階段驗(yàn)收評價(jià)（二） 電磁感應(yīng)及其應(yīng)用

階段驗(yàn)收評價(jià)（二）電磁感應(yīng)及其應(yīng)用(本試卷滿分：100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共8小題，每小題3分，共24分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的)一、單項(xiàng)選擇題(本題共8小題，每小題3分，共24分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的)1．如圖是一種充電鞋的結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)人走動(dòng)時(shí)，會(huì)驅(qū)動(dòng)磁性轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使線圈中產(chǎn)生電流，產(chǎn)生的電流進(jìn)入鞋面上鋰聚合物電池。這種充電鞋的工作原理是()A．電磁感應(yīng)現(xiàn)象B．電流的磁效應(yīng)C．磁極間的相互作用D．通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動(dòng)解析：選A當(dāng)人走動(dòng)時(shí)，會(huì)驅(qū)動(dòng)磁性轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使線圈中產(chǎn)生電流，該過程為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，與電流的磁效應(yīng)、磁極間的相互作用、線圈的受力無關(guān)。故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤。2．如圖甲、乙、丙、丁所示，關(guān)于感應(yīng)電流的產(chǎn)生及方向，下列描述正確的是()A．在圖甲中，導(dǎo)體ad向右切割磁感線時(shí)，回路中將產(chǎn)生沿abcda方向的感應(yīng)電流B．在圖乙中，磁鐵通過圖示位置向下插入螺線管中時(shí)，導(dǎo)線中將產(chǎn)生沿ba方向的感應(yīng)電流C．在圖丙中，將開關(guān)閉合，電路穩(wěn)定后，電流表示數(shù)恒定且不為零D．在圖丁中，通有恒定電流的長直導(dǎo)線及閉合線圈在同一豎直平面內(nèi)，線圈向上平移時(shí)，線圈中將產(chǎn)生abcda方向的感應(yīng)電流解析：選B導(dǎo)體向右切割磁感線時(shí)，磁場的方向向下，由右手定則可知，回路中將產(chǎn)生沿adcba方向的感應(yīng)電流，A錯(cuò)誤；磁鐵通過題圖乙所示位置向下插入螺線管中時(shí)，螺線管內(nèi)磁場向下增大，根據(jù)楞次定律可知，螺線管中產(chǎn)生向上的磁場，根據(jù)安培定則可知導(dǎo)線中將產(chǎn)生沿ba方向的感應(yīng)電流，B正確；開關(guān)閉合，電路穩(wěn)定后，線圈內(nèi)的磁場不變，閉合回路中磁通量的變化量為零，根據(jù)感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件可知，電路中沒有感應(yīng)電流，所以電流表示數(shù)為零，C錯(cuò)誤；通有恒定電流的長直導(dǎo)線和閉合線圈在同一豎直平面內(nèi)，線圈向上平移時(shí)，線圈中的磁通量保持不變，磁通量的變化量為零，所以不產(chǎn)生感應(yīng)電流，D錯(cuò)誤。3.如圖所示，水平地面上方有正交的勻強(qiáng)電場E和勻強(qiáng)磁場B，電場方向豎直向下，磁場方向垂直紙面向外，等腰三角形的金屬框由底邊呈水平位置開始沿豎直平面的電磁場由靜止開始下降，下落過程中三角形平面始終在豎直平面內(nèi)，不計(jì)空氣阻力，a、b落到地面的順序是()A．a(chǎn)先落地 B．b先落地C．a(chǎn)、b同時(shí)落地 D．無法判定解析：選A線框下落由右手定則判斷a端聚集正電荷，在電場中受電場力向下，b端聚集負(fù)電荷，受電場力向上，a先落地。4.磁力剎車是游樂場中過山車采用的一種新型剎車裝置，比靠摩擦力剎車更穩(wěn)定，如圖所示為該新型裝置的原理圖(從后面朝前看)：過山車的兩側(cè)裝有銅片，停車區(qū)的軌道兩側(cè)裝有強(qiáng)力磁鐵，當(dāng)過山車進(jìn)入停車區(qū)時(shí)，銅片與強(qiáng)力磁鐵的相互作用能使過山車很快停下來。