第四章-第5节-电磁感应现象的两类情况-2020高中物理选修3-2训练课件

05电磁感应现象的两类情况题型1感生电场的判断和应用解析第5节电磁感应现象的两类情况刷基础1．[云南云县一中2018高二下月考](多选)某空间出现了如图所示的一组闭合电场线，从上向下看方向为顺时针方向，这可能是()A．沿AB方向的磁场在迅速减弱B．沿AB方向的磁场在迅速增强C．沿BA方向的磁场在迅速增强D．沿BA方向的磁场在迅速减弱由安培定则可知，感应电场产生的磁场方向竖直向下，如果磁场方向沿AB方向，则感应磁场与原磁场方向相同，由楞次定律可知，原磁场在减弱，故A正确，B错误；如果磁场方向沿BA方向，则感应磁场方向与原磁场方向相反，由楞次定律可知，原磁场在增强，故C正确，D错误．AC解析第5节电磁感应现象的两类情况刷基础2．电子感应加速器的基本原理如图所示．在上、下两个电磁铁形成的异名磁极之间有一个环形真空室．图甲为侧视图，图乙为真空室的俯视图．电磁铁中通以变化的电流，使两磁极间的磁场周期性变化，从而在真空室内产生感生电场，将电子从电子枪右端注入真空室，电子在感生电场的作用下被加速，同时在洛伦兹力的作用下，在真空室中沿逆时针方向(图乙中箭头方向)做圆周运动．由于感生电场的周期性变化使电子只能在某段时间内被加速，但由于电子的质量很小，故在极短时间内被加速的电子可在真空室内回旋数十万以至数百万次，并获得很大的能量．若磁场的磁感应强度B(图乙中垂直于纸面向外为正)随时间变化的关系如图丙所示，不考虑电子质量的变化，电子在t＝0时，注入真空室后由静止开始被加速，则下列说法中正确的是()A．电子在真空室中做匀速圆周运动B．电子在运动时的加速度始终指向圆心C．在丙图所示的第一个周期中，电子只能在内按图乙中逆时针方向做圆周运动且被加速D．在丙图所示的第一个周期中，电子在内均能按图乙中逆时针方向做圆周运动且被加速由于电子在真空室中的能量逐渐增大，说明其速度逐渐变大，故电子做的不是匀速圆周运动，A错误；当电子做匀速圆周运动时，其向心力才指向圆心，现在电子做的不是匀速圆周运动，所以电子在运动时的加速度并不始终指向圆心，B错误；在丙图所示的第一个周期中，在内磁感应强度增大，原磁场的方向垂直于纸面向外，由楞次定律可知，感应磁场的方向与原磁场方向相反，为垂直于纸面向里，再由右手螺旋定则可知真空室中感生电场的方向为顺时针方向，该方向正好使电子加速；同理，在内，感生电场方向为逆时针方向，电子减速，直至沿顺时针方向转动，而时间内感生电场再次变为顺时针方向，此时电子会减速，故只有在内，电子沿逆时针方向做圆周运动且被加速，C正确，D错误．C题型2感生电动势的判断与计算解析第5节电磁感应现象的两类情况刷基础3．[四川内江2018高二上期末]在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图甲所示，当磁场的磁感应强度B随时间t按如图乙所示规律变化时，下列各图中能正确表示线圈中感应电动势E的变化情况的是()在0～1s内，根据法拉第电磁感应定律，，根据楞次定律，感应电动势的方向与图示箭头方向相同，为正值；在1～3s内，磁感应强度不变，感应电动势为零；在3～5s内，根据法拉第电磁感应定律，，根据楞次定律，感应电动势的方向与图示方向相反，为负值，故A正确．A解析第5节电磁感应现象的两类情况刷基础4．[甘肃兰州一中2018高二下期中](多选)有一根由横截面积为S、电阻率为ρ的硬质导线做成的一个半径为r的圆环，ab为圆环的一条直径．如图所示，在ab的左侧存在一个均匀变化的磁场，磁场垂直圆环所在平面，方向如图所示，磁感应强度大小随时间的变化率为，则()A．圆环中感应电流大小为B．图中a、b两点间的电势差C．圆环中产生沿逆时针方向的感应电流D．圆环具有扩张的趋势由法拉第电磁感应定律可知，，感应电流，故A错误；由闭合电路欧姆定律可知，a、b两点间的电势差为，故B正确；磁通量向里减小，由楞次定律可知，圆环中的感应电流方向沿顺时针方向，故C错误；由楞次定律可知，为了阻碍磁通量的减小，圆环具有扩张的趋势，故D正确．