2024-2025學(xué)年高中物理第四章電磁感應(yīng)5電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況課后作業(yè)含解析新人教版選修3-2

PAGEPAGE8電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類狀況時(shí)間：45分鐘一、單項(xiàng)選擇題1.如圖所示，在一勻稱磁場(chǎng)中有一導(dǎo)線框abcd，線框處于水平面內(nèi)，磁場(chǎng)與線框平面垂直，R為一電阻，ef為垂直于ab的一段導(dǎo)體桿，它可在ab，cd上無摩擦地滑動(dòng)，桿ef及線框中導(dǎo)線的電阻都可不計(jì)．起先時(shí)，給ef一個(gè)向右的初速度，則(A)A．ef將減速向右運(yùn)動(dòng)，但不是勻減速B．ef將勻減速向右運(yùn)動(dòng)，最終停止C．ef將勻速向右運(yùn)動(dòng)D．ef將來回運(yùn)動(dòng)解析：ef向右運(yùn)動(dòng)，在閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，依據(jù)楞次定律，ef棒受安培力將阻礙其向右運(yùn)動(dòng)，即ef要克服安培力做功而使動(dòng)能削減，故ef是向右做減速運(yùn)動(dòng)．但值得留意的是，隨速度v的減小，加速度減小，故不行能做勻減速運(yùn)動(dòng)．A正確．2．如圖所示，足夠長(zhǎng)平行金屬導(dǎo)軌傾斜放置，傾角為37°，寬度為0.5m，電阻忽視不計(jì)，其上端接一小燈泡，電阻為1Ω.一導(dǎo)體棒MN垂直于導(dǎo)軌放置，質(zhì)量為0.2kg，接入電路的電阻為1Ω，兩端與導(dǎo)軌接觸良好，與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5.在導(dǎo)軌間存在著垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8T．將導(dǎo)體棒MN由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，小燈泡穩(wěn)定發(fā)光，此后導(dǎo)體棒MN的運(yùn)動(dòng)速度以及小燈泡消耗的電功率分別為(重力加速度g取10m/s2，sin37°＝0.6)(B)A．2.5m/s1W B．5m/s1WC．7.5m/s9W D．15m/s9W解析：當(dāng)小燈泡穩(wěn)定發(fā)光時(shí)，導(dǎo)體棒MN勻速運(yùn)動(dòng)，受力如圖所示．依據(jù)受力平衡可得mgsinθ＝μmgcosθ＋eq\f(B2L2v,2R)，代入數(shù)據(jù)得v＝5m/s；小燈泡消耗的電功率為P＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(BLv,2R)))2R＝1W，B項(xiàng)正確．3．如圖，在水平面(紙面)內(nèi)有三根相同的勻稱金屬棒ab、ac和MN，其中ab、ac在a點(diǎn)接觸，構(gòu)成“V”字形導(dǎo)軌．空間存在垂直于紙面的勻稱磁場(chǎng)．用力使MN向右勻速運(yùn)動(dòng)，從圖示位置起先計(jì)時(shí)，運(yùn)動(dòng)中MN始終與∠bac的平分線垂直且和導(dǎo)軌保持良好接觸．下列關(guān)于回路中電流i與時(shí)間t的關(guān)系圖線，可能正確的是(A)解析：設(shè)金屬棒單位長(zhǎng)度的電阻為R0，ab、ac與∠bac的平分線間的夾角都為θ，金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v，則t時(shí)刻金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝Bv·2vt·tanθ，電路中的總電阻R＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2vt·tanθ＋\f(2vt,cosθ)))R0，電流I＝eq\f(E,R)＝eq\f(Bv·tanθ,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(tanθ＋\f(1,cosθ)))R0)，可以看出電流的大小不變．