2.4电磁感应的案例分析同步练习（word版含答案）

2.4电磁感应的案例分析同步练习
一、选择题（共15题）
1．如右图所示，AB、CD为两个平行的、不计电阻的水平光滑金属导轨，处在方向竖直向下，磁感应强度为B的匀强磁场中。AB、CD的间距为L，左右两端均接有阻值为R的电阻．质量为m长为L且不计电阻的导体棒MN放在导轨上，与导轨接触良好，并与轻质弹簧组成弹簧振动系统。开始时，弹簧处于自然长度，导体棒MN具有水平向左的初速度v0，经过一段时间，导体棒MN第一次运动到最右端，这一过程中AC间的电阻R上产生的焦耳热为Q，则(　　)
A．初始时刻导体棒所受的安培力大小为
B．从初始时刻至导体棒第一次到达最左端的过程中，整个回路产生的焦耳热为
C．当导体棒第一次到达最右端时，弹簧具有的弹性势能为－2Q
D．当导体棒再次回到初始位置时，AC间电阻R的热功率为
2．如图所示，质量为m、电阻为r的“U”字形金属框abcd置于竖直平面内，三边的长度ad=dc=bc=L，两顶点a、b通过细导线与M、N两点间的电源相连，电源电动势为E。内阻也为r。匀强磁场方向垂直金属框向里，金属框恰好处于静止状态。不计其余电阻和细导线对a、b点的作用力，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　）
A．M点应接电源的正极 B．电源的输出功率为
C．磁感应强度的大小为mgr D．ad边受到的安培力大于bc边受到的安培力
3．.如图所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度．两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速度释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面．下面对于两管的描述可能正确的是(　　)
A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的
B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的
C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的
D．均只受重力，同时下落，题干有误
4．如图所示，均匀金属圆环的总电阻为4R，磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过圆环．金属杆OM的长为，阻值为R，M端与环接触良好，绕过圆心O的转轴以恒定的角速度ω顺时针转动．阻值为R的电阻一端用导线和环上的A点连接，另一端和金属杆的转轴O处的端点相连接．下列判断正确的是 （ ）
A．OM两点间电势差绝对值的最大值为
B．金属杆OM旋转产生的感应电动势恒为
C．通过电阻R的电流的最小值为，方向从Q到P
D．通过电阻R的电流的最大值为，且P、Q两点电势满足
5．如图所示，MN、PQ是间距为L的光滑平行金属导轨，置于磁感应强度为B，方向垂直导线所在平面向里的匀强磁场中，M、P间接有一阻值为R的电阻．一根与导轨接触良好、有效阻值为r的金属导线ab垂直导轨放置，并在水平外力F的作用下以速度v向右匀速运动，则（不计导轨电阻）（　　）
A．通过电阻R的电流方向为P→R→M
B．ab两点间的电压为BLv
C．a端电势比b端高
D．外力F做的功等于电阻R上发出的焦耳热
6．如图所示是高频焊接原理示意图。线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是（　　）
A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快
B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快
C．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小
D．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为电压高
7．如图所示，边长为的正方形闭合线圈，以垂直于磁场边界的恒定速度通过宽为（）的匀强磁场．设线圈的感应电动势为，感应电流为，所受安培力为，通过导线横截面的电荷量为．则下图中可能正确的是（ ）
A． B． C． D．
