2024高中物理第四章電磁感應(yīng)5電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況達(dá)標(biāo)作業(yè)含解析新人教版選修3-2

PAGE6-電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類狀況A級抓基礎(chǔ)1.（多選）下列說法中正確的是（）A.動生電動勢的產(chǎn)生與洛倫茲力有關(guān)B.因?yàn)槁鍌惼澚\(yùn)動電荷始終不做功，所以動生電動勢的產(chǎn)生與洛倫茲力無關(guān)C.動生電動勢的方向可以由右手定則來判定D.導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，受到的安培力肯定與受到的外力大小相等、方向相反解析：由動生電動勢產(chǎn)生緣由知A、C正確，B錯誤；只有在導(dǎo)體棒做勻速切割時，除安培力以外的力的合力才與安培力大小相等、方向相反，做變速運(yùn)動時不成立，故D錯誤.答案：AC2.如圖所示，內(nèi)壁光滑的塑料管彎成的圓環(huán)平放在水平桌面上，環(huán)內(nèi)有一帶負(fù)電的小球，整個裝置處于豎直向下的磁場中，當(dāng)磁場突然增加時，小球?qū)ⅲǎ〢.沿順時針方向運(yùn)動B.沿逆時針方向運(yùn)動C.在原位置旁邊往復(fù)運(yùn)動D.仍舊保持靜止?fàn)顟B(tài)解析：當(dāng)磁場增加時，由楞次定律知感應(yīng)電流沿逆時針方向，即感生電場沿逆時針方向，帶負(fù)電的小球在電場力作用下沿順時針方向運(yùn)動.答案：A3.如圖所示，有一匝接在電容器C兩端的圓形導(dǎo)線回路，垂直于回路平面以內(nèi)存在著向里的勻強(qiáng)磁場B，已知圓的半徑r＝5cm，電容C＝20μF，當(dāng)磁場B以4×10－2T/s的改變率勻稱增加時，則（）A.電容器a板帶正電，電荷量為2π×10－9CB.電容器a板帶負(fù)電，電荷量為2π×10－9CC.電容器b板帶正電，電荷量為4π×10－9CD.電容器b板帶負(fù)電，電荷量為4π×10－9C解析：圓環(huán)為電源，所以a是正極帶正電.E＝eq\f(ΔB,Δt)·S＝π×10－4V，所以Q＝UC＝2π×10－9C.答案：A4.如圖所示，矩形線框abcd的ad和bc的中點(diǎn)M、N之間連接一電壓表，整個裝置處于勻強(qiáng)磁場中，磁場的方向與線框平面垂直，當(dāng)線框向右勻速平動時，下列說法中正確的是（）A.穿過線框的磁通量不改變，MN間無感應(yīng)電動勢B.MN這段導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動，MN間有電勢差C.MN間有電勢差，所以電壓表有示數(shù)D.因?yàn)橛须娏魍ㄟ^電壓表，所以電壓表有示數(shù)解析：穿過線框的磁通量不改變，線框中無感應(yīng)電流，但ab、MN、dc都切割磁感線，它們都有感應(yīng)電動勢，故A錯，B對；無電流通過電壓表，電壓表無示數(shù)，C、D錯.答案：B5.如圖所示，勻強(qiáng)磁場方向豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.正方形金屬框abcd可繞光滑軸OO′轉(zhuǎn)動，邊長為L，總電阻為R，ab邊質(zhì)量為m，其他三邊質(zhì)量不計，現(xiàn)將abcd拉至水平位置，并由靜止釋放，經(jīng)時間t到達(dá)豎直位置，ab邊的速度大小為v，則在金屬框內(nèi)產(chǎn)生的熱量大小等于（）A.eq\f(mgL－mv2,2) B.eq\f(mgL＋mv2,2)C.mgL－eq\f(mv2,2) D.mgL＋eq\f(mv2,2)解析：金屬框繞光滑軸轉(zhuǎn)下的過程中機(jī)械能有損失但能量守恒，損失的機(jī)能能為mgL－eq\f(mv2,2)，故產(chǎn)生的熱量為mgL－eq\f(mv2,2)，選項(xiàng)C正確.答案：C6.如圖所示，在豎直平面內(nèi)有兩根平行金屬導(dǎo)軌，上端與電阻R相連，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直導(dǎo)軌平面.一質(zhì)量為m的金屬棒以初速度v0沿導(dǎo)軌豎直向上運(yùn)動，上升到某一高度后又返回到原處，整個過程金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌與棒的電阻不計.