2024高中物理第四章电磁感应课时作业四电磁感应现象的两类情况含解析新人教版选修3-2

PAGEPAGE5电磁感应现象的两类状况eq\a\vs4\al([全员参加·基础练])1．(多选)下列说法中正确的是()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．感生电场的方向也同样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【解析】由麦克斯韦电磁理论知A正确，B错误；感生电场的产生也是符合电磁感应原理的，C正确；感生电场的电场线是闭合的，但不肯定是逆时针方向，故D错误．【答案】AC2．(多选)下列说法中正确的是()A．动生电动势是洛伦兹力对导体中自由电荷的作用而引起的B．因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功，所以动生电动势不是由洛伦兹力而产生的C．动生电动势的方向可以由右手定则来判定D．导体棒切割磁感线产生感应电流，受到的安培力肯定与受到的外力大小相等、方向相反【解析】洛伦兹力对导体中自由电荷的作用效果是产生动生电动势的本质，A正确；在导体中自由电荷受洛伦兹力的合力与合速度方向垂直，总功为零，B错误；动生电动势的方向可由右手定则判定，C正确；只有在导体棒做匀速切割磁感线时，除安培力以外的力的合力与安培力大小相等、方向相反，做变速运动时不成立，D错误．故选A、C.【答案】AC图4­5­103．(多选)如图4­5­10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()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，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，B正确，C、D错误．【答案】AB图4­5­114．(2015·天津月考)如图4­5­11所示，在匀强磁场中，放置两根光滑平行导轨MN和PQ，其电阻不计，ab、cd两根导体棒，其电阻Rab＜Rcd，当ab棒在外力F1作用下向左匀速滑动时，cd棒在外力F2作用下保持静止，F1和F2的方向都与导轨平行，那么，F1和F2大小相比、ab和cd两端的电势差相比，正确的是()A．F1＞F2，Ucd＞Uab B．F1＝F2，Uab＝UcdC．F1＜F2，Uab＜Ucd D．F1＝F2，Uab＜Ucd【解析】因ab和cd的磁场力都是F＝BIl，又因为ab棒在外力F1作用下向左匀速滑动时，cd在外力F2作用下保持静止，故F1＝F2，又由MN、PQ电阻不计，所以a、c两点等势，b、d两点等势，因而Uab＝Ucd，故B正确．【答案】B图4­4­125．(2014·江苏苏北四校联考)如图4­5­12所示，金属棒ab置于水平放置的光滑框架cdef上，棒与框架接触良好，匀强磁场垂直于ab棒斜向下．从某时刻起先磁感应强度匀称减小，同时施加一个水平方向上的外力F使金属棒ab保持静止，则F()A．方向向右，且为恒力 B．方向向右，且为变力C．方向向左，且为变力 D．方向向左，且为恒力【解析】由E＝neq\f(ΔB,Δt)·S可知，因磁感应强度匀称减小，感应电动势E恒定，由F安＝BIL，I＝eq\f(E,R)可知，ab棒受的安培力随B的减小而匀称变小，由外力F＝F安可知，外力F也匀称减小，为变力，由左手定则可推断F安水平方向上的重量向右，所以外力F水平向左，C正确．【答案】C图4­5­136．(2013·北京高考)如图4­5­13所示，在磁感应强度为B、方向垂直纸面对里的匀强磁场中，金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动，MN中产生的感应电动势为E1；若磁感应强度增为2B，其他条件不变，MN中产生的感应电动势变为E2.则通过电阻R的电流方向及E1与E2之比E1∶E2分别为()A．c→a，2∶1 B．a→c，2∶1C．a→c，1∶2 D．c→a，1∶2【解析】金属杆垂直平动切割磁感线产生的感应电动势E＝Blv，推断金属杆切割磁感线产生的感应电流方向可用右手定则．由右手定则推断可得，电阻R上的电流方向为a→c，由E＝Blv知，E1＝Blv，E2＝2Blv，则E1∶E2＝1∶2，故选项C正确．【答案】C图4­5­147．(多选)(2014·江苏金湖中学测试)如图4­5­14所示，将一个与匀强磁场垂直的正方形多匝线圈从磁场中匀速拉出的过程中，拉力做功的功率()A．与线圈匝数成正比B．与线圈边长的平方成正比C．与导线的电阻率成正比D．与导线横截面积成正比【解析】磁感应强度为B，导线的横截面积为S，电阻率为ρ，拉出磁场时的速度为v，设线圈边长为L，匀速拉出时E＝nBLv，I＝E/R，R＝eq\f(ρl,S)，l＝4nL所以P＝Fv＝n2BILv＝n2B2L2v2/R＝eq\f(nB2v2LS,4ρ)，所以A、D正确．【答案】AD图4­5­158．