2016-2017学年高中物理 第4章 电磁感应新人教版选修3-2_3

1 电磁感应现象的两类情况 (建议用时：45 分钟) 学业达标 1(多选)某空间出现了如图 458 所示的一组闭合电场线，方向从上向下看是顺时针 的，这可能是( ) 图 458 A沿 AB 方向磁场在迅速减弱 B沿 AB 方向磁场在迅速增强 C沿 BA 方向磁场在迅速增强 D沿 BA 方向磁场在迅速减弱 【解析】 感生电场的方向从上向下看是顺时针的，假设在平行感生电场的方向上有 闭合回路，则回路中的感应电流方向从上向下看也应该是顺时针的，由右手螺旋定则可知， 感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，原磁场有两种可能：原磁场方向向下且沿 AB 方向减弱，或原磁场方向向上，且沿 BA 方向增强，所以 A、C 有可能 【答案】 AC 2(多选)下列说法中正确的是( ) 【导学号：94530033】 A感生电场是由变化的磁场激发而产生的 B恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场 C感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定 D感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向 【解析】 由麦克斯韦电磁理论知 A 正确，B 错误；感生电场的产生也是符合电磁感 应原理的，C 正确；感生电场的电场线是闭合的，但不一定是逆时针方向，故 D 错误 【答案】 AC 3(多选)下列说法中正确的是( ) A动生电动势是洛伦兹力对导体中自由电荷的作用而引起的 B因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功，所以动生电动势不是由洛伦兹力而产生的 C动生电动势的方向可以由右手定则来判定 D导体棒切割磁感线产生感应电流，受到的安培力一定与受到的外力大小相等、方向 2 相反 【解析】 洛伦兹力对导体中自由电荷的作用效果是产生动生电动势的本质，A 正确； 在导体中自由电荷受洛伦兹力的合力与合速度方向垂直，总功为零，B 错误；动生电动势 的方向可由右手定则判定，C 正确；只有在导体棒做匀速切割磁感线时，除安培力以外的 力的合力与安培力大小相等、方向相反，做变速运动时不成立，D 错误故选 A、C. 【答案】 AC 4(多选)如图 459 所示，导体 AB 在做切割磁感线运动时，将产生一个感应电动势， 因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是( ) 图 459 A因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势 B动生电动势的产生与洛伦兹力有关 C动生电动势的产生与电场力有关 D动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的 【解析】 根据动生电动势的定义，A 正确动生电动势中的非静电力与洛伦兹力有 关，感生电动势中的非静电力与感生电场有关，B 正确，C、D 错误 【答案】 AB 5如图 4510 所示，在匀强磁场中，放置两根光滑平行导轨 MN 和 PQ，其电阻不计， ab、 cd 两根导体棒，其电阻 Rab Rcd，当 ab 棒在外力 F1作用下向左匀速滑动时， cd 棒在 外力 F2作用下保持静止， F1和 F2的方向都与导轨平行，那么， F1和 F2大小相比、 ab 和 cd 两端的电势差相比，正确的是( ) 图 4510 A F1 F2， Ucd Uab B F1 F2， Uab Ucd C F1 F2， Uab Ucd D F1 F2， Uab Ucd 【解析】 因 ab 和 cd 的磁场力都是 F BIl，又因为 ab 棒在外力 F1作用下向左匀速 滑动时， cd 在外力 F2作用下保持静止，故 F1 F2，又由 MN、 PQ 电阻不计，所以 a、 c 两点 等势， b、 d 两点等势，因而 Uab Ucd，故 B 正确 【答案】 B 6一直升机停在南半球的地磁极上空，该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为 3 B，直升机螺旋桨叶片的长度为 l，螺旋桨转动的频率为 f，顺着地磁场的方向看螺旋桨， 螺旋桨按顺时针方向转动螺旋桨叶片的近轴端为 a，远轴端为 b，如图 4511 所示如 果忽略 a 到转轴中心线的距离，用 E 表示每个叶片中的感应电动势，则( ) 图 4511 【导学号：94530034】 A. E fl2B，且 a 点电势低于 b 点电势 B. E2 fl2B，且 a 点电势低于 b 点电势 C. E fl2B，且 a 点电势高于 b 点电势 D. E2 fl2B，且 a 点电势高于 b 点电势 【解析】 直升机螺旋桨的叶片围绕着轴转动，产生的感应电动势为 E Blv Blvb Bl(l ) B(2 f)l2 fl2B，设想 ab 是闭合电路的一部分导体，由右 12 12 12 手定则知感应电流方向为 a b，所以 b 点电势比 a 点电势高选项 A 正确 【答案】 A 7(2016邢台高二检测)如图 4512 所示， L10.5 m， L20.8 m，回路总电阻为 R0.2 ， M0.04 kg，导轨光滑，开始时磁场 B01 T现使磁感应强度以 B/ t0.2 T/s 的变化率均匀地增大，试求：当 t 为多少时， M 刚好离开地面？