下列說法正確的是（）A.回到動身點(diǎn)的速度v大于初速度v0B.通過R的最大電流，上升過程小于下落過程C.電阻R上產(chǎn)生的熱量，上升過程大于下落過程D.所用時間上升過程大于下落過程解析：金屬棒切割磁感線運(yùn)動，由右手定則和法拉第電磁感應(yīng)定律、安培力公式可知金屬棒下行和上行時的受力狀況，由能量守恒定律可知，金屬棒在運(yùn)動過程中，機(jī)械能不斷轉(zhuǎn)化為熱能，所以回到動身點(diǎn)的速度v小于初速度v0，選項(xiàng)A錯誤；設(shè)金屬棒運(yùn)動的速度為v，長度為l，那么感應(yīng)電動勢E＝Blv，通過R的電流I＝eq\f(E,R)＝eq\f(Blv,R)，可見，當(dāng)金屬棒運(yùn)動速度v大時，通過R的電流大，因?yàn)榻饘侔粼谶\(yùn)動過程中，機(jī)械能不斷轉(zhuǎn)化為熱能，所以運(yùn)動到同一高度處，上升時的速度大于下降時的速度，所以通過R的最大電流上升過程大于下落過程，選項(xiàng)B錯誤；同一高度處金屬棒上升時受到的安培力大于下降時受到的安培力，由于上升和下降的高度相同，所以上升過程克服安培力所做的功大于下降時克服安培力做的功，故電阻R上產(chǎn)生的熱量上升過程大于下落過程，選項(xiàng)C正確；探討金屬棒的上升過程時，可以實(shí)行逆向思維法，把上升過程看作金屬棒從最高點(diǎn)自由下落，明顯，下落的加速度a1＞g＞a2，其中a2為金屬棒返回下落時的加速度，明顯，下落相同高度，t1＜t2，選項(xiàng)D錯誤.答案：CB級提實(shí)力7.如圖，MN和PQ是電阻不計的平行金屬導(dǎo)軌，其間距為L，導(dǎo)軌彎曲部分光滑，平直部分粗糙，右端接一個阻值為R的定值電阻.平直部分導(dǎo)軌左邊區(qū)域有寬度為d、方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場.質(zhì)量為m、電阻也為R的金屬棒從高度為h處靜止釋放，到達(dá)磁場右邊界處恰好停止.已知金屬棒與平直部分導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ，金屬棒與導(dǎo)軌間接觸良好，則金屬棒穿過磁場區(qū)域的過程中（）A.流過金屬棒的最大電流為eq\f(Bd\r(2gh),2R)B.通過金屬棒的電荷量為eq\f(BdL,R)C.克服安培力所做的功為mghD.金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱為eq\f(1,2)mg（h－μd）解析：金屬棒滑下過程中，依據(jù)動能定理有mgh＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)，依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有Em＝BLvm，依據(jù)閉合電路歐姆定律有Im＝eq\f(Em,2R)，聯(lián)立三式得Im＝eq\f(BL\r(2gh),2R)，故A錯誤；依據(jù)q＝eq\f(ΔΦ,2R)可知，通過金屬棒的電荷量為eq\f(BdL,2R)，故B錯誤；金屬棒運(yùn)動的全過程中，依據(jù)動能定理得mgh＋Wf＋W安＝0，所以克服安培力做的功小于mgh，故C錯誤；由Wf＝－μmgd，金屬棒克服安培力做的功完全轉(zhuǎn)化成電熱，由題意可知金屬棒與電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱相同，設(shè)金屬棒上產(chǎn)生的焦耳熱為Q，故2Q＝－W安，Q＝eq\f(1,2)mg（h－μd），故D正確.答案：D8.如圖所示，可繞固定軸OO′轉(zhuǎn)動的正方形線框的邊長為L，不計摩擦和空氣阻力，線框從水平位置由靜止釋放，到達(dá)豎直位置所用的時間為t，ab邊的速度為v，設(shè)線框始終處在豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，試求：（1）這個過程中回路中的感應(yīng)電動勢.（2）到達(dá)豎直位置時回路中的感應(yīng)電動勢.解析：（1）eq\o(E,\s\up6(－))＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(BL2－0,t)＝eq\f(BL2,t).（2）在豎直位置B⊥v，所以E＝BLv.9.