鲁科版（2019）高二物理必修第三册寒假复习主观题知识点专项练习：5.2电磁感应现象及其应用

高二物理鲁科版（2019）必修第三册寒假复习主观题知识点专项练习：5.2电磁感应现象及其应用
1．有一个1000匝的线圈，在0.3s内通过它的磁通量从0.02Wb增加到0.08Wb，求线圈中的感应电动势。如果线圈的电阻是10，把一个电阻是990的电热器连接在它的两端，求通过电热器的电流是多大？
2．将面积为0.5m2的单匝线圈放在磁感应强度为2.0×10-2T的匀强磁场中，线圈平面垂直于磁场方向，如图所示，那么穿过这个线圈的磁通量为？
3．有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L＝0.20m的正方形，放在磁感应强度B＝0.50T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直，若将这个线圈横截面的形状在5s内由正方形改变成圆形（横截面的周长不变），在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？磁通量的变化率是多少？线圈的感应电动势是多少？
4．在范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场中，B＝0.2T，有一水平放置的光滑框架，宽度为l＝0.4m，如图所示，框架上放置一接入电路的电阻为1Ω的金属杆cd，金属杆与框架垂直且接触良好，框架电阻不计，若cd杆在水平外力的作用下以恒定加速度a＝4m/s2由静止开始向右沿框架做匀变速直线运动，则：
(1)在0~10s内平均感应电动势是多少？
(2)第10s末，回路中的电流多大？
5．如图所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。t=0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置使MDEN构成一个边长为L的正方形。
(1)求t=0时穿过MDEN回路的磁通量；
(2)为使MN棒中不产生感应电流，从t=0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导出这种情况下B与t的关系式。
6．如图，一轻质绝缘转轴由半径分别为2R和R的两个圆柱体组成，其中大圆柱体的两底面边缘镶有圆形金属导线，两圆导线之间连接着4根电阻为r，质量为m，长度为l的细导体棒a、b、c、d，导体棒在圆柱面上水平分布且间隔均匀。一足够长轻绳一端固定在小圆柱体上并紧密缠绕，另一端连接一质量为3m的重锤。整个转轴可绕着水平轴线OO＇自由转动，在大圆柱的扇区内分布着垂直轴线OO＇向外辐射的磁场，距离O点2R处的磁感应强度大小均为B（如图乙所示），不计导线电阻和质量，不计一切摩擦。求：
(1)重锤下落至图乙时刻，导体棒a中的电流方向（从图乙看）；
(2)重锤下落过程中能达到的最大速度vm；
(3)重锤达到最大速度时细绳突然断裂，转轴还能转过的角度θ（用弧度表示）。
7．如图甲所示，匝的线圈（图中只画了2匝），电阻，其两端与一个的电阻相连，线圈内有指向纸内方向的磁场。线圈中的磁通量按图乙所示规律变化。
(1)判断通过电阻的电流方向；
(2)求线圈产生的感应电动势；
(3)求电阻两端的电压。
8．如图所示，足够长的两光滑导轨及两导轨所在平面与水平面均成角，导轨间距，导轨间接有电阻和电压传感器.电阻质量的金属棒由静止开始滑动，导轨的电阻忽略不计.整个装置处于垂直导轨平面向下的匀强磁场中，磁感应强度的大小，重力加速度g取，。
（1）请判别通过金属棒的电流方向；
（2）求金属棒能达到的最大速度，并写出电压传感器两端的电压U与金属棒速度v的关系式；
（3）金属棒经过的距离时速度达到最大值，求这一过程中金属棒产生的焦耳热（结果保留三位有效数字）。
9．如图所示，固定在匀强磁场中的水平导轨ab、cd的间距L1＝0.5
m，金属棒ad与导轨左端bc的距离L2＝0.8
m，整个闭合回路的电阻为R＝0.2Ω，匀强磁场的方向竖直向下穿过整个回路．ad棒通过细绳跨过定滑轮接一个质量为m＝0.04kg的物体，不计一切摩擦，现使磁感应强度从零开始以＝0.2T/s的变化率均匀增大，求经过多长时间物体刚好能离开地面(g取10
m/s2)．
10．如图所示，一个100匝的线圈，其电阻r=10
Ω，线圈ab
两端与R=20
Ω的外电阻构成闭合回路。穿过线圈的匀强磁场均匀变化，若在2.0
s内穿过线圈的磁通量从0.02
Wb
均匀增加到
0.08
Wb。在这段时间内求：
(1)线圈中产生的感应电动势大小；
(2)整个电路中的电功率。
11．如图甲所示，间距为L、电阻不计的光滑导轨固定在倾角为θ的斜面上。在区域Ⅰ内有方向垂直于斜面的匀强磁场，磁感应强度恒为B不变；在区域Ⅱ内有垂直于斜面向下的匀强磁场，其磁感应强度Bt的大小随时间t变化的规律如图乙所示。t＝0时刻在轨道上端的金属细棒ab从如图位置由静止开始沿导轨下滑，同时下端的另一金属细棒cd在位于区域Ⅰ内的导轨上也由静止释放。在ab棒运动到区域Ⅱ的下边界EF之前，cd棒始终静止不动，两棒均与导轨接触良好。已知cd棒的质量为0.6m、电阻为0.3R，ab棒的质量、阻值均未知，区域Ⅱ沿斜面的长度为L，在t＝tx时刻（tx未知）ab棒恰好进入区域Ⅱ，重力加速度为g。求：
(1)区域Ⅰ内磁场的方向；
(2)通过cd棒中的电流大小和方向；
(3)ab棒开始下滑的位置离区域Ⅱ上边界的距离。