( g 取 10 m/s2) 图 4512 【解析】 回路中原磁场方向向下，且磁感应强度增加，由楞次定律可以判知，感应 电流的磁场方向向上，根据安培定则可以判知， ab 中的感应电流的方向是 a b，由左手定 则可知， ab 所受安培力的方向水平向左，从而向上拉起重物 设 ab 中电流为 I 时 M 刚好离开地面，此时有 F BIL1 Mg， I E/R E / t L1L2 B/ t B B0( B/ t)t 解得 F0.4 N， I0.4 A， B2 T， t5 s. 【答案】 5 s 4 能力提升 8如图 4513 所示，足够长的平行金属导轨倾斜放置，倾角为 37，宽度为 0.5 m，电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，电阻为 1 .一导体棒 MN 垂直于导轨放置，质量 为 0.2 kg，接入电路的电阻为 1 ，两端与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数为 0.5.在 导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为 0.8 T将导体棒 MN 由静止释放， 运动一段时间后，小灯泡稳定发光，此后导体棒 MN 的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分 别为(重力加速度 g 取 10 m/s2，sin 370.6)( ) 图 4513 【导学号：94530035】 A2.5 m/s 1 W B5 m/s 1 W C7.5 m/s 9 W D15 m/s 9 W 【解析】 把立体图转为平面图，由平衡条件列出方程是解决此类问题的关键对导 体棒进行受力分析做出截面图，如图所示，导体棒共受四个力作用，即重力、支持力、摩 擦力和安培力 由平衡条件得 mgsin 37 F 安 Ff Ff F N FN mgcos 37 而 F 安 BIL I ER r E BLv 联立式，解得 v mg sin 37 cos 37 R rB2L2 代入数据得 v5 m/s. 小灯泡消耗的电功率为 P I2R 由式得 P 2R1 W故选项 B 正确( BLvR r) 5 【答案】 B 9如图 4514 甲所示， n50 匝的圆形线圈 M，它的两端点 a、 b 与内阻很大的电压 表相连，线圈中磁通量的变化规律如图乙所示，则 a、 b 两点的电势高低与电压表的读数为 ( ) 甲 乙 图 4514 A a b,20 V B a b,10 V C a b；又 E n 50 V10 V，所以电压表的示数为 10 V，B 正确 t 80.0140.1 【答案】 B 10(2016黄冈高二检测)如图 4515 所示，两根足够长的光滑金属导轨 MN、 PQ 间 距为 l0.5 m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成 30角完全相同的两 金属棒 ab、 cd 分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒的质量均 为 0.02 kg，电阻均为 R0.1 ，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感 应强度为 B0.2 T，棒 ab 在平行于导轨向上的拉力 F 作用下，沿导轨向上匀速运动，而 棒 cd 恰好保持静止， g 取 10 m/s2.求： 图 4515 (1)通过 cd 棒的电流 I 是多少，方向如何？ (2)棒 ab 受到的拉力 F 多大？ (3)拉力 F 做功的功率 P 是多少？ 【解析】 (1)对 cd 棒受力分析可得： BIl mgsin 30 代入数据，得 I1 A 6 根据右手定则判断，通过 cd 棒的电流方向由 d 到 c. (2)对 ab 棒受力分析可得： F BIl mgsin 30 代入数据，得 F0.2 N. (3)根据 I ， P Fv Blv2R 得 P0.4 W. 【答案】 (1)1 A 由 d 到 c (2)0.2 N (3)0.4 W 11(2016郑州高二检测)如图 4516 甲所示，平行金属导轨竖直放置，导轨间距为 L1 m，上端接有电阻 R13 ，下端接有电阻 R26 ，虚线 OO下方是垂直于导轨平 面的匀强磁场现将质量 m0.1 kg、电阻不计的金属杆 ab，从 OO上方某处垂直导轨由 静止释放，杆下落 0.2 m 过程中始终与导轨保持良好接触，加速度 a 与下落距离 h 的关系 图象如图乙所示求： 【导学号：94530036】 甲 乙 图 4516 (1)磁感应强度 B； (2)杆下落 0.2 m 过程中通过电阻 R2的电荷量 q. 【解析】 (1)由题图乙知，杆自由下落距离是 0.05 m，当地重力加速度 g10 m/s2，则杆进入磁场时的速度 v 1 m/s2gh 由题图乙知，杆进入磁场时加速度 a