高中物理鞏固練習(xí)電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用

【鞏固練習(xí)】一、選擇題1．某空間出現(xiàn)了如圖所示的一組閉合的電場線，這可能是()A．沿AB方向磁場的迅速減弱B．沿AB方向磁場的迅速增強(qiáng)C．沿BA方向磁場的迅速增強(qiáng)D．沿BA方向磁場的迅速減弱2．一直升機(jī)停在南半球的地磁極上空．該處地磁場的方向豎直向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.直升機(jī)螺旋槳葉片的長度為L，螺旋槳轉(zhuǎn)動的頻率為f，順著地磁場的方向看螺旋槳，螺旋槳順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動．螺旋槳葉片的近軸端為a，遠(yuǎn)軸端為b，如果忽略a到轉(zhuǎn)軸中心線的距離，用ε表示每個(gè)葉片中的感應(yīng)電動勢，如圖所示則()A．ε＝πfL2B，且a點(diǎn)電勢低于b點(diǎn)電勢B．ε＝2πfL2B，且a點(diǎn)電勢低于b點(diǎn)電勢C．ε＝πfL2B，且a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢D．ε＝2πfL2B，且a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢3．如圖所示，兩個(gè)比荷相同的都帶正電荷的粒子a和b以相同的動能在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動，a從B1區(qū)運(yùn)動到B2區(qū)，已知B2>B1；b開始在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1的磁場中做勻速圓周運(yùn)動，然后磁場逐漸增加到B2.則a、b兩粒子的動能將()A．a(chǎn)不變，b增大 B．a(chǎn)不變，b變小C．a(chǎn)、b都變大 D．a(chǎn)、b都不變4．內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有一直徑略小于圓環(huán)直徑的帶正電的小球，以速率v0沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動，若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間成正比例增加的變化磁場．設(shè)運(yùn)動過程中小球帶電荷量不變，那么(如圖所示)()A．小球?qū)ΣＡA環(huán)的壓力一定不斷增大B．小球所受的磁場力一定不斷增大C.小球先沿逆時(shí)針方向減速運(yùn)動，之后沿順時(shí)針方向加速運(yùn)動D．磁場力對小球一直不做功5．如圖所示，一金屬方框abcd從離磁場區(qū)域上方高h(yuǎn)處自由落下，然后進(jìn)入與線框平面垂直的勻強(qiáng)磁場中，在進(jìn)入磁場的過程中，可能發(fā)生的情況是()A．線框做加速運(yùn)動，加速度a<gB．線框做勻速運(yùn)動C．線框做減速運(yùn)動D．線框會跳回原處6．如圖2所示的四個(gè)選項(xiàng)中，虛線上方空間都存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場。A、B中的導(dǎo)線框?yàn)檎叫危珻、D中的導(dǎo)線框?yàn)橹苯巧刃巍８鲗?dǎo)線框均繞垂直紙面軸O在紙面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方向如箭頭所示，轉(zhuǎn)動周期均為T。從線框處于圖示位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，以在OP邊上從P點(diǎn)指向O點(diǎn)的方向?yàn)楦袘?yīng)電流i的正方向。則在如圖2所示的四個(gè)情景中，產(chǎn)生的感應(yīng)電流i隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖1所示的是()圖1圖27．如圖所示，ab是水平面上一個(gè)圓的直徑，在過ab的豎直平面內(nèi)有一根通電導(dǎo)線ef.已知ef平行于ab，當(dāng)ef豎直向上平移時(shí)，電流磁場穿入圓面積的磁通量將()A．逐漸增大B．逐漸減小C．始終為零D．不為零，但保持不變8．(2016青島質(zhì)檢)如圖所示，虛線區(qū)域內(nèi)有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁場寬度為L，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B?？