【创新设计】高中物理 4.6 电磁感应现象的两类情况同步训练 新人教版选修32.doc

感生电场问题1.图468如图468所示，内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上，环内有一带负电的小球，整个装置处于竖直向下的磁场中，当磁场突然增强时，小球将( )a沿顺时针方向运动b沿逆时针方向运动c在原位置附近往复运动d仍然保持静止状态解析 当磁场增强时，由楞次定律知感应电流沿逆时针方向，即感生电场沿逆时针方向，带负电的小球在电场力作用下沿顺时针方向运动答案 aen及eblv的比较应用图4692如图469所示，一导线弯成半径为a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，下列结论正确的是( )a感应电流方向不变bcd段直导线始终不受安培力c感应电动势最大值embavd感应电动势平均值bav解析 导体切割磁感线产生感应电动势，由右手定则可知，感应电流方向不变，a正确；感应电动势最大值即切割磁感线等效长度最大时的电动势，故embav，c正确；，ba2，t，由上式得bav，d正确答案 acd电磁感应中的转动切割问题图46103如图4610所示，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与磁场边缘重合；磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里，磁感应强度大小为b0.使该线框从静止开始绕过圆心o、垂直于半圆面的轴以角速度匀速转动半周，在线框中产生感应电流现使线框保持图中所示位置，磁感应强度大小随时间线性变化为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的变化率的大小应为( )a. b.c. d.解析 设圆的半径为l，电阻为r，当线框以角速度匀速转动时产生的感应电动势e1b0l2.当线框不动，而磁感应强度随时间变化时e2l2，由得b0l2l2，即，故c项正确答案 c电磁感应中的电荷量计算4.图4611物理实验中，常用一种叫做“冲击电流计”的仪器测定通过电路的电荷量如图4611所示，探测线圈与冲击电流计串联后可用来测定磁场的磁感应强度已知线圈的匝数为n，面积为s，线圈与冲击电流计组成的回路电阻为r.若将线圈放在被测匀强磁场中，开始时线圈平面与磁场垂直，现把探测线圈翻转180，冲击电流计测出通过线圈的电荷量为q，由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为( )a. b.c. d.解析 qttttnn，所以b.答案 c(时间：60分钟)题组一 感生电场的理解1.图4612如图4612所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是( )a磁场变化时，会在空间激发一个电场b使电荷定向移动形成电流的力是磁场力c使电荷定向移动形成电流的力是电场力d以上说法都不对解析 磁场变化时，会在空间产生感生电场，感生电场的电场力使电荷定向移动形成电流，故a、c正确答案 ac2下列说法中正确的是( )a感生电场是由变化的磁场产生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 磁场变化时在空间激发感生电场，其方向与所产生的感应电流方向相同，可由楞次定律和右手螺旋定则判断，a、c项正确答案 ac3.图4613如图4613所示，一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的动能将( )a不变b增大c减少d以上情况都有可能解析 当垂直纸面向里的磁场增强时，产生逆时针的涡旋电场，带正电的粒子将受到这个电场对它的电场力作用，而使动能增加，故b正确答案 b题组二 感生电动势的计算4如图4614甲所示，电路的左侧是一个电容为c的电容器，电路的右侧是一个环形导体，环形导体所围的面积为s.在环形导体中有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小随时间变化的规律如图乙所示则在0t0时间内电容器( )图4614a上极板带正电，所带电荷量为b上极板带正电，所带电荷量为c上极板带负电，所带电荷量为d上极板带负电，所带电荷量为解析 根据法拉第电磁感应定律，电动势e，电容器两端的电压等于电源的电动势，所以电容器所带的带电量qcu，根据楞次定律，在环形导体中产生的感应电动势的方向为逆时针方向，所以电容器的上极板带正电故a正确，b、c、d错误答案 a5如图4615所示，导轨是水平的导轨，间距l10.5 m，ab杆与导轨左端的距离l20.8 m，由导轨与ab杆所构成的回路的总电阻r0.2 ，方向竖直向下的匀强磁场的磁感应强度b01 t，重物的质量m0.04 kg，用细绳通过定滑轮与ab杆的中点相连，各处的摩擦均可忽略不计现使磁场以0.2 t/s的变化率均匀地增大，试求当t为多少秒时，m刚好离开地面(取g10 m/s2)?图4615解析 根据法拉第电磁感应定律，感生电动势el1l2回路中的感应电流为iab杆所受的安培力f安bl1i(b0t)l1i重物从刚好离开地面时f安mg联立上述四个方程解得：t()2b05 s.