4．如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)存在于虛線框內(nèi)，矩形線圈豎直下落．假如線圈中受到的安培力總小于其重力，則它在1、2、3、4位置時(shí)的加速度關(guān)系為(C)A．a(chǎn)1＞a2＞a3＞a4 B．a(chǎn)1＝a2＝a3＝a4C．a(chǎn)1＝a3＞a2＞a4 D．a(chǎn)1＝a3＞a2＝a4解析：線圈自由下落時(shí)，加速度為a1＝g.線圈完全在磁場(chǎng)中時(shí)，磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈不受安培力作用，只受重力，加速度為a3＝g.線圈進(jìn)入和穿出磁場(chǎng)過程中，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，將受到向上的安培力，依據(jù)牛頓其次定律知，a2＜g，a4＜g.線圈完全在磁場(chǎng)中時(shí)做勻加速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)4處的速度大于2處的速度，則線圈在4處所受的安培力大于在2處所受的安培力，又知，磁場(chǎng)力總小于重力，則a2＞a4，故a1＝a3＞a2＞a4.所以本題選C.5．平面上的光滑平行導(dǎo)軌MN、PQ上放著光滑導(dǎo)體棒ab、cd，兩棒用細(xì)線系住，細(xì)線拉直但沒有張力．起先時(shí)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向如圖甲所示，而磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的改變?nèi)鐖D乙所示，不計(jì)ab、cd間電流的相互作用，則細(xì)線中的張力大小隨時(shí)間改變的狀況為下列選項(xiàng)中的(D)解析：在0到t0時(shí)間內(nèi)，依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定，感應(yīng)電流恒定，但因磁場(chǎng)勻稱變?nèi)酰蕛蓪?dǎo)體棒上的安培力勻稱變小，依據(jù)左手定則和平衡學(xué)問知細(xì)線上有拉力，大小等于每個(gè)棒受到的安培力，當(dāng)t0時(shí)刻磁場(chǎng)為零，安培力為零．大于t0時(shí)刻后，磁場(chǎng)反向變強(qiáng)，兩棒間距變小，線上無力．故只有D圖正確．二、多項(xiàng)選擇題6．下列說法中正確的是(AC)A．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)是洛倫茲力對(duì)導(dǎo)體中自由電荷的作用而引起的B．因?yàn)槁鍌惼澚?duì)運(yùn)動(dòng)電荷始終不做功，所以動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)不是由洛倫茲力而產(chǎn)生的C．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的方向可以由右手定則來判定D．導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，受到的安培力肯定與受到的外力大小相等、方向相反解析：洛倫茲力對(duì)導(dǎo)體中自由電荷的作用效果是產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)，A正確；在導(dǎo)體中自由電荷受洛倫茲力的合力與合速度方向垂直，總功為零，B錯(cuò)誤；動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的方向可由右手定則判定，C正確；只有在導(dǎo)體棒做勻速切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，除安培力以外的力的合力與安培力大小相等、方向相反，做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)不成立，D錯(cuò)誤．故選A、C.

