2020高中物理 第一章 電磁感應(yīng) 習(xí)題課 電磁感應(yīng)綜合問題練習(xí)（含解析）教科版

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE12-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精電磁感應(yīng)綜合問題一、單項選擇題1．環(huán)形線圈放在均勻磁場中，設(shè)在第1s內(nèi)磁感線垂直于線圈平面向里，若磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間變化的關(guān)系如圖乙所示,那么在第2s內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的大小和方向是(）A．感應(yīng)電流大小恒定，順時針方向B．感應(yīng)電流大小恒定,逆時針方向C．感應(yīng)電流逐漸增大,逆時針方向D．感應(yīng)電流逐漸減小，順時針方向解析：由Bt圖像知：第2秒內(nèi)eq\f（ΔB,Δt)恒定，則E＝eq\f（ΔB，Δt)S也恒定，故感應(yīng)電流I＝eq\f（E，R）大小恒定，又由楞次定律判斷知電流方向沿逆時針方向，故B對，A、C、D都錯．答案：B2．如圖所示，一個半徑為L的半圓形硬導(dǎo)體AB以速度v在水平U形框架上勻速滑動，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,回路電阻為R0,半圓形硬導(dǎo)體AB的電阻為r,其余電阻不計，則半圓形導(dǎo)體AB切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的大小及AB之間的電勢差分別為(）A．BLv；eq\f（BLvR0，R0＋r） B．2BLv；BLvC．2BLv；eq\f（2BLvR0，R0＋r) D．BLv；2BLv解析：半圓形導(dǎo)體AB切割磁感線的有效長度為2L，對應(yīng)的電動勢為E＝2BLv，AB間的電勢差UAB＝eq\f（E，R0＋r)R0＝eq\f（2BLvR0,R0＋r)，故C正確．答案：C3。如圖所示，一圓形閉合銅環(huán)由高處從靜止開始下落，穿過一根豎直懸掛的條形磁鐵,銅環(huán)的中心軸線與條形磁鐵的中軸線始終保持重合．若取磁鐵中心O為坐標(biāo)原點，建立豎直向下為正方向的x軸，則圖中最能正確反映環(huán)中感應(yīng)電流i隨環(huán)心位置坐標(biāo)x變化的關(guān)系圖像是()解析：閉合銅環(huán)由高處靜止下落，首先是向上穿過銅環(huán)的磁通量增大，根據(jù)楞次定律知銅環(huán)中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流(從上向下看)；從N極到O點的過程中，穿過銅環(huán)的合磁通量向上且增大,則感應(yīng)電流仍為順時針方向；從O點到S極的過程中，穿過銅環(huán)的合磁通量向上且減小，則感應(yīng)電流為逆時針方向；離開S極后，向上穿過銅環(huán)的磁通量減小,感應(yīng)電流仍為逆時針方向；因銅環(huán)速度越來越大,所以逆時針方向感應(yīng)電流的最大值比順時針方向感應(yīng)電流的最大值大,故選項B正確．答案：B4。如圖所示，a、b兩個閉合正方形線圈用同樣的導(dǎo)線制成，匝數(shù)均為10匝,邊長la＝3lbA．兩線圈內(nèi)產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流B．a(chǎn)、b線圈中感應(yīng)電動勢之比為9∶1C．a(chǎn)、b線圈中感應(yīng)電流之比為3∶4D．