2018_2019学年高中物理第四章电磁感应课后提升作业四4.5电磁感应现象的两类情况.docx

课后提升作业 四 电磁感应现象的两类情况(40分钟50分)一、选择题(本题共5小题,每小题7分,共35分)1.(多选)如图所示,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()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【解题指南】感生电动势的产生与感生电场对自由电荷的电场力有关,动生电动势的产生与洛伦兹力有关;若计算此题中的动生电动势,可用E=,也可用E=Blv。【解析】选A、B。根据动生电动势的定义,A项正确。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项正确,C、D项错误。2.(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是()A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定B.若从上往下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向流动C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍【解析】选A、B。若圆盘转动的角速度恒定,则相当于无数切割磁感线的导体的运动速度恒定,切割磁感线感应电动势为E=Br2也恒定,则电流大小恒定,A正确;由右手定则可知,从上往下看,只要圆盘顺时针转动,电流就沿a到b的方向流动,不会改变,B正确,C错误;由于电流在R上的热功率与电流的平方成正比,圆盘转动的角速度变为原来的2倍时,圆盘切割磁感线产生的感应电动势变为原来的2倍,电流也变为原来的2倍,电流在R上的热功率变为原来的4倍,选项D错误。【补偿训练】如图所示,OO为一金属转轴(只能转动不能移动),M为与OO固定连接且垂直于OO的金属杆,当OO转动时,M的另一端在固定的金属环N上滑动,并保持良好的接触。整个装置处于一匀强磁场中,磁场方向平行于OO轴,磁感应强度的大小为B0。图中为一理想电压表,一端与OO接触,另一端与环N连接。已知当OO的角速度=0时,电压表读数为U0;如果将磁场变为磁感应强度为nB0的匀强磁场,而要电压表的读数为mU0时,则OO转动的角速度应变为()A.n0B.m0C.0D.0【解析】选D。电压表为理想电压表,故电压表读数为金属杆M转动切割磁感线时产生的感应电动势的大小。U0=B00r2,磁感应强度变为nB0后有mU0=nB0r2,r为金属杆的长度,则=0。故D正确。3.如图所示,a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成,匝数均为10匝,边长la=3lb,图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀增大,不考虑线圈之间的相互影响,则()A.两线圈内产生顺时针方向的感应电流B.a、b线圈中感应电动势之比为91C.a、b线圈中感应电流之比为34D.a、b线圈中电功率之比为31【解析】选B。根据楞次定律可知,两线圈内均产生逆时针方向的感应电流,A错误;因磁感应强度随时间均匀增大,则=k,根据法拉第电磁感应定律可得E=n=nl2,则=,B正确;根据I=l,故a、b线圈中感应电流之比为31,C错误;电功率P=IE=nl2=l3,故a、b线圈中电功率之比为271,D错误。【补偿训练】(多选)如图甲所示,水平放置的平行金属导轨连接一个平行板电容器C和电阻R,导体棒MN放在导轨上且接触良好,整个装置放在垂直导轨平面的磁场中,磁感应强度B的变化情况如图乙所示(图示磁感应强度方向为正方向),MN始终保持静止,则0t2时间内()A.电容器C的电荷量大小始终没变B.电容器C的a板先带正电后带负电C.MN所受安培力的大小始终没变D.MN所受安培力的方向先向右后向左【解析】选A、D。磁感应强度均匀变化,产生恒定电动势,电容器C的电荷量大小始终没变,选项A正确,B错误;由于磁感应强度变化,MN所受安培力的大小变化,MN所受安培力的方向先向右后向左,选项C错误,D正确。4.(多选)在如图甲所示的虚线框内有匀强磁场,设图示磁场方向为正,磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。边长为l,电阻为R的正方形均匀线框abcd有一半处在磁场中,磁场方向垂直于线框平面,此时线框ab边的发热功率为P,则下列说法正确的是()A.磁感应强度B0=B.线框中感应电流为I=2C.线框cd边的发热功率为PD.a端电势高于b端电势【解析】选B、C。由题图乙可知,线框中产生的感应电动势恒定,线框ab边的发热功率为P=,感应电动势E=S=,所以B0=,A错误;由P=I2R可得线框中的感应电流I=2,B正确;cd边电阻等于ab边电阻,而两边流过的电流相等,因此发热功率相等,C正确;由楞次定律可判断,线框中感应电流方向为adcba,因此a端电势比b端电势低,D错误。【补偿训练】在边长为L、电阻为R的正方形导线框内,以对称轴ab为界,左、右两侧分别存在着方向如图甲所示的匀强磁场。以垂直纸面向外的磁场为正,两部分磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律分别如图乙所示。则在0t0时间内,导线框中()A.