2.3电磁感应定律的应用基础巩固（word版含答案）

2.3电磁感应定律的应用基础巩固2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第二册
一、选择题（共15题）
1．如图所示，在水平面内固定着U形光滑金属导轨，轨道间距为50cm，金属导体棒ab质量为0.1kg，电阻为0.2Ω，横放在导轨上，电阻R的阻值是0.8Ω(导轨其余部分电阻不计)．现加上竖直向下的磁感应强度为0.2T的匀强磁场．用水平向右的恒力F＝0.1N拉动ab，使其从静止开始运动，则(　　)
A．导体棒ab开始运动后，电阻R中的电流方向是从P流向M
B．导体棒ab运动的最大速度为10m/s
C．导体棒ab开始运动后，a、b两点的电势差逐渐增加到1V后保持不变
D．导体棒ab开始运动后任一时刻，F的功率总等于导体棒ab和电阻R的发热功率之和
2．如图所示，一个匝数为n的圆形线圈，面积为S，电阻为r．将其两端a、b与阻值为R的电阻相连接，在线圈中存在垂直线圈平面向里的磁场区域，磁感应强度B随时间t均匀增加，当时线圈中产生的感应电流为I1；当时，其他条件不变，线圈中产生的感应电流变为I2．则通过电阻R的电流方向及I1与I2之比分别为
A．c→d，I1:I2=1:2
B．c→d，I1:I2=2:1
C．d→c，I1:I2=2:1
D．d→c，I1:I2=1:2
3．如图所示，在一水平桌面上固定有两个“”形的光滑平行金属导轨，导轨电阻不计，间距为，导轨的水平部分与竖直部分都足够长，导轨最左端连接一阻值为的定值电阻，靠近水平导轨左端的导体棒b与竖直导轨上的导体棒a用一不可伸长的绝缘细线连接在一起，两导体棒完全相同、始终保持与导轨垂直且接触良好，导轨的水平部分存在一方向竖直向下、磁感应强度大小为的匀强磁场。已知两导体棒的质量均为、有效电阻均为，重力加速度g取。现将两导体棒由静止释放，不计细线与桌面间的摩擦且细线与导轨平行，则导体棒运动的最大速度为（　　）
A． B． C． D．
4．如图所示，电压表、电流表均为理想电表，正方形线框的边长为L，电容器的电容量为正方形线框的一半放在垂直纸面向里的匀强磁场中，当磁场以k的变化率均匀减弱时，则（　　）
A．电流表有读数 B．电压表有读数
C．b点的电势高于a点的电势 D．回路中产生的电动势为
5．一个电阻为R、面积为S的金属环，让磁感线垂直穿过环面，在t时间内，磁感应强度的变化是△B，则通过金属环导线截面的电量与下述哪些量无关（　　）
A．时间t
B．环所围面积S
C．环的电阻值R
D．磁感应强度B的变化
6．将匚形金属框架D固定在水平面上，用绝缘杆C将金属棒AB顶在金属框架的两端，组成一个良好的矩形回路，如图甲所示．AB与绝缘杆C间有压力传感器，开始时压力传感器的读数为10N．将整个装置放在匀强磁场中，磁感应强度随时间做周期性变化，设垂直于纸面向外方向的磁感应强度为正值，匚形金属框架放入磁场前后的形变量可认为相同．压力传感器测出压力随时间变化的图象如图乙所示．由此可以推断，匀强磁场随时间变化的情况可能是
A．如A图所示 B．如B图所示
C．如C图所示 D．上述选项都不正确
7．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
8．如图所示,在坐标系xOy中，有边长为a的正方形均匀铜线框abcd,其一条对角线ac和y轴重合、顶点a位于坐标原点O处；在y轴的右侧的Ⅰ、Ⅳ象限内有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的上边界与线框的ab边刚好完全重合，左边界与y轴重合，右边界与y轴平行，下边界足够远，t＝0时刻，线圈以恒定的速度v(平动)沿垂直于磁场上边界的方向穿过磁场区域.则在线圈穿越磁场区域的过程中，ab间的电势差Uab随时间t变化的图线是下图中的
A． B．
C． D．
9．如图所示，圆形金属轨道处于垂直纸面向里的匀强磁场中，一足够长的金属杆MN恰好封住轨道缺口，杆的N端与轨道的一端接触良好。现使金属杆以N端为轴顺时针匀速转动，金属杆与导轨接触良好，导轨电阻不计，金属杆单位长度上的电阻为r。在金属杆转过的过程中，下列图像中的描述回路电流变化正确的是（　　）
A． B．
C． D．
10．如图所示，一匝数为10匝的闭合金属线圈，总电阻为10.0Ω，线圈面积为1.0m2，图示区域内有匀强磁场，且磁感应强度随时间的变化规律为B=0.5+2t（T），则（　　）
