2020-2021物理3-2分层作业（五） 电磁感应现象的两类情况含解析

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精2020-2021学年物理人教版选修3-2分层作业（五）电磁感应现象的两类情况含解析分层作业（五)电磁感应现象的两类情况［基础达标练]eq\x(题组一感生电动势和动生电动势)1．一段导线在磁场中做切割磁感线运动，下面说法正确的是（）A．导体中一定有感应电动势B．导体中一定有感应电流C．导体一定受到与运动方向相反的磁场作用力D．导体一定受到与运动方向相同的磁场作用力2.如图所示，将直径为d,电阻为R的闭合金属环从匀强磁场B中拉出．这一过程中通过金属环某一截面的电荷量为()A.eq\f(Bπd2,4R)B.eq\f（2πBd,R)C。eq\f(Bd2,R)D.eq\f（Bd2，πR)3．如图所示，在一根一端封闭、内壁光滑的直管MN内有一个带正电的小球，空间中充满竖直向下的匀强磁场．开始时，直管水平放置,且小球位于管的封闭端M处．现使直管沿水平方向向右匀速运动，经一段时间后小球到达管的开口端N处．在小球从M到N的过程中（）A．磁场对小球做正功B．直管对小球做正功C．小球所受磁场力的方向不变D．小球的运动轨迹是一直线4．如图所示，线圈abcd固定于分布均匀的磁场中,磁场方向垂直线圈平面．当磁场的磁感应强度B随时间t变化时，该磁场对ab边的安培力大小恒定．下列描述B随t变化的图象中，可能正确的是(）5．在匀强磁场中,有一个接有电容器的导线回路．如图所示，已知电容C＝30μF，回路的长和宽分别为l1＝8cm,l2＝5cm,磁感应强度的变化率为5×10－2T/s,若磁感应强度向里均匀增大，则（）A．电容器的上极板带正电，电荷量为2×10－9B．电容器的上极板带负电,电荷量为6×10－9C．电容器的上极板带正电，电荷量为6×10－9D．电容器的上极板带负电,电荷量为8×10－96.图中半径为r的金属圆盘在垂直于盘面向外的匀强磁场中，绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，电阻两端分别接盘心O和盘边缘，则通过电阻R的电流的方向和大小是()A．由c到d，I＝eq\f(Br2ω，R)B．由d到c，I＝eq\f（Br2ω,R)C．由c到d，I＝eq\f(Br2ω，2R）D．由d到c，I＝eq\f(Br2ω，2R)eq\x(题组二电磁感应中的力学问题）7．如图所示,ab和cd是位于水平面内的平行金属轨道，间距为l，其电阻可忽略不计,ac之间连接一阻值为R的电阻．ef为一垂直于ab和cd的金属杆，它与ab和cd接触良好并可沿轨道方向无摩擦地滑动,电阻可忽略．整个装置处在匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为B，当施加外力使杆ef以速度v向右匀速运动时，杆ef所受的安培力为（）A。eq\f(vB2l2,R)B。eq\f（vBl，R)C。eq\f（vB2l,R）D.eq\f(vBl2，R)8．如图所示，质量为m的金属环用细线悬挂起来，金属环有一半处于水平且垂直环面向里的匀强磁场中,从某时刻开始，磁感应强度均匀减小，则在磁感应强度均匀减小的过程中,下列说法中正确的是(）A．金属环中始终有逆时针方向的电流B．金属环中的电流逐渐增大C．细线对圆环的拉力大于环重力mg，并逐渐减小D．细线对圆环的拉力保持恒定9．如图所示,正方形导体闭合线框和有理想边界的匀强磁场都在光滑水平面上，线框在外力F的作用下能够以不变的速度v匀速通过磁场区域，已知线框边长为l，总电阻为R，磁场两条边界间的距离为d（d〈l)．下列说法正确的是(）A．线框bc边刚进入磁场时感应电流为bcdab方向B．线框进出磁场的整个过程中外力F总等于eq\f(B2l2v，R）C．线框进出磁场的整个过程产生的热量为eq\f（2B2l2v，R)D．线框进出磁场的整个过程安培力做功的平均功率是eq\f(2B2l2dv2,Rl＋d)10．如图所示，有两根与水平方向成α角的光滑平行金属导轨,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，金属杆的速度趋近于一个最大速度vm，则()A．如果只增大α，vm将变大B．如果只增大B，vm将变大C．如果只增大R,vm将变小D．如果只减小m,vm将变大［能力提升练］11．如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为r0＝0。10Ω/m，导轨的端点P、Q用电阻可以忽略的导线相连，两导轨间的距离l＝0.20m．有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面向下，已知磁感应强度B与时间t的关系为B＝kt，比例系数k＝0.020T/s。一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直．在t＝0时刻，金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下,杆以恒定的加速度a＝1m/s2从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t＝0.6s时金属杆所受的安培力．12．如图甲所示，一个圆形线圈匝数n＝1000匝、面积S＝2×10－2m2、电阻r＝1Ω。在线圈外接一阻值为R＝4Ω的电阻．