高中物理 第四章 电磁感应（第5课时）电磁感应现象的两类情况课时作业 新人教版选修

系统掌握蕴含其中的马克思主义立场观点方法，要在系统学习、深刻领会、科学把握习近平教育思想上下功夫。精心组织开展学习宣传贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神知识问答活动。第5课时电磁感应现象的两类情况一、选择题(在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。)1下列说法正确的是()A感生电场由变化的磁场产生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变化的磁场在空间激发感生电场，恒定的磁场不能在周围空间产生感生电场，选项A正确，选项B错误；感生电场的电场线是闭合曲线，感生电场的方向可由楞次定律和右手螺旋定则判断，不一定是沿逆时针方向，选项C正确，选项D错误。答案AC2如图1所示，两个比荷相同的都带正电荷的粒子a和b以相同的动能在匀强磁场中运动，a从磁感应强度为B1的区域运动到磁感应强度为B2的区域，已知B2B1；b开始在磁感应强度为B1的圆形磁场中做匀速圆周运动，然后磁感应强度逐渐增加到B2。则a、b两粒子动能的变化情况是()图1Aa不变，b增大 Ba不变，b变小Ca、b都变大 Da、b都不变解析a粒子在磁场中运动，受到的洛伦兹力不做功，动能不变，选项C错误；b粒子在变化的磁场中运动，由于变化的磁场要产生感生电场，感生电场会对b粒子做正功，b粒子动能增大，选项A正确，选项B、D错误。答案A3关于感生电动势和动生电动势的比较，下列说法正确的是()A感生电动势是由于变化的磁场产生了感生电场，感生电场对导体内的自由电荷产生作用而使导体两端出现的电动势B动生电动势是由于导体内的自由电荷随导体棒一起运动而受到洛伦兹力的作用产生定向移动，使导体棒两端出现的电动势C在动生电动势产生的过程中，洛伦兹力对自由电荷做功D感生电动势和动生电动势产生的实质都是由于磁通量的变化引起的，只是感生电动势是由于磁场的变化，而动生电动势是由于面积的变化而已解析感生电动势和动生电动势的产生机理不同，易知选项A、B正确；在动生电动势产生的过程中，某一方向上的洛伦兹力对自由电荷做正功，另一方向上的洛伦兹力对自由电荷做负功，整体上，洛伦兹力不做功，选项C错误；感生电动势和动生电动势实质上都是电磁感应现象中产生的电动势，都是由于磁通量的变化引起的，选项D正确。答案ABD4如图2所示，将条形磁铁插入闭合线圈内(未全部插入)，若第一次迅速插入线圈中用时0.2 s，第二次缓慢插入线圈中同一位置用时1 s，则第一次和第二次插入线圈的过程中，通过线圈导线截面的电荷量之比以及通过直导线ab的电流方向表述正确的是()图2A11ab B11baC15ab D15ba解析由E，I，qIt，可得q。条形磁铁两次插入闭合线圈内的过程中，磁通量的变化相同，通过导线截面的电荷量相同，可知电荷量之比为11，由楞次定律可知电流方向为ba，故选项B正确。答案B5矩形导线框固定在匀强磁场中，如图3甲所示，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向为垂直纸面向里，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示，则()图3A从0到t1时间内，导线框中电流的方向为abcdaB从0到t1时间内，导线框中电流越来越小C从0到t2时间内，导线框中电流的方向始终为adcbaD从0到t2时间内，导线框ab边受到的安培力越来越大解析由楞次定律，从0到t2时间内，导线框中电流的方向始终为adcba，选项A错误，C正确；由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律，从0到t2时间内，导线框中电流恒定，选项B错误；由安培力公式，从0到t2时间内，导线框ab边受到的安培力先减小后增大，选项D错误。答案C6如图4所示，一金属半圆环置于匀强磁场中，磁场方向垂直于半圆面向外，下列说法正确的是()图4A当磁场突然减弱时，电动势方向由MNB当磁场突然减弱时，电动势方向由NMC若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180的过程中，电动势方向由MND若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180的过程中，电动势方向由NM解析当磁场突然减弱时，由楞次定律和右手定则知，感应电动势方向由NM，选项A错误，选项B正确；若磁场不变，半圆环绕MN轴旋转180的过程中，由右手定则可知，半圆环中产生的感应电动势在半圆环中由N指向M，选项C错误，选项D正确。答案BD7(2016海宁二中)如图5所示，两个端面半径同为R的圆柱形铁芯同轴水平放置，相对的端面之间有一缝隙，铁芯上绕导线并与直流电源连接，在缝隙中形成一匀强磁场。一铜质细直棒ab水平置于缝隙中，且与圆柱轴线等高、垂直。让铜质细直棒从静止开始自由下落，铜质细直棒下落距离为0.2R时铜质细直棒中电动势大小为E1，下落距离为0.8R时电动势大小为E2，忽略涡流损耗和边缘效应。关于E1、E2的大小和铜质细直棒离开磁场前两端的极性，下列判断正确的是()图5AE1E2，a端为正 BE1E2，b端为正CE1E2，a端为正 DE1E2，b端为正解析通电导线在缝隙中产生的磁场方向向左，所以铜质细直棒下落时由右手定则可判断得b端为正，选项A、C错误；根据EBLv可知，下落0.8R时电动势较大，即E1E2，选项B错误，选项D正确。