2024-2025學(xué)年高中物理第一章電磁感應(yīng)4+5電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒練習(xí)含解析教科版選修3-2

PAGE5-電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒一、單項選擇題1．如圖所示，閉合金屬圓環(huán)沿垂直于磁場方向放置在有界勻強(qiáng)磁場中，將它從勻強(qiáng)磁場中勻速拉出．以下各種說法中正確的是()A．向左拉出和向右拉出時，環(huán)中的感應(yīng)電流方向相反B．向左或向右拉出時，環(huán)中感應(yīng)電流方向都是沿順時針方向的C．向左或向右拉出時，環(huán)中感應(yīng)電流方向都是沿逆時針方向的D．環(huán)在起先離開磁場之前，就已經(jīng)有了感應(yīng)電流解析：金屬圓環(huán)不管從哪邊拉出磁場，穿過閉合圓環(huán)的磁通量都要削減，依據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場要阻礙原磁通量的削減，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同，則可以推斷出感應(yīng)電流的方向是順時針方向，選項B正確，A、C錯誤．在圓環(huán)完全處在磁場中時，穿過圓環(huán)的磁通量沒有變更，該種狀況無感應(yīng)電流產(chǎn)生，故D錯誤．答案：B2.如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，有一質(zhì)量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質(zhì)細(xì)桿懸掛在O點(diǎn)，并可繞O點(diǎn)搖擺．金屬線框從右側(cè)某一位置由靜止起先釋放，在搖擺到左側(cè)最高點(diǎn)的過程中，細(xì)桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面．則線框中感應(yīng)電流的方向是()A．a(chǎn)→b→c→d→aB．d→c→b→a→dC．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d解析：以金屬線框為探討對象，線框從右側(cè)最高點(diǎn)擺至O點(diǎn)正下方的過程中，穿過線圈向上的磁通量減小，依據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場方向向上，再由安培定則推斷出線框中感應(yīng)電流的方向為a→d→c→b→a；在線框由O點(diǎn)正下方擺至左側(cè)最高點(diǎn)的過程中，穿過線圈向上的磁通量增加，依據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場方向向下，由安培定則知線框中感應(yīng)電流的方向為a→d→c→b→a.答案：B3.如圖所示，銅質(zhì)金屬環(huán)從條形磁鐵的正上方由靜止起先下落，在下落過程中，下列推斷中正確的是()A．金屬環(huán)在下落過程中的機(jī)械能守恒B．金屬環(huán)在下落過程中動能的增加量小于其重力勢能的削減量C．金屬環(huán)的機(jī)械能先減小后增大D．磁鐵對桌面的壓力始終大于其自身的重力解析：環(huán)從靜止下落過程中，由于磁通量變更，導(dǎo)致環(huán)中出現(xiàn)感應(yīng)電流，受到安培阻力，故除了重力做功外，還有安培力做功，則下落過程中減小的重力勢能，部分用來增加動能，還有部分用來產(chǎn)生內(nèi)能，故B正確；由于有內(nèi)能產(chǎn)生，所以環(huán)的機(jī)械能在削減，機(jī)械能不守恒，故A、C錯誤；當(dāng)金屬環(huán)在磁鐵的中間位置時，環(huán)中沒有感應(yīng)電流，磁鐵對環(huán)沒有作用力，環(huán)對磁鐵也沒有作用力，磁鐵對桌面的壓力等于其自身，故D錯誤．答案：B4.