人教版物理选修3-2第五节习题及答案

电磁感应现象的两类情况【测控导航】知识点题号及难易度基础中档较难1.感生电场的理解1、32.动生电动势的理解2、43.电磁感应中的电路问题6、810114.电磁感应中的能量问题7125.电磁感应中的力学问题59基础达标1.下列说法中正确的是(AC)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.感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手定则来判定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:磁场变化时在空间激发感生电场,其方向与所产生的感应电流方向相同,可由楞次定律和右手定则判定,故选项A、C正确,选项B、D错误.2.如图所示,导体AB在做切割磁感线运动时,将产生一个感应电动势,因而在电路中有电流通过,下列说法中正确的是(AB)A.因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势B.动生电动势的产生与洛伦兹力有关C.动生电动势的产生与静电力有关D.动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的解析:根据动生电动势的定义可知选项A正确.动生电动势中的非静电力与洛伦兹力有关,感生电动势中的非静电力与感生电场有关,选项B正确,选项C、D错误.3.(2012苏州高二检测)如图所示,内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上,环内有一带负电的小球,整个装置处于竖直向下的磁场中,当磁场突然增大时,小球将(A)A.沿顺时针方向运动 B.沿逆时针方向运动C.在原位置附近往复运动 D.仍然保持静止状态解析:当磁场增大时,由楞次定律和安培定则知,感生电场沿逆时针方向,带负电的小球在电场力作用下沿顺时针方向运动.故选项A正确.4.如图所示,一金属半圆环置于匀强磁场中,当磁场突然减弱时,则(BD)A.N端电势高B.M端电势高C.若磁场不变,将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中,N端电势高D.若磁场不变,将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中,M端电势高解析:将半圆环补充为圆形回路,由楞次定律可判断圆环中产生的感应电动势方向在半圆环中由N指向M,即M端电势高,选项B正确;若磁场不变,半圆环绕MN轴旋转180°的过程中,由楞次定律可判断,半圆环中产生的感应电动势在半圆环中由N指向M,即M端电势高,选项D正确.5.(2012山东师大附中高二检测)如图所示,两块水平放置的金属板间距离为d,用导线与一个n匝线圈的螺线管连接,线圈置于方向竖直向上的磁场B中.两板间有一个质量为m,电荷量为+q的油滴恰好处于平衡状态,则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是(B)A.正在增强;ΔΦΔt=dmgqC.正在减弱;ΔΦΔt=dmgq解析:油滴处于平衡状态时mg=qUd,U=mgdq,电容器上极板必带负电,那么螺线管下端相当于电源正极.由楞次定律知,磁场B正在减弱,又E=nΔΦΔt6.如图(甲)所示,n=50匝的圆形线圈M,它的两端点a、b与内阻很大的电压表相连,线圈中磁通量的变化规律如图(乙)所示,则a、b两点的电势高低与电压表的读数为(B)A.φa>φb,20V B.φa>φb,10VC.φa<φb,20V D.φa<φb,10V解析:线圈内磁通量逐渐增大,产生感应电动势,相当于电源内电路.由楞次定律知,线圈中感应电流为逆时针方向,故φa>φb;又E=nΔΦΔt=507.如图所示,有一边长为l的正方形导线框,质量为m,由高h处自由落下,其下边ab进入匀强磁场区域后,线框开始做减速运动,直到其上边cd刚穿出磁场时,速度减为ab边刚进入磁场时速度的一半,此匀强磁场的宽度也是l,则下列结论中正确的是(CD)A.线框穿过磁场区域时做匀减速直线运动B.线框穿过磁场区域时加速度方向先向上后向下C.线框进磁场时的加速度大于出磁场时的加速度D.线框穿过磁场区域的过程中产生的焦耳热为mg（2l+34h解析:线框穿过匀强磁场的过程中,受重力和安培力作用,设ab边刚进入磁场时的速度为v1,则E=Blv1,所以电路中的电流I=ER=Blv1R,安培力F=IlB=B2l2v1R,则安培力与速度有关,由牛顿第二定律知,B2l2v1R-mg=ma,故线框在穿过磁场的过程中的加速度随v的减小而减小,随着v的减小,安培力F=B2l2vR逐渐减小,但必有F≥8.