下列說法正確的是()A．磁力剎車?yán)昧穗娏鞯拇判?yīng)B．若將銅片換成有機(jī)玻璃片，也能達(dá)到相同的剎車效果C．磁力剎車的過程中動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化成熱能D．過山車的質(zhì)量越大，進(jìn)入停車區(qū)時(shí)由電磁作用引起的剎車的阻力越大解析：選C磁力剎車過程會(huì)產(chǎn)生渦流，屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并非是電流的磁效應(yīng)，故A錯(cuò)誤；磁力剎車裝置有兩個(gè)磁力很強(qiáng)的磁鐵長條，當(dāng)金屬片(通常是銅或銅鋁合金)切割磁感線時(shí)，會(huì)在金屬片內(nèi)部產(chǎn)生渦流，這將生成一個(gè)磁場來阻礙過山車的運(yùn)動(dòng)，由此可知，磁力剎車的過程中動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，這種電能最終轉(zhuǎn)化成了熱能，故C正確；把銅片換成有機(jī)玻璃片，由于有機(jī)玻璃不導(dǎo)電，因此不能形成感應(yīng)磁場，從而不會(huì)對過山車的運(yùn)動(dòng)有阻礙作用，故B錯(cuò)誤；過山車的速度越大，進(jìn)入停車區(qū)時(shí)由電磁作用引起的剎車的阻力越大，和質(zhì)量無關(guān)，故D錯(cuò)誤。5.如圖所示，直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向平行于ab邊向上。當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，a、b、c三點(diǎn)的電勢分別為φa、φb、φc。已知bc邊的長度為l。下列判斷正確的是()A．φa＞φc，金屬框中無電流B．φb＞φc，金屬框中電流方向沿a→b→c→aC．Ubc＝－eq\f(1,2)Bl2ω，金屬框中無電流D．Uac＝eq\f(1,2)Bl2ω，金屬框中電流方向沿a→c→b→a解析：選C法一：在三角形金屬框內(nèi)，有兩邊切割磁感線，其一為bc邊，根據(jù)E＝Blv可得電動(dòng)勢大小為eq\f(1,2)Bl2ω；其二為ac邊，ac邊有效的切割長度為l，根據(jù)E＝Blv可得電動(dòng)勢大小也為eq\f(1,2)Bl2ω；由右手定則可知金屬框內(nèi)無電流，且φc＞φb＝φa，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；Ubc＝Uac＝－eq\f(1,2)Bl2ω，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。法二：三角形金屬框在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，穿過線框的磁通量不變，故三角形金屬框中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，但產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，從而排除選項(xiàng)B和D；在電源內(nèi)部，電流是從電源的負(fù)極流向正極的，則φc＞φb＝φa，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；Ubc＝Uac＝－eq\f(1,2)Bl2ω，故選項(xiàng)C正確。6．如圖，力傳感器固定在天花板上，邊長為L的正方形勻質(zhì)導(dǎo)線框abcd用不可伸長的輕質(zhì)絕緣細(xì)線懸掛于力傳感器的測力端，導(dǎo)線框與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，線框的bcd部分處于勻強(qiáng)磁場中，b、d兩點(diǎn)位于勻強(qiáng)磁場的水平邊界線上。