2.4电磁感应的案例分析基础巩固-2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第二册（word含答案）

2.4电磁感应的案例分析基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第二册
一、选择题（共15题）
1．如图所示，水平放置的光滑平行金属导轨上有一质量为m的金属棒ab，导轨的一端连接电阻R，其他电阻均不计，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向下，ab在一水平恒力F作用下由静止开始向右运动的过程中（　　）
A．随着ab运动速度的增大，其加速度也增大
B．外力F对ab做的功等于电路中产生的电能
C．外力F做功的功率始终等于电路中的电功率
D．克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能
2．两根足够长的平行光滑金属导轨水平放置，匀强磁场垂直轨道平面向下，两导轨之间连接阻值为R的电阻。在导轨上放一金属棒ab，ab始终与导轨垂直，如图所示。若在ab棒上施加水平恒力F使其从静止开始向右运动，下列说法正确的是
A．金属棒ab中感应电流的方向ab
B．金属棒ab所受安培力大小始终保持不变
C．金属棒ab最终将做匀速直线运动
D．运动过程中水平恒力F对金属棒ab所做的功全部转化为金属棒的动能
3．如图所示，这是感受电磁阻尼的铜框实验的简化分析图，已知图中矩形铜框（下边水平）的质量、长度、宽度、电阻，该铜框由静止释放时铜框下边与方向水平向里的匀强磁场上边界的高度差，磁场上、下水平边界间的距离，铜框进入磁场的过程恰好做匀速直线运动。取重力加速度大小，不计空气阻力。下列说法正确的是（　　）
A．铜框进入磁场的过程中电流方向为顺时针
B．匀强磁场的磁感应强度的大小为0.5T
C．铜框下边刚离开磁场时的速度大小为3m/s
D．铜框下边刚离开磁场时的感应电流为0.3A
4．如图所示，A是一个边长为L的正方形导线框，每边长电阻为r.现维持线框以恒定速度v沿x轴运动，并穿过图中所示由虚线围成的匀强磁场区域．以顺时针方向为电流的正方向，Ubc＝φb－φc，线框在图示位置的时刻作为时间的零点，则b、c两点间的电势差随时间变化的图线应为
A． B．
C． D．
5．如图所示，阻值不计、足够长的平行光滑导轨竖直放置，上端连接一电阻，一金属棒（电阻不计）水平放置与导轨接触良好，导轨平面处于匀强磁场中且与磁场方向垂直，金属棒从某处由静止释放向下运动，设运动过程中棒的加速度为a、动量为p、通过的电荷量为q、重力势能为、位移为x、运动时间为t．下列图像不正确的是（　　）
A． B．
C． D．
6．关于反电动势，下列说法中正确的是（　　）
A．只要线圈在磁场中运动就能产生反电动势
B．只要穿过线圈的磁通量变化，就产生反电动势
C．电动机在转动时线圈内产生反电动势
D．反电动势就是发电机产生的电动势
7．如图所示，两条平行虚线之间存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，虚线间的距离为L。金属圆环的直径也是L。自圆环从左边界进入磁场开始计时，以垂直于磁场边界的恒定速度v穿过磁场区域。规定逆时针方向为感应电流i的正方向，则圆环中感应电流i随其移动距离x的ix图象最接近（ ）
B．
C． D．
8．如图甲所示，导体棒MN置于水平导轨上，PQMN所围的成面积为S，PQ之间有阻值为R的电阻，不计导轨和导体棒的电阻．导轨所在区域内存在沿竖直方向的匀强磁场，规定磁场方向竖直向上为正，在0～2t0时间内磁感应强度的变化情况如图乙所示，导体棒MN始终处于静止状态．下列说法正确的是（　　）
A．在0～2t0时间内，导轨棒受到的导轨的摩擦力方向先向左后向右，大小不变
B．在0～t0内，通过导体棒的电流方向为N到M
C．在t0～2t0内，通过电阻R的电流大小为
D．在0～2t0时间内，通过电阻R的电荷量为
9．如图所示，闭合金属线框从一定高度自由下落进入匀强磁场中，磁场足够大，从ab边开始进入磁场到cd边刚进入磁场的这段时间内，线框运动的速度-时间图象不可能是（　　）
A．
B．
C．
D．
