2025版高中物理第四章5电磁感应现象的两类情况训练含解析新人教版选修3-2

PAGE8-5电磁感应现象的两类状况课时过关·实力提升基础巩固1.(多选)下列说法正确的是()A.感生电场是由改变的磁场激发而产生的B.恒定的磁场也能在四周空间产生感生电场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,其方向肯定是沿逆时针方向答案:AC2.(多选)某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线,这可能是()A.沿AB方向磁场在快速减弱B.沿AB方向磁场在快速增加C.沿BA方向磁场在快速增加D.沿BA方向磁场在快速减弱解析:感生电场的方向从上向下看是顺时针的,假设在平行感生电场的方向上有闭合回路,则回路中的感应电流方向从上向下看也应当是顺时针的,由右手螺旋定则可知,感应电流的磁场方向向下,依据楞次定律可知,原磁场有两种可能:原磁场方向向下且减弱或原磁场方向向上且增加,所以选A、C。答案:AC3.(多选)如图所示,导体AB在做切割磁感线运动时,将产生一个电动势,因而在电路中有电流通过,下列说法正确的是()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电场力有关D.动生电动势和感生电动势产生的缘由是一样的解析:依据动生电动势的定义,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。答案:AB4.磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区,刷卡器中有检测线圈。当以速度v0刷卡时,在线圈中产生感应电动势,其E-t关系如图所示。假如只将刷卡速度改为v解析:由公式E=Blv可知,当刷卡速度减半时,线圈中的感应电动势最大值减半,且刷卡所用时间加倍,故本题正确选项为D。答案:D5.始终升机停在南半球的地磁极上空。该处地磁场的方向竖直向上,磁感应强度为B。直升机螺旋桨叶片的长度为l,螺旋桨转动的频率为f,顺着地磁场的方向看螺旋桨,螺旋桨顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为a,远轴端为b,假如忽视a到转轴中心线的距离,用E表示每个叶片中的感应电动势,如图所示,则()A.E=πfl2B,且a点电势低于b点电势B.E=2πfl2B,且a点电势低于b点电势C.E=πfl2B,且a点电势高于b点电势D.E=2πfl2B,且a点电势高于b点电势解析:对于螺旋桨叶片ab,其切割磁感线的速度是其做圆周运动的线速度,螺旋桨上不同点的线速度不同,但满意v'=ωR,可求其等效切割速度v=ωl2=πfl,运用法拉第电磁感应定律得E=Blv=πfl2B答案:A6.如图所示,直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时,a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc。已知bc边的长度为l。下列推断正确的是()A.Ua>Uc,金属框中无电流B.Ub>Uc,金属框中电流方向沿a→b→c→aC.Ubc=-D.Uac=12Bl2ω解析:金属框转动过程中,因穿过回路的磁通量始终为零,故金属框中无感应电流;对于ab边,因不切割磁感线,Ua=Ub;对于bc边,由右手定则知Ub<Uc,即Ua<Uc,Ubc=-Bl0+答案:C7.如图所示,平行导轨间距为d,左端跨接一个电阻R,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于平行金属导轨所在平面。一根金属棒与导轨成θ角放置,金属棒与导轨的电阻均不计且金属棒足够长。当金属棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在金属导轨上滑行时,通过电阻R的电流为()A.BC.D解析:电流应等于感应电动势除以电阻R。问题在于感应电动势应如何计算。由于这里有明显的金属棒切割磁感线的运动,故不妨用公式E=Blv计算。能够引起感应电流的电动势是MN间产生的电动势,所以有效切割长度用已知参数表示应为解得E=Blv=I=E答案:D8.英国物理学家麦克斯韦认为,磁场改变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,环上套一电荷量为+q的小球。已知磁感应强度B随时间匀称增加,其改变率为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()A.0 B.C.2πr2qk D.πr2qk解析:设圆环所在回路感应电动势为E,则由法拉第电磁感应定律得E=ΔΦΔt=Δ答案:D9.如图甲所示的螺线管,匝数n=1500,横截面积S=20cm2,电阻r=1.5Ω,与螺线管串联的外电阻R1=3.5Ω,R2=25Ω。穿过螺线管的匀强磁场方向向右,磁感应强度按图乙所示规律改变,试计算电阻R2的电功率和A、B两点的电势(C点电势为零)。解析:由B-t图可知穿过螺线管的磁通量匀称增加,螺线管中感应电流产生磁场方向向左,感应电流在线圈内从B流向A,A端的电势高于B端的电势。把螺线管视为电源,由闭合电路欧姆定律可求出通过螺线管的回路电流,从而求出R2消耗的电功率及A、B两点的电势。