傠娮铻镽的直角三角形導(dǎo)線框，兩條直角邊邊長分別為2L和L，在該線框以垂直于磁場邊界的速度v勻速穿過磁場的過程中，下列說法正確的是()A．線框中的感應(yīng)電流方向始終不變B．線框中的感應(yīng)電流一直在增大C．線框所受安培力方向始終相同D．當(dāng)通過線框的磁通量最大時(shí)，線框中的感應(yīng)電動勢為零9．如圖所示，在第一象限內(nèi)存在磁場，已知沿x軸方向磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增加，滿足Bx＝kx，沿y軸方向磁感應(yīng)強(qiáng)度不變．線框abcd做下列哪種運(yùn)動時(shí)可以產(chǎn)生感應(yīng)電流()A．沿x軸方向勻速運(yùn)動B．沿y軸方向勻速運(yùn)動C．沿x軸方向勻加速運(yùn)動D．沿y軸方向勻加速運(yùn)動10．如圖所示，閉合圓導(dǎo)線圈平行地放置在勻強(qiáng)磁場中，其中ac、bd分別是平行、垂直于磁場方向的兩直徑．試分析線圈做以下哪種運(yùn)動時(shí)能產(chǎn)生感應(yīng)電流()A．使線圈在其平面內(nèi)平動或轉(zhuǎn)動B．使線圈平面沿垂直紙面方向向紙外平動C．使線圈以ac為軸轉(zhuǎn)動D．使線圈以bd為軸稍做轉(zhuǎn)動二、填空題11．（2015河南校級期中）電阻為R的矩形導(dǎo)線框abcd，邊長為ab=L，ad=h，質(zhì)量為m，自某一高度自由落下，通過一勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙面向里，磁場區(qū)域的寬度也為h，如圖所示，若線框恰好以恒定速度通過磁場，則線框中消耗的電能是______________．12．把一個(gè)矩形線圈從有理想邊界的勻強(qiáng)磁場中勻速拉出(如圖)，第一次速度為v1，第二次速度為v2，且v2＝2v1，則兩情況下拉力的功之比＝________，拉力的功率之比＝________，線圈中產(chǎn)生的焦耳熱之比＝________.三、解答題13．(2016唐山模擬)在同一水平面上的光滑平行導(dǎo)軌P、Q相距l(xiāng)＝1m，導(dǎo)軌左端接有如圖所示的電路。其中水平放置的平行板電容器兩極板M、N相距d＝10mm，定值電阻R1＝R2＝12Ω，R3＝2Ω，金屬棒ab的電阻r＝2Ω，其他電阻不計(jì)。磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T的勻強(qiáng)磁場豎直穿過導(dǎo)軌平面，當(dāng)金屬棒ab沿導(dǎo)軌向右勻速運(yùn)動時(shí)，懸浮于電容器兩極板之間的質(zhì)量m＝1×10－14kg、電荷量q＝－1×10－14C的微粒恰好靜止不動。取g＝10m/s2，在整個(gè)運(yùn)動過程中金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好，且速度保持恒定。試求：(1)勻強(qiáng)磁場的方向；(2)ab兩端的路端電壓；(3)金屬棒ab運(yùn)動的速度。14．如圖所示，P、Q為水平面內(nèi)平行放置的光滑金屬長直導(dǎo)軌，間距為L1，處在豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1的勻強(qiáng)磁場中，一導(dǎo)體桿ef垂直于P、Q放在導(dǎo)軌上，在外力作用下向左做勻速直線運(yùn)動．質(zhì)量為m、每邊電阻均為r、邊長為L2的正方形金屬框abcd置于豎直平面內(nèi)，兩頂點(diǎn)a、b通過細(xì)導(dǎo)線與導(dǎo)軌相連，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2的勻強(qiáng)磁場垂直金屬框向里，金屬框恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，不計(jì)其余電阻和細(xì)導(dǎo)線對a、b點(diǎn)的作用力．(1)通過ab邊的電流Iab是多大？(2)導(dǎo)體桿ef的運(yùn)動速度v是多大？15．如圖所示，兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角=300的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，間距L=0.4m。導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域I和Ⅱ，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN，I中的勻強(qiáng)磁場方向垂直斜面向下，Ⅱ中的勻強(qiáng)磁場方向垂直斜面向上，兩磁場的磁場感應(yīng)度大小均為B=0.5T，在區(qū)域I中，將質(zhì)量m1=0.1kg，電阻R1=0.1的金屬條ab放在導(dǎo)軌上，ab剛好不下滑。