BD答案与解析第5节电磁感应现象的两类情况刷基础5.[江苏清江中学2018高二上月考]如图甲所示，水平放置的线圈匝数n＝200匝，直径d1＝40cm，电阻r＝2Ω，线圈与阻值R＝6Ω的电阻相连．在线圈的中心有一个直径d2＝20cm的有界匀强磁场，磁感应强度按图乙所示规律变化，规定垂直纸面向里的磁感应强度方向为正方向．(1)求通过电阻R的电流方向．(2)求电压表的示数．(3)若撤去原磁场，在图中虚线的右侧空间加磁感应强度B′＝0.5T的匀强磁场，方向垂直纸面向里，试求在施加新磁场过程中通过电阻R的电荷量．(1)A→R→B(2)1.5πV(3)0.5πC(1)磁感应强度方向向里且增大，根据楞次定律判断可知电流方向为A→R→B.(2)根据法拉第电磁感应定律得感应电流为，故电压表的示数为U＝IR＝1.5πV.(3)根据法拉第电磁感应定律得，平均感应电动势为，平均感应电流为，则通过电阻R的电荷量为，代入数据得q＝0.5πC.题型3动生电动势的分析与计算解析第5节电磁感应现象的两类情况刷基础6．[安徽池州2018高二下期中](多选)在光滑的水平地面上方，有两个磁感应强度大小均为B、方向相反的水平匀强磁场，PQ为两个磁场的边界，磁场范围足够大．一个半径为a、质量为m、电阻为R的金属圆环垂直磁场方向，以速度v从图示位置(实线所示)开始运动，当圆环运动到直径刚好与边界线PQ重合时(虚线所示)，圆环的速度变为，则下列说法正确的是()A．此时圆环的电功率为B．此时圆环的加速度大小为C．此过程中通过圆环截面的电荷量为D．此过程中回路产生的电能为0.75mv2当圆环的直径与边界线重合时，圆环左右两半环均产生感应电动势，故圆环中的感应电动势，圆环的电功率，故A错误；此时圆环受到的安培力，由牛顿第二定律可得，加速度，故B正确；圆环中的平均电动势，则通过圆环截面的电荷量，故C正确；此过程中回路产生的电能等于动能的减少量，故，故D错误．BC答案与解析第5节电磁感应现象的两类情况刷基础7．[河北邢台一中2018高二上月考]半径为a的圆形区域内有均匀磁场，磁感应强度为B＝0.5T，磁场方向垂直纸面向里，半径为b的金属圆环与磁场区域同心地放置，磁场方向与环面垂直，其中a＝1.0m，b＝2.0m，金属圆环上分别接有灯L1、L2，两灯的电阻均为R＝2Ω.一金属棒MN与金属圆环接触良好，金属棒的电阻为r＝1Ω，环的电阻忽略不计．(1)若棒以v0＝8m/s的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径OO′的瞬间(如图所示)MN间的电压UMN和流过灯L1的电流I1；(2)撤去中间的金属棒MN，将右面的半圆环OL2O′以OO′为轴向上翻转90°，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为，求L1的功率P1.(1)4V2A(2)2W(1)金属棒切割磁感线产生的感应电动势E1＝B·2av0，电路中的电流，联立以上式子可得UMN＝4V，I1＝2A.(2)撤去金属棒且磁场均匀变化时，产生的感应电动势，电路中的电流，灯泡L1消耗的功率P1＝I′2R，联立以上式子可得P1＝2W.答案与解析第5节电磁感应现象的两类情况刷基础8．[河南郑州一中2018高二上测试]如图所示，两条相距为d的平行金属导轨位于同一水平面内，其右端接一阻值为R的电阻，质量为m的金属杆静置在导轨上，其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B，方向竖直向下．当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后，金属杆的速度变为v，导轨和金属杆的电阻不计，导轨光滑且足够长，杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触．求：(1)MN刚扫过金属杆时，杆中感应电流的大小I；(2)MN刚扫过金属杆时，杆的加速度大小a；(3)PQ刚要离开金属杆时，感应电流的功率P.

