2.3电磁感应定律的应用同步练习（word版含答案）

2.3电磁感应定律的应用同步练习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．图甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有一些磁铁（与飞轮不接触），人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁铁会对飞轮产生阻碍，拉动旋钮拉线可以改变磁铁与飞轮间的距离．下列说法正确的有（　　）
A．飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力
B．飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮受到的阻力越小
C．磁铁和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，受到的阻力越小
D．磁铁和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，内部的涡流越弱
2．如图所示，两根相距L、电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置，左端接一电阻R。导轨x＞0一侧存在沿x方向均匀增大的稳恒磁场，其方向垂直导轨平面向下，在x=0处磁感应强度为B0，在某位置x处磁感应强度B=B0+kx。一根质量m、电阻r的金属杆置于导轨上并与导轨垂直。杆在外力F作用下从x=0处以初速度v0开始沿导轨向右运动，运动过程中电阻R上消耗的电功率不变。以下说法正确的是（　　）
A．杆受的安培力恒定 B．杆受的安培力减小
C．杆做匀速运动 D．杆做减速运动
3．半径为R的圆形线圈，两端A、B接有一个平行板电容器，线圈垂直放在随时间均匀变化的匀强磁场中，如右图所示，则要使电容器所带电荷量Q增大，可以采取的措施是(　 )
A．增大电容器两极板间的距离
B．增大磁感应强度的变化率
C．减小线圈的半径
D．改变线圈所在平面与磁场方向间的夹角
4．水平固定放置的足够长的U形金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中，如图所示，在导轨上放着金属棒ab，开始时ab棒以水平初速度v0向右运动，最后静止在导轨上，就导轨光滑和粗糙两种情况比较，这个过程（　　）
A．产生的总内能相等 B．通过ab棒的电量相等
C．电流所做的功相等 D．安培力对ab棒所做的功相等
5．截面积S=0.5m2，n=100匝的圆形线圈，处在如图甲所示的磁场内，磁场方向与线圈平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示，已知电路中 R=3Ω，C=10μF，线圈电阻r=2Ω，导线电阻忽略不计，t=0时刻磁场方向垂直线圈平面向里，则有（ ）
A．电容器两端电压为10V
B．通过电阻R的感应电流大小为20A
C．通过电阻R的电流方向为b-R-a
D．电容器所带的电荷量6×10-5C
6．如图所示，正方形导线框abcd和菱形MNPQ在同一水平面内，ab＝MN＝MP＝L，ab⊥NQ，N位于ab的中点，菱形区域存在方向竖直向上的匀强磁场，使线框从图示位置沿NQ方向匀速穿过菱形区域，规定电流逆时针为正，则线框中的电流i随位移x变化的图象可能是(　　)
A． B．
C． D．
7．如图所示，物理课上老师做了这样一个实验，将一厚度均匀且足够长的光滑铝板固定在绝缘支架上，铝板与永平面的倾角为，现将一质量为m的永磁体静止地放置在铝板的上端，它将沿斜面向下运动，则运动过程中永磁体（　　）
A．做加速度为a的匀加速直线运动，且
B．做加速度为a的匀加速直线运动，且
C．重力势能先逐渐减小，最后保持不变
D．动能先逐渐增加，最后保持不变
8．如图所示，圆形线圈半径为，共匝，圆的内接正方形虚线框内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为随时间变化规律为，则下列选项正确的是（　　）
A．时，穿过线圈的磁通量为
B．时，穿过线圈的磁通量为
C．时刻线圈中产生的感应电动势
D．线圈面积有扩张的趋势
9．如右图所示，在坐标系xOy中，有边长为a的正方形金属线框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．t＝0时刻，线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场上边界的方向穿过磁场区域．取沿a→b→c→d→a的感应电流方向为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流i随时间t变化的图线是下图中的(　　)
A． B．
C． D．
10．如图所示，间距为L的金属导轨竖直平行放置，空间有垂直于导轨所在平面向里、大小为B的匀强磁场．在导轨上端接一电容为C的电容器，一质量为m的金属棒ab与导轨始终保持良好接触，由静止开始释放，释放时ab 距地面高度为h，（重力加速度为g，一切摩擦及电阻均不计）在金属棒下滑至地面的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．若h足够大，金属棒最终匀速下落