无感应电流B.感应电流逐渐变大C.感应电流为顺时针方向,大小为D.感应电流为逆时针方向,大小为【解析】选C。根据楞次定律可知,左边的导线框的感应电流是顺时针,而右边的导线框的感应电流也是顺时针,则整个导线框的感应电流方向为顺时针,故A错误;由法拉第电磁感应定律知,因磁场的变化,导致导线框内产生感应电动势,结合题意可知,产生的感应电动势正好是两者之和,即为E=2=;再由闭合电路欧姆定律,可得感应电流大小为I=,故C正确,B、D错误。5.(多选)(2018威海高二检测)如图所示,竖直平行金属导轨MN、PQ上端接有电阻R,金属杆质量为m,跨在平行导轨上,垂直导轨平面的水平匀强磁场为B,不计ab与导轨电阻,不计摩擦,且ab与导轨接触良好。若ab杆在竖直向上的拉力F作用下匀速上升,则以下说法正确的是()A.拉力F所做的功等于电阻R上产生的热量B.杆ab克服安培力做的功等于电阻R上产生的热量C.电流所做的功等于重力势能的增加量D.拉力F与重力做功的代数和等于电阻R上产生的热量【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)ab杆匀速上升时,动能不变,重力势能增加,整个回路的内能增加,根据能量守恒进行分析。(2)理清整个过程中各力做功与能量转换的关系,结合能量守恒定律和功能关系求解。【解析】选B、D。根据能量守恒定律知,拉力F做的功等于重力势能的增加量和电阻R上产生的热量之和,故A错误;根据功能关系知,杆ab克服安培力做功等于电阻R上产生的热量,故B正确;安培力的大小与重力的大小不一定相等,则电流做的功与重力做的功大小不一定相等,即电流做功不一定等于重力势能的增加量,故C错误;根据动能定理知,拉力和重力做功等于克服安培力做功的大小,克服安培力做功等于电阻R上的热量,故D正确。【补偿训练】(多选)一质量为m、电阻为r的金属杆ab,以一定的初速度v0从一光滑平行金属导轨底端向上滑行,导轨平面与水平面成30角,两导轨上端用一电阻R相连,如图所示,磁场垂直斜面向上,导轨的电阻不计,金属杆向上滑行到某一高度之后又返回到底端时的速度大小为v,则金属杆在滑行过程中()A.向上滑行的时间小于向下滑行的时间B.在向上滑行时电阻R上产生的热量大于向下滑行时电阻R上产生的热量C.向上滑行时与向下滑行时通过电阻R的电荷量相等D.金属杆从开始上滑至返回出发点,电阻R上产生的热量为m(-v2)【解析】选A、B、C。在金属杆运动的过程中,安培力一直做负功,所以机械能在减少,故速度v小于v0,所以向上滑行的平均速度大于向下滑行的平均速度,而位移相等,根据x=t得:向上滑行的时间小于向下滑行的时间,所以A正确;根据电动势公式E=BLv可知上滑阶段的平均感应电动势E1大于下滑阶段的平均感应电动势E2,根据q=知,上滑阶段和下滑阶段通过回路即通过R的电量相同,再由公式W电=qE,可知上滑阶段电阻R产生的热量比下滑阶段多,所以B、C正确;根据能量守恒知回路产生总的热量为Q=m(-v2),电阻R上产生的热量QR=Q,故D错误。二、非选择题(15分。需写出规范的解题步骤)6.(2018安庆高二检测)如图,两根相距l=0.4m、电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置,一端与阻值R=0.15的电阻相连,导轨x0一侧存在沿x方向均匀增大的稳恒磁场,其方向与导轨平面垂直,变化率k=0.5T/m,x=0处磁场的磁感应强度B0=1T。一根质量m=0.1kg、电阻r=0.05的金属棒置于导轨上,并与导轨垂直。金属棒在外力作用下从x=0处以初速度v0=2m/s沿导轨向右运动,运动过程中电阻上消耗的功率不变。求:(1)电路中的电流。(2)金属棒在x=2m处的速度。(3)金属棒在x=2m处所受安培力的大小。(4)金属棒从x=0运动到x=2m过程中安培力做功的大小。【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)金属棒切割磁感线产生感应电动势不变,感应电流不变。(2)安培力均匀变化可由安培力的平均值求功。【解析】(1)金属棒切割磁感线产生感应电动势为E=B0lv0=10.42V=0.8V,由闭合电路欧姆定律知,电路中的电流I=A=4A。(2)由题意可知,在x=2m处,B2=B0+kx=1T+0.52T=2T,切割磁感线产生感应电动势,E=Blv,由上可得,金属棒在x=2m处的速度v=m/s=1m/s。(3)运动过程中电阻消耗的功率P=I2R,由于电阻上消耗的功率不变,所以通过电阻的电流不变,所以金属棒在x=2m处所受安培力大小为F2=B2Il=3.2N。(4)由F=BIl=(B0+kx)Il为线性关系,故有W=(F0+F2)x=4.8J。答案:(1)4A(2)1m/s(3)3.2N(4)4.8J【补偿训练】如图甲所示,平行长直金属导轨水平放置,间距L=0.4m。导轨右端接有阻值R=1的电阻,导体棒垂直放置在导轨上,且接触良好。导体棒及导轨的电阻均不计,导轨间正方形区域abcd内有方向竖直向下的匀强磁场,bd连线与导轨垂直,长度也为L,从0时刻开始,磁感应强度B的大小随时间t变化,规律如图乙所示;同一时刻,棒从导轨左端开始向右匀速运动,1s后刚好进入磁场。若使棒在导轨上始终以速度v=1m/s做直线运动,求:(1)棒进入磁场前,回路中的电动势E。(2)棒在运动过程中受到的最大安培力F,以及棒通过三角形abd区域时电流i与时间t的关系式。【解析】(1)棒在进入磁场前,棒没有切割磁感线,但磁场的强弱发生变化,导致磁通量发