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．如图所示，OO′为一金属转轴(只能转动不能移动)，M为与OO′固定连接且垂直于OO′的金属杆，当OO′转动时，M的另一端在固定的金属环N上滑动，并保持良好的接触．整个装置处于一匀强磁场中，磁场方向平行于OO′轴，磁感应强度的大小为B0.图中V为一理想电压表，一端与OO′接触，另一端与环N连接．已知当OO′的角速度ω＝ω0时，电压表读数为U0；如果将磁场变为磁感应强度为nB0的匀强磁场，而要电压表的读数为mU0时，则OO′转动的角速度应变为(　　)
A．nω0 B．mω0 C． D．
2．如图所示是圆盘发电机的示意图，铜盘安装在水平的铜轴上，它的盘面恰好与匀强磁场垂直，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触。若铜盘半径为L，匀强磁场的磁感应强度为B，回路的总电阻为R，从左往右看，铜盘以角速度沿顺时针方向匀速转动。则（　　）
A．由于穿过铜盘的磁通量不变，故回路中无感应电流
B．回路中感应电流大小不变，为
C．回路中感应电流方向不变，为
D．回路中有周期性变化的感应电流
3．如图所示，上下不等宽的平行导轨，EF和GH部分导轨间的距离为L，PQ和MN部分的导轨间距为3L，导轨平面与水平面的夹角为30°，整个装置处在垂直于导轨平面的匀强磁场中．金属杆ab和cd的质量均为m，都可在导轨上无摩擦地滑动，且与导轨接触良好，现对金属杆ab施加一个沿导轨平面向上的作用力F，使其沿斜面匀速向上运动，同时cd处于静止状态，则F的大小为(　　)
A．mg B．mg C．mg D．mg
4．如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，导轨的端点M、N用电阻可以忽略的导线相连，两导轨间的距离L=0.20m，导轨之间有垂直于桌面向下的磁感应强度为B=0.4T的匀强磁场。一电阻为r=1Ω、质量为m=0.1kg的金属杆PQ可在导轨上以恒定的速度v=10m/s向导轨的右端无摩擦滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直，则（　　）
A．通过杆PQ的电流方向是从P到Q
B．回路中的感应电动势为0.8V
C．回路中的感应电流为8A
D．作用在金属杆上的外力为0.64N
5．如图所示，AB、CD是两条放在水平面内阻值可忽略的平行光滑金属导轨，导轨间距为l，在水平导轨间存在一宽度为d、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区域，磁感应强度大小为B，导轨的右端接有一阻值为2R的定值电阻，将一阻值为R、质量为m的导体棒ef与一压缩量为的弹簧相连（不拴接）放置在磁场左边界上，弹簧的左端固定，导体棒释放后恰好停在磁场的右边界处。已知弹簧的劲度系数为k，弹性势能与弹簧形变量x之间的关系式为，导体棒始终与水平导轨接触良好。下列说法正确的是（　　）
A．通过定值电阻的电荷量为
B．通过定值电阻的最大电流为
C．导体棒先做匀加速直线运动后做匀减速直线运动
D．导体棒运动过程中导体棒中电流方向从f→e
6．课堂上，老师演示了一个有趣的电磁现象：将一空心铝管竖立，把一块直径比铝管内径小一些的圆柱形的强磁铁从铝管上端由静止释放，强磁铁在铝管内下落过程中始终沿着铝管的轴线运动，不与铝管内壁接触，且无翻转。可以观察到，相比强磁铁自由下落，强磁铁在铝管中的下落会延缓许多。强磁铁由静止释放在铝管中运动过程中，关于其运动和受力情况，下列分析可能正确的是（　　）
A．先加速下落后减速下落
B．始终做加速运动，且加速度不断增大
C．所受合力方向竖直向上
D．所受铝管对它的作用力越来越大
7．如图所示，在水平界面EF、GH、JK间，分布着两个匀强磁场，两磁场方向水平且相反，大小均为B，两磁场高均为L，一个面与磁场方向垂直、质量为m、电阻为R、边长为L的正方形金属框abcd，从某一高度由静止释放，当ab边刚进入第一个磁场时，金属框恰好做匀速直线运动，当ab边下落到GH和JK之间的某位置时，又恰好开始做匀速直线运动，整个过程中空气阻力不计，则（ ）
A．金属框穿过匀强磁场的过程中，所受的安培力保持不变
B．金属框从ab边刚进入第一个磁场至ab边刚到达第二个磁场下边界JK过程中产生的热量为2mgL
C．金属框开始下落时，ab边距边界的距离h=
D．ab边下落到GH和JK之间做匀速运动时的速度大小为
8．如图所示，闭合矩形线圈从静止开始竖直下落，穿过一个匀强磁场区域，此磁场长度远大于线圈长度，不计空气阻力，则此线圈从边进入磁场到边出磁场为止，以下说法中不合理的是（ ）.