若在導(dǎo)線框中通以大小為I、方向如圖所示的恒定電流，導(dǎo)線框處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，力傳感器的示數(shù)為F1，只改變電流方向，其他條件不變，力傳感器的示數(shù)為F2，該勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為()A.eq\f(F2－F1,4IL) B.eq\f(F1－F2,4IL)C.eq\f(\r(2)F2－F1,4IL) D.eq\f(\r(2)F1－F2,4IL)解析：選C線框在磁場中受到安培力的等效長度為bd＝eq\r(2)L，當(dāng)電流方向?yàn)閳D示方向時(shí)，由左手定則可知導(dǎo)線框受到的安培力豎直向上，大小為F＝eq\r(2)BIL，因此對導(dǎo)線框受力平衡可得F1＋F＝mg，當(dāng)導(dǎo)線框中的電流反向，則安培力方向豎直向下，此時(shí)有mg＋F＝F2，聯(lián)立可得B＝eq\f(\r(2)F2－F1,4IL)，故C正確。7.如圖所示，兩根足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為θ，導(dǎo)軌的下端接有電阻。當(dāng)導(dǎo)軌所在空間沒有磁場時(shí)，使導(dǎo)體棒ab以平行導(dǎo)軌平面的初速度v0沖上導(dǎo)軌平面，ab上升的最大高度為H；當(dāng)導(dǎo)軌所在空間存在方向與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場時(shí)，再次使ab以相同的初速度從同一位置沖上導(dǎo)軌平面，ab上升的最大高度為h。兩次運(yùn)動(dòng)中ab始終與兩導(dǎo)軌垂直且接觸良好。關(guān)于上述情景，下列說法中正確的是()A．兩次上升的最大高度比較，有H＝hB．兩次上升的最大高度比較，有H<hC．無磁場時(shí)，導(dǎo)軌下端的電阻中有電熱產(chǎn)生D．有磁場時(shí)，導(dǎo)軌下端的電阻中有電熱產(chǎn)生解析：選D沒有磁場時(shí)，只有重力做功，機(jī)械能守恒，沒有電熱產(chǎn)生，C項(xiàng)錯(cuò)誤；有磁場時(shí)，ab切割磁感線，重力和安培力均做負(fù)功，機(jī)械能減小，有電熱產(chǎn)生，故ab上升的最大高度變小，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。8．如圖甲所示，梯形硬導(dǎo)線框abcd固定在磁場中，磁場方向與線框平面垂直，圖乙表示該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系，t＝0時(shí)刻磁場方向垂直紙面向里。在0～5t0時(shí)間內(nèi)，設(shè)垂直ab邊向上為安培力的正方向，線框ab邊受到該磁場對它的安培力F隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖為()解析：選D0～2t0時(shí)間內(nèi)，感應(yīng)電動(dòng)勢為：E1＝Seq\f(ΔB,Δt)＝Seq\f(B0,t0)，為定值，3t0～5t0時(shí)間內(nèi)，感應(yīng)電動(dòng)勢為：E2＝Seq\f(ΔB,Δt)＝Seq\f(B0,t0)，也為定值，因此感應(yīng)電流也為定值，那么安培力F＝BIL∝B。由于0～t0時(shí)間內(nèi)，B逐漸減小到零，故安培力逐漸減小到零，根據(jù)楞次定律，可知，線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針，依據(jù)左手定則，可知，線框ab邊受到安培力方向向上，即為正；同理，t0～2t0時(shí)間內(nèi)，安培力方向向下，為負(fù)，大小增大，而在2t0～3t0時(shí)間內(nèi)，沒有安培力；在3t0～4t0時(shí)間內(nèi)，安培力方向向上，為正，大小減小；在4t0～5t0時(shí)間內(nèi)，安培力方向向下，為負(fù)，大小增大，故D項(xiàng)正確，A、B、C三項(xiàng)錯(cuò)誤。二、多項(xiàng)選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯(cuò)的得0分)9．水力發(fā)電站和火力發(fā)電站都采用旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)，但是發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)一般不同。水力發(fā)電站常采用圖甲所示原理的發(fā)電機(jī)，A、B、C、D均為線圈；火力發(fā)電站常采用圖乙所示原理的發(fā)電機(jī)，A、B、C、D均為沿軸方向的導(dǎo)線。