2.2法拉第电磁感应定律基础巩固2021—2022学年高中物理人教版(2019)选择性必修第二册
一、选择题(共14题)
1.如图所示,两根和水平方向成角的光滑平行的金属轨道,上端接有可变电阻R,宽度为L,下端足够长,空间有垂直于轨道平面斜向上的匀强磁场,磁感应强度为B,一质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下。则下列说法正确的是( )
A.金属杆在下滑的过程中,随着速度的增加,加速度也在增加
B.金属棒下滑的最大速度为
C.金属棒在下滑的过程中,a端电势低于b端电势
D.金属棒运动达到最大速度后将开始做减速运动
2.如图所示为电磁轨道炮的工作原理图。质量g的待发射弹体与轨道保持良好接触,并可在宽为m的两平行轨道上无摩擦滑动。若电容器的电容F,充电后电压为kV,轨道内充满磁感应强度T的匀强磁场,当开关由a点扳向b点后,能在极短的时间内将弹体加速到m/s发射出去。若在这个过程中,通过电磁炮的电荷量为q,电容器两端的电压变为,则( )
A.C,V B.C,V
C.C,V D.C,V
3.如图所示,电阻为R,其他电阻均可忽略,ef是一电阻可不计的水平放置的导体棒,质量为m,棒的两端分别与ab、cd保持良好接触,又能沿长度足够长的框架无摩擦下滑,整个装置放在与框架垂直的匀强磁场中,当导体棒ef从静止下滑经一段时间后闭合开关S,则S闭合后( )
A.导体棒ef的加速度一定大于g
B.导体棒ef的加速度一定小于g
C.导体棒ef最终速度随S闭合时刻的不同而不同
D.导体棒ef的机械能与回路内产生的电能之和一定守恒
4.在如图甲所示的电路中,螺线管匝数n=1000匝,横截面积S=20cm2。螺线管导线电阻r=1.0Ω,R1=4.0Ω,R2=5.0Ω,C=30μF。在一段时间内,垂直穿过螺线管的磁场的磁感应强度B的方向如图甲所示,大小按如图乙所示的规律变化,则下列说法中正确的是( )
A.螺线管中产生的感应电动势为1.2V
B.闭合K,电路中的电流稳定后,电容器的下极板带负电
C.闭合K,电路中的电流稳定后,电阻R1的电功率为2.56×10-2W
D.闭合K,电路中的电流稳定后,断开K,则K断开后,流经R2的电荷量为1.8×10-2C
5.如图所示,足够长、电阻不计、间距为L的光滑平行金属导轨水平放置,匀强磁场垂直导轨平面向外,磁感应强度大小为B。质量为m、电阻为R、长度为L的金属棒a静止放置在水平导轨上,质量为、电阻为、长度为L的金属棒b锁定在水平导轨上,a、b均与导轨垂直。现给金属棒a一水平向右的初速度经过时间t,前进距离x,速度变为v。甲、乙、丙、丁四位同学根据以上条件,分别求解在这段时间t内在金属棒a中产生的焦耳热,具体过程思路如下:
甲同学 在时间t内,金属棒a切割磁感线的感应电动势 由闭合电路欧姆定律可知 由焦耳定律 由以上关系式联立可以求得,
乙同学 在时间t内,金属棒a损失的动能最终转化为金属棒a和金属棒b的焦耳热和,则 又由焦耳定律和电路规律,有 由以上关系式联立可以求得。
丙同学 在时间t内,对金属棒a运用动量定理, 金属棒a克服安培力做功 金属棒a克服安培力做功将其他形式的能量最终转化为金属棒a和金属棒b的焦耳热和,则 又由焦耳定律和电路规律,有 由以上关系式联立可以求得。
丁同学 在时间t内,对金属棒a,金属棒a所受安培力的平均值为, 金属棒a克服安培力做功 金属棒a克服安培力做功将其他形式的能量最终转化为金属棒a和金属棒b的焦耳热和,则 又由焦耳定律和电路规律,有 由以上关系式联立可以求得。
在本题问题情境中,上面四位同学中,求解焦耳热的思路正确的有( )
A.甲 B.乙 C.丙 D.丁
6.如图所示,固定平行的长直导轨M、N放置于匀强磁场中,导轨间距L=1m,磁感应强度B=5T垂直于导轨平面,导体棒与导轨接触良好,驱动导体棒使其在磁场区域运动,速度随时间的变化v=2sin10πt (m/s),导轨与阻值为R=9Ω的外电阻相连,已知导体棒的电阻为r=1Ω,不计导轨与电流表的电阻,则下列说法正确的是
A.导体棒产生的感应电动势的有效值为5V
B.交流电流表的示数为0.5A
C.0~时间内R产生的热量为0.45J
D.0~时间内通过R的电荷量为0.707C
7.如图所示,在匀强磁场中放一电阻不计的平行光滑金属导轨,导轨跟大线圈M相接,小闭合线圈N在大线圈M包围中,导轨上放一根光滑的金属杆ab,磁感线垂直于导轨所在平面.最初一小段时间t0内,金属杆ab向右做匀减速直线运动时,小闭合线圈N中的电流按下列图中哪一种图线方式变化( )