然后，在區(qū)域Ⅱ中將質(zhì)量m2=0.4kg，電阻R2=0.1的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上，由靜止開始下滑，cd在滑動過程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場中，ab、cd始終與軌道垂直且兩端與軌道保持良好接觸，取g=10m/s2,問（1）cd下滑的過程中，ab中的電流方向；（2）ab將要向上滑動時(shí)，cd的速度v多大；（3）從cd開始下滑到ab剛要向上滑動的過程中，cd滑動的距離x=3.8m，此過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少。【答案與解析】一、選擇題1．【答案】AC【解析】假設(shè)存在圓形閉合回路，回路中應(yīng)產(chǎn)生與電場同向的感應(yīng)電流，由安培定則可知，感應(yīng)電流的磁場向下，所以根據(jù)楞次定律，引起感應(yīng)電流的應(yīng)是方向向下的磁場迅速減弱或方向向上的磁場迅速增強(qiáng)，故A、C正確．2．【答案】A【解析】對于螺旋槳葉片ab，其切割磁感線的速度是其做圓周運(yùn)動的線速度，螺旋槳上不同的點(diǎn)線速度不同，但滿足v′＝ωR，可求其等效切割速度v＝ωL/2＝πfL，運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律E＝BLv＝πfL2B.由右手定則判斷電流的方向?yàn)橛蒩指向b，在電源內(nèi)部電流由低電勢流向高電勢，故選項(xiàng)A正確．3．【答案】A【解析】a粒子一直在恒定的磁場中運(yùn)動，受到的洛倫茲力不做功，動能不變；b粒子在變化的磁場中運(yùn)動，由于變化的磁場要產(chǎn)生感生電場，感生電場會對它做正功，所以，A選項(xiàng)是正確的．4．【答案】CD【解析】變化的磁場將產(chǎn)生感生電場，這種感生電場由于其電場線是閉合的，也稱為渦旋電場，其場強(qiáng)方向可借助電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電流方向的判定方法，使用楞次定律判斷．當(dāng)磁場增強(qiáng)時(shí)，會產(chǎn)生順時(shí)針方向的渦旋電場，電場力先對小球做負(fù)功使其速度減為零，后對小球做正功使其沿順時(shí)針方向做加速運(yùn)動，所以C正確；磁場力始終與小球運(yùn)動方向垂直，因此始終對小球不做功，D正確；小球在水平面內(nèi)沿半徑方向受兩個(gè)力作用：環(huán)的壓力FN和磁場的洛倫茲力F，這兩個(gè)力的合力充當(dāng)小球做圓周運(yùn)動的向心力，其中F＝Bqv，磁場在增強(qiáng)，球速先減小，后增大，所以洛倫茲力不一定總在增大；向心力，其大小隨速度先減小后增大，因此壓力FN也不一定始終增大．故正確答案為C、D.5．【答案】ABC【解析】由楞次定律的另一種表述知：感應(yīng)電流的效果總是阻礙導(dǎo)體間的相對運(yùn)動．當(dāng)線框下落進(jìn)入磁場過程中，感應(yīng)電流的磁場將阻礙線框進(jìn)入磁場，這就說明進(jìn)入磁場時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流使線框受到向上的安培力．設(shè)線框bc邊長為L，整個(gè)線框電阻為R，進(jìn)入磁場時(shí)速度為v，bc邊進(jìn)入磁場時(shí)感應(yīng)電動勢E＝BLv，線框中的電流.受到向上的安培力.①如果F＝mg，線框?qū)蛩龠M(jìn)入磁場．②如果F<mg，線框?qū)⒓铀龠M(jìn)入磁場，但隨著速度的增大，F(xiàn)增大，加速度減小，因此進(jìn)入磁場的過程就是加速度逐漸減小的加速過程．③如果F>mg，線框?qū)p速進(jìn)入磁場，隨著速度的減小，F(xiàn)減小，加速度的值將減小，線框做加速度減小的減速運(yùn)動．由此可見，其進(jìn)入磁場的運(yùn)動特點(diǎn)是由其自由下落的高度h決定的(對于確定的線圈)，A、B、C三種情況均有可能．但第四種情況D絕不可能，因?yàn)榫€框進(jìn)入磁場，才會受到向上的安培力，同時(shí)受到向上的力是因?yàn)橛须娏?，可見已?jīng)有一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，機(jī)械能不守恒．6．【答案】C【解析】根據(jù)感應(yīng)電流在一段時(shí)間恒定，導(dǎo)線框應(yīng)為扇形；由右手定則可判斷出產(chǎn)生的感應(yīng)電流i隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖1所示的是C。7．【答案】C.【解析】利用安培定則判斷直線電流產(chǎn)生的磁場，作出俯視圖如圖．考慮到磁場具有對稱性，可以知道，穿入線圈的磁感線的條數(shù)與穿出線圈的磁感線的條數(shù)是相等的．