人教版高二物理选修3-2法拉第电磁感应定律和电磁感应想象的两类情况复习提升限时练

2020—2021学年高二年级限时练（新授课）
物理:学科
编写人：吕万年
审核人：高二物理组
使用时间：2020.12.02
1．如图所示，由粗细均匀的电阻丝制成的边长为l的正方形线框abcd，其总电阻为R，现使线框以水平向右的速度v匀速穿过一宽度为2l、磁感应强度为B的匀强磁场区域，整个过程中ab、cd两边始终保持与磁场边界平行．令线框的cd边刚好与磁场左边界重合时t=0，电流沿abcda流动的方向为正，U0=Blv。线框中a、b两点间电势差Uab随线框cd边的位移x变化的图象正确的是（
）
A．
B．C．
D．
2．如图所示，在匀强磁场中有一个用比较软的金属导线制成的闭合圆环．在此圆环的形状由圆形变成正方形的过程中(　　)
A．环中有感应电流，方向a→d→c→b
B．环中有感应电流，方向a→b→c→d
C．环中无感应电流
D．条件不够，无法确定
3．如图所示，两根足够长的光滑导轨固定竖直放置，间距为L，底端接阻值为R的电阻。将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直。除电阻R外其余电阻不计。现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则（　　）
A．释放瞬间金属棒的加速度小于重力加速度g
B．金属棒的速度为v时，所受的安培力大小为
C．金属棒向下运动时，流过电阻R的电流方向为
D．电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少量
4．如图，金属棒ab，金属导轨和螺线管组成闭合回路，金属棒ab在匀强磁场B中沿导轨向右运动，则（　　）
A．ab棒不受安培力作用
B．ab棒所受安培力的方向向右
C．流过金属棒ab的电流方向为从b流向a
D．螺线管产生的磁场，A端为N极
如图所示，边长为L的正三角形闭合金属框架，全部处于垂直于框架平面的匀强磁场中，现把框架匀速拉出磁场，图象中E为回路电动势，I为回路电流，F为所加外力，P为回路电功率，x为框架位移．则框架拉出磁场过程中，正确的图象是（
）
A．
B．C．D．
6．如图所示，光滑导轨M、N水平固定放置，两根导体棒P、Q平行放于导轨上，形成一个闭合电路。当一条形磁铁从上方下落（未到达导轨平面）的过程中，导体棒P、Q的运动情况是（　　）
A．P、Q互相靠拢
B．P、Q互相远离
C．P、Q均静止
D．因磁铁极性不明，无法确定
7．夏天将到，在北半球，当我们抬头观看教室内的电扇时，发现电扇正在逆时针转动．金属材质的电扇示意图如图，由于电磁场的存在，下列关于A、O两点的电势及电势差的说法，正确的是（
）
A．A点电势比O点电势高
B．A点电势比O点电势低
C．A点电势比O点电势相等
D．扇叶长度越短，转速越快，两点间的电势差数值越大
8．如图所示，一导线弯成直径为d的半圆形闭合回路．虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直．从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列说法中正确的是
A．感应电流的方向先沿顺时针方向，后沿逆时针方向
B．CD段直导线始终不受安培力
C．感应电动势的最大值E=Bdv
D．感应电动势的平均值
9．（多选）如图所示，闭合金属环从光滑曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升。设环的初速度为0，不计摩擦，曲面处在图中磁场中，则（
）
A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于h
B．若是匀强磁场，环滚上的高度等于h
C．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于h