8．如图所示，用粗细均匀的铜导线制成半径为r、电阻为4R的圆环，PQ为圆环的直径，在PQ的左右两侧均存在垂直圆环所在平面的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，但方向相反，一根长为2r、电阻为R的金属棒MN绕着圆心O以角速度顺时针匀速转动，金属棒与圆环紧密接触。下列说法正确的是（　　）
A．金属棒MN两端的电压大小为
B．金属棒MN中的电流大小为
C．图示位置金属棒中电流方向为从N到M
D．金属棒MN转动一周的过程中，其电流方向不变
9．如图所示,在等腰直角三角形abc内存在垂直纸面向外的匀强磁场,三角形efg是与三角形abc形状相同的导线框,x轴是两个三角形的对称轴．现让导线框efg在纸面内沿x轴向右匀速穿过磁扬,规定逆时针方向为电流的正方向，在导线框通过磁场的过程中，感应电流i随时间t的变化图像是
A． B．
C． D．
10．如图所示，在庆祝反法西斯胜利70周年阅兵盛典上，我国预警机“空警－2 000”在通过天安门上空时机翼保持水平，以4.5×102 km/h的速度自东向西飞行．该机的翼展（两翼尖之间的距离）为50 m，北京地区地磁场的竖直分量向下，大小为4.7×10－5 T，则（　　）
A．两翼尖之间的电势差为2.9 V
B．两翼尖之间的电势差为1.1 V
C．飞机左方翼尖的电势比右方翼尖的电势高
D．飞机左方翼尖的电势比右方翼尖的电势低
11．如图所示，两个用同种金属做成的粗细均匀、边长相同的正方形导线框、，已知的质量比大．它们都从有理想边界、垂直于纸面向里的匀强磁场的上边界处无初速释放，在它们全部进入磁场前，就已经达到了各自的稳定速度．下列说法正确的是（ ）
A．的稳定速度一定比的稳定速度大
B．、进入磁场的运动时间相同
C．进入磁场全过程通过、线圈截面的电荷量相同
D．各自以稳定速度下落过程中两线圈安培力的功率相同
12．如图所示，垂直纸面的匀强磁场分布在正方形虚线区域内，电阻均匀的正方形导线框位于虚线区域的中央，两正方形共面且四边相互平行。现将导线框先后朝图示两个方向以速度、分别匀速拉出磁场，拉出时保持线框不离开纸面且速度垂直线框。比较两次移出磁场的过程中，以下说法正确的是（　　）
A．线框中产生的感应电流方向相反
B．边两端的电压之比为
C．线框中产生的焦耳热之比为
D．通过导线框某一截面的电荷量之比为
13．1831年10月28日，法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机．它是利用电磁感应的原理制成的，是人类历史上的第一台发电机．如图是圆盘发电机的示意图：铜盘安装在水平的铜轴上，它的边缘正好在两磁极之间，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触．设圆盘半径为r，人转动把手使铜盘以角速度山转动(图示方向：从左向右看为顺时针方向)，电阻R中就有电流通过．(不考虑铜盘的电阻)
A．圆盘边缘D点的电势低于C点电势
B．电阻R中电流方向向下
C．圆盘转动一周过程中，通过R的电荷量为
D．人在转动圆盘的过程中所消耗的功率为
14．如图，光滑平行导轨水平放置，电阻不计，MN部分的宽度为2l，PQ部分的宽度为l，金属棒a和b的质量分别为2m和m，其电阻大小分别为2R和R，a和b分别静止在MN和PQ上，垂直导轨相距足够远，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感强度为B。现对a棒施加水平向右恒力F作用，两棒运动时始终保持平行且a总在MN上运动，b总在PQ上运动，经过足够长时间后，下列说法正确的（ ）
A．回路感应电动势为零
B．流过a的电流大小为
C．金属棒a和b均做匀速直线运动
D．金属棒a和b均做加速度相同的匀加速直线运动
15．如图所示，有理想边界的直角三角形区域abc内部存在着两个方向相反的垂直纸面的匀强磁场，e是斜边ac上的中点，be是两个匀强磁场的理想分界线.现以b点为原点O，沿直角边bc作x轴，让在纸面内与abc形状完全相同的金属线框ABC的BC边处在x轴上，t=0时导线框C点恰好位于原点O的位置.让ABC沿x轴正方向以恒定的速度v穿过磁场，现规定逆时针方向为导线框中感应电流的正方向,在下列四个i-x图像中，能正确表示感应电流随线框位移变化关系的是 ( )
A． B．
C． D．
二、填空题（共4题）
16．当导体在______中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是______导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。