A. B. C. D.
8.如图甲所示,螺线管内有平行于轴线的磁场,规定图甲中箭头所示方向为磁感应强度B的正方向,螺线管与U形导线框cdef相连。当螺线管内的磁感应强度随时间按图乙所示规律变化时,则( )
A.在时刻,导线框内感应电流为零
B.在时间内,导线框内感应电流的方向fedcf
C.在时间内,导线框内感应电流变大
D.在时间内和时间内,导线框内感应电流的方向相反
9.如图所示,一正方形线圈的匝数为n,边长为a,电阻为R,线圈平面与匀强磁场垂直,且一半处在磁场中。在Δt时间内,磁感应强度的方向不变,大小由B均匀增大到2B。在此过程中,通过线圈导线某个横截面的电荷量为( )
A. B. C. D.
10.如图是磁电式转速传感器的结构简图。该装置主要由测量齿轮、T形软铁、永久磁铁、线圈等原件组成。测量齿轮为磁性材料,N个齿等距离地安装在被测旋转体的一个圆周上(圆心在旋转体的轴线上),齿轮转动过程中,当齿靠近T形软铁时,由于磁化作用,软铁中的磁场增强,相反,远离时磁场减弱。现测得线圈中感应电流的变化频率为f,旋转体角速度为ω。则正确的是( )
A.
B.当齿距离T形软铁最近的时候,线圈中电流最大
C.线圈中的感应电流方向不变,只是大小发生周期性变化
D.若旋转体转速均匀增加,则与线圈串联的交流电流表的示数不变
11.如图所示,在同一个水平而内的彼此绝缘的两个光滑圆环A、B,大圆环A中还有顺时针方向的恒定电流I。小圆环B的一半面积在环A内、一半面积在环A外,下列说法正确的是( )
A.穿过环B的磁通量为0
B.环B中有持续的感应电流
C.若增大环A内的电流,则环B会向右移动。
D.若减小环A内的电流,则环B会产生道时针方向的电流
12.如图所示,水平光滑的金属框架上左端连接一个电阻R,有一金属杆在外力F的作用下沿框架向右由静止开始做匀加速直线运动,匀强磁场方向竖直向下,轨道与金属杆的电阻不计并接触良好,则能反映外力F随时间t变化规律的图像是图中的( )
A. B. C. D.
13.半径为r带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置,在圆环的缺口两端引出两根导线,分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接,两板间距为d,如图(上)所示.有一变化的磁场垂直于纸面,规定向内为正,变化规律如图(下)所示.在t=0时刻平板之间中心有一重力不计,电荷量为q的静止微粒,则以下说法正确的是
A.第3秒内上极板为正极
B.第3秒内上极板为负极
C.第2秒末微粒回到了原来位置
D.第3秒末两极板之间的电场强度大小为0.2
14.如图所示,空间有一个方向水平的有界磁场区域,一个矩形线框,自磁场上方某一高度下落,然后进入磁场,进入磁场时,导线框平面与磁场方向垂直.则在进入时导线框不可能( )
A.匀加速下落 B.变加速下落
C.匀速下落 D.变减速下落
二、填空题(共4题)
15.如图所示,已知水平放置的光滑金属导轨宽度为l,处在与导轨平面垂直的匀强磁场中,磁感应强度大小为B,导轨两端各接有一电阻R,其余电阻不计,导体棒在导轨上以速度υ匀速向右运动,则棒中感应电流方向为______,维持棒做匀速运动的外力的大小为___________.