D．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h
10．如图所示，MN、PQ为两平行金属导轨，M、P间连接一阻值为R的电阻，导轨处于匀强磁场中，磁感应强度为B，磁场方向垂直纸面向里与导轨所在平面垂直，有一匀质金属圆环以速度v沿两导轨滑动，与导轨接触良好，金属圆环的直径为d与两导轨间的距离相等，设金属圆环与导轨的电阻均可忽略，当金属圆环向右做匀速运动时
A．有感应电流通过电阻R，大小为
B．没有感应电流通过电阻R
C．没有感应电流流过金属圆环
D．有感应电流流过金属圆环，且左、右两部分流过的电流相同
11．如图所示，匀强磁场B垂直于正方形导线框平面，且边界恰与线框重合，导线框各边电阻均为r，现欲从磁场以相同速率匀速拉出线框，使线框边ab间电势差最大，则应沿何方向拉出（
）
A．沿甲方向拉出
B．沿乙方向拉出
C．沿丙方向拉出
D．沿丁方向拉出
12．（多选）在水平面内有一固定的U型裸金属框架，框架上放置一根重金属杆ab，金属杆与框架接触电阻不计，整个装置放在竖直方向的匀强磁场中，如图所示：（
）
A．只有当磁场方向向上且增强，ab杆才可能向左移动
B．只有当磁场方向向下且减弱，ab杆才可能向右移动
C．无论磁场方向如何，只要磁场减弱，ab杆才有向右移动的可能
D．当磁场变化时，ab杆中一定有电流产生，但它不一定移动
13．（多选）如图所示，两根间距为l的光滑平行金属导轨与水平面夹角为，图中虚线下方区域内存在磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于斜面向上．两金属杆质量均为m，电阻均为R，垂直于导轨放置．开始时金属杆ab处在与磁场上边界相距l的位置，金属杆cd处在导轨的最下端，被与导轨垂直的两根小柱挡住．现将金属杆ab由静止释放，当金属杆ab刚进入磁场便开始做匀速直线运动，己知重力加速度为g，则（
）
A．金属杆ab进入磁场时的感应电流的方向为由b到a
B．金属杆ab进入磁场时的速度大小为
C．金属杆ab进入磁场后产生的感应电动势
D．金属杆ab进入磁场后金属杆cd对两根小柱的压力大小为零
14．（多选）如图，条形磁铁位于固定的半圆光滑轨道的圆心位置，一半径为
R、质量为
m
的金属球从半圆轨道的
一端沿半圆轨道由静止下滑，重力加速度大小为
g。下列正确的是(
)
A．金属球中不会产生感应电流
B．金属球会运动到半圆轨道的另一端
C．金属球受到的安培力做负功
D．系统产生的总热量为
mgR
15．如图所示，足够长的平行光滑U形导轨倾斜放置，所在平面倾角θ=37°，导轨间的距离L=1.0m，下端连接R=1.6Ω的电阻，导轨电阻不计，所在空间均存在磁感应强度B=1.0T、方向垂直于导轨平面的匀强磁场，质量m=0.5kg、电阻r=0.4Ω的金属棒ab垂直置于导轨上，现用沿轨道平面且垂直于金属棒、大小F=5.0N的恒力使金属棒ab从静止起沿导轨向上滑行，当金属棒滑行2.8m后速度保持不变．求：(sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2)
（1）金属棒匀速运动时的速度大小v；
（2）当金属棒沿导轨向上滑行的速度v′=2m/s时，其加速度的大小a。
16．如图甲所示，导体框架abcd水平固定放置，ab平行于dc且bc边长L＝0.20
m，框架上有定值电阻R＝9Ω(其余电阻不计)，导体框处于磁感应强度大小B1＝1.0
T、方向水平向右的匀强磁场中．有一匝数n＝300匝、面积S＝0.01
m2、电阻r＝1Ω的线圈，通过导线和开关K与导体框架相连，线圈内充满沿其轴线方向的匀强磁场，其磁感应强度B2随时间t变化的关系如图乙所示．B1与B2互不影响．
(1)
求0～0.10
s线圈中的感应电动势大小E；
(2)
t＝0.22
s时刻闭合开关K，若bc边所受安培力方向竖直向上，判断bc边中电流的方向，并求此时其所受安培力的大小F；
(3)
从t＝0时刻起闭合开关K，求0.25
s内电阻R中产生的焦耳热Q.
