2024鲁科版高中物理选择性必修第二册同步练习--专题强化练5　电磁感应的电学问题与图像问题

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2024鲁科版高中物理选择性必修第二册同步
专题强化练5　电磁感应的电学问题与图像问题
1.(2022四川成都期末)穿过某闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图像分别如图中的①~④所示,下列说法正确的是 (　　)
A.图①对应回路中有感应电动势,且大小恒定不变
B.图②对应回路中产生的感应电动势一直在变大
C.图③对应回路,在0~t1时间内产生的感应电动势是t1~t2时间内产生的感应电动势的2倍
D.图④对应回路,产生的感应电动势先变大后变小
2.(2022山东青岛期末)如图所示,直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向平行于bc边竖直向上。从上向下看,当金属框绕bc边以角速度ω顺时针转动时,a、b、c三点的电势分别为φa、φb、φc。已知ab边的长度为l。下列说法正确的是 (　　)
A.φa<φc,金属框中无电流
B.φb=φc,金属框中电流方向沿a→b→c→a
C.Uba=Bl2ω,金属框中无电流
D.Uca=Bl2ω,金属框中电流方向沿a→c→b→a
3.(2023北京清华附中期末)如图所示,MN和PQ是两根竖直放置的相互平行的光滑金属导轨,已知导轨足够长,在轨道上端P、M之间接有一电阻R,ab是一根与导轨垂直的金属杆,且始终与导轨接触良好,导轨和金属杆的电阻均可忽略不计。开始时将开关S断开,让ab由静止开始下滑,经过一段时间后,再将S闭合。若从S闭合开始计时,则金属杆ab的速度随时间t的变化情况可能是选项中的 (　　)
　　　　　　　　　　　　　　　
A　　　　B
C　　　　D
4.(2021广东广州实验中学月考)如图所示,光滑金属导轨DCEF固定在水平面上并处于竖直向下的匀强磁场中,CD、EF平行且足够长,CE是粗细均匀、电阻率一定的导体,且与EF夹角为θ(θ<90°),CD和EF的电阻不计。导体棒MN与CE的材料、粗细均相同,用外力F使MN向右匀速运动,从导体棒在E点开始运动时计时,运动中MN始终与EF垂直且和导轨接触良好。若图中闭合电路的电动势为E,电流为I,消耗的电功率为P,下列图像不正确的是 (　　)
A　　　　B
C　　　　D
5.(2023湖北孝感期中)如图所示,在空间中存在两个相邻的有界匀强磁场,磁感应强度大小相等、方向相反,宽度均为L。矩形闭合线圈的宽度也为L,从图示位置垂直于磁场方向矩形闭合线圈匀速通过磁场区域。规定电流方向逆时针为正、磁场方向垂直纸面为正。以线圈刚进入磁场时开始计时,能正确反映线圈中感应电流I、安培力F、线圈产生的热量Q、穿过线圈的磁通量Φ随时间变化的图像的是 (　　)
A　　　　B
C　　　　D
6.如图所示,P、Q为水平面内平行放置的光滑金属长直导轨,间距为L1,在竖直向下、磁感应强度大小为B1的匀强磁场中,一导体杆ef垂直于P、Q放在导轨上,在外力作用下向左做匀速直线运动。质量为m、每边电阻均为R、边长为L2的正方形金属框abcd置于竖直平面内,两顶点a、b通过细导线与导轨相连,磁感应强度大小为B2的匀强磁场垂直金属框向里,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,重力加速为g。问:
(1)通过ab边的电流Iab是多大
(2)导体杆ef的运动速度v是多大
专题强化练5　电磁感应的电学问题与图像问题
1.C 2.AC 3.CD 4.CD 5.C