圖中矩形導(dǎo)線圈平面和磁感線垂直，虛線為勻強(qiáng)磁場的邊緣，線圈的左、右兩邊和磁場的左、右兩邊緣分別平行．現(xiàn)用與線框左邊垂直(與磁場方向也垂直)的拉力先后以v和2v的速率勻速地把同一線圈拉出磁場，在拉出過程中前后兩次拉力的功率之比為()A．1∶1 B．2∶1C．1∶2 D．1∶4解析：拉力的功率P＝Fv＝F安v，F(xiàn)安＝BIL，I＝eq\f(E,R)，E＝BLv，所以P＝eq\f(B2L2v2,R)，故eq\f(P1,P2)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v1,v2)))2＝eq\f(1,4)，故D對．答案：D5.如圖所示，用一根長為L、質(zhì)量不計的細(xì)桿與一個上弧長為l0、下弧長為d0的金屬線框的中點(diǎn)連接并懸掛于O點(diǎn)，懸點(diǎn)正下方存在一個上弧長為2l0、下弧長為2d0的方向垂直紙面對里的勻強(qiáng)磁場，且d0?L.先將線框拉開到如圖所示的位置，松手后讓線框進(jìn)入磁場，忽視空氣阻力和摩擦．下列說法正確的是()A．金屬線框進(jìn)入磁場時感應(yīng)電流的方向為a→b→c→d→aB．金屬線框離開磁場時感應(yīng)電流的方向為a→d→c→b→aC．金屬線框dc邊進(jìn)入磁場與ab邊離開磁場的速度大小總是相等D．金屬線框最終將在磁場內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動解析：金屬線框進(jìn)入磁場時穿過線框的磁通量增加，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向為a→d→c→b→a，而金屬線框離開磁場時穿過線框的磁通量削減，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向為a→b→c→d→a.金屬線框每次進(jìn)出磁場時，都有肯定的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，表現(xiàn)為線框進(jìn)出磁場的速率漸漸減小，擺起的高度有所下降，最終線框?qū)⒃诖艌鰞?nèi)做往復(fù)運(yùn)動，機(jī)械能保持不變，選項D正確．答案：D二、多項選擇題6．如圖所示，光滑固定導(dǎo)軌M、N水平放置，兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放置于導(dǎo)軌上，形成一個閉合回路，當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時()A．P、Q將相互靠攏B．P、Q將相互遠(yuǎn)離C．磁鐵的加速度仍為gD．磁鐵的加速度小于g解析：解法一設(shè)磁鐵下端為N極，如圖所示，依據(jù)楞次定律結(jié)合安培定則可推斷出P、Q中感應(yīng)電流的方向，依據(jù)左手定則可推斷出P、Q所受安培力的方向，可見P、Q將相互靠攏．由于回路所受安培力的合力向下，由牛頓第三定律可知，磁鐵將受到向上的反作用力，所以磁鐵的加速度小于g.當(dāng)磁鐵下端為S極時，可得到同樣的結(jié)果．解法二依據(jù)楞次定律的另一種表述——感應(yīng)電流的效果總是要阻礙引起感應(yīng)電流的緣由，本題的“緣由”是回路中磁通量的增加，歸根結(jié)底是磁鐵靠近回路．“效果”便是阻礙磁通量的增加和磁鐵的靠近，所以P、Q將相互靠近且磁鐵的加速度小于g.答案：AD7.如圖所示，螺線管B置于閉合金屬圓環(huán)A的軸線上，當(dāng)B中通過的電流I減小時()A．環(huán)A有縮小的趨勢B．環(huán)A有擴(kuò)張的趨勢C．螺線管B有縮短的趨勢D．螺線管B有伸長的趨勢解析：當(dāng)B中通過的電流減小時，穿過A線圈的磁通量減小，產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律可以推斷出A線圈有縮小趨勢，故A正確；另外螺線管環(huán)與環(huán)之間的引力減小，故螺線管有伸長的趨勢，故D正確．答案：AD8．某地的地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直重量方向向下，大小為4.5×10－5T．