2020-2021学年高二物理寒假自主复习作业：沪科版（2019）选择性必修第二册2.4电磁感应的案例分析

2020-2021学年高二寒假自主复习作业：物理沪科版（2019）选择性必修第二册2.4电磁感应的案例分析
一、单选题
1．如图甲所示，把一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极间，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕轴转动，不计摩擦；如图乙所示，闭合金属环从曲面上高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零，不计摩擦，整个曲面处在垂直纸面的磁场中（图中未画出），下列说法正确的是（　　）
A．图甲中当逆时针转动蹄形磁铁时，磁铁的磁极未知，故线圈转动方向未知
B．图甲中当蹄形磁铁不动时，转动闭合线圈，由于不计摩擦，线圈将匀速转动
C．图乙中若磁场为非匀强磁场，因圆环面积不变，可知圆环磁通量不变，故圆环机械能守恒，滚上的高度仍为
D．图乙中若磁场为非匀强磁场，圆环滚下过程中，圆环内有感应电流
2．法拉第设计了世界上第一台发电机，模型如图所示，将一半径为r的铜圆盘，在竖直面内绕过圆盘中心的水平轴，以角速度ω匀速旋转，圆盘的边缘和圆心处各与一铜电刷紧贴，用导线与灯泡连接起来，下列说法正确的是（　　）
A．灯泡R两端的电压为
B．通过灯泡的电流方向始终是由b到a
C．在圆盘转动过程中，穿过整个圆盘的磁通量发生了变化
D．若角速度ω增加为原来的2倍，则灯泡R消耗的功率将增加为原来的2倍
3．如图所示，空间中存在一匀强磁场区域，磁场的磁感应强度大小为B、方向与竖直面（纸面）垂直，磁场的上、下边界（虚线）均为水平面。纸面内磁场上方有一个质量为m、总电阻为R、边长为L的正方形导线框abcd（由均匀材料制成），其上、下两边均与磁场边界平行，边长小于磁场上、下边界的间距。导线框从ab边距磁场上边界为h处自由下落，不计空气阻力，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（　　）
A．ab边刚进入磁场时，受到的安培力大小为
B．导线框通过磁场上边界的过程中，下落的速度可能一直增大
C．导线框通过磁场上边界的过程中，下落的速度可能先减小再增大
D．导线框通过磁场下边界的过程中，下落的速度可能先增大再减小
4．如图所示，是一小金属块，用一根绝缘细杆挂在固定点O，使金属块绕竖直线来回摆动，穿过水平方向的匀强磁场区域（金属块可以完全进入磁场中），磁感线方向跟纸面垂直，若摩擦和空气阻力均不计，则（　　）
A．金属块进入或离开磁场区域时，都会产生相同方向感应电流
B．金属块开始摆动后，可以摆到右侧等高位置
C．金属块完全进入磁场区域后，金属块中无感应电流
D．金属块从左向右摆动到最低点时，绳拉力可能为零
5．如图所示，有一边长为l的正方形导线框，质量为m，由高h处自由落下，其下边进入匀强磁场区域后，线框开始做减速运动，直到其上边刚穿出磁场时，速度减小为边刚进入磁场时速度的一半，此匀强磁场的宽度也是l，则下列结论正确的是（　　）
A．线框穿过磁场区域时做匀减速直线运动
B．线框穿过磁场区域过程中感应电流方向始终不变
C．线框边刚进入磁场与线框边即将穿出磁场时相比，边两端电压之比为
D．线框进入磁场的过程中产生的焦耳热大于线框穿出磁场过程中产生的焦耳热
6．如下图所示，两根平行长直光滑金属轨道，固定在同一水平面内，间距为d，其左端接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中一导体棒ab垂直于轨道放置，且与两轨道接触良好，导体棒在水平向右、垂直于棒的恒力F作用下，从静止开始沿轨道运动一段距离后达到最大速度运动过程中导体棒始终与轨道保持垂直设导体棒接入电路的电阻为r，轨道电阻不计，在这一过程中（　　）
A．导体棒中感应电流的方向从
B．当速度达到最大速度v时导体棒ab两端的电压为Bdv
C．F做的功等于回路产生的电能
D．F做的功与安培力做的功之和等于导体棒增加的动能
7．将A、B两单匝闭合圆形导线环如图所示放置，导线环B恰好与正方形的匀强磁场区域边界内切，磁场方向垂直于两导线环的平面，A、B导线环的半径之比rA:rB=2:1。若磁感应强度均匀增大，则A、B导线环中感应电动势之比为（　　）
A．1:1
B．4:1
C．4：π
D．2:π
8．如图所示，在半径为R的圆形区域内存在垂直于向里的匀强磁场，磁感应强度为B，圆外无磁场，一根长为的导体杆水平放置，a端处在圆形磁场的边界，现使杆绕a端以角速度为逆时针匀速旋转180°，在旋转过程中（　　）
A．b端的电势始终高于a端
B．杆电动势最大值
C．当杆旋转时，杆电动势
D．当杆旋转时，间电势差
9．均匀导线制成的单匝正方形闭合线框，边长，线框电阻，将其置于磁感应强度的有界水平匀强磁场上方处，如图所示，线框由静止自由下落，线框平面始终与磁场方向垂直，且边始终与磁场的水平边界平行。取重力加速度，不计空气阻力，当边刚进入磁场时，下列说法正确的是（　　）
A．感应电动势大小为2V