A．线圈中产生顺时针方向的感应电流
B．线圈中产生的感应电动势为2V
C．线圈中的感应电流大小为2A
D．t=0.25s时线圈中消耗的电功率为10W
11．一正方形金属线框位于有界匀强磁场区域内，线框平面与磁场垂直，线框的右边紧贴着磁场边界，如图甲所示。t＝0时刻对线框施加一水平向右的外力，让线框从静止开始做匀加速直线运动穿过磁场，外力F随时间t变化的图象如图乙所示。已知线框质量m＝1kg、电阻R＝1Ω，以下说法不正确的是(　　)
A．线框边长为1m
B．匀强磁场的磁感应强度为2T
C．线框穿过磁场的过程中，通过线框的电荷量为C
D．线框做匀加速直线运动的加速度为1m/s2
12．一个面积S = 0.05m2匝数n = 100的闭合线圈放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示，则下列判断正确的是（ ）
A．0 ~ 2s内线圈中感应电流的方向发生了改变
B．2 ~ 4s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零
C．0 ~ 2s内线圈中产生的感应电动势等于10V
D．在第3s末线圈中的感应电动势等于零
13．如图所示，宽为h的矩形线框从初始位置由静止开始下落，进入一水平的匀强磁场，磁场方向与线框平面垂直，且。已知线框刚进入磁场时恰好匀速下落，则线框刚出磁场时将做（　　）
A．向下的匀速运动 B．向下的减速运动
C．向下的加速运动 D．向上的运动
14．如图所示，平行金属导轨竖直放置，仅在虚线MN下面的空间存在着匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，导轨上端跨接一定值电阻R，质量为m、电阻r的金属棒两端各套在导轨上并可在导轨上无摩擦滑动，导轨的电阻不计，将金属棒从图示位置由静止释放，则进入磁场后（　　）
A．a点的电势高于b点的电势
B．金属棒中产生的焦耳热小于金属棒机械能的减少量
C．金属棒受到的安培力大小为2mg
D．金属棒刚进入磁场过程中可能做匀减速运动
15．如图所示，两根电阻不计、倾角为θ=37°且足够长的光滑平行金属导轨倾斜放置，导轨间距为L=0.4m，顶端连接电阻为R=2Ω的定值电阻。虚线上方（含虚线处）的区域存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B=1.25T。质量为m=0.1kg、电阻为R1=1Ω的导体棒P在虚线上方某处；电阻为R2=2Ω的导体棒Q固定在虚线处。将导体棒P由静止释放，经过时间t=3s导体棒P到达虚线处，P在到达虚线之前已达到最大速度，P、Q与导轨始终接触良好。重力加速度g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8.下列说法正确的是（　　）
A．导体棒P到达虚线前的动量变化率越来越大
B．导体棒P到达虚线时的速度大小为m/s
C．导体棒P的释放点与虚线间的距离为m
D．从导体棒P开始运动到到达虚线时导体棒Q上产生的焦耳热为J
二、填空题（共4题）
16．如图，U型线框内部有匀强磁场，磁感应强度为B，线框宽度为，线框上有一金属棒，长恰好也为，现让线框和磁场一起向左以速率匀速移动，同时金属杆以速率向右匀速移动，金属棒电阻为R，框电阻不计，则产生的感应电流为_________
17．用均匀导线做成的正方形线框边长为0.2 m，正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图所示．当磁场以10 T/s的变化率增强时，线框中a、b两点间的电势差是Uab＝_____ V
18．电阻为R的矩形导线框abcd，边长ab＝L，ad=h，质量为m，自某一高度自由落下，通过一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁场区域的宽度为h，如图所示，若线框恰好以恒定速度通过磁场，线框内产生的焦耳热是____________．
19．如图所示，PQ和MN为水平放置的光滑平行金属导轨，间距为L=1.0m，导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m=0.02kg，棒的中点用细绳经轻滑轮与物体c相连，物体c的质量M=0.03kg，悬在空中。在垂直导轨平面方向存在磁感应强度B=0.2T的匀强磁场，磁场方向竖直向上，重力加速度g取10m/s2.