B．金属棒运动到地面时，电容器储存的电势能为mgh
C．金属棒做匀加速运动，加速度为
D．金属棒运动到地面时，电容器储存的电势能为
11．如图所示，两根间距为L的平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R，电阻为r，长为L的金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场B中，磁场方向垂直于导轨平面向下．现使导体棒在外力F的作用下向右做匀速直线运动，速度大小为v，下列说法正确的是　　
A．ab棒中的感应电流方向由a到b
B．ab棒两端的电压BLv
C．ab棒中的感应电流大小
D．穿过回路的磁通量的变化率逐渐增大
12．一闭合圆形线圈，放在随时间均匀变化的磁场中，线圈平面和磁场方向垂直，若想使线圈中感应电流增强一倍，下述哪些方法是可行的（　　）
A．使磁感应强度的变化率增大一倍
B．使线圈匝数增加一倍
C．使线圈面积增加一倍
D．使线圈匝数减少一半
13．如图所示，由均匀导线制成的半径为R=20cm的圆环，以5m/s的速度匀速进入磁感应强度大小为B=2T的有界匀强磁场，边界如图中虚线所示。当圆环运动到图示位置（∠aOb=90°）时，a、b两点的电势差为（　　）
A． B． C． D．
14．如图，两条间距为L的平行金属导轨位于同一水平面（纸面）内，其左端接一阻值为R的电阻；一金属棒垂直放置在两导轨上；在MN左侧面积为S的圆形区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场，磁感应强度大小B随时间t的变化关系为B=kt，式中k为常量，且k>0；在MN右侧区域存在一与导轨垂直、磁感应强度大小为B0、方向垂直纸面向里的匀强磁场。t=0时刻，金属棒从MN处开始，在水平拉力F作用下以速度v0向右匀速运动。金属棒与导轨的电阻及摩擦均可忽略。则（　　）
A．在t时刻穿过回路的总磁通量为B0Lv0t
B．电阻R上的电流随时间均匀增大
C．在时间Δt内流过电阻的电荷量为Δt
D．金属棒所受的水平拉力F随时间均匀增大
15．如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的单匝闭合正方形线圈Ⅰ和Ⅱ，分别用相同材料，不同粗细的导线绕制（Ⅰ为细导线）。两线圈在距磁场上界面高处由静止开始自由下落，再进入磁场，最后落到地面，运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界。设线圈Ⅰ、Ⅱ落地时的速度大小分别为、，在磁场中运动时产生的热量分别为、不计空气阻力，已知线框电阻与导线长度成正比，与导线横截面积成反比，则：（ ）
A．， B．， C．， D．，
二、填空题（共4题）
16．如图所示，长为L宽为h的矩形闭合线圈竖直固定在小车上，其中，线圈电阻，线圈与小车总质量它们在光滑水平面上，以的初速度进入与线圈平面垂直、磁感应强度为B、宽度为d的水平有界匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，已知小车运动的速度随位移s变化的图象如图所示已知，则______m，______
17．有界匀强磁场磁感应强度B=0.2T，宽度L2=3m，一正方形均匀金属框边长L1=1m，以v=10m/s的速度匀速穿过磁场区，金属框平面始终保持和磁感线方向垂直，如图所示。画出金属框穿过磁场的过程中bc两端电压的Ubc-t图线（从cd边进入磁场开始计时）_________________。
18．在操场上，两同学相距L为10m左右，在沿垂直于地磁场方向的两个位置上，面对面将一并联铜芯双绞线，象甩跳绳一样摇动，并将线的两端分别接在灵敏电流计上．双绞线并联后的电阻R为0.2Ω，绳摇动的频率配合节拍器的节奏，保持．如果同学摇动绳子的最大圆半径h很小，约为0.1m，电流计的最大值.试估算地磁场的磁感应强度的数量级________．数学表达式B=_________．（用R，I，L，f，h等已知量表示）
19．某同学探究磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律，实验装置如图所示，打点计时器的电源为的交流电。
（1）下列实验操作中，正确的有______；
A．将铜管竖直地固定在限位孔的正下方
B．纸带穿过限位孔，压在复写纸下面
C．用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落
D．在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源
（2）该同学按照正确的步骤进行实验（记为“实验①”），将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为点，每隔一个计时点取一个计数点，标为1、2、3、…、8。用刻度尺量出各计数点的相邻计时点到点的距离，记录在纸带上，如图所示。
计算相邻计时点间的平均速度，粗略地表示各计数点的速度，抄入下表，请将表中的数据补充完整。
位置 1 2 3 4 5 6 7 8
24.5 33.8 37.8 ( ) 39.5 39.8 39.8 39.8
