高中物理 课时训练4电磁感应现象的两类情况 新人教版选修3-2

1、课时训练4电磁感应现象的两类情况1.某空间出现了如图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()。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答案:AC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。2.如图所示,PQRS为一正方形导线框,它以恒定速度向右进入以MN为

2、边界的匀强磁场,磁场方向垂直线框平面,MN线与线框的边成45角。E、F分别为PS与PQ的中点。关于线框中的感应电流,正确的说法是()。A.当E点经过边界MN时,线框中感应电流最大B.当P点经过边界MN时,线框中感应电流最大C.当F点经过边界MN时,线框中感应电流最大D.当Q点经过边界MN时,线框中感应电流最大答案:B解析:由题意知在线框进入磁场的过程中B与v都是不变的,根据公式E=Blv可知,有效长度l最大时,回路中的感应电流最大,当P点经过边界MN时,R点正好经过边界MN,切割磁感线运动的有效长度l有最大值,故正确选项为B。本题对有效切割长度大小变化的判断是难点,也是解题的关键,从线框中S点

3、进入磁场开始,有效长度从0开始增大,当P点经过边界MN时,有效长度l达到最大值,即与线框边长相等,然后l又开始减小,最后减小到0。3.如图所示,匀强磁场方向垂直于线圈平面,先后两次将线圈从同一位置匀速地拉出有界磁场,第一次拉出时速度为 v1=v0,第二次拉出时速度为 v2=2v0,前后两次拉出线圈的过程中,下列说法错误的是()。A.线圈中感应电流之比是12B.线圈中产生的热量之比是21C.沿运动方向作用在线框上的外力的功率之比为12D.流过任一横截面感应电荷量之比为11答案:BC解析:线框在拉出磁场的过程中,导体做切割磁感线运动,产生感应电动势E=Blv,线框中的感应电流I=,所以I1I2=v

4、1v2=12;线框中产生的电热Q=I2Rt=()2R=,所以Q1Q2=v1v2=12;由于匀速运动,施加的外力与安培力相等,故外力的功率P=Fv=BIlv=,所以P1P2=14;流过线圈任一截面的电荷量为q=It=,所以q1q2=11。4.如图所示,在空间中存在两个相邻的、磁感应强度大小相等、方向相反的有界匀强磁场,其宽度均为L。现将宽度也为L的矩形闭合线圈,从图示位置垂直于磁场方向匀速拉过磁场区域,则在该过程中,能正确反映线圈中所产生的感应电流或其所受的安培力随时间变化的图象是()。答案:D解析:由右手定则或楞次定律可知当线圈进入磁场中,感应电流方向为逆时针方向,在线圈由磁场区域进入过程中感

5、应电流方向为顺时针方向,但由于两边切割时感应电流增加为原来的2倍,线圈从区域出来过程中,电流方向为逆时针方向,电流大小同区域中相同,由此可见A、B均错。由左手定则可知运动中所受安培力始终向左,由F=ILB可知线圈由区域向区域运动过程中,安培力大小为进入或从中出来时的4倍,D对。5.如图所示,有两根和水平方向成角的光滑平行金属轨道,上端接有可变电阻R,下端足够长,空间有垂直于轨道平面的匀强磁场,磁感应强度为B。一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下,经过足够长的时间后,金属杆的速度会趋近于一个最大速度vmax,则下列说法正确的是()。A.如果B增大,vmax将变大B.如果变大,vmax将变大C.

6、如果R变大,vmax将变大D.如果m变小,vmax将变大答案:BC解析:金属杆从轨道上由静止滑下,经足够长时间后,速度达最大值vmax,此后金属杆做匀速运动,杆受重力、轨道的支持力和安培力如图所示。安培力F=LB,沿导轨方向上对金属杆列平衡方程mgsin =,则vmax=,由此式可知,B增大,vmax减小;增大,vmax增大;R变大,vmax变大;m变小,vmax变小。因此B、C两选项正确。6.如图所示,将一质量为m的带电小球用绝缘细线悬挂在用铝板制成的U形框中,使整体在匀强磁场中沿垂直于磁场方向向左以速度v匀速运动,悬线拉力为FT,则()。A.悬线竖直,FT=mgB.悬线竖直,FTmgC.悬

7、线竖直,FTmgD.无法确定FT的大小和方向答案:A解析:设两板间的距离为L,由于向左运动过程中竖直板切割磁感线,产生动生电动势,由右手定则判断下板电势高于上板,动生电动势大小E=BLv,即带电小球处于电势差为BLv的电场中,所受电场力F电=qE电=q=q=qvB若设小球带正电,则电场力方向向上。同时小球所受洛伦兹力F洛=qvB,方向由左手定则判断竖直向下,即F电=F洛,故无论小球带什么电,怎样运动,FT=mg,选项A正确。7.如图所示,足够长的光滑斜面导轨MM和NN,斜面的倾角=30,导轨相距为d,上端M和N用导线相连,并处于垂直于斜面向上的均匀磁场中,磁感应强度B的大小随时间t的变化规律为

8、B=kt,其中k为常数。质量为m的金属棒ab垂直于导轨放置在M、N附近,从静止开始下滑,通过的路程为L时,速度恰好达到最大,此时磁场的磁感应强度的大小为B1。设金属棒的电阻为R,导轨和导线的电阻不计。某同学在求金属棒速度最大时产生的最大电功率Pm,有以下两种不同的方法,试判断两种方法是否正确,并简述理由。方法一:金属棒速度最大时,产生的电流最大,电功率最大,B1Imd=mgsin ,Pm=()2R;方法二:先求出vm,则Pm=F安vm=mgvmsin 。答案:方法一正确。金属棒速度最大时,产生的电流最大,电功率一定最大。方法二错误。电磁感应中,在只有动生电动势的条件下,安培力对系统总做负功,克

9、服安培力做的功才等于产生的电能,电功率才等于克服安培力做功的功率。本题中,因磁感应强度B变化,还产生了感生电动势,电功率不等于克服安培力做功的功率。8.如图所示,在水平平行放置的两根光滑长直导电轨道MN与PQ上,放着一根直导线ab,ab与导轨垂直,它在导轨间的长度为20 cm,这部分的电阻为0.02 。导轨部分处于方向竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.20 T,电阻R=0.08 ,其他电阻不计。ab的质量为0.02 kg。(1)打开开关S,ab在水平恒力F=0.01 N的作用下,由静止沿轨道滑动,求经过多长时间速度才能达到10 m/s?(2)上述过程中感应电动势随时间变化的表达式是怎样的?(3)当ab的速度达到10 m/s时,闭合开关S,为了保持ab仍能以10 m/s的速度匀速运动,水平拉力应变为多少?答案:(1)20 s(2)E=Blat(3)0.16 N解析