B．线框两点间的电压是0.15V
C．边受到的安培力方向竖直向上、大小为0.2N
D．线框全部进入磁场的过程中，通过导线横截面的电荷量为0.2C
10．如图所示，金属框abcd竖直放置且足够长，电阻为R，其他电阻均可忽略，ef是一电阻可不计的水平放置的导体棒，质量为m，棒的两端分别与ab、cd保持良好接触，又能沿框架无摩擦下滑，整个装置放在与框架垂直的匀强磁场中。当导体棒ef从静止下滑经一段时间后闭合开关S，则S闭合后（　　）
A．导体棒ef一定做减速运动
B．导体棒ef的加速度不可能大于g
C．导体棒ef最终的速度与S闭合的时刻有关
D．导体棒ef的机械能与回路内产生的电能之和一定守恒
11．如图所示，一个矩形线框以竖直向上的初速度进入只有一条水平边界的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，进入磁场后上升一段高度又落下离开磁场，忽略空气阻力，则（　　）
A．线圈上升过程产生的热焦耳热小于下落过程产生的焦耳热
B．线圈上升过程通过截面的电量小于下落过程通过截面的电量
C．线圈从开始进入到完全进入磁场所用时间小于线圈从开始飞出到完全飞出磁场所用时间
D．线圈上升过程损失的机械能小于下落过程损失的机械能
12．如图所示，光滑水平导轨处于磁感应强度为B的竖直匀强磁场中，质量为m的金属棒置于轨道上，①先闭合开关S，再使金属棒获得水平向右的初速度，到最终稳定，回路中产生的焦耳热为；②金属棒先获得水平向右的初速度，运动后到某位置闭合开关S，到最终稳定，回路中产生的焦耳热为，已知滑轨左端接的电阻阻值为R，其余电阻均不计，则（　　）
A．
B．
C．、的大小关系与开关闭合的位置有关
D．如果仅增大磁感应强度B，其余条件不变，则、都会增大
13．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线下半部分处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是的直线（图中虚线所示），一个金属块从抛物线上（）处以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是（　　）
A．mgb
B．
C．
D．
14．所示，在虚线区城内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，一粗细均匀材质相同的正方形线圈边长为L，总电阻为R。在外力作用下以速度v进入磁场区域。则在进入磁场的过程中，a、b两点间的电势差为（　　）
A．
B．
C．
D．
二、解答题
15．如图1所示，两条足够长的平行金属导轨间距为0.5m，固定在倾角为37°的斜面上。导轨顶端连接一个阻值为1的电阻。在MN下方存在方向垂直于斜面向上、大小为1T的匀强磁场。质量为0.5kg的金属棒从AB处由静止开始沿导轨下滑，其运动过程中的v-t图象如图2所示。金属棒运动过程中与导轨保持垂直且接触良好，不计金属棒和导轨的电阻，取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。
(1)求金属棒与导轨间的动摩擦因数；
(2)求金属棒在磁场中能够达到的最大速率；
(3)已知金属棒从进入磁场到速度达到5m/s时通过电阻的电荷量为1.3C，求此过程中电阻产生的焦耳热。
16．如图所示，一个边长为L的矩形线框质量为m，用一根轻绳跨过两个定滑轮与一个质量为M=3m的体相连接，在线框上方d处有一宽度为L的匀强磁场B，开始时在外力作用下系统处于静止状态，由静止释放M后，经过一段时间线框恰好匀速进入匀强磁场，求∶
(1)线框的电阻是多少？
(2)线框在穿越磁场过程中产生的热量是多少？
17．如图，匀强磁场的方向垂直于纸面向里，大小随时间变化的表达式是B=B0+kt，其中k>0。足够长的固定U型导轨和长为l的金属杆在t=0时恰好围成一边长为l的正方形回路，正方形的右半部位于磁场区域中。从t=0开始，金属杆向左做匀速运动，U型导轨受到的安培力恰好保持不变。已知U型导轨和金属杆每单位长度的电阻均为，求：
(1)t=0时感应电流的大小及导轨受到的安培力的大小；
(2)设金属杆向左运动的速度为v，试写出在t时刻回路中电流与速度v、时间t的函数关系；
(3)金属杆的速度。
18．两根金属导轨平行放置在倾角为θ=30°的斜面上，导轨底端接有电阻R=8Ω，导轨自身电阻忽略不计。匀强磁场垂直于斜面向上，磁感强度B=0.5T。质量为m=0.1kg，电阻r=2Ω的金属棒ab由静止释放，沿导轨下滑。如图所示，设导轨足够长，导轨宽度L=2m，金属棒ab下滑过程中始终与导轨接触良好，当金属棒下滑h=3m时，速度恰好达到最大速度2m/s，求：
(1)滑动摩擦力的大小？
(2)此过程中电阻R上产生的热量？（g取10m/s2）
参考答案
1．D
2．B
3．B
4．C
5．D
6．D
7．C
8．C
9．B
10．D
11．C
12．B
13．D
14．B
15．（1）0.25；（2）8m/s；（3）2.95J
16．(1)
；(2)
Q=4mgL
17．（1），；（2）；（3）
18．(1)0.3N；(2)0.8J