當(dāng)圖中固定有磁鐵的轉(zhuǎn)子順時(shí)針勻速旋轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí)，某同學(xué)在兩圖中標(biāo)示了電流方向，下列說法正確的是()A．圖甲中A、C線圈電流標(biāo)示方向正確B．圖甲中B、D線圈電流標(biāo)示方向正確C．圖乙中A、B導(dǎo)線電流標(biāo)示方向正確D．圖乙中C、D導(dǎo)線電流標(biāo)示方向正確解析：選AC題圖甲中，A、B、C、D線圈中磁場均減弱，根據(jù)磁場減弱方向，結(jié)合楞次定律和安培定則，可知A、C線圈電流標(biāo)示方向正確，B、D線圈電流標(biāo)示方向錯(cuò)誤，A正確，B錯(cuò)誤；題圖乙中，磁鐵運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生電流，由右手定則可知，A、B導(dǎo)線電流標(biāo)示方向正確，C、D導(dǎo)線電流標(biāo)示方向錯(cuò)誤，C正確，D錯(cuò)誤。10.如圖所示的電路中，三個(gè)燈泡A、B、C完全相同，電感L自感系數(shù)很大，其直流電阻與定值電阻R的阻值相等，D為理想二極管(具有單向?qū)щ娦?，下列判斷正確的是()A．閉合開關(guān)S的瞬間，燈泡A和C同時(shí)亮B．閉合開關(guān)S的瞬間，只有燈泡C亮C．閉合開關(guān)S穩(wěn)定后，燈泡A、C一樣亮，B不亮D．在電路穩(wěn)定后，斷開開關(guān)S的瞬間，燈泡B、C均要先亮一下再熄滅解析：選BC閉合開關(guān)的瞬間，由于二極管具有單向?qū)щ娦裕詿o電流通過B，由于線圈中自感電動(dòng)勢的阻礙，A燈逐漸亮，所以閉合開關(guān)S的瞬間，只有燈泡C亮，A錯(cuò)誤，B正確；由于二極管具有單向?qū)щ娦?，電路穩(wěn)定后也無電流通過B，B不亮，電感L的直流電阻與定值電阻R的阻值相等，因此電路穩(wěn)定后A、C一樣亮，C正確；電感L自感系數(shù)很大，其直流電阻與定值電阻R的阻值相等，所以在電路穩(wěn)定后，A、C所在的兩個(gè)支路的電流是相等的，斷開開關(guān)S的瞬間，L由于產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，相當(dāng)于電源，反向放電燈泡B、C并聯(lián)，所以B要先亮一下再熄滅，同時(shí)由于B與C并聯(lián)，此時(shí)流過C的電流一定比電路穩(wěn)定時(shí)的電流小，所以C不能閃亮一下，而是逐漸熄滅，D錯(cuò)誤。11．如圖，兩條光滑平行金屬導(dǎo)軌固定，所在平面與水平面夾角為θ，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。虛線ab、cd均與導(dǎo)軌垂直，在ab與cd之間的區(qū)域存在垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場。將兩根相同的導(dǎo)體棒PQ、MN先后自導(dǎo)軌上同一位置由靜止釋放，兩者始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。已知PQ進(jìn)入磁場時(shí)加速度恰好為零。從PQ進(jìn)入磁場開始計(jì)時(shí)，到MN離開磁場區(qū)域?yàn)橹?，流過PQ的電流隨時(shí)間變化的圖像可能正確的是()解析：選ADPQ剛進(jìn)入磁場時(shí)，加速度為零，則mgsinθ＝BIL，I＝eq\f(mgsinθ,BL)，即電流恒定；由題意知，MN剛進(jìn)入磁場時(shí)與PQ剛進(jìn)入磁場時(shí)速度相同。情形1：若MN剛進(jìn)入磁場時(shí)，PQ已離開磁場區(qū)域，則對MN，由mgsinθ＝BIL及右手定則知，通過PQ的電流大小不變，方向相反，故I-t圖像如圖A所示。情形2：若MN剛進(jìn)入磁場時(shí)，PQ未離開磁場區(qū)域，由于兩導(dǎo)體棒速度相等，產(chǎn)生的電動(dòng)勢等大、反向，故電流為0，但兩導(dǎo)體棒在重力作用下均加速直至PQ離開磁場，此后MN為電源，由E＝BLv，I＝eq\f(E,R總)，BIL－mgsinθ＝ma知，MN減速，電流減小，可能的I-t圖像如圖D所示。12．速度可以用光電門測量，物理興趣小組的同學(xué)設(shè)想了一個(gè)通過測量速度來得到磁感應(yīng)強(qiáng)度的方法。