一靈敏電壓表連接在當(dāng)?shù)厝牒：佣蔚膬砂?，河?00m，該河段漲潮和落潮時有海水(視為導(dǎo)體)流過．設(shè)落潮時，海水自西向東流，流速為2m/s.下列說法正確的是()A．河北岸的電勢較高B．河南岸的電勢較高C．電壓表記錄的電壓為9mVD．電壓表記錄的電壓為5mV解析：海水在落潮時自西向東流，該過程可以理解為：自西向東運(yùn)動的導(dǎo)體棒在切割豎直向下的磁場．依據(jù)右手定則，北岸電勢高，南岸電勢低，A對，B錯．依據(jù)E＝BLv＝4.5×10－5×100×2V＝9×10－3V可知，C對，D錯．答案：AC9.如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中放有平行金屬導(dǎo)軌，它與大線圈M相連接，要使小線圈N獲得順時針方向的感應(yīng)電流，則放在導(dǎo)軌上的裸金屬棒ab的運(yùn)動狀況是(兩線圈共面)()A．向右勻速運(yùn)動 B．向左加速運(yùn)動C．向右減速運(yùn)動 D．向右加速運(yùn)動解析：欲使N線圈中產(chǎn)生順時針的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場方向應(yīng)垂直于紙面對里．由楞次定律可知有兩種狀況，一是M中有順時針方向的漸漸減小的電流，該電流產(chǎn)生的穿過N中的磁通量在削減；二是M中有逆時針方向的漸漸增大的電流，該電流產(chǎn)生的穿過N中的磁通量在增加．因此，對于第一種狀況，應(yīng)使ab減速向右運(yùn)動；對于其次種狀況，應(yīng)使ab加速向左運(yùn)動．當(dāng)ab勻速運(yùn)動時，在M中產(chǎn)生的感應(yīng)電流是穩(wěn)定的，穿過N的磁通量不發(fā)生變更，N中無感應(yīng)電流，故選項B、C正確．答案：BC10.如圖所示，水平放置的平行金屬導(dǎo)軌的左端接有電阻R，導(dǎo)線ab能在框架上無摩擦地滑動，勻強(qiáng)磁場垂直穿過框架平面，當(dāng)ab勻速向右移動時，以下說法中正確的是()A．導(dǎo)線ab除受拉力作用外，還受磁場力的作用B．導(dǎo)線ab移動速度越大，所需拉力越大C．導(dǎo)線ab移動速度肯定，若將電阻阻值R增大，則拉動導(dǎo)線ab的力可減小一些D．只要使導(dǎo)線ab運(yùn)動達(dá)到某一速度后，撤去外力，導(dǎo)線ab也能在框架上維持勻速運(yùn)動解析：ab相當(dāng)于電源，電流沿逆時針方向，ab受向左的安培力作用，電路電流I＝eq\f(BLv,R)，F(xiàn)安＝BIL＝eq\f(B2L2v,R)，又F安＝F拉，所以速度v越大，拉力越大，當(dāng)R增大時，F(xiàn)安減小，拉力也減小，所以A、B、C項正確．D項不符合能量轉(zhuǎn)化與守恒定律．答案：ABC三、非選擇題11．如圖甲所示，截面積為0.2m2的100匝圓形線圈A處在變更的磁場中，磁場方向垂直紙面，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t的變更規(guī)律如圖乙所示，設(shè)向外為B的正方向．R1＝4Ω，R2＝6Ω，C解析：E＝neq\f(ΔB,Δt)S＝100×eq\f(0.02,1)×0.2V＝0.4V電路中的電流I＝eq\f(E,R1＋R2)＝eq\f(0.4,4＋6)A＝0.04A所以UC＝U2＝IR2＝0.04×6V＝0.24VQ＝CUC＝30×10－6×0.24C＝7.2×10－6由楞次定律和安培定則可知，電容器的上極板帶正電．答案：7.2×10－6C上極板帶正電12.如圖所示，在光滑的水平面上有一半徑r＝10cm、電阻R＝1Ω、質(zhì)量m＝1kg的金屬環(huán)，以速度v＝10m/s向一有界磁場滑去．勻強(qiáng)磁場方向垂直于紙面對里，B＝0.5T，從環(huán)剛進(jìn)入磁場算起，到剛好有一半進(jìn)入磁場時，圓環(huán)釋放了32J的熱量，求：(1)此時圓環(huán)中電流的瞬時功率；(2)此時圓環(huán)運(yùn)動的加速度．解析：(1)由能量守恒定律有eq\f(1,2)mv