16.如图所示,先后以不同速度v1、v2匀速把正方形金属线圈abcd向右拉出有界匀强磁场区域,且v1:v2=1:2,则在先后两种情况下线圈中的感应电流之比I1:I2=_____,线圈中产生的焦耳热之比Q1:Q2=_____,流过线圈的电荷量之比q1:q2=_____.
17.如图所示,线圈内有理想边界的磁场,当磁场均匀增加时,有一带电微粒静止于平行板(两板水平放置)电容器中间,则此粒子带______电,若线圈的匝数为n,平行板电容器的板间距离为d,粒子质量为m,带电量为q,则磁感应强度的变化率为_______(设线圈的面积为S)
18.某实验小组设计了如图(a)的实验电路,通过调节电源可在原线圈中产生变化的电流,用磁传感器可记录原线圈中产生的磁场B的变化情况,用电压传感器可记录副线圈中感应电动势E的变化情况.二者的变化情况可同时显示在计算机显示屏上,某次实验中得到的B-t、E- t图像如图(b)所示。
(1)试观察比较这两组图像,可得出的定性结论是(请写出两个结论)∶①______;②______;
(2)该实验小组利用两组图像求出六组磁感应强度变化率()和对应的感应电动势E的数据,并建立坐标系,描出的六个点如图(c)所示.请在图(c)中绘出E -的图线______;
(3)在该实验中,若使用的副线圈的匝数为100匝,则由图线可求得该副线圈的横截面积为______cm2。(要求小数点后面保留两位)
三、综合题(共4题)
19.电磁感应式无线充电系统原理如图(a)所示,给送电线圈中通以变化的电流,就会在邻近的受电线圈中产生感应电流,从而实现充电器与用电装置之间的能量传递.某受电线圈的匝数n= 50匝,电阻r=1.0Ω,c、d两端接一阻值R=9.0Ω的电阻,当送电线圈接交变电流后,在受电线圈内产生了与线圈平面垂直的磁场,其磁通量随时间变化的规律如图(b)所示.求(结果保留2位有效数字)
(1)t1到t2时间内,通过电阻R的电荷量;
(2)在一个周期内,电阻R产生的热量.
20.如图所示,abcd是一边长为l的匀质正方形导线框,总电阻为R,今使线框以恒定速度v水平向右穿过方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域.已知磁感应强度为B,磁场宽度为3l,求线框在进入磁区、完全进入磁区和穿出磁区三个过程中a、b两点间电势差的大小.
21.如图所示,有一对间距为的光滑平行金属导轨,左侧导轨平面与水平面的夹角为,上端与电阻相连,右侧导轨平面水平且足够长,左右两部分导轨在处平滑连接,导轨电阻不计。左侧导轨平面区域内有一匀强磁场垂直导轨平面向上,右侧导轨平面的右侧区域也有一匀强磁场垂直导轨平面向上,两个匀强磁场的大小均为。有两根质量均为、电阻均为的金属棒和,棒原来静止在左侧的水平导轨上,棒在导轨上距为L处由静止释放,下滑过程与导轨接触良好且始终与平行,到达处恰好开始匀速运动,已知,取重力加速度。求:
(1)棒穿过斜面磁场过程中流过棒的电流大小和方向及此过程中安培力对棒做功大小;
(2)若棒和棒发生弹性碰撞,则碰后棒的速度是多大?
(3)最后棒停在水平轨道上,求棒运动过程经过电阻R的总电荷量q和棒上产生的焦耳热。
22.如图所示,竖直放置的平行导轨上搁置了一根与导轨接触良好的金属棒,当棒下落时,能垂直切割磁感线,试标出棒的感应电流方向和所受磁场力的方向.
(______)
参考答案
1.B
2.D
3.D
4.C
5.B
6.C
7.A
8.A
9.C
10.A
11.C
12.B
13.A
14.A
15.从b到a
16.1:2;1:4;1:1
17.负, mgd/nsq
18.当B恒定时,得E为零,而B均匀变化,产生恒定的感应电动势 当B的变化率越大,产生的感应电动势越大 2.80
19.(1) (2)
20. ; ;
21.(1),方向,;(2);(3),
22.