他們用密度為d、電阻率為ρ、橫截面積為A的薄金屬條制成邊長為L的閉合正方形線框cbb′c′。裝置前視圖如圖甲所示，金屬方框水平放在磁極的狹縫間，方框平面與磁場方向平行。設(shè)勻強(qiáng)磁場僅存在于相對磁極之間，其他地方的磁場忽略不計(jì)?？烧J(rèn)為方框的cc′邊和bb′邊都處在磁極間，裝置俯視圖如圖乙所示。方框從靜止開始釋放，其平面在下落過程中保持水平(不計(jì)空氣阻力)。設(shè)磁場區(qū)域在豎直方向上足夠長，若測得方框下落的最大速度為vmax，則下列說法正確的是()A．線框切割磁感線產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)勢為2BLvmaxB．線框下落速度為eq\f(1,2)vmax時(shí)所受的安培力大小為eq\f(1,2)mgC．線框下落速度為eq\f(1,2)vmax時(shí)的加速度大小為eq\f(1,4)gD．磁極間磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為2eq\r(\f(ρgd,vmax))解析：選ABD方框被釋放后受到重力、安培力作用，由于安培力隨速度的增大而增大，由牛頓第二定律知，方框被釋放后先做速度增大、加速度逐漸減小的加速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加速度等于零時(shí)方框的速度達(dá)到最大，此后方框以最大速度vmax勻速下落。當(dāng)方框以最大速度vmax勻速下落時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢最大為2BLvmax，故A正確；方框下落速度為eq\f(1,2)vmax時(shí)其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流均為最大值的一半，由安培力公式可知，其所受安培力F′也為最大值F(等于重力mg)的一半，由牛頓第二定律可知mg－F′＝ma，解得方框的加速度大小為a＝eq\f(1,2)g，選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤；速度最大時(shí)，依據(jù)二力平衡條件得mg＝F，質(zhì)量m＝4AdL，方框所受安培力的合力F＝2BIL，方框中電流I＝eq\f(E,R)，方框切割磁感線產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)勢E＝2BLvmax，方框電阻R＝eq\f(4ρL,A)，聯(lián)立上述各式解得磁極間磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝2eq\r(\f(ρgd,vmax))，選項(xiàng)D正確。三、非選擇題(本題共6小題，共60分)13．(6分)如圖所示，在圖(1)中，G為指針在中央的靈敏電流計(jì)，連接在直流電路中時(shí)的偏轉(zhuǎn)情況。今使它與一線圈串聯(lián)進(jìn)行電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)，則圖(2)中的條形磁鐵的運(yùn)動(dòng)方向是________；圖(3)中電流計(jì)的指針將向________偏轉(zhuǎn)；圖(4)中的條形磁鐵上端為________極。解析：題圖(1)可知，當(dāng)電流從電流計(jì)的左接線柱流入時(shí)，電流計(jì)指針向左偏。題圖(2)中指針向左偏，可知感應(yīng)電流的方向是順時(shí)針，根據(jù)楞次定律知，條形磁鐵向下插入。題圖(3)當(dāng)條形磁鐵N極向下插入時(shí)，根據(jù)楞次定律，可知，感應(yīng)電流方向沿逆時(shí)針，則電流計(jì)指針向右偏。題圖(4)中可知指針向右偏，則有感應(yīng)電流的方向逆時(shí)針，由楞次定律可知，條形磁鐵S極向上拔出，則上端為N極。答案：向下插入右N14．(8分)某興趣小組的一同學(xué)將電池組、滑動(dòng)變阻器、帶鐵芯的原線圈A、副線圈B、電流計(jì)及開關(guān)按圖示方式連接來研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象。(1)將原線圈A插入副線圈B中，閉合開關(guān)瞬間，副線圈中感應(yīng)電流與原線圈中電流的方向________(選填“相同”或“相反”)。