2025版高中物理第四章習(xí)題課二電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用練習(xí)含解析新人教版選修3-2

PAGE8-習(xí)題課二電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用1.如圖所示,在豎直向上的勻強磁場中,水平放置一個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)磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間t做如圖(乙)所示的改變時,圖(丙)中能正確表示線圈中感應(yīng)電動勢E改變的是(A)解析:由法拉第電磁感應(yīng)定律,E=nΔΦΔt=nΔBSΔ2.(2024·貴州銅仁期末)一正方形閉合導(dǎo)線框abcd邊長L=0.1m,各邊電阻均為1Ω,bc邊位于x軸上,在x軸原點O右方有寬L=0.1m、磁感應(yīng)強度為1T、方向垂直于紙面對里的勻強磁場區(qū)域,如圖所示.在線框以恒定速度4m/s沿x軸正方向穿越磁場區(qū)域的過程中,下列各圖中,能正確表示線框從進(jìn)入到穿出磁場過程中,ab邊兩端電勢差Uab隨位置改變狀況的是(B)解析:當(dāng)ab邊進(jìn)入磁場時,ab為等效電源,Uab為路端電壓,Uab=340.3V;當(dāng)ab邊出磁場時,dc為等效電源,Uab=143.如圖所示,矩形線圈長為L,寬為h,電阻為R,質(zhì)量為m,線圈在空氣中豎直下落一段距離后(空氣阻力不計),進(jìn)入一寬度也為h、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中.線圈進(jìn)入磁場時的動能為Ek1,線圈剛穿出磁場時的動能為Ek2,從線圈剛進(jìn)入磁場到線圈剛穿出磁場的過程中產(chǎn)生的熱量為Q,線圈克服磁場力做的功為W1,重力做的功為W2,則以下關(guān)系中正確的是(C)A.Q=Ek1-Ek2 B.Q=W2-W1C.Q=W1 D.W2=Ek2-Ek1解析:線圈進(jìn)入磁場和離開磁場的過程中,產(chǎn)生的感應(yīng)電流受到安培力的作用,線圈克服安培力所做的功等于產(chǎn)生的熱量,故選項C正確.依據(jù)功能的轉(zhuǎn)化關(guān)系得,線圈削減的機械能等于產(chǎn)生的熱量,即Q=W2+Ek1-Ek2,故選項A,B錯誤.依據(jù)動能定理得W2-W1=Ek2-Ek1,故選項D錯誤.4.如圖所示,紙面內(nèi)有一矩形導(dǎo)體閉合線框abcd,ab邊長大于bc邊長,置于垂直紙面對里、邊界為MN的勻強磁場外,線框兩次勻速地完全進(jìn)入磁場,兩次速度大小相同,方向均垂直于MN.第一次ab邊平行MN進(jìn)入磁場,線框上產(chǎn)生的熱量為Q1,通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q1;其次次bc邊平行于MN進(jìn)入磁場,線框上產(chǎn)生的熱量為Q2,通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q2,則(A)A.Q1>Q2,q1=q2 B.Q1>Q2,q1>q2C.Q1=Q2,q1=q2 D.Q1=Q2,q1>q2解析:依據(jù)功能關(guān)系知,線框上產(chǎn)生的熱量等于克服安培力做的功,即Q1=W1=F1lbc=B2lab2vRlbc=B2SvRlab,同理Q2=B2SvRlbc,又lab>lERt=ΔΦR,故q1=q2.因此5.光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線,如圖所示,拋物線的方程為y=x2,其下半部處在一個水平方向的勻強磁場中,磁場的上邊界是y=a的直線(圖中虛線所示),一個質(zhì)量為m的小金屬塊從拋物線y=b(b>a)處以速度v沿拋物線下滑,假設(shè)拋物線足夠長,則金屬塊在曲面上滑動的過程中產(chǎn)生的焦耳熱總量是(D)A.mgb B.12mvC.mg(b-a) D.mg(b-a)+12mv解析:金屬塊在進(jìn)入磁場或離開磁場的過程中,穿過金屬塊的磁通量發(fā)生改變,產(chǎn)生電流,進(jìn)而產(chǎn)生焦耳熱,最終,金屬塊在高為a的曲面上做往復(fù)運動,削減的機械能為mg(b-a)+12mv26.如圖所示,MN和PQ是兩根相互平行豎直放置的光滑金屬導(dǎo)軌,已知導(dǎo)軌足夠長,且電阻不計,ab是一根不但與導(dǎo)軌垂直而且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿,起先時,將開關(guān)S斷開,讓桿ab由靜止起先自由下落,過段時間后,再將S閉合,若從S閉合起先計時,則金屬桿ab的速度v隨時間t改變的圖象不行能是下圖中的(B)解析:S閉合時,若B2l2vRB27.如圖(甲)所示,多匝線圈兩端M,N與一個水平放置的平行板電容器相連,線圈內(nèi)有垂直紙面對里的磁場,線圈中的磁通量在按圖(乙)所示規(guī)律改變時,平行板電容器內(nèi)的帶電微粒恰好處于靜止?fàn)顟B(tài).下列說法正確的是(A)A.假如只增加線圈匝數(shù),微粒將向上運動B.假如只增加線圈匝數(shù),微粒將向下運動C.假如只將下極板向下緩慢平移,微粒將向上運動D.假如只將下極板向下緩慢平移,微粒保持靜止解析:起先時,粒子受向下的重力和向上的靜電力平衡,即mg=Edq,其中E=nΔ8.