(1)为了使物体c能保持静止，应该在棒中通入多大的电流I1？电流的方向如何？
(2)若在棒中通入方向a到b的电流I2=2A，导体棒的加速度大小是多少？
三、综合题（共4题）
20．如图所示，光滑金属直轨道MN和PQ固定在同一水平面内，MN、PQ平行且足够长，两轨道间的宽度L＝0.50 m。轨道左端接一阻值R＝0.50 Ω的电阻。轨道处于磁感应强度大小B＝0.40 T，方向竖直向下的匀强磁场中，质量m＝0.50 kg的导体棒ab垂直于轨道放置。在沿着轨道方向向右的力F作用下，导体棒由静止开始运动，导体棒与轨道始终接触良好并且相互垂直，不计轨道和导体棒的电阻，不计空气阻力，若力F的大小保持不变，且F＝1.0 N，求：
(1)导体棒能达到的最大速度大小vm；
(2)导体棒的速度v＝5.0 m/s时，导体棒的加速度大小a。
21．如图甲所示，电阻不计且间距L＝1 m的光滑平行金属导轨竖直放置，上端接一阻值R＝2 Ω的电阻，虚线OO′下方有垂直于导轨平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B＝2T．现将质量m＝0.1 kg、电阻不计的金属杆ab从OO′上方某处由静止释放，金属杆在下落的过程中与导轨保持良好接触且始终水平．金属杆从静止开始，下落0.3 m的过程中，加速度a与下落距离h的关系图象如图乙所示，g取10 m/s2，求：
（1）金属杆刚进入磁场时，速度的大小v0；
（2）金属杆从静止开始下落0.3m的过程中，在电阻R上产生的热量Q；
（3）在图丙的坐标系中，定性画出回路中电流随时间变化的图线，并说明图线与坐标轴围成面积的物理意义（以金属杆进入磁场时为计时起点）．
22．当磁场相对于导体运动时，会带动导体一起运动，这种作用称为“电磁驱动”。“电磁驱动”在生产生活中有着非常广泛的应用。
（1）如图1所示，两条相距L=1m的平行金属导轨位于同一水平面内，其左端接一阻值为的电阻。矩形匀强磁场区域的磁感应强度大小为、方向竖直向下，金属杆ab位于磁场区域内且静置在导轨上。若磁场区域以速度匀速向右运动，金属杆会在安培力的作用下运动起来。除外其它电阻不计。请判断金属杆中的感应电流方向，并计算金属杆初始时电流的大小。
（2）某种磁悬浮列车的驱动系统可简化为如下模型：固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为R，金属框置于xOy平面内，长为l的MN边平行于y轴，宽为d的NP边平行于x轴，如图2所示。列车轨道沿Ox方向，轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度B沿Ox方向按正弦规律分布，其空间周期为，最大值为，如图3所示，且金属框同一长边上各处的磁感应强度均相同。当整个磁场以速度v沿Ox方向匀速平移时，磁场对金属框的作用力充当驱动力，使列车沿Ox方向加速行驶。某时刻，列车速度为，MN边所在位置的磁感应强度恰为。设在短暂时间内，MN、PQ边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略，并忽略一切阻力。
a.若，求此刻列车的驱动力F的大小；
b.为使列车在此刻能获得最大驱动力，请写出与d之间应满足的关系式，并计算最大驱动力的瞬时功率。
23．如图所示，水平放置的U形光滑导轨足够长，处于磁感应强度B=5 T的匀强磁场中，导轨宽度L=0.2 m，可动导体棒ab质量m=2.0 kg，电阻R=0.1 ，其余电阻可忽略不计。现在导体棒ab在水平外力F=10 N的作用下，由静止开始运动了s=40cm后，速度达到最大。求：
（1）导体棒ab运动的最大速度。
（2）当导体棒ab的速度为最大速度的一半时，棒ab的加速度。
（3）导体棒ab由静止达到最大速度的过程，棒ab上产生的热量。
参考答案
1．B
2．A
3．D
4．B
5．A
6．D
7．A
8．A
9．B
10．C
11．A
12．C
13．B
14．B
15．B
16．
17．-0.1
18．
19．(1) 1.5A 方向由a到b ； (2) 2m/s2
20．(1)12.5m/s (2)1.2m/s2
21．（1）1.0m/s（2）0.2875J （3）图线如图
22．（1）电流由a到b，3A；（2）a. ；（2）；
23．（1）1m/s．（2）2.5m/s2；（3）3J．