7.如圖所示，導(dǎo)體AB在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因而在電路中有電流通過，下列說法中正確的是(AB)A．因?qū)w運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)B．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與洛倫茲力有關(guān)C．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與電場(chǎng)力有關(guān)D．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的緣由是一樣的解析：依據(jù)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的定義，A正確．動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)中的非靜電力與洛倫茲力有關(guān)，感生電動(dòng)勢(shì)中的非靜電力與感生電場(chǎng)有關(guān)，B項(xiàng)正確，C、D項(xiàng)錯(cuò)誤．8.如圖所示，兩根光滑的金屬導(dǎo)軌，平行放置在傾角為θ的斜面上，導(dǎo)軌的左端接有電阻R，導(dǎo)軌自身的電阻可忽視不計(jì)．斜面處在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于斜面對(duì)上．質(zhì)量為m、電阻可以不計(jì)的金屬棒ab，在沿著斜面與棒垂直的恒力F作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑，并上升h高度，在這一過程中(AD)A．作用于金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于零B．作用于金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于mgh與電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱之和C．恒力F與安培力的合力所做的功等于零D．恒力F與重力的合力所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱解析：金屬棒勻速上滑的過程中，對(duì)金屬棒受力分析可知，有三個(gè)力對(duì)棒做功，恒力F做正功，重力做負(fù)功，安培力阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沿斜面對(duì)下，做負(fù)功．勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受合力為零，故合力做功為零，A正確；克服安培力做多少功就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電路中的電能，電能又等于R上產(chǎn)生的焦耳熱，故外力F與重力的合力所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱，D正確．三、非選擇題9．如圖所示，橫截面為矩形的管道中充溢了水銀，管道的上下兩壁為絕緣板，左右兩壁為導(dǎo)體板(圖中陰影部分)，兩導(dǎo)體板被一無電阻的導(dǎo)線短接．管道的高度為a，寬度為b，長(zhǎng)度為c.加在管道兩端截面上的壓強(qiáng)差恒為p，水銀以速度v沿管道方向流淌時(shí)，水銀受到管道的阻力F與速度成正比，即F＝kv(k為已知常量)．求：(1)水銀的穩(wěn)定流速v1為多大？(2)假如將管道置于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)與絕緣壁垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，方向向上，此時(shí)水銀的穩(wěn)定流速v2又是多大？(已知水銀的電阻率為ρ，磁場(chǎng)只存在于管道所在的區(qū)域，不考慮管道兩端之外的水銀對(duì)電路的影響)答案：(1)eq\f(pab,k)(2)eq\f(pabρ,kρ＋B2abc)解析：(1)由pab＝kv1得v1＝eq\f(pab,k).(2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Bbv2，電阻R＝ρeq\f(b,ac)，由歐姆定律可得I＝eq\f(Bacv2,ρ)，由平衡條件可得：pab＝BIb＋kv2，所以v2＝eq\f(pabρ,kρ＋B2abc).10．如圖甲所示，一對(duì)平行光滑軌道放置在水平面上，兩軌道間距l(xiāng)＝0.20m，電阻R＝1.0Ω；有一導(dǎo)體桿靜止地放在軌道上，與兩軌道垂直，桿及軌道的電阻均可忽視不計(jì)，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.50T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直軌道向下．現(xiàn)用某外力F沿軌道方向拉桿，使之做勻加速運(yùn)動(dòng)，測(cè)得力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示．求：(1)桿的質(zhì)量；(2)桿加速度的大?。鸢福?1)0.1kg(2)10m/s2解析：導(dǎo)體桿在軌道上做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，用v表示瞬時(shí)速度，t表示運(yùn)動(dòng)時(shí)間，則導(dǎo)體桿切割磁感線產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)E＝Blv＝Blat閉合回路中的感應(yīng)電流I＝eq\f(E,R)由牛頓其次定律得F－BIl＝ma解得F＝ma＋eq\f(B2l2,R)at在題中圖乙圖象上選取兩點(diǎn)t1＝0，F(xiàn)1＝1N，t2＝30s，F(xiàn)2＝4N代入上式，解得a＝10m/s2，m＝0.1kg.11.如圖所示，兩足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置，相距為L(zhǎng)，一志向電流表與兩導(dǎo)軌相連，勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直．一質(zhì)量為m、有效電阻為R的導(dǎo)體棒在距磁場(chǎng)上邊界h處由靜止釋放．導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)后，流經(jīng)電流表的電流漸漸減小，最終穩(wěn)定為I.整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好，且始終保持水平，不計(jì)導(dǎo)軌的電阻，求：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小．(2)電流穩(wěn)定后，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)速度v的大小．(3)流經(jīng)電流表的電流的最大值Im.答案：(1)eq\f(mg,IL)(2)eq\f(I2R,mg)(3)eq\f(mg\r(2gh),IR)解析：(1)電流穩(wěn)定后，導(dǎo)體棒做勻速運(yùn)動(dòng)，受力平衡，有F安＝G，即BIL＝mg，解得B＝eq\f(mg,IL).(2)由法拉第電磁感應(yīng)定律得，導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感