2024版新教材高中物理第二章电磁感应及其应用专项5电磁感应中的图像问题课时作业教科版选择性必修第二册

eq\a\vs4\al(专)eq\a\vs4\al(项)5电磁感应中的图像问题1．水平圆形导体环置于竖直方向的匀强磁场中，规定如图甲所示导体环中电流的方向为正方向，磁场向上为正．磁感应强度B随时间t按图乙变更时，下列能正确表示导体环中感应电流变更状况的是()2．在水平光滑绝缘桌面上有一边长为L的正方形线框abcd，被限制在沿ab方向的水平直轨道自由滑动．bc边右侧有一正直角三角形匀强磁场区域efg，直角边ge和ef的长也等于L，磁场方向竖直向下，其俯视图如图所示，线框在水平拉力作用下向右以速度v匀速穿过磁场区，若图示位置为t＝0时刻，设逆时针方向为电流的正方向．则感应电流i­t图像正确的是(时间单位为eq\f(L,v))()3．如图甲所示，光滑导轨水平放置在竖直方向的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变更规律如图乙所示(规定向下为正方向)，导体棒ab垂直导轨放置，除电阻R的阻值外，其余电阻不计，导体棒ab在水平外力F的作用下始终处于静止状态．规定a→b的方向为电流的正方向，水平向右的方向为外力的正方向，则在0～2t0时间内，能正确反映流过导体棒ab的电流与时间或外力与时间关系的图线是()4．如图所示，垂直平面对里的匀强磁场右边界为直线，左边界为折线，折线与水平线的夹角均为45°，一个正方形导线框的边长与磁场最小宽度MN均为l，线框从图示位置沿水平线向右匀速穿过磁场过程中，规定线框中逆时针方向为感应电流的正方向，则感应电流随运动距离的变更图像为()5．如图甲所示，闭合金属环固定在水平桌面上，MN为其直径．MN右侧分布着垂直桌面对上的有界磁场，磁感应强度大小随时间变更的关系如图乙所示．已知金属环的电阻为1.0Ω，直径MN长40cm，则t＝3s时()A．M点电势高于N点电势B．环中有沿逆时针方向的感应电流C．M、N两点间电压为2π×10－3VD．环所受安培力大小为4π×10－4N6．如图所示，一正方形金属线框边长为L，从磁场上方某一高度自由下落，磁场边界宽为3L，则线框从进入磁场到完全离开磁场的过程中，线框速度随时间变更的图像可能是()7.(多选)如图所示，一长为2l、宽为l的矩形导线框abcd，在水平外力作用下从紧靠磁感应强度为B的匀强磁场边缘处以速度v向右匀速运动3l，规定水平向左为力的正方向．下列关于水平外力的冲量I、导线框a、b两点间的电势差Uab、通过导线框的电荷量q及导线框所受安培力F随其运动的位移x变更的图像正确的是()8．如图甲所示，abcd是由导体做成的“U”形粗糙框架，其所在平面与绝缘水平面(bc在水平面上)的夹角为θ，质量为m、电阻为R的导体棒MN与导轨ab、cd垂直且接触良好，回路MbcN是边长为L的正方形．整个装置放在垂直框架平面的磁场中，磁场的磁感应强度大小随时间变更的关系图像如图乙所示(图中的B0、t0均已知)，导体棒始终静止．重力加速度大小为g，导轨电阻不计．下列说法正确的是()A．在0～t0时间内，导体棒中感应电流的方向由M到NB．在0～t0时间内，回路中产生的感应电动势为eq\f(B0L2,2t0)C．在0～t0时间内，导体棒中产生的焦耳热为eq\f(Beq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))L4,Rt0)D．在t＝t0时刻，导体棒所受导轨的摩擦力小于mgsinθ9．如图甲所示，单匝矩形线圈abcd垂直固定在匀强磁场中、规定垂直纸面对里为磁感应强度的正方向，磁感应强度随时间变更的规律如图乙所示．以顺时针方向为电流正方向，以向右方向为安培力正方向，下列关于bc段导线中的感应电流i和受到的安培力F随时间变更的图像正确的是()专项5电磁感应中的图像问题1．答案：A解析：规定以向上为磁场的正方向，从图乙可知，0～1s磁感应强度向下且减小，则通过线圈的磁通量在减小，依据楞次定律，感应电流产生的磁场方向向下，则感应电流与图甲所示电流方向相同，为正方向，同理可知1～2s电流为正方向、2～4s为负方向，4～5s为正方向；依据法拉第电磁感应定律及欧姆定律，线圈的感应电流为I＝eq\f(E,R)＝eq\f(S\f(ΔB,Δt),R)＝eq\f(Sk,R)，其中R为线圈的电阻，k为磁感应强度的变更率，从图乙可以看出k为定值，即电流大小恒定，故BCD错，A正确．2．答案：D解析：bc边的位置坐标x在0～L的过程，依据楞次定律推断可知线框中感应电流方向沿a→b→c→d→a，为正值．线框bc边有效切线长度为L1＝L－vt感应电动势为E＝B(L－vt)·v匀整减小，感应电流i＝eq\f(E,R)即感应电流匀整减小．同理，x在L～2L过程，依据楞次定律推断出来感应电流方向沿a→d→c→b→a，为负值，感应电流匀整减小．故选D.3．