2020-2021学年物理沪科版选修3-2课后提升训练：1.4 电磁感应的案例分析含解析

1、攀上山峰，见识险峰，你的人生中，也许你就会有苍松不惧风吹和不惧雨打的大无畏精神，也许就会有腊梅的凌寒独自开的气魄，也许就会有春天的百花争艳的画卷，也许就会有钢铁般的意志。祝：学子考试顺利，学业有成1.4电磁感应的案例分析课时演练促提升a组1.如右图所示,一水平放置的圆形通电线圈a固定,另一较小的圆形线圈b从a的正上方下落,在下落过程中两线圈始终保持平行且共轴,则线圈b从线圈a的正上方下落过程中,从上往下看线圈b应是()a.无感应电流,有动生电动势b.有顺时针方向的感应电流c.先有顺时针方向的感应电流,后有逆时针方向的感应电流d.先有逆时针方向的感应电流,后有顺时针方向的感应电流答案:c2.如右

2、图所示,相距为d的两水平直线l1和l2是水平向里的匀强磁场的边界,磁场的磁感应强度为b,正方形线框abcd边长为l(ll)的匀强磁场区。设导线框在穿过磁场区的过程中,不计空气阻力,它的上下两边保持水平,线框平面始终与磁场方向垂直。若线框在位置、时,其加速度a1、a2、a3的方向均竖直向下,则()a.a1=a3g,a2=gb.a1=a3g,a2=0c.a1a3g,a2=gd.a3a1g,a2=g解析:当线框在位置时,根据楞次定律,磁场力方向向上,故a1g;当线框在位置时,磁通量没有变化,不产生感应电流,故a2=g;当线框在位置时,由于此时的切割速度大于位置的切割速度,此时的磁场力大于位置的磁场力

3、,故a3a1,综上知d正确。答案:d6.一个环形线圈放在变化磁场中,第1 s内磁感应强度方向垂直纸面向里,如下图甲所示。若磁感应强度b随时间变化的关系如下图乙所示,那么在第2 s内线圈中所产生的感应电流的大小和方向是()a.逐渐增大,逆时针方向b.逐渐减小,逆时针方向c.大小恒定,逆时针方向d.大小恒定,顺时针方向解析:本题考查电磁感应的知识和识图能力。由题知,第1 s内磁场方向是垂直纸面向里的,而在图乙所示b-t图中,第1 s内的磁感应强度为正值,这说明,本题选垂直纸面向里的磁场方向为正方向,而在b-t图上知第2 s内磁感应强度为负值,说明第2 s内穿过线圈平面的磁场方向为垂直纸面向外,又第

4、2 s内,磁感应强度的大小(绝对值)在不断地均匀减小,且bt为定值,所以第2 s内穿过线圈平面的向外的磁通量在减少,由楞次定律知,感应电流的磁场应垂直纸面向外,再由右手螺旋定则知,感应电流应为逆时针方向,所以d错,而感应电流大小为:i感=e感r=t1r=srbt(线圈面积s与总电阻r都不变),所以感应电流大小不变,c正确。答案:c7.(多选)如图所示,平行金属导轨与水平面成角,导轨与固定电阻r1和r2相连,匀强磁场垂直穿过导轨平面。有一导体棒ab,质量为m,导体棒的电阻和固定电阻r1和r2的阻值均相等,与导轨之间的动摩擦因数为,导体棒ab沿导轨向上滑动,当上滑的速度为v时,受到安培力的大小为f

5、。此时()a.电阻r1消耗的热功率为fv3b.电阻r2消耗的热功率为fv6c.整个装置因摩擦而消耗的热功率为mgvcos d.整个装置消耗的机械功率为(f+mgcos )v解析:棒ab上滑速度为v时,切割磁感线产生感应电动势e=blv,设棒电阻为r,则r1=r2=r,回路的总电阻r总=32r,通过棒的电流i=er总=2blv3r,棒所受安培力f=bil=2b2l2v3r,通过电阻r1的电流与通过电阻r2的电流相等,即i1=i2=i2=blv3r,则电阻r1消耗的热功率p1=i12r=b2l2v29r=fv6,电阻r2消耗的热功率p2=i22r=fv6。杆与导轨的摩擦力f=mgcos ,故摩擦消