(1)MN刚扫过金属杆时，杆上产生的感应电动势为E＝Bdv0，感应电流为，联立解得.(2)MN刚扫过金属杆时，杆受到的安培力为F＝BId，由牛顿第二定律有F＝ma，联立解得.(3)PQ刚要离开金属杆时，金属杆切割磁感线的速度为v′＝v0－v，则感应电动势为E′＝Bd(v0－v)，感应电流的功率为，解得.解析第5节电磁感应现象的两类情况刷提升1．[浙江宁波2018高二上期末]英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场．如图所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场B，环上套一带电荷量为＋q的小球．已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是()由可知E＝kπr2，相当于整个圆环上的电压，则小球在环上运动一周，感生电场对小球的作用力所做的功W＝qE＝πr2qk，D选项正确．D解析第5节电磁感应现象的两类情况刷提升2．[山西太原五中2018高二下检测](多选)下列关于电磁感应中的非静电力的说法，正确的是()A．动生电动势的非静电力就是导体棒所受的安培力B．动生电动势的非静电力与导体棒中自由电荷所受的洛伦兹力有关C．感生电动势的非静电力就是变化的磁场所产生的感生电场D．感生电动势的非静电力就是感生电场对导体中自由电荷的作用力动生电动势的非静电力与导体棒中自由电荷所受的洛伦兹力有关，洛伦兹力使自由电荷发生定向移动，积聚在导体两端形成电势差，故B正确，A错误；感生电动势的非静电力就是感生电场对导体中自由电荷的作用力，故C错误，D正确．BD解析第5节电磁感应现象的两类情况刷提升3．如图所示，a、b是用同种规格的铜丝做成的两个单匝同心圆环，两环半径之比为2∶3，其中仅在a环所围区域内有垂直于环面向里的匀强磁场．当该匀强磁场的磁感应强度均匀增大时，a、b两环内的感应电动势大小和感应电流大小之比分别为()A．1∶1，3∶2B．1∶1，2∶3C．4∶9，2∶3D．4∶9，9∶4由法拉第电磁感应定律得相同，可得；根据电阻定律，圆环的电阻为，ρ、S、n相同，两圆环电阻之比ra∶rb＝Ra∶Rb＝2∶3，圆环中感应电流，由以上分析可得Ia∶Ib＝3∶2，故A正确．A解析第5节电磁感应现象的两类情况刷提升4．[江苏苏州新区一中2018高二下期末]用相同的导线绕制的边长分别为L和2L的正方形闭合线框，以相同的速度匀速进入右侧的匀强磁场，如图所示，在线框进入磁场的过程中a、b和c、d两点间的电压分别为U甲和U乙，ab边和cd边所受的安培力分别为F甲和F乙，则下列判断正确的是()A．U甲＝U乙B．U甲＝2U乙C．F甲＝F乙D．F甲＝F乙线框进入磁场后切割磁感线，甲中产生的感应电动势是乙中电动势的一半，设甲线框的电阻为4r，乙线框的电阻为8r，则有，故2U甲＝U乙，A、B错误；根据F＝BIL，E＝BLv，得出，C错误，D正确．D解析第5节电磁感应现象的两类情况刷提升5．(多选)如图所示，水平放置的平行极板与单匝圆线圈相连，极板间距离为d，圆半径为r，单匝线圈的电阻为R1，外接电阻为R2，其他部分的电阻忽略不计．在线圈中有垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度均匀增加，有一个带电粒子静止在极板之间，带电粒子质量为m、电荷量为q.则下列说法正确的是()A．粒子带正电B．磁感应强度的变化率为C．保持开关闭合，向上移动下极板时，粒子将向上运动D．断开开关S，粒子将向下运动因为磁感应强度均匀增加，可知线圈中产生感应电动势，由楞次定律可知上极板带正电，因带电粒子静止在极板之间，故带电粒子带负电，A错误；由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势，由电路知识可知两极板间电压即为外接电阻R2两端的电压，，由平衡条件可知，联立可得，B正确；保持开关闭合，向上移动下极板时，极板间距离减小，板间电场强度增大，粒子将向上运动，C正确；断开开关S，极板所带电荷量不变，电压不变，两板间电场强度不变，粒子仍静止，D错误．BC解析第5节电磁感应现象的两类情况刷提升6．