17．如图所示，水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行光滑金属导轨MN和PQ，它们的电阻忽略不计，在M和P之间接有阻值R为4Ω的定值电阻，现有一质量m为0.5kg的导体棒ab，长L=0.5m，其电阻r为1.0Ω，与导轨接触良好，整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=1T，现使导体棒ab以v=8m/s的速度向右做匀速运动。求：
(1)导体棒ab中电流的方向_____________；
(2)ab两端电压U=_____________V；
(3)导体棒ab所受的外力大小_____________N。
18．如图所示，矩形线框在竖直平面内从静止开始下落，若线框在进入磁场过程中速度增大，则在该过程中线框下落的加速度______ 填“增大”、“减小”或“不变”)
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．光滑金属导轨a、b、c、d相互平行，固定在同一水平面内，a、c间距离为L1，b、d间距离为L2，a与b间、c与d间分别用导线连接．导轨所在区域有方向竖直向下、磁感应强度B的匀强磁场．金属杆MN在垂直于MN的水平外力F1（图中未画出）作用下保持静止，且垂直于a和c；金属杆GH质量为m，在垂直于GH的水平恒力F2作用下从静止开始向右运动，经过水平距离x后，F2对杆GH做功的功率就不再变化保持为P，运动过程中杆GH始终垂直于b和d．金属杆MN接入电路的电阻为R，其余电阻不计，导轨b、d足够长．求：
（1）外力F1的最大值和恒力F2的大小；
（2）在GH杆经过水平距离x的过程中，金属杆MN杆上产生的热量Q．
21．如图甲所示，水平面内固定两根间距为的长直平行光滑金属导轨，其右端接有阻值为的电阻，一阻值为、长度为的金属棒垂直导轨放置于距导轨右端处，且与两导轨保持良好接触．整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度的大小随时间变化的情况如图乙所示。在内在金属棒的中点施加一水平外力，使金属棒保持静止，后金属棒在水平外力的作用下，从静止开始向左做加速度为的匀加速直线运动，导轨电阻不计。求：
（1）第内电阻产生的热量；
（2）时通过金属棒的电流大小；
（3）前内通过金属棒的电荷量。
22．为实现火箭回收再利用，有效节约太空飞行成本，设计师在返回火箭的底盘安装了4台电磁缓冲装置，工作原理是利用电磁阻尼作用减缓地面对火箭的反冲力。电磁缓冲装置的主要部件有两部分：①缓冲滑块，外部由高强度绝缘材料制成，其内部边缘绕有闭合单匝矩形线圈abcd；②火箭主体，包括绝缘光滑缓冲轨道MN、PQ，缓冲轨道内存在稳定匀强磁场，方向垂直于整个缓冲轨道平面。当缓冲滑块接触地面时，滑块立即停止运动，此后线圈与火箭主体中的磁场相互作用，火箭主体一直做减速运动直至达到软着陆要求的速度，从而实现缓冲。现已知缓冲滑块竖直向下撞向地面时，火箭主体的速度大小为，软着陆要求的速度不能超过v；4台电磁缓冲装置结构相同，如图所示，为其中一台电磁缓冲装置的结构简图，线圈的ab边和cd边电阻均为R；ad边和bc边电阻忽略不计；ab边长为L，火箭主体质量为m，磁感应强度大小为B，重力加速度为g，一切摩擦阻力不计。求：
（1）缓冲滑块刚停止运动时，流过线圈ab边的电流；
（2）为了着陆速度不超过v，磁感强度B的最小值（假设缓冲轨道足够长，线圈足够高）；
（3）若火箭主体的速度大小从减到v的过程中，经历的时间为t，求该过程中每台电磁缓冲装置中产生的焦耳热。
23．如图所示，导体棒b在匀强磁场中向右运动，请标出导体棒中的感应电流方向及导体棒在磁场中所受安培力的方向.
( )
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
2．C
3．A
4．B
5．C
6．A
7．B
8．B
9．A
10．C
11．B
12．D
13．C
14．B
15．D
16． 磁场 阻碍
17． 从流向
18．减小
19． 变阻器消耗的功率 0.0062-0.0063 1.0或 1.1 V ABD
20．（1） ，；（2）
21．（1）1.5J；（2）1A；（3）1.5C
22．（1），方向从b到a；（2）；（3）；
23．
答案第1页，共2页