2024高中物理第一章電磁感應(yīng)第五節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用達(dá)標(biāo)作業(yè)含解析粵教版選修3-2

PAGE7-第五節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用A級(jí)抓基礎(chǔ)1．穿過(guò)閉合回路的磁通量Φ隨時(shí)間t改變的圖象分別如圖所示．下列關(guān)于回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的論述中正確的是()A．圖①中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定不變B．圖②中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)始終在變大C．圖③中回路0～t1時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小于在t1～t2時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)D．圖④中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先變小后變大解析：依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，我們知道感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量的改變率成正比，即E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，結(jié)合數(shù)學(xué)學(xué)問(wèn)我們知道：穿過(guò)閉合回路的磁通量Φ隨時(shí)間t改變的圖象的斜率為k＝eq\f(ΔΦ,Δt).題圖①中磁通量Φ不變，無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故A錯(cuò)誤；題圖②中磁通量Φ隨時(shí)間t勻稱增大，圖象的斜率k不變，也就是說(shuō)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不變，故B錯(cuò)誤；題圖③中回路在0～t1時(shí)間內(nèi)磁通量Φ隨時(shí)間t改變的圖象的斜率為k1，在tl～t2時(shí)間內(nèi)磁通量Φ隨時(shí)間t改變的圖象的斜率為k2，從圖象可知：k1大于k2的肯定值．所以在0～t1時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于在tl～t2時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故C錯(cuò)誤；題圖④中磁通量Φ隨時(shí)間t改變的圖象的斜領(lǐng)先變小后變大，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先變小后變大，故D正確．答案：D2.如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，MN、PQ是兩根平行的金屬導(dǎo)軌，而ab、cd為串有電壓表和電流表的兩根金屬棒，同時(shí)以相同速度向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，正確的有()A．電壓表有讀數(shù)，電流表有讀數(shù)B．電壓表無(wú)讀數(shù)，電流表有讀數(shù)C．電壓表無(wú)讀數(shù)，電流表無(wú)讀數(shù)D．電壓表有讀數(shù)，電流表無(wú)讀數(shù)解析：當(dāng)兩棒以相同的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，回路的磁通量不變，沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電流表沒(méi)有讀數(shù)．電壓表是由電流表改裝而成的，其核心是電流表，有電流通過(guò)電壓表時(shí)，電壓表即有示數(shù)，沒(méi)有電流通過(guò)電壓表時(shí)，指針不偏轉(zhuǎn)，電壓表就沒(méi)有讀數(shù)．故C正確．答案：C3．如圖所示，一閉合線圈從高處自由落下，穿過(guò)一個(gè)有界的水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)(磁場(chǎng)方向與線圈平面垂直)，線圈的一個(gè)邊始終與磁場(chǎng)區(qū)的邊界平行，且保持豎直的狀態(tài)不變．在下落過(guò)程中，當(dāng)線圈先后經(jīng)過(guò)位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ時(shí)，其加速度的大小分別為a1、a2、a3.下列關(guān)系正確的是()A．a(chǎn)1<g，a2＝0，a3＝g B．a(chǎn)1<g，a2<g，a3<gC．a(chǎn)1<g，a2＝g，a3<g D．a(chǎn)1<g，a2>g，a3<g解析：當(dāng)線圈剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，由于穿過(guò)線圈的磁通量增大，依據(jù)楞次定律可知此時(shí)的感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)要阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即線圈受到向上的安培力，此過(guò)程中有mg－F＝ma，所以a1<g；當(dāng)線圈完全進(jìn)入磁場(chǎng)后，磁通量不變，此過(guò)程中無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，即線圈只受重力作用，故a2＝g；當(dāng)線圈穿出磁場(chǎng)過(guò)程中，依據(jù)楞次定律可知，產(chǎn)生的磁場(chǎng)要阻礙線圈離開磁場(chǎng)，即產(chǎn)生向上的安培力，所以此時(shí)有mg－F＝ma，即a3<g，C正確．答案：C4.