12．我国高铁技术处于世界领先水平，其中一项为电磁刹车技术。某次科研小组要利用模型火车探究电磁刹车的效果，如图所示，轨道上相距处固定着两个长、宽、电阻为R的单匝线圈，＞。在火车头安装一个电磁装置，它能产生长、宽的矩形匀强磁场，磁感强度为B。经调试，火车在轨道上运行时摩擦力为零，不计空气阻力。现让火车以初速度从图示位置开始匀速运动，经过2个线圈，矩形磁场刚出第2个线圈时火车停止。测得第1个线圈产生的焦耳热Q1是第2个线圈产生的焦耳热Q2的3倍。求：
(1)车头磁场刚进入第1个线圈时，火车所受的安培力大小；
(2)求车头磁场在两线圈之间匀速运行的时间。
13．如图所示，边长为a的正方形金属线圈绕通过轴，以角速度做匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B，金属线圈的平面与磁场方向重合时开始计时，则在转过90°的过程中，金属框中产生的感应电动势的平均值为多大？
14．如图所示，匀强磁场中有一个用硬导线制成的单匝闭合线圈（线圈面积不变），线圈平面与磁场垂直。已知线圈的面积S=0.3m2、电阻R=0.6Ω，磁场的磁感应强度B=0.2T。现将磁感应强度在Δt=0.5s时间内减小到B=0。求线圈在上述过程中：
(1)感应电动势的平均值E；
(2)感应电流的平均值I，并在图中标出电流方向；
(3)通过导线横截面的电荷量q。
15．如图，匀强磁场的磁感应强度方向垂直于纸面向里，大小随时间的变化率，k为正的常量。用电阻率为ρ，横截面积为S的硬导线做成一边长为l的正方形闭合方框，将方框固定于纸面内，其右半部位于磁场区域中。求：
(1)回路中感应电动势的大小；
(2)回路中感应电流的大小及方向；
(3)磁场对方框的作用力的大小随时间的变化率。
16．如图所示，M、N为纸面内两平行光滑导轨，间距为L。轻质金属杆ab可在导轨上左右无摩擦滑动，杆与导轨接触良好，导轨右端与定值电阻连接。P、Q为平行板器件，两板间距为d，上、下两板分别与定值电阻两端相接。两板正中左端边缘有一粒子源中始终都有速度为v0的带正电粒子沿平行于极板的方向进入两板之间。整个装置处于垂直于纸面向外的匀强磁场中。已知轻杆和定值电阻的阻值分别为r和R，其余电阻不计，带电粒子的重力不计，为使粒子沿原入射方向从板间右端射出，则轻杆应沿什么方向运动？速度多大？
17．如图所示，在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，有一边长为L=0.2m的正方形导线框，线框平面与磁场垂直。求：
（1）这时穿过线框平面的磁通量为多大；
（2）若线框以AB边为轴转动，转过90°到虚线位置，该过程所花的时间为0.1s，则线圈在此过程中产生的平均电动势为多少；
18．如图所示，匀强磁场有个圆形闭合单匝线圈，线圈平面与磁场垂直。已知线圈的半径r=0.2m，总电阻R=0.1Ω，感应强度B在0-1s内从3.0T均匀减小到1.0T，π=3.14，求：
(1)t=0.5s时，线圈内感应电动势的大小和感应电流的方向；
(2)在0-1s内线圈产生的焦耳热；
(3)t=0.5s时，圆心角为60度弧形导线ad受到的安培力大小F。
19．如图所示，长为
L、电阻
r＝0.3Ω、质量
m＝0.1kg
的金属棒
CD
垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，两导轨间距也是
L，棒与导轨间接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有
R＝0.5Ω
的电阻，量程为0~3.0A
的电流表串接在一条导轨上，量程为
0~1.0V
的电压表接在电阻
R
的两端，垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面。现以向右恒定外力
F
使金属棒右移，当金属棒以
v＝2m/s
的速度在导轨平面上匀速滑动时，观察到电路中的一个电表正好满偏，而另一个电表未满偏。问：
(1)在图中标出两块表的正负接线柱；
(2)此满偏的电表是什么表？说明理由；
(3)拉动金属棒的外力
F
多大？
20．2002年10月28日阳泉正式启用热电联产系统，距今已有17年。热电联产既解决了缺水地区的用电问题，同时又解决了北方地区冬季的采暖问题，一举两得。发电的过程利用了电磁感应现象，可以简化成如下的原理模型。100匝的闭合线圈AB，穿过线框的磁通量在1s内从0.05wb减小到0.01wb，问：
（1）AB两端的电动势是多大；
（2）若在AB间接入一个2Ω的电阻，5min内电阻产生热量多少？
参考答案
1．200V，0.2A
2．1.0×10-2Wb
3．5.5×10－3Wb；1.1×10－3Wb/s；0.11V
4．(1)1.6V；(2)3.2A
5．(1)；(2)
6．(1)由右手定则判断可得a棒中的感应电流方向为垂直纸面向里；(2)；(3)
7．(1)；(2)；(3)
8．（1）通过金属棒ab的电流方向由b到a；（2）1.2m/s
；
；（3）0.127J
9．
10．(1)3V；(2)0.3W
11．(1)
垂直于斜面向上；(2)，；(3)0.5L
12．(1)
(2)
13．
14．(1)0.12V；(2)0.2A，见解析；(3)0.1C
15．（1）；（2），方向为逆时针；（3）.
16．向右运动，
17．（1）0.02Wb；（2）0.2V；
18．(1)0.25V，顺时针方向；(2)0.63J；(3)1.0N
19．（1）电压表上正下负、电流表左正右负；（2）电压表满偏，理由见解析；（3）1.6N
20．（1）4V；（2）2400J