把线圈放入一个匀强磁场中，磁场方向垂直线圈平面向里，磁场的磁感应强度（1）0～4s内，回路中的感应电动势；(2）t＝5s时，a、b两点哪点电势高；(3）t＝5s时，电阻R两端的电压U.分层作业（五）1．解析:导线在磁场中做切割磁感线运动，就能产生感应电动势，但是如果电路不闭合,就不会有感应电流．导体受到的力不一定与运动方向相反．故选A.答案:A2．解析：eq\x\to(E）＝neq\f（ΔΦ，Δt），故q＝eq\x\to(I)t＝eq\f(\x\to（E），R）·Δt＝n·eq\f（Bπ\b\lc\（\rc\）(\a\vs4\al\co1（\f（d,2）)）2,R)＝eq\f（Bπd2,4R).答案：A3．解析:洛伦兹力总是与速度垂直,不做功，故A错误；对小球受力分析，其受重力、支持力和洛伦兹力，其中重力和洛伦兹力不做功，而动能增加，根据动能定理可知,直管对小球的支持力做正功，故B正确；设直管运动速度为v1，小球垂直于直管向右的分运动是匀速直线运动．小球沿直管方向受到洛伦兹力的分力F1＝qv1B,q、v1、B均不变，F1不变，则小球沿直管做匀加速直线运动，与平抛运动类似，小球运动的轨迹是一条抛物线，洛伦兹力方向不断变化，故C、D错误．答案：B4．解析:磁场对ab边的安培力大小F＝BIL，若磁场的磁感应强度B随时间t增大，则电流I必是逐渐减小，根据法拉第电磁感应定律可知，磁感应强度B随时间t的变化率必须逐渐减小，所以选项B正确，A、D错误；若磁场的磁感应强度B逐渐减小，则电流I必须随时间t增大，根据法拉第电磁感应定律，磁感应强度B随时间t的变化率必须逐渐增大，所以选项C错误．答案：B5．解析:回路中的感应电动势等于电容器两极板间的电压，U＝E＝eq\f(ΔΦ，Δt）＝eq\f(ΔB·l1·l2,Δt)＝5×10－2×0.05×0.08V＝2×10－4V，则电容器的电荷量q＝CU＝30×10－6×2×10－4C＝6×10－9C，由楞次定律可判断回路中感应电动势沿逆时针方向，电容器的上极板带正电，C选项正确．答案：C6．解析:将金属圆盘看成是由无数条金属幅条组成的，这些幅条切割磁感线，产生感应电流，由右手定则判断可知：通过电阻R的电流的方向为从c到d。金属圆盘产生的感应电动势为E＝eq\f（1,2)Br2ω.通过电阻R的电流的大小为I＝eq\f(Br2ω,2R)，故C正确．答案：C7．解析:当杆ef以速度v向右匀速运动时，产生的感应电动势为E＝Blv,感应电流为I＝eq\f(E，R)，杆ef受到的安培力F＝BIl，联立解得F＝eq\f（vB2l2,R)，A正确．答案：A8．解析：磁感应强度均匀减小，穿过回路的磁通量均匀减小，由楞次定律可知，感应电流方向为顺时针，故A错误；穿过回路的磁通量均匀减小，根据法拉第电磁感应定律得知,回路中产生恒定的电动势，感应电流也恒定不变，故B错误;再由左手定则可得，安培力的合力方向竖直向下,金属环所受的安培力F＝BIL，可知安培力F均匀减小,且方向向下，金属环始终保持静止，则拉力大于重力，因为磁感应强度均匀减小,所以拉力的大小也逐渐减小,故C正确，D错误.答案：C9．解析:bc边刚进入磁场时由楞次定律可知，产生的感应电流方向为badcb，故A错误；因l〉d，线框匀速通过磁场全过程中有一段时间，磁通量不变，没有感应电流产生，也就不存在安培力,这时不需要外力，故B错误；根据功能关系，在整个过程中电阻产生的热量等于安培力做的功，即Q＝Bl·eq\f（Blv,R）·2d＝eq\f（2B2l2dv，R），故C错误；线框进出磁场所需时间为t＝eq\f(l＋d,v)，平均功率是eq\f(Q，t)＝eq\f(2B2l2dv2,Rl＋d)，故D正确．答案：D10．解析：金属杆受重力、支持力、安培力，开始时重力沿斜面的分力大于安培力,所以金属杆做加速运动．随着速度的增加，安培力在增大，所以金属杆加速度逐渐减小，当加速度减小到零,速度最大,设导轨宽度为L，此时有mgsinα＝BIL，I＝eq\f(BLvm,R），整理得vm＝eq\f（mgsinα·R,B2L2）。如果只增大B，vm将变小，B错误；如果只增大α，vm将变大,A正确；如果只增大R，vm将增大,C错误；如果只减小m，vm将变小，D错误．答案：A11．解析：t＝0.6s时，回路中动生电动势E1＝Blv又B＝kt，v＝at代入数据解得E1＝1。44×10－3V感生电动势E2＝eq\f(ΔΦ，Δt)＝eq\f(ΔB，Δt）lx，又x＝eq\f(1，2)at2代入数据解得E2＝0。72×10－3V又由右手定则及楞次定律知E1、E2同向,故回路中此时总电动势为E＝E1＋E2＝2。16×10－3V回路中电阻R＝2r0x＝3。6×10－2Ω回路中电流I＝eq\f（E，R）＝6×10－2A则金属杆所受的安培力F＝BIl＝ktIl＝1.44×10－4N由左手定则知方向水平向右．答案:1.44×10－4N，方向水平向右12．解析：(1)根据法拉第电磁感应定律得,0～4s内，回路中的感应电动势E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝1000×eq\f（0.4－0。2×2×10－2,4)V＝1V（2)t＝5s时，磁感应强度正在减弱，根据楞次定律,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即感应电流产生的磁场方向是垂直纸面向里，故a点的电势高．(3）在t＝5s时，线圈的感应电动势为E′＝neq\f（ΔΦ,