答案：D解析：在0～t0时间内磁通量为向上削减，t0～2t0时间内磁通量为向下增加，两者等效，且依据B­t图线可知，两段时间内磁通量的变更率相等，依据楞次定律可推断0～2t0时间内均产生由b到a的大小、方向均不变的感应电流，选项A、B错误．在0～t0时间内可推断ab所受安培力的方向水平向右，则所受水平外力方向向左，大小F＝BIL随B的减小呈线性减小；在t0～2t0时间内，可推断ab所受安培力的方向水平向左，则所受水平外力方向向右，大小F＝BIL随B的增加呈线性增加，选项C错误，D正确．4．答案：B解析：线框穿过磁场的过程如图所示．线框运动距离满足x≤eq\f(l,2)时，线框右边切割磁感线的有效长度增大，始终到l，依据E＝BL有效v知感应电动势增大，结合欧姆定律可知感应电流增大，依据右手定则可知感应电流的方向沿逆时针方向；线框运动距离满足eq\f(l,2)<x≤l时，线框右边切割磁感线的有效长度不变，感应电动势恒定，则感应电流大小恒定，感应电流的方向照旧沿逆时针方向；线框运动距离满足l<x≤eq\f(3l,2)时，线框右边全部和左边部分切割磁感线，总的有效切割长度变小，感应电动势变小，则感应电流变小，依据右手定则推断感应电流的方向照旧沿逆时针方向，当x＝eq\f(3l,2)时感应电流为零；线框运动距离满足eq\f(3l,2)<x≤eq\f(5l,2)时，线框左边切割磁感线的有效长度不变，感应电动势大小不变，感应电流大小恒定，依据右手定则可推断感应电流的方向沿顺时针方向，故选B.5．答案：D解析：由图乙可知，磁感应强度随时间不断增大，磁场方向竖直向上，由楞次定律可知，俯视时电流沿顺时针方向，MN段充当电源，电源内部电流从低电势流向高电势，则N点电势高于M点电势，故AB错误；依据法拉第电磁感应定律可得感应电动势为E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔBS,Δt)，解得E＝2π×10－3V，MN右侧段充当电源，M、N两点间电压为路端电压，则U＝eq\f(E,2)＝π×10－3V，故C错误；金属环中的电流大小为I＝eq\f(E,R)＝2π×10－3A，t＝3s时，磁感应强度为B＝B0＋eq\f(ΔB,Δt)t＝0.2T＋eq\f(0.8－0.2,6)×3T＝0.5T，金属环所受的安培力大小为F＝BIL＝0.5×2π×10－3×0.4N＝4π×10－4N，故D正确．6．答案：B解析：线框进入磁场时，若重力与安培力平衡，则线框做匀速直线运动，线框完全进入磁场到即将离开磁场的过程中，穿过线框的磁通量不变，线框中无感应电流，线框做匀加速运动，故线框出磁场的速度大于进入磁场的速度，由牛顿其次定律得eq\f(B2L2v,R)－mg＝ma，线框所受合力方向向上，做加速度减小的减速运动，A错误，B正确；若线框进入磁场时重力大于安培力，则线框做加速运动，则由牛顿其次定律得mg－eq\f(B2L2v,R)＝ma，线框所受合力方向向下，做加速度减小的加速运动，C错误；若线框进入磁场时重力小于安培力，做减速运动，由牛顿其次定律得eq\f(B2L2v,R)－mg＝ma，线框所受合力方向向上，做加速度减小的减速运动，完全进入磁场后做匀加速运动，由D图可知，线框出磁场时的速度大于进入磁场时的速度，线框所受合力方向向上，做加速度减小的减速运动，D错误．7．答案：AB解析：因为导线框匀速运动，水平外力和安培力F大小相等，方向相反，进入磁场过程中，水平外力的冲量I＝－Ft＝－eq\f(Fx,v)，完全进入后外力为零，冲量为零，选项A正确；进入磁场的过程中，有Uab＝eq\f(5,6)RI电＝eq\f(5,6)Blv进入磁场后，a、b两点间的电势差为Uab＝Blv选项B正确；进入磁场的过程中q＝I电t＝eq\f(Blx,R)完全进入后电流为零，q为零，选项C错误．进入磁场的过程中，安培力为F＝BIl＝eq\f(B2l2v,R)B、l、v不变，则F不变；完全进入磁场，感应电流为零，安培力为零，选项D错误．8．答案：C解析：依据题意，由楞次定律可知，在0～t0时间内，导体棒中感应电流的方向由N到M，故A错误；依据题意，由法拉第电磁感应定律可知，在0～t0时间内，回路中产生的感应电动势E＝eq\f(ΔΦ,t0)＝eq\f(B0L2,t0)，故B错误；依据题意可知，在0～t0时间内，导体棒中产生的焦耳热Q＝eq\f(E2,R)t0＝eq\f(Beq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))L4,Rt0)，故C正确；在t＝t0时刻，导体棒所受安培力为零，依据物体的平衡条件可知，此时导体棒所受导轨的摩擦力大小为f＝mgsinθ，故D错误．9．答案：B解析：在0～0.5T时间内，向内的磁场减弱，依据楞次定律，可知感应电流为顺时针方向为正，依据法拉第电磁感应定律E1＝eq\f(ΔB,ΔT)·S可知感应电动势E1保持不变，因此回路中的电流保持i1不变；在0.5T～T时间内，向内的磁场增加，依据楞次定律，可知感应电流为逆时针方向为负，依据法拉第电磁感应定律E2＝eq\f(ΔB,ΔT