2.4电磁感应的案例分析基础巩固（word版含答案）

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．矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁场的方向与导线框所在的平面垂直，磁感应强度B随时间变化的规律如图所示，规定垂直纸面向里为磁场正方向，顺时针方向为感应电流正方向，水平向右为ad边所受安培力F的正方向，下列图象正确的是（　　）
A．B．C．D．
2．如图所示，等腰三角形内以底边中线为界，左右两边分布有垂直纸面向外和垂直纸面向里的等强度匀强磁场，它的底边在x轴上且长为2L，高为L.纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域，在t＝0时刻恰好位于图中所示位置．以顺时针方向为导线框中电流的正方向，在下面四幅图中能够正确表示电流－位移(I－x)关系的是(　　)
A． B．
C． D．
3．如图所示，光滑的平行金属导轨与水平面成角，用导线与固定电阻和 相连，处在磁感应强度为B、方向垂直导轨所在平面向上的匀强磁场中，导体棒ab的质量为m，与导轨间接触良好，导体棒、、的阻值均为R。已知两导轨间距为L，导轨及导线电阻不计。若导体棒ab以一定初速度v沿导轨上滑，则下列关于导体棒ab的说法正确的是（　　）
A．棒的b端相当于电源的负极
B．棒所受安培力的方向沿导轨平面向上
C．刚上滑的瞬间棒两端的电压为
D．棒机械能的减少量等于装置中产生的热量
4．如图所示，让线圈由位置1通过一个匀强磁场的区域运动到位置2，且保持线圈平面与磁场方向垂直，下述说法中正确的是( )
A．线圈加速进入匀强磁场区域的过程中，线圈中有感应电流，感应电流越来越大
B．线圈匀速穿出匀强磁场区域的过程中，线圈中有感应电流，感应电流越来越大
C．整个线圈在匀强磁场中加速运动时，线圈中有感应电流，感应电流越来越大
D．整个线圈在匀强磁场中匀速运动时，线圈中有感应电流，感应电流是恒定的
5．如图所示，下端接有电阻R的“U”形光滑金属导轨与水平面成θ角，导轨所在空间有一与导轨平面垂直的匀强磁场．导轨上有一个金属棒，金属棒与两导轨垂直且接触良好，在沿着斜面向上且与棒垂直的拉力F作用下，金属棒沿导轨匀速上滑，则下列说法正确的是
A．拉力做的功等于该金属棒的机械能的增量
B．拉力做的功等于该金属棒重力势能的增量与回路产生的热量之和
C．该金属棒所受的拉力、安培力、重力做功之和等于回路产生的热量
D．拉力对该金属棒做的功等于回路中产生的电能
6．以下物理事实，描述正确的是（ ）
A．在炼钢厂中，把熔化的钢水浇入圆柱形模子，模子沿圆柱的中心轴高速旋转，钢水由于受到离心力的作用趋于周壁，形成无缝钢管
B．在燃气灶中，安装有电子点火器，接通电子线路时产生高电压，通过高压放电来点燃气体，点火器的放电电极往往做成球状
C．有些合金如锰铜合金和镍铜合金，由于电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻
D．为保证电表在运输过程中指针晃动角度过大，不能用导线将两接线柱连起来
7．如图所示，闭合矩形线圈abcd从静止开始竖直下落，穿过一个匀强磁场区域，此磁场区域竖直方向的长度远大于矩形线圈bc边的长度，不计空气阻力，则（　　）
A．从线圈dc边进入磁场到ab边穿过出磁场的整个过程，线圈中始终有感应电流
B．dc边刚进入磁场时线圈内感应电流的方向，与dc边刚穿出磁场时感应电流的方向相反
C．从线圈dc边进入磁场到ab边穿出磁场的整个过程中，加速度一直等于重力加速度
D．dc边刚进入磁场时线圈内感应电流的大小，与dc边刚穿出磁场时感应电流的大小一定相等
8．如图所示，表面粗糙的水平传送带在电动机的带动下以速度v匀速运动．在空间中边长为2L的正方形固定区域内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B．质量为m，电阻为R，边长为L的正方形金属线圈abcd平放在传送带上，与传送带始终无相对运动．下列说法中正确的是（ ）
A．在线圈进入磁场过程与穿出磁场过程中，感应电流的方向都沿abcda方向
B．在线圈经过磁场区域的过程中，线圈始终受到水平向左的安培力
C．在线圈进入磁场过程中，线圈所受静摩擦力的功率为
D．在线圈经过磁场区域的过程中，电动机多消耗的电能为