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，螺旋桨按顺时针方向转动．螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为b，如图4­5­15所示．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，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】直升机螺旋桨的叶片围围着轴转动，产生的感应电动势为E＝Blv＝eq\f(1,2)Blvb＝eq\f(1,2)Bl(ωl)＝eq\f(1,2)B(2πf)l2＝πfl2B，设想ab是闭合电路的一部分导体，由右手定则知感应电流方向为a→b，所以b点电势比a点电势高．选项A正确．【答案】Aeq\a\vs4\al([超越自我·提升练])9．(2013·海南琼海期中)如图4­5­16是法拉第做成的世界上第一台发电机模型的原理图．将铜盘放在磁场中，让磁感线垂直穿过铜盘．图中a、b导线与铜盘的中轴线处在同一竖直平面内，转动铜盘，就可以使闭合电路获得电流．若图中铜盘半径为L，匀强磁场的磁感应强度为B，回路总电阻为R，从上往下看逆时针匀速转动铜盘的角速度为ω.则下列说法正确的是()图4­5­16A．回路中有大小和方向周期性改变的电流B．回路中电流大小恒定，且等于eq\f(BL2ω,R)C．回路中电流方向不变，且从b导线流进灯泡，再从a导线流向旋转的铜盘D．若将匀强磁场改为仍旧垂直穿过铜盘的按正弦规律改变的磁场，不转动铜盘，灯泡中也会有电流流过【解析】铜盘在转动的过程中产生恒定的电流I＝eq\f(BL2ω,2R)，A、B错．由右手定则可知铜盘在转动的过程中产生恒定的电流，从b导线流进灯泡，再从a流向旋转的铜盘，C正确．若将匀强磁场改为仍旧垂直穿过铜盘的按正弦规律改变的磁场，不转动铜盘时闭合回路磁通量不发生改变，灯泡中没有电流流过．【答案】C10．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4­5­17甲所示，当磁场的磁感应强度B随时间t发生如图4­5­17乙所示的改变时，图中能正确表示线圈中感应电动势E随时间t改变的关系图象是()图4­5­17【解析】在第1s内，由楞次定律可判定电流为正，其产生的感应电动势E1＝eq\f(ΔΦ1,Δt1)＝eq\f(ΔB1,Δt1)S；在第2s和第3s内，磁感应强度B不发生改变，线圈中无感应电动势；在第4s和第5s内，B减小，由楞次定律可判定，其电流为负，产生的感应电动势E2＝eq\f(ΔΦ2,Δt2)＝eq\f(ΔB2S,Δt2)，由ΔB1＝ΔB2，Δt2＝2Δt1，故E1＝2E2，由此可知，选项A正确．【答案】A11．如图4­5­18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对里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t改变的关系图线如图4­5­18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：图4­5­18(1)通过电阻R1上的电流大小和方向；(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)由图象分析可知，0至t1时间内eq\f(ΔB,Δt)＝eq\f(B0,t0)，由法拉第电磁感应定律有E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝neq\f(ΔB,Δt)S，而S＝πreq\o\al(2,2)，由闭合电路欧姆定律有I1＝eq\f(E,R1＋R)，联立以上各式解得通过电阻R1上的电流大小为I1＝eq\f(nB0πreq\o\al(2,2),3Rt0)，由楞次定律可推断通过电阻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＝eq\f(nB0πreq\o\al(2,2)t1,3Rt0)，电阻R1上产生的热量Q＝Ieq\o\al(2,1)R1t1＝eq\f(2n2Beq\o\al(2,0)π2req\o\al(4,2)t1,9Rteq\o\al(2,0)).【答案】(1)eq\f(nB0πreq\o\al(2,2),3Rt0)，从b到a(2)eq\f(nB0πreq\o\al(2,2)t1,3Rt0)eq\f(2n2Beq\o\al(2,0)π2req\o\al(4,2)t1,9Rteq\o\al(2,0))12．有一面积为S＝100cm2的金属环，电阻为R＝0.1Ω，环中磁场改变规律如图4­5­19所示，且磁场方向垂直环面对里，在t1到t2时间内，图4­5­19【解析】由楞次定律，可以推断金属环中感应电流方向为逆时针方向．由图乙可知，磁感应强度的改变率为eq\f(ΔB,Δt)＝eq