(2)該同學(xué)發(fā)現(xiàn)：在原線圈A放在副線圈B中的情況下，將開關(guān)接通的瞬間電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)，則開關(guān)閉合后將變阻器的滑片P快速向接線柱C移動(dòng)過程中，電流計(jì)指針將________(選填“左偏”“右偏”或“不偏”)。(3)若要看到電流計(jì)的指針向右偏轉(zhuǎn)，請你說出兩種具體做法：①_______________________________________________________________________。②_________________________________________________________________________。解析：(1)將原線圈A插入副線圈B中，閉合開關(guān)瞬間，穿過副線圈的磁通量增大，由楞次定律可知，副線圈中感應(yīng)電流與原線圈中電流的方向相反。(2)在原線圈A放在副線圈B中的情況下，將開關(guān)接通時(shí)，通過副線圈的磁通量增大，接通開關(guān)的瞬間電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)，這說明通過副線圈的磁通量增大時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流使電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)；當(dāng)開關(guān)閉合后將變阻器的滑片P快速向接線柱C移動(dòng)過程中，線圈A中電流增大，產(chǎn)生的磁場增大，穿過副線圈的磁通量增大，電流計(jì)指針將右偏。(3)要使電流計(jì)指針向右偏，穿過副線圈的磁通量應(yīng)增大，由電路圖可知，此時(shí)應(yīng)該：滑動(dòng)變阻器滑片向右滑動(dòng)，或閉合開關(guān)瞬間。答案：(1)相反(2)右偏(3)①滑動(dòng)變阻器滑片向右滑動(dòng)②閉合開關(guān)瞬間15．(8分)如圖甲所示，圓形線圈匝數(shù)n＝100匝、面積S＝0.03m2、阻值r＝1Ω，線圈中心區(qū)域有垂直紙面的圓形勻強(qiáng)磁場，面積S′＝0.02m2，取圖示的磁場方向?yàn)檎较?，順時(shí)針方向?yàn)殡娏髡较?，磁感?yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示，線圈外接一定值電阻R＝3Ω，電壓表為理想電表。(1)求在t＝0.1s時(shí)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢并判斷A、B哪端與電壓表的“＋”接線柱相連。(2)通過計(jì)算在圖丙中畫出0～1.0s時(shí)間內(nèi)線圈中感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖線。解析：(1)由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，在0～0.2s內(nèi)，感應(yīng)電動(dòng)勢：E1＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝neq\f(ΔB,Δt)S′＝100×eq\f(1.2－0,0.2)×0.02V＝12V，由楞次定律可知，感應(yīng)電流沿順時(shí)針方向，A端與電壓表的“＋”接線柱相連。(2)由題圖乙所示圖像可知，0～0.2s內(nèi)和0.8～1.0s感應(yīng)電流大小都是：I1＝eq\f(E1,R＋r)＝eq\f(12,3＋1)A＝3A，由楞次定律可知，感應(yīng)電流方向均為順時(shí)針方向；0．2～0.8s內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢：E2＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝neq\f(ΔB,Δt)S′＝100×eq\f(1.2－－1.2,0.8－0.2)×0.02V＝8V，感應(yīng)電流：I2＝eq\f(E2,R＋r)＝eq\f(8,3＋1)A＝2A，由楞次定律可知，感應(yīng)電流沿逆時(shí)針方向，It圖像如圖所示。答案：(1)12VA端(2)見解析16．(8分)如圖甲所示，足夠長的金屬導(dǎo)軌固定在水平面上，金屬導(dǎo)軌寬度L＝1.0m，導(dǎo)軌上放有垂直導(dǎo)軌的金屬桿P，金屬桿質(zhì)量為m＝0.1kg，空間存在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場。