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,磁感应强度以变化率5×10-2T/s增大,则(C)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8×10-9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=ΔΦΔt=ΔBΔt·l1·l2=5×10-2×0.08×0.05V=2×10-4V,则电容器的电荷量Q=CU=30×10-6×2×10素能提升9.如图所示,一个由金属导轨组成的回路,竖直放在宽广的匀强磁场中,磁场垂直于该回路所在平面,方向如图所示,其中导体棒AC可以自由地紧贴竖直的光滑导轨滑动,导轨足够长,回路总电阻为R且保持不变,当AC由静止释放后(BD)A.AC的加速度将达到一个与R成反比的极限值B.AC的速度将达到一个与R成正比的极限值C.回路中的电流将达到一个与R成反比的极限值D.回路中的电功率将达到一个与R成正比的极限值解析:当AC受到的安培力与重力平衡时达稳定状态,加速度为零,选项A错;B2l210.(2012汕头金山中学高二检测)如图所示,两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ间距为l=0.5m,其电阻不计,两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角.完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置,每棒两端都与导轨始终有良好接触,已知两棒的质量均为0.02kg,电阻均为R=0.1Ω,整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度为B=0.2T,棒ab在平行于导轨向上的拉力F作用下,沿导轨向上匀速运动,而棒cd恰好保持静止,取g=10m/s2.求:(1)通过cd棒的电流I是多少,方向如何?(2)棒ab受到的拉力F多大?(3)拉力F做功的功率P是多少?解析:(1)对cd棒受力分析可得:BIl=mgsin30°代入数据,得I=1A根据右手定则判断,通过cd棒的电流I方向由d到c.(2)对ab棒受力分析可得:F=BIl+mgsin30°代入数据,得:F=0.2N.(3)根据I=Blv2得:P=0.4W.答案:(1)1A由d到c(2)0.2N(3)0.4W11.(2012青岛高二检测)如图(甲)所示,一个电阻值为R、匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路,线圈的半径为r1,在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图(乙)所示,图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0.导线的电阻不计,求0至t1时间内:(1)通过电阻R1的电流大小和方向;(2)通过电阻R1上的电荷量q及电阻R1上产生的热量.解析:(1)由题图象分析可知,0至t1时间内ΔBΔt由法拉第电磁感应定律得E=nΔΦΔt而S=πr2由闭合电路欧姆定律得I1=ER联立以上各式解得通过电阻R1上的电流大小为I1=nB由楞次定律可判断通过电阻R1上的电流方向为从b到a.(2)通过电阻R1上的电荷量q=I1t1=nB电阻R1上产生的热量Q=I12R1t1=答案:(1)nB(2)nB本题将电磁感应与电路知识相结合,既考查了电磁感应定律,又考查了电流、电荷量、电功率的求法,要解答本题既要牢固掌握相关知识又要具备综合分析能力.12.(2012江西高二检测)如图(甲)所示,放置在水平桌面上的两条光滑导轨间的距离L=1m,质量m=1kg的光滑导体棒放在导轨上,导轨左端与阻值R=4Ω的电阻相连,导轨所在位置有磁感应强度为B=2T的匀强磁场,磁场的方向垂直导轨平面向下,现在给导体棒施加一个水平向右的恒定拉力F,并每隔0.2s测量一次导体棒的速度,(乙)图是根据所测数据描绘出导体棒的vt图象.(设导轨足够长,导轨和导体棒电阻均不计)求:(1)拉力F的大小;(2)t=1.2s时,导体棒的加速度大小;(3)估算1.6s内电阻上产生的热量.解析:(1)由题图象可知,导体棒运动的速度达到10m/s时开始做匀速直线运动,此时安培力和拉力F大小相等.匀速直线运动时导体棒上的电动势:E1=BLv1导体棒受的安培力F1=B2L2则拉力F=F1=10N.(2)由题图象可知,时间t=1.2s时导体棒的速度v2=7m/s;此时导体棒上的电动势E2=BLv2,导体棒受的安培力F2=B2L2由牛顿第二定律得a=F-F2m=10-71(3)由题图象知,到1.6