答案D8(2015杭州二中)现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备。电子感应加速器主要有上、下电磁铁磁极和环形真空室组成。当电磁铁绕组通以变化的电流时，产生变化的磁场，穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空盒空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场作用下加速。如图6所示(上图为侧视图、下图为真空室的俯视图)，若电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，当电磁铁绕组通有图中所示的电流时()图6A若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速B若电子沿顺时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速C若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流减小时，电子将加速D被加速时电子做圆周运动的周期不变解析当电磁铁绕组通有题图中所示的电流时，由安培定则可知将产生向上的磁场，当电磁铁绕组中电流增大时，根据楞次定律和安培定则可知，这时真空盒空间内产生顺时针方向的感生电场，电子沿逆时针运动，电子将加速，选项A正确，选项B、C错误；由于电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，被加速时电子做圆周运动的周期减小，选项D错误。答案A9如图7所示，PQRS为一正方形导线框，它以恒定速度向右进入以MN为边界的匀强磁场，磁场方向垂直线框平面向里，MN边界与线框的边QR所在的水平直线成45角，E、F分别是PS和PQ的中点。关于线框中的感应电流，正确的说法是()图7A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解析当P点经过边界MN时，切割磁感线的有效长度是SR，感应电流达到最大。答案B二、非选择题10(2016韶兴高二检测)如图8甲所示，平行导轨MN、PQ水平放置，电阻不计，两导轨间距d10 cm，导体棒ab、cd放在导轨上，并与导轨垂直。每根导体棒在导轨间的部分，电阻均为R1.0 。用长为L20 cm的绝缘丝线将两导体棒系住，整个装置处在匀强磁场中。t0时，磁场方向竖直向下，丝线刚好处于未被拉伸的自然状态。此后，磁感应强度B随时间t的变化如图乙所示。不计感应电流磁场的影响，整个过程丝线未被拉断。求：图8(1)02.0 s时间内，电路中感应电流的大小与方向；(2)t1.0 s时刻丝线的拉力大小。解析(1)由题图乙可知0.1 T/s由法拉第电磁感应定律有ES2103 V则I1103 A由楞次定律和安培定则可知电流方向为acdba(2)导体棒在水平方向上受丝线拉力和安培力平衡，由题图乙可知t1.0 s时B0.1 T则FTF安BId1105 N答案(1)1103 A方向为acdba(2)1105 N11(2016上海市高二质检)上海世博会某国家馆内，有一“自发电”地板，利用游人走过时踩踏地板发电，其原因是地板下有一发电装置，如图9甲所示，装置的主要结构是一个截面半径为r、匝数为n的线圈，无摩擦地套在磁场方向呈辐射状的永久磁铁槽中，磁场的磁感线沿半径方向均匀分布，图乙为磁铁槽横截面俯视图。轻质地板四角各连接一个劲度系数为k的复位弹簧(图中只画出其中的两个)，轻质硬杆P将地板与线圈连接，从而带动线圈上下往返运动(线圈不发生形变)，便能发电。若线圈所在位置的磁感应强度大小为B，线圈的总电阻为R0，现用它向一个电阻为R的小灯泡供电。为便于研究，将某人走过时因对地板的压力而使线圈发生的位移x随时间t变化的规律简化为图丙所示。(弹簧始终在弹性限度内，取线圈初始位置x0，竖直向下为位移的正方向)图9(1)请在图丁所示坐标系中画出线圈中感应电流i随时间t变化的图象，取图乙中逆时针的电流方向为正方向，要求写出相关的计算和判定的过程；(2)求t时地板受到的人的压力大小。解析(1)0t0时间内电流方向为正方向，t02t0时间内电流方向为负方向0t0、t02t0时间内线圈分别向下、向上运动，其运动速率均为v线圈向下、向上运动产生的感应电动势大小均为EnB2rv，又I联立以下方程得I线圈中感应电流i随时间t变化的图象如图所示。(2)0t0时间内线圈所受安培力方向向上F安nBI2rt时刻地板受的人的压力FN4kF安解得FN2kx0答案见解析12(2015宁波效实中学)如图10所示，两平行导轨间距L0.1 m，足够长光滑的倾斜部分和粗糙的水平部分圆滑连接，倾斜部分与水平面的夹角30，方向垂直斜面向上的磁场的磁感应强度B0.5 T，水平部分没有磁场。金属棒ab的质量m0.005 kg，电阻r0.02 ，运动中与导轨有良好接触，并且垂直于导轨，导轨上接一定值电阻R0.08 ，其余电阻不计，当金属棒ab从斜面上离地高h1.0 m以上的任何地方由静止释放后，在水平面上滑行的最大距离x都是1.25 m。(取g10 m/s2)求：图10(1)金属棒在斜面上的最大速度；(2)水平面的动摩擦因数；(3)从高度h1.0 m处滑下后电阻R上产生的热量。解析(1)金属棒从离地高h1.0 m以上任何地方由静止释放后，在到达水平面之前已经开始做匀速运动。设最大速度为v，则感应电动势EBLv，感应电流I，安培力F安BIL匀速运动时，有mgsin F安，解得v1.0 m/s(2)在水平面上运动时，金属棒所受滑动摩擦力Ffmg金属棒在摩擦力作用下做匀减速