(2024·湖北武漢檢測)(多選)如圖所示,平行金屬導(dǎo)軌與水平面間的傾角為θ,導(dǎo)軌電阻不計,與阻值為R的定值電阻相連.勻強磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面,磁感應(yīng)強度為B.有一質(zhì)量為m、長為l的導(dǎo)體棒從ab位置獲得平行于斜面的大小為v的初速度向上運動,最遠(yuǎn)到達(dá)a′b′的位置,滑行的距離為s,導(dǎo)體棒的電阻也為R,與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ,則(BD)A.上滑過程中導(dǎo)體棒受到的最大安培力為BB.上滑過程中電流做功產(chǎn)生的熱量為12mv2-mgs(sinθ+μcosθC.上滑過程中導(dǎo)體棒克服安培力做的功為12mvD.上滑過程中導(dǎo)體棒損失的機械能為12mv2-mgssin解析:電路中總電阻為2R,故最大安培力的數(shù)值為B2l2v2R.由能量守恒定律可知,導(dǎo)體棒動能削減的數(shù)值應(yīng)當(dāng)?shù)扔趯?dǎo)體棒重力勢能的增加量以及克服安培力做功產(chǎn)生的電熱和克服摩擦阻力做功產(chǎn)生的內(nèi)能,其公式表示為12mv2=mgssinθ+μmgscosθ+Q電熱,則有Q電熱=12mv2-(mgssinθ+μmgscosθ),即為克服安培力做的功.導(dǎo)體棒損失的機械能即為克服安培力和克服摩擦力做功的和,可得W9.如圖所示,圓形線圈半徑為r,電阻為R,線圈內(nèi)磁感應(yīng)強度大小B隨時間t改變的關(guān)系為B=kt(常數(shù)k>0),方向垂直紙面對里.回路中滑動變阻器的電阻為2R,其他定值電阻為R,不計回路中導(dǎo)線電阻,不考慮導(dǎo)線四周的磁場對線圈內(nèi)磁場的影響,當(dāng)閉合開關(guān)后,下列說法正確的是(C)A.電容器的上極板帶正電B.圓形線圈兩端的電壓為kπr2C.當(dāng)滑片位于滑動變阻器的中心時,電容器兩端的電壓為14kπrD.當(dāng)把滑片置于滑動變阻器的最上端和中心時,與電容器串聯(lián)的電阻熱功率不同解析:由楞次定律推斷線圈中感應(yīng)電動勢方向,可知電容器下極板帶正電,選項A錯誤;線圈兩端電壓為路端電壓,隨著滑動變阻器滑片移動,路端電壓改變,選項B錯誤;當(dāng)滑片位于滑動變阻器中心時,電路的總電阻為83ΔBSΔt=kπr2,所以電容器兩端的電壓U=14E=1410.紙面內(nèi)兩個半徑均為R的圓相切于O點,兩圓形區(qū)域內(nèi)分別存在垂直于紙面的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小相等、方向相反,且不隨時間改變.一長為2R的導(dǎo)體桿OA繞過O點且垂直于紙面的軸順時針勻速旋轉(zhuǎn),角速度為ω,t=0時,OA恰好位于兩圓的公切線上,如圖所示.若選取從O指向A的電動勢為正,下列描述導(dǎo)體桿中感應(yīng)電動勢隨時間改變的圖象可能正確的是(C)解析:導(dǎo)體桿在右邊圓形磁場中切割磁感線的有效長度為L=2Rsinωt,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小E=12BL2ω=2BωR2sin2ω磁場中運動時,感應(yīng)電動勢為正,選項D錯誤.11.(2024·全國Ⅱ卷)如圖,在同一水平面內(nèi)有兩根平行長導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間存在依次相鄰的矩形勻強磁場區(qū)域,區(qū)域?qū)挾染鶠閘,磁感應(yīng)強度大小相等、方向交替向上向下.一邊長為32解析:設(shè)線路中只有一邊切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電流為i.線框位移等效電路的連接電流0～lI=2i(順時針)l2I=0l～3I=2i(逆時針)3l2I=012.如圖(a)所示的螺線管,匝數(shù)n=1500匝,橫截面積S=20cm2,電阻r=1.5Ω,與螺線管串聯(lián)的外電阻R1=3.5Ω,R2=25Ω,方向向右穿過螺線管的勻強磁場的磁感應(yīng)強度按圖(b)所示規(guī)律改變,試計算電阻R2的電功率.解析:由圖(b)知,螺線管中磁感應(yīng)強度B勻稱增加,其改變率為ΔBΔt由法拉第電磁感應(yīng)定律知螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=nΔΦΔt=n·SΔBΔt=1500×由閉合電路歐姆定律知螺線管回路的電流為I=Er+R1電阻R2消耗的功率為P2=I2R2=(0.2)2×25W=1.0W.答案:1.0W13.把總電阻為2R的勻稱電阻絲焊接成一半徑為a的圓環(huán),水平固定在豎直向下的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,如圖所示,一長度為2a、電阻等于R、粗細(xì)勻稱的金屬棒MN放在圓環(huán)上,它與圓環(huán)始終保持良好的電接觸,當(dāng)金屬棒以恒定速度v向右移動經(jīng)過環(huán)心O時,求:(1)棒上電流的大小和方向及棒兩端的電壓UMN;(2)圓環(huán)消耗的熱功率和在圓環(huán)及金屬棒上消耗的總熱功率.解析:金屬棒MN切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,把金屬棒看成一個內(nèi)阻為R、電源電動勢為E的電源,兩個半圓環(huán)看成兩個電阻R并聯(lián)的外電路,