6、耗的热功率为p=fv=mgvcos ;整个装置消耗的机械功率为fv+mgvcos =(f+mgcos )v。故b、c、d正确。答案:bcd8.(多选)如右图所示,两根竖直放置的光滑平行导轨,一部分处于方向垂直导轨所在平面且有上下水平边界的匀强磁场中,一根金属杆mn水平沿导轨滑下,在由导轨和电阻r组成的闭合电路中,其他电阻不计,当金属杆mn进入磁场区后,其运动速度图像可能是下图中的()解析:因mn下落高度未知,故进入磁场时所受安培力f安与g的关系可能有三种,容易分析得出答案为a、c、d。答案:acd9.如下图所示,半径为r的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中,磁感应强度为b,方向垂直于纸面向内

7、。一根长度略大于导轨直径的导体棒mn以恒定速率v在圆导轨上从左端滑到右端,电路中的定值电阻为r,其余电阻不计。导体棒与圆形导轨接触良好。求:(1)在滑动过程中通过电阻r的电流的平均值;(2)mn从左端到右端的整个过程中,通过r的电荷量;(3)当mn通过圆导轨中心时,通过r的电流是多少?解析:(1)计算平均电流,应该用法拉第电磁感应定律先求出平均感应电动势。整个过程磁通量的变化为=bs=br2,所用的时间t=2rv,代入公式e=t=brv2,平均电流为i=er=brv2r。(2)电荷量的运算应该用平均电流,q=it=br2r。(3)当mn通过圆形导轨中心时,切割磁感线的有效长度最大,l=2r,根

8、据导体切割磁感线产生的电动势公式e=blv,得e=b2rv,此时通过r的电流为i=er=2brvr。答案:(1)brv2r(2)br2r(3)2brvrb组1.(多选)(2014山东济南检测)如图所示,质量为m、高为h的矩形导线框自某一高度自由落下后,通过一宽度也为h的匀强磁场,线框通过磁场过程中产生的焦耳热()a.可能等于2mghb.可能大于2mghc.可能小于2mghd.可能为零解析:根据能量守恒定律分析:线框进入磁场时,速度大小不同,产生的感应电动势、电流不同,因而受到的安培力大小也不同;由左手定则和右手定则知,感应电流方向先逆时针后顺时针,但不论下边还是上边受安培力,方向总是竖直向上,

9、阻碍线框的运动(因为线框高度与磁场高度相同,上、下边只有一边处于磁场中)。若安培力等于重力大小,线框匀速通过磁场,下落2h高度,重力势能减少2mgh,产生的焦耳热为2mgh,选项a正确;若安培力小于重力大小,线框则加速通过磁场,动能增加,因而产生的焦耳热小于2mgh,选项c正确;若安培力大于重力大小,线框则减速通过磁场,动能减小,减少的重力势能和动能都转化为焦耳热,故产生的焦耳热大于2mgh,选项b正确、选项d错误。答案:abc2.(多选)(2014山西大同检测)如图所示,金属杆ab以恒定的速率v在光滑平行导轨上向右滑行,设整个电路中总电阻为r(恒定不变),整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中

10、,下列叙述正确的是()a.ab杆中的电流与速率v成正比b.磁场作用于ab杆的安培力与速率v成正比c.电阻r上产生的热功率与速率v成正比d.外力对ab杆做功的功率与速率v成正比解析:由e=blv和i=er得,i=blvr,所以安培力f=bil=b2l2vr,电阻上产生的热功率p=i2r=b2l2v2r,外力对ab做功的功率就等于回路产生的热功率。答案:ab3.(2014浙江金华期中检测)如图所示,在磁感应强度为b的水平匀强磁场中,有两根竖直放置的平行金属导轨,顶端用一电阻r相连,两根导轨所在的竖直平面与磁场方向垂直。一根金属棒ab以初速度v0沿导轨竖直向上运动,到某一高度后又向下运动返回到原出发点。整个过程中金属棒与导轨保持垂直且接触良好,导轨与棒间的摩擦及它们的电阻均可忽略不计。则在金属棒整个上行与整个下行的两个过程中,下列说法不正