2020—2021学年高二年级限时练参考答案（新授课）
物理:学科
编写人：吕万年
审核人：高二物理组
使用时间：2020.11.11
1．B
因为线框各边电阻均匀，cd边进入磁场后，ab两端电势差：
由楞次定律判断出感应电流方向沿逆时针方向，则a的电势高于b的电势，Uab为正；线框全部进入磁场后，线框中虽然感应电流为零，但ab两端仍有电势差，且Uab=U0，由右手定则判断可知，a的电势高于b的电势，Uab为正；cd边穿出磁场后，ab边切割磁感线，相当于电源，其两端电势差等于路端电压，即：
由右手定则知，a点的电势始终高于b的电势，Uab为正；综上分析故B正确，ACD错误。
故选B。
2．A【解析】
导线周长不变的情况下，由圆变成正方形，闭合面积将减少，即向里的磁通量减少，根据楞次定律感应电流的磁场应该向里，则由右手定则感应电流的方向为顺时针，即环中有感应电流，方向a→d→c→b，故A正确．
3．B【详解】A．释放瞬间金属棒的速度为零，没有感应电流产生，不受安培力，金属棒只受重力，所以金属棒的加速度为g。故A错误；B．金属棒的速度为v时，回路中产生的感应电流为金属棒所受的安培力大小为
故B正确；
C．金属棒向下运动时切割磁感线，根据右手定则判断可知，流过电阻R的电流方向为b→a，故C错误；D．由于金属棒产生感应电流，受到安培力的阻碍，系统的机械能不断减少，最终金属棒停止运动，此时弹簧具有一定的弹性势能，所以导体棒的重力势能转化为内能和弹簧的弹性势能，则根据能量守恒定律得知在金属棒运动的过程中，电阻R上产生的总热量等于棒的重力势能减少量与弹簧弹性势能之差，故D错误。
故选B。
4．C【详解】A．ab棒向右切割磁感线，导体棒中要产生感应电流，则ab棒在磁场中会受到安培力作用，故A错误；
B．根据楞次定律可知，感应电流总是起到阻碍的作用，故安培力的方向与导体棒运动的方向相反，应当向左，故B错误；C．根据右手定则判断可知：流过金属棒ab的电流方向为从b流向a，故C正确；D．根据右手定则，ab中的电流的方向向上，此电流流过螺旋管时，线圈外侧的电流方向向下，根据安培定则可知，B端为N极，故D错误。
5．A【解析】感应电动势E=BLv=B?2xtan30°v=Bvx，则E与x成正比．故A正确．感应电流I=，则知I与x与正比，故B错误．线框匀速运动F外=F安=BIL，I=，E=BLv，得到外力为：F=，L=x则：
，B、R、v一定，则F外∝x2．F-x图象应为曲线，故C错误．外力的功率为：P=Fv=，P外∝x2
故D错误．故选A．
6．A【详解】ABCD．设磁铁的下端为N极，则磁铁下落时，回路中的磁通量向下增大，根据楞次定律和安培定则，回路中的电流为逆时针，则由左手定则可得，P受力向左，Q受力向右，相互靠拢；设磁铁的下端为S极，则在磁铁下落时，回路中的磁通量向上增大，根据楞次定律和安培定则，回路中的电流为顺时针，则由左手定则可得，P受力向左，Q受力向右，相互靠拢，BCD错误A正确。
7．A【解析】试题解析：由于北半球的磁感线方向是向下的，当电扇逆时针转动时，由右手定则可以判断出，导体OA的电动势A端高，O端低，故A是正确的．
考点：感应电动势方向的判断．
8．D【详解】A.
线圈进磁场过程，垂直平面向里的磁通量逐渐增大，根据楞次定律“增反减同”，感应电流方向为逆时针方向，选项A错。B.