9．用相同的导线绕制的边长分别为L和2L的正方形闭合线框，以相同的速度匀速进入右侧的匀强磁场，如图所示，在线框进入磁场的过程中a、b和c、d两点间的电压分别为和，ab边和cd边所受的安培力分别为和，则下列判断正确的是　　
A．
B．
C．
D．
10．如图所示，用粗细相同的铜丝做成边长分别为L和2L的两只闭合线框a和b，以相同的速度从磁感应强度为B的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外，不考虑线框的重力，若闭合线框的电流分别为Ia、Ib，则Ia∶Ib为(　　)
A．1∶4 B．1∶2
C．1∶1 D．不能确定
11．如图，边长为1的正方形闭合线框，自由释放后穿越一匀强磁场区域而落地，已知磁场高度大于线框边长，且线框是减速进入磁场的．不计空气阻力，则有关线框进磁场和出磁场的情况应是
A．进入磁场时线框加速度的大小肯定小于g
B．线框不可能匀速出磁场
C．线框刚出磁场时一定减速运动
D．线框出磁场时匀速、加速、减速都有可能
12．如图甲、乙所示的电路中，两光滑平行导轨之间的距离均为L，在两导轨之间的平面内都有垂直导轨平面向下、磁感应强度为B的匀强磁场，两金属杆完全相同、阻值均为r，均与导轨接触良好。图甲中导轨的左端接有阻值为R的定值电阻，金属杆在水平拉力的作用下以速度v水平向右做匀速运动；图乙中导轨的左端接有内阻不计的电源，金属杆通过跨过定滑轮的绝缘轻绳与一重物相连，杆正以速度v水平向右做匀速运动，电路中的电流为I。若导轨电阻不计，忽略所有摩擦，则下列说法正确的是（　　）
A．两杆所受安培力的方向相同
B．图甲、乙中两杆所受安培力大小之比为
C．在时间Δt内图甲中金属杆产生的电能为
D．在时间Δt内图乙中电源输出的能量为BILvΔt
13．如图所示，光滑U型金属导轨PQMN水平固定在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，导轨宽度为L．QM之间接有阻值为R的电阻，其余部分电阻不计．一质量为m，电阻为R的金属棒ab放在导轨上，给棒一个水平向右的初速度v0使之开始滑行，最后停在导轨上．由以上条件，在此过程中不能求出的物理量有（　　）
A．电阻R上产生的焦耳热
B．ab棒运动的时间
C．通过电阻R的总电荷量
D．ab棒运动的位移
14．如图所示，为固定在水平面上的半径为l、圆心为O的金属半圆弧导轨，间用导线连接一电阻M。金属棒一端固定在O点，另一端P绕过O点的轴，在水平面内以角速度为逆时针匀速转动，该过程棒与圆弧良好接触。整个空间分布着竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B，已知金属棒由同种材料制成且粗细均匀，棒长为、总电阻为，M阻值为r，其余电阻忽略不计。当棒转到图中所示的位置时，棒与圆弧的接触处记为Q点，则（ ）
A．通过M的电流方向为 B．通过M的电流大小为
C．两点间电压为 D．两点间电压为
15．如图所示，在边长为a的正方形区域内，有以对角线为边界、垂直于纸面的两个匀强磁场，磁感应强度大小相同、方向相反，纸面内一边长为a的正方形导线框沿x轴匀速穿过磁场区域，t＝0时刻恰好开始进入磁场区域，以顺时针方向为导线框中电流的正方向，下列选项中能够正确表示电流与位移关系的是( 　　)
A． B．
C． D．
二、填空题（共4题）
16．如图所示，电阻不计导体棒ab沿光滑的水平导线框向右做匀速运动，线框宽L=0.5m，处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度B=1.0T，线框接有电阻R=3Ω,线框电阻不计，当ab棒的运动速度v=3.0m/s时，ab棒产生的感应电动势为________ V，通过R的电流为________ A，方向为 _______（填“c→d”或“d→c”）．
17．在如下情况中，求出金属杆ab上的感应电动势E，回答两端的电势高低．
（1）ab杆沿轨道下滑到速度为v时（图甲），E=_______，____端电势高．（图中α、B、L均为已知）
（2）ab杆绕a端以角速度ω匀速转动时（图乙），E=_______，____端电势高．（图中B、L均为已知）
18．如图（甲）所示螺线管的匝数n=3000，横截面积S=20cm2，电阻r=2Ω，与螺线管串联的外电阻R=4Ω．若穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度按图（乙）所示的规律变化，则理想电压表示数为________，电阻R上消耗的电功率_________.