(多選)如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直于電路所在平面，導(dǎo)體棒ab與電路接觸良好．當(dāng)導(dǎo)體棒ab在外力F作用下從左向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，若不計(jì)摩擦和導(dǎo)線的電阻，整個(gè)過(guò)程中，燈泡L未被燒毀，電容器C未被擊穿，則該過(guò)程中()A．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將變大B．燈泡L的亮度變大C．電容器C的上極板帶負(fù)電D．電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度將減小解析：依據(jù)E＝BLv知，v增大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變大．故A正確；電動(dòng)勢(shì)增大，通過(guò)燈泡的電流增大，則燈泡的亮度變大．故B正確；依據(jù)右手定則，通過(guò)ab棒電流的方向b到a，知電容器的上級(jí)板帶正電．故C錯(cuò)誤；因?yàn)殡娙萜髋c燈泡并聯(lián)，電壓增大，則電場(chǎng)強(qiáng)度增大．故D錯(cuò)誤．答案：AB5.如圖所示，豎直放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之間接有定值電阻R，金屬棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并接觸良好，金屬棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)，整個(gè)裝置放在與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒在豎直向上的恒力F作用下加速上升，此過(guò)程中力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于()A．棒的機(jī)械能增加量 B．棒的動(dòng)能增加量C．棒的重力勢(shì)能增加量 D．電阻R上放出的熱量解析：金屬棒受到重力、安培力、恒力F的作用，安培力和恒力F做功的代數(shù)和(安培力做負(fù)功)等于金屬棒的機(jī)械能的增加量，故A正確；金屬棒加速上升過(guò)程中，依據(jù)動(dòng)能定理，金屬棒的動(dòng)能增加量等于金屬棒受到的重力、安培力、恒力F的合力做的功，故B錯(cuò)誤；金屬棒加速上升過(guò)程中，金屬棒的重力做負(fù)功，金屬棒的重力勢(shì)能增加，金屬棒克服重力做的功就等于金屬棒重力勢(shì)能的增加量，故C錯(cuò)誤；導(dǎo)軌克服安培力做的功等于電阻R上放出的熱量，故D錯(cuò)誤．答案：AB級(jí)提實(shí)力6．一架直升機(jī)停在南半球的地磁極上空，該處地磁場(chǎng)的方向豎直向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.直升機(jī)螺旋槳葉片的長(zhǎng)度為l，螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為f，順著地磁場(chǎng)的方向看螺旋槳，螺旋槳按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)．螺旋槳葉片的近軸端為a，遠(yuǎn)軸端為b，如圖所示．假如忽視a到轉(zhuǎn)軸中心線的距離，用E表示每個(gè)葉片中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，則()A．E＝πfl2B，且a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)B．E＝2πfl2B，且a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)C．E＝πfl2B，且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)D．E＝2πfl2B，且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)解析：每個(gè)葉片都切割磁感線，依據(jù)右手定則，a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)．又v＝lω＝2πfl，所以電動(dòng)勢(shì)為E＝eq\f(1,2)Bl2ω＝eq\f(1,2)Bl2×2πf＝πfl2B.故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．答案：A7.(多選)如圖，光滑平行金屬導(dǎo)軌固定在水平面上，左端由導(dǎo)線相連，導(dǎo)體棒垂直靜置于導(dǎo)軌上構(gòu)成回路．在外力F作用下，回路上方的條形磁鐵豎直向上做勻速運(yùn)動(dòng)．在勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中外力F做功WF，磁場(chǎng)力對(duì)導(dǎo)體棒做功W1，磁鐵克服磁場(chǎng)力做功W2，重力對(duì)磁鐵做功WG，回路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q，導(dǎo)體棒獲得的動(dòng)能為Ek.則下列選項(xiàng)正確的是()A．WF＋WG＝Ek＋Q B．W2－W1＝QC．W1＝Ek D．W1＝Q解析：分別選磁鐵和導(dǎo)體棒為探討對(duì)象，依據(jù)動(dòng)能定理列方程，對(duì)系統(tǒng)依據(jù)能量守恒知W2－W1＝Q.依據(jù)題意，由動(dòng)能定理知：導(dǎo)體棒W1＝Ek，①依據(jù)能量守恒知W2－W1＝Q，②對(duì)磁鐵有WF＋WG－W2＝0，③由①②③得WF＋WG＝Ek＋Q，故A、B、C正確，D錯(cuò)誤．答案：ABC8．