef∥gh∥ab)的右方有垂直斜面對(duì)上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T，假如線(xiàn)框從靜止起先運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入磁場(chǎng)的最初一段時(shí)間做勻速運(yùn)動(dòng)，sin37°＝0.6，ef和gh的距離s＝11.4m，取g＝10m/s2，求：(1)線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)前重物的加速度大??；(2)線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程通過(guò)線(xiàn)框橫截面的電荷量；(3)線(xiàn)框由靜止起先運(yùn)動(dòng)到gh處的整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱．【答案】：(1)6m/s2(2)3C(3)14.4J6【解析】：(1)依據(jù)牛頓其次定律可得Mg－mgsin37°＝(M＋m)a，解得a＝6m/s2.(2)由E＝eq\f(ΔΦ,Δt)、I＝eq\f(E,R)和q＝IΔt可得q＝eq\f(ΔΦ,R)＝eq\f(Bl1l2,R)＝eq\f(0.5×0.6×1,0.1)C＝3C．(3)線(xiàn)框勻速進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，依據(jù)平衡條件可得安培力為F＝Mg－mgsin37°＝30N－10×0.6N＝24N，依據(jù)功能關(guān)系可得Q＝Fl1＝24×0.6J＝14.4J.12、如圖甲所示，兩根足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌平面與水平面夾角為α，金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上，且始終與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒的質(zhì)量為m.導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的方向垂直于導(dǎo)軌平面斜向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，金屬導(dǎo)軌的上端與開(kāi)關(guān)S、定值電阻R1和電阻箱R2相連．不計(jì)一切摩擦，不計(jì)導(dǎo)軌、金屬棒的電阻，重力加速度為g，現(xiàn)在閉合開(kāi)關(guān)S，將金屬棒由靜止釋放．甲乙(1)若電阻箱R2接入電路的阻值為R2＝2R1，當(dāng)金屬棒下降高度為h時(shí)，速度為v，求此過(guò)程中定值電阻R1上產(chǎn)生的焦耳熱Q1.(2)當(dāng)B＝0.40T，L＝0.50m，α＝37°時(shí)，金屬棒能達(dá)到的最大速度vm隨電阻箱R2阻值的改變關(guān)系如圖乙所示．g取10m/s2，sin37°＝0.60，cos37°＝0.80.求定值電阻的阻值R1和金屬棒的質(zhì)量m.【答案】：(1)eq\f(1,3)mgh－eq\f(1,6)mv2(2)2.0Ω0.001kg【解析】：(1)由能量守恒知，金屬棒減小的重力勢(shì)能等于增加的動(dòng)能和電路中產(chǎn)生的焦耳熱，mgh＝eq\f(1,2)mv2＋Q，解得：Q＝mgh－eq\f(1,2)mv2，Q1＝eq\f(Q,3)＝eq\f(1,3)mgh－eq\f(1,6)mv2.(2)最大速度為vm，切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLvm由閉合電路