如圖所示，MN、PQ為水平放置的足夠長的平行光滑導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距l(xiāng)＝0.5m，導(dǎo)軌左端連接一個R＝0.2Ω的電阻和一個志向電流表A，導(dǎo)軌的電阻不計，整個裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T的有界勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面對下.一根質(zhì)量m＝0.4kg、電阻r＝0.05Ω的金屬棒與磁場的左邊界cd重合.現(xiàn)對金屬棒施加一水平向右、大小為0.4N的恒定拉力F，使棒從靜止起先向右運(yùn)動，已知在金屬棒離開磁場右邊界ef前電流表的示數(shù)已保持穩(wěn)定.（1）求金屬棒離開磁場右邊界ef時的速度大?。唬?）當(dāng)拉力F的功率為0.08W時，求金屬棒的加速度.解析：（1）由題意可知，當(dāng)金屬棒離開右邊界ef時已達(dá)到最大速度vmax，E＝Blvmax，I＝eq\f(E,R＋r)，F(xiàn)安＝BIl，F(xiàn)安＝F，聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)，得vmax＝0.4m/s.（2）當(dāng)力F的功率為0.08W時，金屬棒的速度v＝eq\f(P,F)＝0.2m/s，F(xiàn)－F安′＝ma，即F－eq\f(B2l2v,R＋r)＝ma，代入數(shù)據(jù)得a＝0.5m/s2，方向向右.10.如圖所示，兩根足夠長的固定平行金屬導(dǎo)軌位于傾角θ＝30°的斜面上，導(dǎo)軌上、下端各接有一個阻值R＝20Ω的電阻，導(dǎo)致電阻忽視不計，導(dǎo)軌寬度L＝2m，在整個導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面對上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T.質(zhì)量m＝0.1kg、連入電路的電阻為r＝10Ω的金屬棒ab在導(dǎo)軌斜面較高處由靜止釋放.當(dāng)金屬棒ab下滑高度h＝3m時，速度恰好達(dá)到最大值v＝2m/s.金屬ab在下滑過程中始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，g取10m/s2.求：（1）金屬棒ab由靜止至下滑高度為3m的運(yùn)動過程中機(jī)械能的削減量.（2）金屬棒ab由靜止至下滑高度為3m的運(yùn)動過程中導(dǎo)軌上端電阻R中產(chǎn)生的熱量.解析：（1）金屬棒ab機(jī)械能的削減量ΔE＝mgh－eq\f(1,2)mv2＝2.8J.（2）速度最大時金屬棒ab產(chǎn)生的電動勢E＝BLv，產(chǎn)生的電流I＝eq\f(E,r＋\f(R,2))，此時的安培力F＝BIL＝1×0.2×2N＝0.4N，由題意可知，所受摩擦力Ff＝mgsin30°－F＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0.1×10×\f(1,2)－0.4))N＝0.1N，由能量守恒知，損失的機(jī)械能等于金屬棒ab克服摩擦力做功和產(chǎn)生的電熱之和，電熱Q＝ΔE－eq\f(Ffh,sin30°)＝（2.8－0.1×3×2）J＝2.2J，又上、下端電阻并聯(lián)后再與金屬棒ab串聯(lián)，公式Q＝I2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(r＋\f(R,2)))t，則上端電阻R中產(chǎn)生的熱量QR＝eq\f(Q,4)＝eq\f(1,4)×2.2J＝0.55J.11.如圖所示，電動機(jī)牽引一根原來靜止的、長為L＝1m、質(zhì)量為m＝0.1kg的導(dǎo)體MN，其電阻R＝1Ω，導(dǎo)體棒架在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T、豎直放置的框架上，當(dāng)導(dǎo)體棒上升h＝3.8m時獲得穩(wěn)定的速度，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量為14J，電動機(jī)牽引棒時，電壓表、電流表的示數(shù)分別為7V、1A，電動機(jī)內(nèi)阻r＝1Ω，不計框架電阻及一切摩擦，g取10m/s2，求：