[湖北宜昌部分示范高中教学协作体2018高二下期中]如图所示，竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路，导线所在区域内有一垂直纸面向里的且变化的磁场，螺线管下方的水平桌面上有一导体圆环，导线abcd所围区域内磁场的磁感应强度按下列哪一图线所表示的方式随时间变化时，导体圆环将受到向上的磁场作用力()由导体圆环将受到向上的磁场作用力，可知螺线管中的电流应减小，则要求磁通量的变化率逐渐减小，结合B－t图像分析，A正确．A解析第5节电磁感应现象的两类情况刷提升7．[江西抚州临川一中2018高二上月考]如图所示，水平放置的U形光滑框架上接一个阻值为R0的电阻，放在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，一个半径为L、质量为m的半圆形硬导体AC在水平向右的恒定拉力F的作用下，由静止开始运动距离d后速度为v，半圆形硬导体AC的电阻为r，其余电阻不计．下列说法不正确的是()A．此时AC两端电压为B．此过程中回路产生的热量C．此过程中通过电阻R0的电荷量为D．此过程所用时间导体AC的有效切割长度等于半圆的直径2L，导体切割磁感线产生的感应电动势大小为E＝B·2L·v＝2BLv，而导体AC相当于电源，其两端的电压是外电压，由闭合电路欧姆定律得，A正确；根据能量守恒定律得，B正确；根据法拉第电磁感应定律得，根据电流定义式，C正确；根据动量定理得，又因为，则Ft－2qBL＝mv，解得，D错误．故D符合题意．D答案与解析第5节电磁感应现象的两类情况刷提升8．如图甲所示，两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ被固定在水平面上，导轨间距l＝0.6m，两导轨的左端用导线连接电阻R1及理想电压表V，电阻为r＝2Ω的金属棒垂直于导轨静止在AB处；右端用导线连接电阻R2，已知R1＝2Ω，R2＝1Ω，导轨及导线电阻均不计．在矩形区域CDFE内有竖直向上的匀强磁场，LCE＝0.2m，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示．开始时电压表有示数，当电压表示数变为零后，对金属棒施加一水平向右的恒力F，使金属棒刚进入磁场区域时电压表的示数又变为原来的值，金属棒在磁场区域内运动的过程中电压表的示数始终保持不变．求：(1)t＝0.1s时电压表的示数；(2)恒力F的大小；(3)从t＝0时刻到金属棒运动出磁场的过程中整个电路产生的热量．(1)0.3V(2)0.27N(3)0.09J(1)在0～0.2s内金属棒产生的感应电动势为定值，，t＝0.1s时电压表的示数为.(2)设此时的总电流为I，则路端电压为，由题意知U1＝U2，此时的安培力为F＝BIl，解得F＝0.27N.(3)金属棒在0～0.2s内产生的热量为，由功能关系知金属棒运动过程中产生的热量为Q2＝FLCE＝0.054J，总热量为Q＝Q1＋Q2＝0.09J.答案与解析第5节电磁感应现象的两类情况刷提升9．[山西省实验中学2018高二下期中]图甲是半径为a的圆形导线框，电阻为R，虚线是圆的一条弦，虚线左右两侧导线框内磁场的磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示，设垂直线框向里的磁场方向为正，求：(1)0～t0时间内线框产生的感应电流的大小和方向；(2)0～t0时间内线框产生的热量．

(1)设虚线左侧的面积为S1，右侧的面积为S2，根据法拉第电磁感应定律得，向里的变化磁场产生的感应电动势为，感应电流方向为逆时针方向；向外的变化磁场产生的感应电动势为，感应电流方向为逆时针方向．由题图乙可知，则感应电流为，方向为逆时针方向．(2)根据焦耳定律可知.答案与解析第5节电磁感应现象的两类情况刷素养10．如图所示，一金属导线单位长度的电阻为ρ，折成等腰直角三角形线框，直角边长为a，在t＝0时刻线框从图示位置开始以速度v匀速进入按B＝B0－kt规律变化的均匀磁场中，其中k为大于零的常数，当线框的水平直角边有一半进入磁场时，求：(1)线框产生的动生电动势；(2)线框产生的感生电动势；(3)线框内的电流．(1)当线框的水平直角边有一半进入磁场时，磁感应强度为