由题图乙,螺线管中的磁感应强度B匀称增加,其改变率ΔBΔ由法拉第电磁感应定律,螺线管产生的感应电动势E=n·ΔΦΔt=n·SΔBΔt=1通过螺线管回路的电流I=Er+R1电阻R2上消耗功率P2=I2R2=(0.2)2×25W=1.0W因φC=0,则φA-φC=IR1=0.2×3.5V=0.7V,即φA=0.7V,φC-φB=IR2=0.2×25V=5V因为φC=0,所以φB=-5V。答案:1.0W0.7V-5V实力提升1.如图所示,两个互连的金属圆环,粗金属环的电阻为细金属环电阻的1A.解析:粗环相当于电源的内电路,细环相当于电源的外电路,a、b间电势差即为外电压。据闭合电路欧姆定律知Uab=ER所以Uab=答案:C2.如图所示,边长为l的正方形线圈与匀强磁场垂直,磁感应强度为B。当线圈按图示方向以速度v垂直于磁场运动时,下列推断正确的是()A.线圈中无电流,φa=φb=φc=φdB.线圈中无电流,φa>φb=φd>φcC.线圈中有电流,φa=φb=φc=φdD.线圈中有电流,φa>φb=φd>φc解析:线圈在运动过程中,穿过线圈的磁通量不变,所以在线圈中不会产生感应电流,C、D错误,但导体两端有电势差,依据右手定则,可知B正确,A错误。答案:B3.如图所示,两个比荷相同的带正电荷的粒子a和b以相同的动能在匀强磁场中运动,a从B1区运动到B2区,已知B2>B1;b起先在磁感应强度为B1的磁场中做匀速圆周运动,然后磁场渐渐增加到B2。则a、b两粒子的动能将()A.a不变,b变大 B.a不变,b变小C.a、b都变大 D.a、b都不变解析:a粒子始终在恒定的磁场中运动,受到的洛伦兹力不做功,动能不变;b粒子在改变的磁场中运动,由于改变的磁场要产生感生电场,感生电场会对它做正功,所以选项A是正确的。答案:A4.如图所示,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,MN线与线框的边成45°角。E、F分别为PS与PQ的中点。关于线框中的感应电流,正确的说法是()A.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:由题意知在线框进入磁场的过程中B与v都是不变的,依据公式E=Blv可知,有效长度l最大时,回路中的感应电流最大,当P点经过边界MN时,R点正好经过边界MN,切割磁感线运动的有效长度l有最大值,故正确选项为B。答案:B5.(多选)如图所示,金属杆ab以恒定的速率v在光滑平行导轨上向右滑行,设整个电路中总电阻为R(恒定不变),整个装置置于垂直纸面对里的匀强磁场中,下列叙述正确的是()A.ab杆中的电流与速率v成正比B.磁场作用于ab杆的安培力与速率v成正比C.电阻R上产生的电热功率与速率v成正比D.外力对ab杆做功的功率与速率v的二次方成正比解析:由E=Blv和I=ER得I=BlvR。所以F=BIl=B答案:ABD6.如图所示,匀称磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框,半圆直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为B0。使该线框从静止起先绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周,在线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位置,磁感应强度大小随时间线性改变。为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流,磁感应强度随时间的改变率ΔA.解析:设线框的半径为l,线框以角速度ω匀速转动产生的电流大小为I1=12B0ωl2R=B0答案:C7.★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按图乙所示规律改变时,下图中能正确表示线圈中感应电动势E随时间改变的图像是()解析:由题图知0~1s内磁通量向上,匀称增加,由楞次定律知电流方向为正且保持不变;3~5s内磁通量向上,匀称削减,由楞次定律知电流方向为负且保持不变。由法拉第电磁感应定律知感应电动势的大小与磁通量的改变率成正比,所以3~5s内的电动势是0~1s内的电动势的1答案:A8.如图所示,线圈内有志向边界的磁场,起先时磁场的磁感应强度为B0。当磁场匀称增加时,有一带电微粒静止于平行板(两板水平放置)电容器的中间。若线圈的匝数为n,平行板电容器的板间距离为d,粒子的质量为m,电荷量为q。求:(设线圈的面积为S)(1)起先时穿过线圈平面的磁通量的大小;(2)处于平行板电容器间的带电微粒的带电性质;(3)磁感应强度的改变率。解析:(1)Φ=B0S。(2)由楞次定律可推断出电容器的上极板带正电,故推出带电微粒应带负电。(3)E=nΔΦΔt以上各式联立解得答案:(1)B0S(2)负电(3)9.★如图所示,两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为l,M、P两点间接有阻值为R的电阻。一根质量为m的匀称直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直。整套装置处于匀强磁场中,磁场方向垂直于斜面对上。导轨和金属杆的电阻可忽视。让金属杆ab沿导轨由静止起先下滑,经过一段时间后,金属杆达到最大速度vmax,在这个过程中,电阻R上产生的热量为Q。导轨和金属杆接触良好,重力加速度为g。求:(1)金属杆达到最大速度时安培力的大小;