A．线圈始终有一个向下的速度
B．线圈边进入磁场过程中线圈受向上的安培力作用
C．整个线圈在磁场中运动时不受安培力作用
D．线圈边出磁场过程中线圈受向下的安培力作用
9．如图，一个铝框放在蹄形磁铁的两磁极之间，可以绕支点自由转动。先使铝框和磁铁静止，然后转动磁铁，若忽略空气和一切摩擦阻力，则（　　）
A．铝框与磁铁的转动方向总相同
B．铝框与磁铁的转动方向总相反
C．当磁铁停止转动后，铝框将会保持匀速转动
D．若两者静止时转动铝框，磁铁则不会转动
10．如图，方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨，两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上。时，棒ab以初速度向右运动且不会与cd相碰。运动过程中，ab、cd始终与导轨垂直并接触良好，两者速度分别为、，通过ab横截面的电量为q，回路中的电流为I，cd棒产生的焦耳热为Q。下列图象中正确的是（　　）
A． B． C． D．
11．如图所示，在光滑水平桌面上有一边长为L、总电阻为R的正方形导线框abcd，在导线框右侧有一边长为2L、磁感应强度为B、方向竖直向下的正方形匀强磁场区域。磁场的左边界与导线框的ab边平行。在导线框以速度v匀速向右穿过磁场区域的全过程中（　　）
A．感应电动势的大小始终为
B．感应电流的方向始终沿abcda方向
C．导线框受到的安培力先向左后向右
D．导线框克服安培力做功
12．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．
13．如图甲所示，在光滑水平面上，有一个粗细均匀的单匝正方形闭合线框abcd，边长为L，质量为m，电阻为R．在水平外力的作用下，线框从静止开始沿垂直磁场边界方向做匀加速直线运动，穿过磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向与线圈平面垂直，线框中产生的感应电流i的大小和运动时间t的变化关系如图乙所示．则下列说法正确的是（）
A．线框的加速度大小为
B．线框受到的水平外力的大小
C．0～t1时间内通过线框任一边横截面的电荷量为
D．0～t3间内水平外力所做的功大于
14．如图所示，两条相距为L的光滑平行金属导轨位于水平面(纸面)内，其左端接一阻值为R的电阻，导轨平面与磁感应强度大小为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计。金属棒ab垂直导轨放置并接触良好，接入电路的电阻也为R。若给棒以平行导轨向右的初速度v0，当流过棒截面的电荷量为q时，棒的速度减为零，此过程中棒发生的位移为x。则在这一过程中（ ）
A．当流过棒的电荷为时，棒的速度为
B．当棒发生位移为时，棒的速度为
C．在流过棒的电荷量的过程中，棒释放的热量为
D．定值电阻R释放的热量为
15．如图所示，在光滑绝缘的水平面上方，有两个方向相反的水平方向的匀强磁场，PQ为两磁场的边界，磁场范围足够大，磁感应强度的大小分别为，，一个竖直放置的边长为a、质量为m、电阻为R的正方形金属线框，以初速度v垂直磁场方向从图中实线位置开始向右运动，当线框运动到在每个磁场中各有一半的面积时，线框的速度为，则下列判断正确的是（　　）
A．此过程中通过线框截面的电量为
B．此过程中线框克服安培力做的功为
C．此时线框的加速度为
D．此时线框中的电功率为
二、填空题（共4题）
16．如图所示，“日”字形线框质量为m，长短边长分别为、l，短边电阻为r，竖直边电阻不计.当它的下边刚落进宽度为l的匀强磁场B时，即做匀速运动，则线框穿过磁场的时间为___________.