連接在導(dǎo)軌左端的電阻R＝3.0Ω，金屬桿的電阻r＝1.0Ω，其余部分電阻不計(jì)。某時(shí)刻給金屬桿一個(gè)水平向右的恒力F，金屬桿P由靜止開始運(yùn)動(dòng)，圖乙是金屬桿P運(yùn)動(dòng)過程的vt圖像，導(dǎo)軌與金屬桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5。在金屬桿P運(yùn)動(dòng)的過程中，第一個(gè)2s內(nèi)通過金屬桿P的電荷量與第二個(gè)2s內(nèi)通過金屬桿P的電荷量之比為3∶5。g取10m/s2。求：(1)水平恒力F的大?。?2)前4s內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量。解析：(1)由題圖乙可知金屬桿P先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，2s后做勻速直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)t＝2s時(shí)，v1＝4m/s，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢E＝BLv1，感應(yīng)電流I＝eq\f(E,R＋r)，安培力F′＝BIL＝eq\f(B2L2v1,R＋r)根據(jù)牛頓第二定律有F－F′－μmg＝0，解得F＝0.75N。(2)t時(shí)間內(nèi)，通過金屬桿P的電荷量q＝eq\x\to(I)t＝eq\f(\x\to(E),R＋r)·t其中eq\x\to(E)＝eq\f(ΔΦ,t)＝eq\f(BLx,t)，x為P的位移，所以q＝eq\f(BLx,R＋r)∝x設(shè)第一個(gè)2s內(nèi)金屬桿P的位移為x1，第二個(gè)2s內(nèi)P的位移為x2則由題圖乙可知，x2＝8m，ΔΦ1＝BLx1，ΔΦ2＝BLx2又由于q1∶q2＝3∶5，聯(lián)立解得x1＝4.8m前4s內(nèi)，由能量守恒定律得F(x1＋x2)＝eq\f(1,2)mv2＋μmg(x1＋x2)＋Qr＋QR，其中Qr∶QR＝r∶R＝1∶3，代入數(shù)據(jù)解得QR＝1.8J。答案：(1)0.75N(2)1.8J17．(14分)如圖所示，兩根互相平行的金屬導(dǎo)軌MN、PQ水平放置，相距d＝1m、且足夠長、不計(jì)電阻。AC、BD區(qū)域光滑，其他區(qū)域粗糙且動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2，并在AB的左側(cè)和CD的右側(cè)存在著豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝2T。在導(dǎo)軌中央放置著兩根質(zhì)量均為m＝1kg，電阻均為R＝2Ω的金屬棒a、b，用一鎖定裝置將一彈簧壓縮在金屬棒a、b之間(彈簧與a、b不拴連)，此時(shí)彈簧具有的彈性勢能E＝9J?，F(xiàn)解除鎖定，當(dāng)彈簧恢復(fù)原長時(shí)，a、b棒剛好進(jìn)入磁場，且b棒向右運(yùn)動(dòng)x＝0.8m后停止，g取10m/s2，求：(1)a、b棒剛進(jìn)入磁場時(shí)的速度大??；(2)金屬棒b剛進(jìn)入磁場時(shí)的加速度大小；(3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中電路中產(chǎn)生的焦耳熱。解析：(1)解除鎖定彈簧釋放的過程，對a、b棒及彈簧組成的系統(tǒng)，取向左為正方向，由動(dòng)量守恒定律得0＝mva－mvb。由機(jī)械能守恒定律得E＝eq\f(1,2)mva2＋eq\f(1,2)mvb2。聯(lián)立解得va＝vb＝3m/s。(2)當(dāng)a、b棒進(jìn)入磁場時(shí)，兩棒均切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，兩個(gè)電動(dòng)勢串聯(lián)，則Ea＝Eb＝Bdva＝2×1×3V＝6V回路中感應(yīng)電流I＝eq\f(2Ea,2R)＝3A對b棒，由牛頓第二定律得BId＋μmg＝mab。解得ab＝8m/s2。(3)a、b棒速率時(shí)刻相等，滑行相同距離后停止。對系統(tǒng)，由能量守恒定律得E＝2μmgx＋Q解得Q＝5.8