10．如图所示，水平面上固定有间距为1m的平行光滑导轨，磁感应强度为1T的匀强磁场方向竖直向下．导体棒ab的质量为1kg、电阻为2Ω；cd 的质量为2kg、电阻为1Ω．开始时ab静止，cd棒以6m/s的初速度向右运动，经过t＝4s，棒ab、cd的运动开始稳定．运动过程中两棒始终与导轨垂直，且与导轨接触良好，其它电阻不计．以下分析正确的是（ ）
① 达到稳定前ab 棒做匀加速运动，cd棒做匀减速运动
② 整过程回路中产生焦耳热Q=12J
③ 在t时间内通过ab棒电量q=8C
④ 在t时间内abcd围成的回路面积增加量为m2
A．①② B．①③ C．②③ D．②④
11．如图所示,abcd是由粗细均匀的电阻丝制成的长方形线框,导体棒MN有电阻,可在ad边与bf边上无摩擦滑动,且接触良好,线框处于垂直纸面向里的匀强磁场中.当MN棒由靠ab边处向cd边匀速移动的过程中,下列说法中正确的是( )
A．MN棒中电流先减小后增大
B．因为匀速移动，所以MN棒两端电压不变
C．MN棒上拉力的功率先增大后减小
D．矩形线框中消耗的电功率先减小后增大
12．如图甲所示，n＝15匝的圆形线圈M，其电阻为1Ω，它的两端点a、b与阻值为2Ω的定值电阻R相连，穿过线圈的磁通量的变化规律如图乙所示．则（ ）
A．线圈中感应电流是顺时针方向
B．线圈中感应电动势力大小1.5V
C．电路中电流是1.0 A
D．电阻R的热功率是3.0W
13．如图，光滑水平面内存在方向向上的单边界磁场，其磁感应强度满足B=B0+kt（k＞0），正方形线圈固定在虚线位置A′B′C′D′处时（AC′与磁场边界重合），线圈中的电流为i。现令磁感应强度恒为B0，并让线圈以A点为轴，以某一角速度ω在平面内转动，则下列判断正确的是（　　）
A．在线圈从虚线位置沿顺时针方向转到实线位置的过程中，线圈中的电流方向与原来的电流方向相同且大小恒定
B．在线圈从实线位置沿逆时针方向转到虚线位置的过程中，线圈中的电流方向与原来的电流方向相同且大小恒定
C．在线圈转到虚线位置瞬间，电流大小也为i，则角速度
D．在线圈转到虚线位置瞬间，电流大小也为i，则角速度
14．用同样的材料、不同粗细导线绕成两个质量面积均相同的正方形线圈Ⅰ和Ⅱ，使它们从离有理想界面的匀强磁场高度为h的地方同时自由下落，如图所示。线圈平面与磁感线垂直，空气阻力不计，则（　　）
A．两线圈同时落地，线圈发热量相同
B．细线圈先落到地，细线圈发热量大
C．粗线圈先落到地，粗线圈发热量大
D．两线圈同时落地，细线圈发热量大
15．如图所示，两根足够长、且电阻不计的光滑平行金属导轨，固定在同一水平面上、匀强磁场的方向垂直于两根导轨所在的水平面竖直向下、两根金属杆甲和乙跨放在导轨上、且都始终与导轨垂直。两根金属杆的电阻之和为某一恒定值。现在在金属杆甲的中点加一个与金属杆甲垂直、且水平向右的恒定拉力，使金属杆甲由静止开始沿导轨向右运动则关于金属杆乙的速度v随时间t变化的大致图像，下列正确的是（　　）
B．
C． D．
二、填空题（共4题）
16．如图所示，两个用相同导线制成的不闭合环A和B，半径RA＝2RB，两环缺口间用电阻不计的导线连接．当一均匀变化的匀强磁场只垂直穿过A环时，a、b两点间的电势差为U．若让这一均匀变化的匀强磁场只穿过B环，则a、b两点间的电势差为_____________．
17．如图所示，在光滑的绝缘水平面上，一个半径为10 cm、电阻为1.0 Ω、质量为0.1 kg的金属环以10 m/s的速度冲入一有界磁场，磁感应强度为B=0.5T。经过一段时间后，圆环恰好有一半进入磁场，该过程产生了3.2 J的电热，则此时圆环的瞬时速度为___________m/s；瞬时加速度为___________ m/s2。
18．如图，与水平地面成θ角的两根光滑平行金属导轨、固定放置，导轨处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向下，两导轨间距为L。有两根质量均为m的金属棒a、b，先将a棒垂直导轨放置，用跨过光滑定滑轮的细线与物块c连接，由静止释放c。此后某时刻，将b也垂直导轨放置，a、c此刻开始做匀速运动，且b棒恰好能在导轨上保持静止，则物块c的质量为________，若在b棒放上导轨后，c下降的高度为h，则在此过程中回路消耗的电能等于________________。（重力加速度为g）