故選C.8．【答案】C【解析】該線框以垂直于磁場邊界的速度v勻速穿過磁場的過程中，穿過線框的磁通量先增大后減小，根據(jù)楞次定律、安培定則可以判斷線框中的感應(yīng)電流先沿逆時(shí)針方向后沿順時(shí)針方向，且始終不為零，由左手定則可以判斷線框在該磁場中一直受到水平向左的安培力作用，故A、D兩項(xiàng)錯(cuò)，C項(xiàng)正確；該線框以垂直于磁場邊界的速度v勻速穿過磁場的過程中，導(dǎo)線框切割磁感線的有效長度先增大、后不變、再增大，由E＝Blv及閉合電路的歐姆定律可得線框中的感應(yīng)電流先增大、后不變、再增大，故B項(xiàng)錯(cuò)。9．【答案】AC.【解析】根據(jù)磁場的特點(diǎn)，線框沿x軸方向運(yùn)動，磁通量增加，有感應(yīng)電流；沿y軸方向運(yùn)動磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流．10．【答案】D.【解析】根據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件可知：只需使穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，就能在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流．線圈在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動，磁感應(yīng)強(qiáng)度B為定值，根據(jù)前面分析ΔΦ＝B·ΔS知：只要回路中相對磁場的正對面積改變量ΔS≠0，則磁通量一定要改變，回路中一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生．當(dāng)線圈在紙面內(nèi)平動或轉(zhuǎn)動時(shí)，線圈相對磁場的正對面積始終為零，因此ΔS＝0，因而無感應(yīng)電流產(chǎn)生；當(dāng)線圈平面沿垂直紙面方向向紙外平動時(shí)，同樣ΔS＝0，因而無感應(yīng)電流產(chǎn)生；當(dāng)線圈以ac為軸轉(zhuǎn)動時(shí)，線圈相對磁場的正對面積改變量ΔS仍為零，回路中仍無感應(yīng)電流；當(dāng)線圈以bd為軸稍做轉(zhuǎn)動，則線圈相對磁場的正對面積發(fā)生了改變，因此在回路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，故選D.二、填空題11．【答案】【解析】因?yàn)榫€框恰好以恒定速度通過磁場，線框的重力勢能減小，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。線框通過磁場的整個(gè)過程，線框的高度下降為2h，重力勢能減少為2mgh，則根據(jù)能量守恒定律，線框內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱為12．【答案】；；.【解析】設(shè)線圈的ab邊長為l、bc邊長為l′，整個(gè)線圈的電阻為R.把a(bǔ)b拉出磁場時(shí)，cd邊以速度v勻速運(yùn)動切割磁感線產(chǎn)生動生電動勢E＝Blv，其電流方向從c指向d，線圈中形成的感應(yīng)電流，cd邊所受的安培力.為了維持線圈勻速運(yùn)動，所需外力大小為.因此拉出線圈時(shí)外力的功外力的功率線圈中產(chǎn)生的焦耳熱.即Q∝v.由上面得出的W、P、Q的表達(dá)式可知，兩情況拉力的功、功率，線圈中的焦耳熱之比分別為；；．三、解答題13．【答案】(1)豎直向下(2)0.4V(3)1m/s【解析】(1)負(fù)電荷受到重力和電場力的作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，因?yàn)橹亓ωQ直向下，所以電場力豎直向上，故M板帶正電。ab棒向右做切割磁感線運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，ab棒等效于電源，感應(yīng)電流方向由b→a，其a端為電源的正極，由右手定則可判斷，磁場方向豎直向下。(2)微粒受到重力和電場力的作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)平衡條件有mg＝Eq又E＝eq\f(UMN,d)所以UMN＝eq\f(mgd,q)＝0.1VR3兩端電壓與電容器兩端電壓相等，由歐姆定律得通過R3的電流為I＝eq\f(UMN,R3)＝0.05A則ab棒兩端的電壓為Uab＝UMN＋I(xiàn)eq\f(R1R2,R1＋R2)＝0.4V。(3)由法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動勢E＝Blv由閉合電路歐姆定律得E＝Uab＋I(xiàn)r＝0.5V聯(lián)立解得v＝1m/s。/r