在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，水平放置一個(gè)不變形的單匝金屬圓線圈，規(guī)定線圈中感應(yīng)電流的正方向如圖甲所示，當(dāng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t如圖乙改變時(shí)，下圖中能正確表示線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E改變的是()解析：第1s內(nèi)，由楞次定律可判定電流為正，其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1＝eq\f(ΔΦ1,Δt1)＝eq\f(ΔB1,Δt1)S，在第2s和第3s內(nèi)，磁場(chǎng)B不改變，線圈中無(wú)感應(yīng)電流，在第4s和第5s內(nèi)，B減小，由楞次定律可判定，其電流為負(fù)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2＝eq\f(ΔΦ2,Δt2)＝eq\f(ΔB2,Δt2)S，由于ΔB1＝ΔB2，Δt2＝2Δt1，故E1＝2E2，由此可知，選項(xiàng)A正確．答案：A9．如圖所示，豎直平面內(nèi)有一金屬環(huán)，半徑為a，總電阻為R，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)環(huán)平面．與環(huán)的最高點(diǎn)A鉸鏈連接的長(zhǎng)度為2a、電阻為eq\f(R,2)的導(dǎo)體棒AB由水平位置緊貼環(huán)面擺下，當(dāng)擺到豎直位置時(shí)，B點(diǎn)的線速度為v，則此時(shí)AB兩端的電壓大小為()A.eq\f(Bav,3) B.eq\f(Bav,6)C.eq\f(2Bav,3) D．Bav解析：當(dāng)擺到豎直位置時(shí)，導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝2Bav＝2Baeq\f(0＋v,2)＝Bav；AB兩端的電壓是路端電壓，依據(jù)歐姆定律得：AB兩端的電壓大小為U＝eq\f(\f(1,2)×\f(1,2)R,\f(1,4)R＋\f(1,2)R)E＝eq\f(Bav,3)，故A項(xiàng)正確．答案：A10．如圖所示的兩光滑金屬導(dǎo)軌，間距d＝0.2m，在桌面上的部分是水平的，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.1T、方向豎直向下的有界磁場(chǎng)中，電阻R＝3Ω，桌面高H＝0.8m，金屬桿ab質(zhì)量m＝0.2kg，電阻r＝1Ω，在導(dǎo)軌上距桌面h＝0.2m的高處由靜止釋放，落地點(diǎn)距桌面左邊緣的水平距離s＝0.4m，g取10m/s2.求：(1)金屬桿剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，R上的電流大小；(2)整個(gè)過(guò)程中R上放出的熱量．解析：(1)金屬棒由靜止下滑過(guò)程中，只有重力做功，金屬棒機(jī)械能守恒，則有mgh＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)，由法拉第電磁感應(yīng)定律，可得E＝Bdv1，由閉合電路歐姆定律，可得I＝eq\f(E,R＋r)＝0.01A.(2)金屬棒離開桌面后，做平拋運(yùn)動(dòng)，在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，則有H＝eq\f(1,2)gt2，水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則有s＝v2t，金屬棒在整個(gè)過(guò)程中，由動(dòng)能定理，可得Q＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＝0.3J，所以QR＝eq\f(R,R＋r)Q＝0.225J.答案：(1)0.01A(2)0.225J11．在如圖甲所示的電路中，螺線管匝數(shù)n＝1500匝，橫截面積S＝20cm2，螺線管導(dǎo)線電阻r＝1.0Ω，R1＝4.0Ω，R2＝5.0Ω，C＝30μF.在一段時(shí)間內(nèi)，穿過(guò)螺線管的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B按如圖乙所示的規(guī)律改變．求：(1)螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；(2)閉合S，電路中的電流穩(wěn)定后，此時(shí)全電路電流的方向(順時(shí)針還是逆時(shí)針)；(3)閉合S，電路中的電流穩(wěn)定后，電阻R1的電功率；(4)閉合S，電路中的電流穩(wěn)定后，電容器的電量．解析：(1)依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，得E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝n·eq\f(ΔB,Δt)·S，得E＝1.2V.(2)逆時(shí)針．(3)依據(jù)歐姆定律I＝eq\f(E,R1＋R2＋r)＝0.12A，依據(jù)P＝I2R1，求得P＝5.76×10－2W.(4)S閉合后，電容器兩端的電壓U＝IR2＝0.6V，經(jīng)過(guò)R2的電量Q＝CU＝1.8×10－5C.答案：(1)1.2V(2)逆時(shí)針(3)5.76×10－2W(4)1.8×10－5C12.如圖所示，線框由裸導(dǎo)線組成，cd、ef兩邊豎直放置且相互平行，裸導(dǎo)體ab水平放置并可沿cd、ef無(wú)摩擦滑動(dòng)，在螺線管內(nèi)有圖示方向磁場(chǎng)B1，若eq\f(ΔB1,Δt)＝10T/s勻稱增加，而ab所在處為勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2＝2T，螺線管匝數(shù)n＝4，螺線管橫截面積S＝0.1m2.導(dǎo)體棒ab質(zhì)量m＝0.02kg，長(zhǎng)L＝0.1m，整個(gè)電路總電阻R＝5Ω，試求(g取10m/s2)：(1)ab下落時(shí)的最大加速度；(2)ab下落時(shí)能達(dá)到的最大速度．解析：(1)螺線管產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1＝neq\f(ΔB1,Δt)S＝4×10×0.1V＝4V，由閉合電路歐姆定律，得I1＝eq\f(E1,R)＝eq\f(4,5)A＝