17．导线切割磁感线时的感应电动势
（1）导线垂直于磁场方向运动，B、l、v两两垂直时，如图所示，E=Blv。
（2）导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为θ时，如图所示，E=___________。
（3）导体棒切割磁感线产生感应电流，导体棒所受安培力的方向与导体棒运动方向___________，导体棒克服___________做功，把其他形式的能转化为电能。
18．在水平放置的光滑导轨上，沿着导轨方向固定一条形磁铁（如图所示）。现有四个滑块，分别由铜、铁、铝和有机玻璃制成，使它们从导轨上A点以一定的初速度向磁铁滑去，则作加速运动的是__________；作匀速运动的是____________；作减速运动的是________。
19．磁电式仪表的线圈通常用铝框作骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是________（填“防止”或“利用”）涡流而设计的，起________（填“电磁阻尼”或“电磁驱动”）的作用。
三、综合题（共4题）
20．如图所示，平行导轨宽度L=0.5m，固定在水平面内，左端A、C间接有电阻R=3Ω，金属棒DE质量m=0.40kg，电阻r=1Ω，垂直导轨放置，棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.25，到AC的距离x=2.0m，匀强磁场磁感应强度方向垂直平面向下，感应强度随时间t的变化规律是B=（2+2t）T，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计导轨电阻，，求：
（1）t=0时刻回路中的磁通量及回路中感应电流的方向；
（2）经多长时间棒开始滑动？
（3）从t=0到开始滑动的时间内，电阻R上产生的焦耳热．
21．如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ相距L＝1m，上端连接一个阻值R＝3Ω的电阻，导轨平面与水平面夹角α＝37°，长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。已知金属棒ab的质量为m＝0.5kg，阻值r＝1Ω，磁场的磁感应强度B＝1T，重力加速度g＝10m/s2，导轨电阻不计。金属棒ab从静止开始运动，若金属棒下滑距离为s＝20m时速度恰好达到最大（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）。求：
(1)金属棒刚开始运动时的加速度；
(2)金属棒达到的最大速度；
(3)金属棒由静止开始下滑位移为s的过程中，金属棒上产生的焦耳热。
22．如图所示，间距为L、光滑的足够长的金属导轨(金属导轨的电阻不计)所在斜面倾角为，两根同材料、长度均为L、横截面均为圆形的金属棒 CD、PQ放在斜面导轨上，已知CD棒的质量为m、电阻为R，PQ棒的圆截面的半径是CD棒圆截面的2倍．磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨所在平面向上，两根劲度系数均为k、相同的弹簧一端固定在导轨的下端，另一端连着金属棒CD．开始时金属棒CD静止，现用一恒力平行于导轨所在平面向上拉金属棒PQ，使金属棒PQ由静止开始运动，当金属棒PQ达到稳定时，弹簧的形变量与开始时相同．已知金属棒PQ开始运动到稳定的过程中通过CD棒的电荷量为q，此过程可以认为CD棒缓慢地移动，已知题设物理量符合的关系式，求此过程中(要求结果均用mg、k、来表示)：
（1）CD棒移动的距离；
（2）PQ棒移动的距离；
（3）恒力所做的功．
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．A
4．B
5．A
6．D
7．D
8．D
9．A
10．C
11．D
12．B
13．D
14．D
15．C
16．
17． 夹角为，水平向左 安培力
18． 铁 有机玻璃 铜和铝
19． 利用 电磁阻尼
20．(1) 感应电流的方向沿顺时针方向； (2) 1s； (3) 0.75J
21．(1)6m/s2，沿斜面向下，(2)12m/s，(3)6J。
22．(1) (2) (3)
23．
答案第1页，共2页