19．某同学利用如图甲装置研究磁铁下落过程中的重力势能与电能之间的相互转化。内阻 r＝40 Ω的螺线管固定在铁架台上，线圈与电流传感器、电压传感器和滑动变阻器连接。滑动变阻器最 大阻值为 40 Ω，初始时滑片位于正中间 20 Ω 的位置。打开传感器，将质量 m＝0.01 kg 的磁铁 置于螺线管正上方静止释放，磁铁上表面为 N 极。穿过螺线管后掉落到海绵垫上并静止（磁 铁下落中受到的阻力远小于磁铁重力，不发生转动），释放点到海绵垫高度差 h＝0.25 m。计 算机屏幕上显示出如图乙的 UI－t 曲线。
（1）图乙中坐标表示的物理量 UI 的意义是______，磁铁穿过螺线管的过程中，UI 的峰值 约为 ____W。（保留两位有效数字）
（2）磁铁穿过螺线管的过程中，螺线管产生的感应电动势的最大值约为______V。（保留 两位有效数字）
（3）图乙中 UI 出现前后两个峰值，对比实验过程发现，这两个峰值是在磁铁刚进入螺线管 内部和刚从内部出来时产生的，对这一现象相关说法正确的是_______。
A．线圈中的磁通量经历先增大后减小的过程
B．如果仅略减小 h，两个峰值都会减小
C．如果仅略减小 h，两个峰值可能会相等
D．如果仅移动滑片，增大滑动变阻器阻值，两个峰值都会增大
（4）在磁铁下降 h＝0.25 m 的过程中，估算重力势能转化为电能的值是_____J，并估算 重力势能转化为电能的效率是______。（用百分比表示，保留两位有效数字）
三、综合题（共4题）
20．如图所示，两根足够长平行金属导轨MN、PQ固定在倾角θ=37°的绝缘斜面上，顶部接有一阻值R=3Ω的定值电阻，下端开口，轨道间距L=1m．整个装置处于磁感应强度B=2T的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上．质量m=1kg的金属棒ab置于导轨上，ab在导轨之间的电阻r=1Ω，导轨电阻不计．金属棒ab由静止释放后沿导轨运动时始终垂直于导轨，且与导轨接触良好．已知金属棒ab沿导轨向下运动的最大速度vm=2.0m/s，sin37°=0.6，cos37°=0.8，取g=10m/s2．
(1)求金属棒ab与导轨间的动摩擦因数μ；
(2)若从金属棒ab开始运动至达到最大速度过程中，电阻R上产生的焦耳热为1.5 J，求流过电阻R的总电荷量q．
21．两根平行相距为L的足够长的金属直角导轨如图所示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边垂直于水平面，导轨的水平部分光滑。金属细杆ab静止在水平导轨上，金属杆cd紧贴竖直导轨，两金属杆与导轨垂直接触形成闭合回路，整个装置处于磁感应强度大小为B，方向竖直向上的匀强磁场中。已知两根金属细棒的质量均为m、电阻均为R，cd杆与竖直导轨之间的动摩擦因数为，导轨电阻不计。现用平行于水平导轨的恒力F（大小未知）作用在ab杆上使ab杆由静止开始向右运动，同时由静止放cd杆，过一段时间后，两金属杆同时达到最大速度，重力加速度为g，求：
(1)杆ab的最大速度v；
(2)拉力F的大小；
(3)若ab杆从开始运动到获得最大速度移动过的距离为x，求此过程中cd杆上产生的焦耳热Q。
22．如图所示，足够长的金属导轨MN、PQ平行放置，间距为L，与水平面成θ角，导轨与定值电阻R1和R2相连，且R1 = R2 = R，R1支路串联开关S，原来S闭合．匀强磁场垂直导轨平面向上，有一质量为m、有效电阻也为R的的导体棒ab与导轨垂直放置，它与导轨的接触粗糙且始终接触良好，现让导体棒ab从静止开始释放，沿导轨下滑，当导体棒运动达到稳定状态时速率为v，此时整个电路消耗的电功率为重力功率的．已知重力加速度为g，导轨电阻不计，求：
（1）匀强磁场的磁感应强度B的大小和达到稳定状态后导体棒ab中的电流强度I；
（2）如果导体棒ab从静止释放沿导轨下滑x距离后运动达到稳定状态，在这一过程中回路中产生的电热是多少？
（3）导体棒ab达到稳定状态后，断开开关S，从这时开始导体棒ab下滑一段距离后，通过导体棒ab横截面的电量为q，求这段距离是多少？
23．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．D
2．C
3．C
4．B
5．B
6．C
7．A
8．B
9．B
10．D
11．A
12．C
13．D
14．A
15．A
16．
17．6 m/s 0.6 m/s2
18．
19．变阻器消耗的功率 0.0062-0.0063 1.0或 1.1 V ABD
20．(1)0.5 (2) 1.0 C
21．(1)；(2)；(3)
22．（1），（2）（3）
23．