答案 5 s题组三 动生电动势的计算6如图4616所示，平行导轨间的距离为d，一端跨接一个电阻r，匀强磁场的磁感应强度为b，方向垂直于平行金属导轨所在的平面，一根足够长的金属棒与导轨成角放置金属棒与导轨的电阻不计，当金属棒沿垂直于棒的方向滑行时，通过电阻r的电流为( )图4616a. b.c. d.解析 题中b、l、v满足两两垂直的关系，所以eblv，其中l，即e，故通过电阻r的电流为，选d.答案 d7如图4617，在磁感应强度为b、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆mn在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动，mn中产生的感应电动势为e1；若磁感应强度增为2b，其他条件不变，mn中产生的感应电动势变为e2.则通过电阻r的电流方向及e1与e2之比e1e2分别为( )图4617aca,21 bac,21cac,12 dca,12解析 根据电磁感应定律eblv，磁感应强度增为2b其他条件不变，所以电动势变为2倍，根据右手定则可知电流方向该为n到m即通过电阻为a到c.答案 c题组四 电磁感应中的转动切割问题8纸面内两个半径均为r的圆相切于o点，两圆形区域分别存在垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度大小相等方向相反，且不随时间变化一长为2r的导体杆oa绕过o点且垂直于纸面的轴顺时针匀速旋转，角速度为，t0时，oa恰好位于两圆的公切线上，如图4618所示若选取从o指向a的电动势为正，下列描述导体杆中感应电动势随时间变化的图象可能正确的是( )图4618解析 导体杆oa绕过o点且垂直于纸面的轴顺时针匀速旋转，在转过180的过程中，切割磁感线的导体棒长度先不均匀增大后减小，由右手定则可判断出感应电动势的方向为由o指向a为正，所以下列描述导体杆中感应电动势随时间变化的图象可能正确的是c.答案 c9如图4619所示，半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场b中，绕o轴以角速度沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻r的电流的大小和方向是(金属圆盘的电阻不计)( )图4619a由c到d，ibr2/rb由d到c，ibr2/rc由c到d，ibr2/(2r)d由d到c，ibr2/(2r)解析 金属圆盘在匀强磁场中匀速转动，可以等效为无数根长为r的导体棒绕o点做匀速圆周运动，其产生的电动势大小为ebr2/2，由右手定则可知其方向由外指向圆心，故通过电阻r的电流ibr2/(2r)，方向指向c，故选d项答案 d题组五 电磁感应中的电荷量问题图462010如图4620所示，空间存在垂直于纸面的匀强磁场，在半径为a的圆形区域内部及外部，磁场方向相反，磁感应强度的大小均为b.一半径为b(ba)，电阻为r的圆形导线环放置在纸面内，其圆心与圆形区域的中心重合当内、外磁场同时由b均匀地减小到零的过程中，通过导线截面的电量为( )a.b.c.d.解析 开始时穿过导线环向里的磁通量设为正值，1ba2，向外的磁通量则为负值，2b(b2a2)，总的磁通量为它们的代数和(取绝对值)b|(b22a2)|，末态总的磁通量为0，由法拉第电磁感应定律得平均感应电动势为e，通过导线截面的电量为qt，a项正确答案 a11在拆装某种大型电磁设备的过程中，需将设备内部的处于匀强磁场中的线圈先闭合，然后再提升直至离开磁场，操作时通过手摇轮轴a和定滑轮o来提升线圈假设该线圈可简化为水平长为l、上下宽度为d的矩形线圈，其匝数为n，总质量为m，总电阻为r，磁场的磁感应强度为b，如图4621所示开始时线圈的上边缘与有界磁场的上边缘平齐若转动手摇轮轴a，在时间t内把线圈从图示位置匀速向上拉出磁场求此过程中，流过线圈中导线横截面的电荷量是多少图4621解析 在匀速提升过程中线圈运动速度v，线圈中感应电动势enblv，产生的感应电流i，流过导线横截面的电荷量qit，联立得q.答案 12如图4622甲所示，一个电阻值为r、匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2r的电阻r1连接成闭合回路线圈的半径为r1.在线圈中半径为r2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度b随时间t变化的关系图线如图4622乙所示图线与横、纵轴的截距分别为t0和b0，导线的电阻不计求0至t1时间内：(1)通过电阻r1的电流大小和方向；(2)通过电阻r1的电荷量q及电阻r1产生的热量图4622解析 (1)由图象分析可知，0至t1时间内，由法拉第电磁感应定律有enns，而sr由闭合电路欧姆定律有i1联立以上各式解得通过电阻r1上的电流大小为i12，由楞次定律可判断通过电阻r1的电流方向为从b到a.(2)通过电阻r1的电荷量qi1t1，通过电阻r1产生的热量qir1t1.答案 (1)i12 方向从b到a(2)q q图462313金属杆mn和pq间距为l，m