19．如图所示，固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨，垂直于导轨放置的两根金属棒MN和PQ长度也为l、电阻均为R，两棒与导轨始终接触良好。MN两端通过开关S与电阻为R的单匝金属线圈相连，线圈内存在竖直向下均匀增加的磁场，磁通量变化率为常量k。图中虚线右侧有垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B．PQ的质量为m，金属导轨足够长、电阻忽略不计。
（1）请简要归纳出电磁感应电动势的两种方法。
（2）若闭合S，若使PQ保持静止，需在其上加多大的水平恒力F，并指出其方向；
（3）若断开S，PQ在上述恒力作用下，由静止开始到速度大小为v的加速过程中流过PQ的电荷量为q，求该过程安培力做的功W。
三、综合题（共4题）
20．如图，一对竖直平行放置的金属极板PQ、MN间距为d、板长为2d．两极板通过导线分别连接一对金属导轨．两导轨的间距为l，平行固定在倾角为θ的斜面上，顶端连接阻值为R的电阻．一金属棒ab质量为m、电阻r＝，水平放置在导轨上，构成闭合回路．导轨所在区域充满匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于斜面向上．ab棒沿导轨下滑的速度大小为v时，恰好保持匀速．此时，从PQ板的上端P将一带电小球以大小为E的初动能射入极板间，结果小球沿直线PN运动，到N点射出时动能为4Ek．已知导轨足够长且可忽略空气阻力，重力加速度大小为g．
（1）求ab棒与导轨间的动摩擦因数；
（2）求带电小球的质量m0和电荷量q；
（3）若将该带电小球改为从MN板的上端M以相同的初动能Ek沿MQ连线方向射入极板间，求带电小球从极板间射出时的位置和动能．
21．如图所示，在水平面内金属杆ab可在平行金属导轨上无摩擦滑动，金属杆电阻R0＝0.5 Ω，长L＝0.3 m，导轨一端串接一电阻R＝1 Ω，匀强磁场磁感应强度B＝2 T，与导轨平面垂直．当ab在水平外力F作用下，以v＝5 m/s向右匀速运动过程中，求：
（1）ab杆产生的感应电动势E和ab间的电压U；
（2）所加沿导轨平面的水平外力F的大小；
（3）在2 s时间内电阻R上产生的热量Q．
22．如图所示，竖直平面内有一半径为r、内阻为R1、粗细均匀的光滑半圆形金属环，在M、N处与相距为2r、电阻不计的平行光滑金属轨道ME、NF相接，EF之间接有电阻R2，已知R1=12R，R2=4R。在MN上方及CD下方有水平方向的匀强磁I和II，磁感应强度大小均为B。现有质量为m、电阻不计的导体棒ab，从半圆环的最高点A处由静止下落，在下落过程中导体棒始终保持水平，与半圆形金属环及轨道接触良好，设平行轨道足够长。已知导体棒ab下落时的速度大小为v1。
（1）求导体棒ab从A下落时的加速度大小；
（2）若导体棒ab下落一段高度进入磁场II后棒中电流大小始终不变，求R2上的电功率P2。
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．D
2．B
3．D
4．A
5．B
6．C
7．B
8．D
9．D
10．C
11．C
12．D
13．B
14．D
15．B
16． 1.5 0.5 d→c
17． BLvcosα a BL2ω/2 a
18． 0.8V 0.16W
19．(1)当回路中的磁感应强度发生变化，导致磁通量变化；导体棒切割磁感线，导致回路磁通量变；(2)，方向水平向右(3)﹣。
20．（1）（2）带电小球的质量为，电荷量为；（3）若将该带电小球改为从MN板的上端M以相同的初动能Ek沿MQ连线方向射入极板间，带电小球从极板间射出时的位置在N点左侧与N点的距离为，动能为
21．（1）3V，2V；（2）1.2N；（3）8J
22．（1） ；（2）
23．
答案第1页，共2页