根据左手定则判断，CD端导线电流方向与磁场垂直，安培力竖直向下，选项B错。C.
线圈进磁场切割磁感线的有效长度是初末位置的连线，进磁场过程，有效切割长度最长为半径，所以感应电动势最大为，选项C错。D.
感应电动势平均值选项D对。
9．BD【解析】若磁场为匀强磁场，穿过环的磁通量不变，不产生感应电流，即无机械能向电能转化，机械能守恒，故A错，B正确；若磁场为非匀强磁场，环内要产生电能，机械能减少，故C错，D正确。
10．D【详解】
AB．当金属圆环运动时，相当于电源，即两个电动势相等的电源并联，画出等效电路如图所示；由法拉第电磁感应定律可知，E0＝Bdv，电源组的电动势E＝Bdv，所以流过电阻R的电流
选项AB错误；CD．由等效电路可知，有感应电流流过金属圆环，并且左、右两部分并联，所以左、右两部分流过的电流相同，选项C错误，D正确。
11．C【解析】设正方形线框的边长为L．则线框拉出磁场时产生的感应电动势为：E=BLv；线框按甲方向运动时，cd相当于电源，ab间电势差是外电压的，为：U甲=E；线框按乙方向运动时，ad相当于电源，ab间电势差是外电压的，为：U乙=E；线框按丙方向运动时，ab相当于电源，ab间电势差是外电压，为：U丙=E；线框按丁方向运动时，bc相当于电源，ab间电势差是外电压的，为：U丁=E；故C正确．
故选C．
12．CD【解析】根据楞次定律的推论“增缩减扩”可知，无论磁场方向如何，只要磁场减弱，ab杆都有向右移动的可能；无论磁场方向如何，只要磁场增强，ab杆都有向左移动的可能，故C正确，AB错误；当磁场变化时，回路中的磁通量发生变化，由楞次定律知ab杆中一定有电流产生，受安培力，由于摩擦力的存在，杆不一定移动，故D正确；故选CD．
点睛：此题关键要能深层次理解楞次定律：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，也可以用“阻碍相对运动”、“增缩减扩”“来拒去留”来快速判断．
13．AB【解析】由右手定则可知，金属杆ab进入磁场时的感应电流的方向为由b到a，选项A正确；金属杆下滑进入磁场过程，由动能定理:，解得v=，选项B正确；金属杆ab进入磁场后产生的感应电动势E=Blv=Bl，选项C错误；金属杆ab进入磁场后在金属杆cd中产生由c到d的电流，由左手定则可知，cd受到向下的安培力，故cd对两根小柱的压力大小不为零，选项D错误；故选AB.
14．CD【详解】A项：由条形磁铁的磁场分布可知，金属球下滑过程中，穿过小球的磁通量会变化，所以金属球中会产生感应电流，故A错误；、B项：由于金属球下滑过程中有电流产生，也就有热量产生，由能量守恒可知，小球不能运动到半圆轨道的另一端，故B错误；C项：根据产生的焦耳热等克服安培力所做的功可知，金属球受到的安培力做负功，故C正确；D项：由于小球下滑过程机械能转化为内能，所以小球的高度越来越低，最后停止在半圆的最低点，由能量守恒可得，产生的总热量为减小的重力势能即为mgR，故D正确。
15．（1）4m/s；（2）2m/s2。
【详解】（1）金属棒匀速运动时产生的感应电流：Im=
由平衡条件有：F=mgsinθ+BImL
v=4m/s
（2）此时金属棒受到的安培力：F安=
由牛顿第二定律有：F-mgsinθ-F安=ma
解得：a=2m/s2
16．(1)30V；(2)1.2
N
(3)
24.3
J
【详解】(1)
由法拉第电磁感应定律得代入数据得
(2)
由左手定则得电流方向为b→c，
由闭合电路的欧姆定律得
安培力大小F＝I2LB1＝1.2
N
(3)
由法拉第电磁感应定律得
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