1.C　图①中的磁通量没有变,因此对应回路中没有感应电动势,故A错误;图②中的磁通量均匀增加,图线的斜率不变,因此对应回路中感应电动势不变,故B错误;图③中,在0~t1时间内图线的斜率是t1~t2时间内图线的斜率的2倍,所以在回路中0~t1时间内产生的感应电动势是t1~t2时间内产生的感应电动势的2倍,故C正确;图④中图线的斜率先减小后增大,故对应回路产生的感应电动势先变小后变大,故D错误。
2.AC　金属框转动时,穿过金属框的磁通量不变,所以金属框中无电流,由于ab和ac两条边都切割磁感线会产生感应电动势,根据右手定则可知φa<φc、φa<φb,而bc边不切割磁感线,所以有φb=φc,故A正确,B错误。ab边切割磁感线产生的感应电动势大小为Eab====Bl2ω,所以Uba=Eab=Bl2ω,又因为φb=φc,所以Uca=Uba=Bl2ω,故C正确,D错误。
3.CD　若S闭合时,金属杆所受的安培力大于重力,即F=BIL=>mg,此时加速度方向向上,金属杆做减速运动,安培力逐渐减小,则加速度逐渐减小,金属杆做加速度逐渐减小的减速运动,当重力与安培力相等时,金属杆做匀速直线运动,故A错误,D正确;若S闭合时,金属杆所受的安培力小于重力,即F=BIL=4.CD　导体棒在EC段的运动过程中,切割磁感线的有效长度L=vt tan θ,设CE、MN中单位长度的电阻为R0,回路中电阻R=R0 ,回路中的感应电动势E1=BLv=Bv2 tan θ·t,E1∝t,I1===,感应电流I1与t无关,导体棒匀速运动时,外力等于安培力,则F1=BI1L=BI1v tan θ·t∝t,消耗的电功率P1=F1v=BI1v2 tan θ·t∝t;当导体棒在平行导轨间匀速运动时,回路中切割磁感线的有效长度为L'、回路中的电阻R'不变,感应电动势E'=BL'v为定值,回路中的电流I'=也为定值,且I'=I1,外力F'等于安培力,则F'=BI'L'也为定值;消耗的电功率P=F'v也为定值,A、B正确,不符合题意;C、D错误,符合题意。
5.C　当线圈进入左边磁场时,由右手定则可判断产生的感应电流沿逆时针方向,设线圈的速度为v,电阻为R,此时线圈中的电流大小为I1=,当线圈进入右边磁场区域过程中,左右两边同时切割磁感线,回路电动势E=2BLv,电流大小为I2=,方向沿顺时针方向,当线圈出右边磁场区域过程,由右手定则可判断出线圈中的电流沿逆时针方向,电流大小为I3=,A错误;根据Q=I2Rt结合A选项分析可知,在线圈进入左边磁场和线圈出右边磁场区域过程中,电流大小相等,Q-t图像中图线的斜率相等,线圈进入右边磁场区域过程中Q-t图像中图线的斜率为线圈进入左边磁场和线圈出右边磁场区域的4倍,B错误;在线圈进入左边磁场过程中,所受安培力大小为F1=BI1L,根据左手定则可判断方向水平向左,进入右边磁场过程中所受安培力大小为F2=2BI2L=4F1,方向水平向左,线圈出右边磁场过程中所受安培力大小为F3=BI3L=F1,方向水平向左,C正确;由图可知,穿过线圈的磁通量先正向增大,再正向减小,然后反向增大,再反向减小,当线圈处于两个磁场的中间时,磁通量为零,线圈从正向减小到反向增大过程的时间等于正向增大的时间,D错误。故选C。
6.答案　(1)　(2)
解析　(1)设通过正方形金属框的总电流为I,ab边的电流为Iab,dc边的电流为Idc,有Iab=I ①
Idc=I ②
金属框受重力和安培力,处于静止状态,有
mg=B2IabL2+B2IdcL2 ③
由①②③,解得Iab= ④
(2)由(1)可知I= ⑤
设导体杆切割磁感线产生的感应电动势为E,有
E=B1L1v ⑥
设ad、dc、cb三边电阻串联后与ab边电阻并联的总电阻为R总,则R总=R ⑦
根据闭合电路欧姆定律,有I= ⑧
由⑤⑥⑦⑧,解得v=
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