（3）分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是___________；磁铁受到阻尼作用的变化情况是______________________。
（4）该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作（记为“实验②”），结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同，请问实验②是为了说明什么？对比实验①和②的结果得到什么结论？( )
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=1Ω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=4T的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下．质量m=2kg的金属棒ab置于导轨上，ab在导轨之间的电阻r=1Ω，电路中其余电阻不计．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与导轨间动摩擦因数μ=0.5，不计空气阻力影响．sin37°=0.6，cos37°=0.8，取g=10m/s2．求：
（1）金属棒ab沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小am
（2）金属棒ab沿导轨向下运动的最大速度vm；
（3）金属棒ab沿导轨向下运动过程中，电阻R上的最大电功率PR；
（4）若从金属棒ab开始运动至达到最大速度过程中回路中产生的焦耳热总共为3.75J，求金属棒ab开始运动至达到最大速度过程中，金属棒ab下滑位移的大小S及流过电阻R的总电荷量q．
21．如图所示，两足够长的光滑金属导轨水平放置，相距为L，一理想电流表与两导轨相连，匀强磁场与导轨平面垂直。一质量为m、有效电阻为R的导体棒由距磁场左边界L处在恒力F作用下从静止开始运动。导体棒进入磁场后，流经电流表的电流逐渐增大，最终稳定为I。在加速过程中，导体棒产生的焦耳热量为Q。整个运动过程中，导体棒与导轨接触良好，且始终垂直导轨，不计其他部分的电阻。求：
（1）导体棒刚进入磁场时，流经电流表的电流；
（2）进入磁场后，导体棒加速过程位移的大小s。
22．某同学设计了一套电磁阻尼测速仪．如图所示，MN、PQ为两根水平固定放置的平行长直光滑的金属导轨，导轨间距为L，用电阻R1将导轨左端MP相连，导轨间加有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。金属棒CD放置导轨上，棒的右侧固定一绝缘物块，棒CD的电阻为R2，棒与物块的总质量为M。现用玩具手枪对准物块的正中间射出一质量为m、速度为v0的子弹，子弹击中物块后，棒与物块一起向左移动x距离停止运动，假设棒与导轨接触良好且不转动，子弹击中物块的时间很短且停留在物块内部。求：
（1）子弹击中物块后瞬间金属棒的速度v的大小；
（2）从棒开始运动到停止的过程中，金属棒产生的焦耳热Q；
（3）金属棒滑行距离x与子弹的初速度v0的函数关系式。
23．如图，MN、PQ为两根足够长的水平放置的平行金属导轨，间距L=1m；整个空间以OO′为边界，左侧有垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小B1=1T，右侧有方向相同、磁感应强度大小B2=2T的匀强磁场。两根完全相同的导体棒a、b，质量均为m=0.1kg，与导轨间的动摩擦因数均为μ=0.2，其在导轨间的电阻均为R=1Ω。开始时，a、b棒均静止在导轨上，现用平行于导轨的恒力F=1.0N向右拉b棒。假定a棒始终在OO′左侧运动，b棒始终在OO′右侧运动，除导体棒外其余电阻不计，滑动摩擦力和最大静摩擦力大小相等，g取10m/s2。
（1）a棒开始滑动时，求b棒的速度大小；
（2）当b棒的加速度为1.4m/s2时，求a棒的加速度大小；
（3）已知经过足够长的时间后，a、b棒均做匀加速运动，求此时回路中电流的热功率。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
2．D
3．B
4．A
5．D
6．D
7．D
8．B
9．A
10．D
11．C
12．A
13．B
14．C
15．D
16． 0.25 0.2
17．
[1]线框进入磁场过程中，线框中感应电流沿逆时针方向（为正方向），b点的电势高于c点的电势，线框在进入和穿出磁场的过程产生的感应电动势大小相等，为
bc两端电压为
进入与穿出磁场的时间为
线框完全在磁场中运动的时间为
线框完全在磁场中时，穿过线框的磁通量不变，感应电流为零，bc两端的电压为零。
线框穿出磁场过程中感应电流沿顺时针方向，bc两端电压为
bc两端电压的Ubc-t图线为
18．
19． AB 39.0 速度逐渐增大到后做匀速直线运动 逐渐增大到等于重力 为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用。磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用。
20．（1）2m/s2（2）0.5m/s（3）1m 2C
21．（1）；（2）
22．（1）；（2）；（3）
23．（1）；（2）；（3）
答案第1页，共2页