a(chǎn)、b線圈中電功率之比為3∶1解析：磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大，穿過兩線圈的磁通量增大，根據(jù)楞次定律和安培定則可知兩線圈內(nèi)會產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流，選項A錯誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律E＝neq\f（ΔΦ，Δt)＝neq\f（ΔB，Δt)l2，得eq\f(Ea，Eb)＝eq\f(l\o\al（2，a),l\o\al(2,b))＝eq\f(9,1)，選項B正確；由電阻定律R＝ρeq\f（L,S）,得eq\f(Ra，Rb)＝eq\f(la,lb）＝eq\f（3，1），由I＝eq\f（E,R）可得eq\f（Ia,Ib）＝eq\f（Ea,Eb)×eq\f(Rb，Ra)＝eq\f(3,1）,選項C錯誤；由P＝eq\f(E2,R）得eq\f（Pa,Pb)＝eq\f(E\o\al（2,a），E\o\al（2，b）)×eq\f（Rb,Ra)＝eq\f（27,1)，選項D錯誤．答案:B5.如圖所示，將邊長為L的正方形閉合線圈以不同速度v1、v2向右勻速拉出磁場時（v1〈v2)，下列結(jié)論不正確的是（)A．拉力所做的功W2>W1B．拉力的功率P2〉P1C．流過線框的電荷量Q2〉Q1D．線框中的感應(yīng)電流I2>I1解析：F拉＝F安＝BIL＝BLeq\f(BLv，R）＝eq\f（B2L2v,R），W拉＝F拉L＝eq\f（B2L3v,R)，因為v1〈v2,所以W2>W1,選項A正確．P拉＝F拉v＝eq\f(B2L2v2，R），P2>P1，選項B正確．流過線框的電荷量Q＝eq\f（ΔΦ,R），Q1＝Q2，選項C錯誤．電流I＝eq\f（BLv,R),I2〉I1，選項D正確．答案：C二、多項選擇題6．如圖甲所示,圓形閉合線圈內(nèi)存在方向垂直紙面向外的磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間變化如圖乙，則下列說法正確的是(）甲乙A．0～1s內(nèi)線圈的磁通量不斷增大B．第4s末的感應(yīng)電動勢為0C．0～1s內(nèi)與2～4s內(nèi)的感應(yīng)電流相等D．0～1s內(nèi)感應(yīng)電流方向為順時針解析：0～1s內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度不斷增大，磁通量不斷增大,選項A正確．第4s末磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，但斜率不為零，感應(yīng)電動勢不為零，選項B錯誤.0~1s內(nèi)與2～4s內(nèi)斜率大小不相等,電動勢不相等，感應(yīng)電流不相等,選項C錯誤．用楞次定律判斷,感應(yīng)電流方向在0～1s內(nèi)為順時針,選項D正確．答案：AD7。兩圓環(huán)A、B置于同一水平面上，其中A為均勻帶電絕緣環(huán)，B為導(dǎo)體環(huán)．當(dāng)A以如圖所示的方向繞中心轉(zhuǎn)動的角速度發(fā)生變化時，B中產(chǎn)生如圖所示方向的感應(yīng)電流，則（）A．A可能帶正電且轉(zhuǎn)速減小B．A可能帶正電且轉(zhuǎn)速增大C．A可能帶負(fù)電且轉(zhuǎn)速減小D．A可能帶負(fù)電且轉(zhuǎn)速增大解析：選取A環(huán)為研究對象，若A環(huán)帶正電，且轉(zhuǎn)速增大,則使穿過環(huán)面的磁通量向里增加,由楞次定律知，B環(huán)中感應(yīng)電流的磁場方向向外,B環(huán)中感應(yīng)電流的方向應(yīng)為逆時針方向,故A錯誤，B正確；若A環(huán)帶負(fù)電，且轉(zhuǎn)速增大，則使穿過環(huán)面的磁通量向外增加，由楞次定律知,B環(huán)中感應(yīng)電流的磁場方向向里，B環(huán)中感應(yīng)電流的方向應(yīng)為順時針方向，故C正確，D錯誤．答案:BC8。如圖,固定在水平面上的U形金屬框上,靜止放置一金屬桿ab,整個裝置處于豎直向上的磁場中．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B均勻減小時，桿ab總保持靜止，則在這一過程中()A．桿中的感應(yīng)電流方向是從b到aB．桿中的感應(yīng)電流大小均勻增大C．金屬桿所受安培力水平向左D．金屬桿受到的摩擦力逐漸減小解析：磁感應(yīng)強(qiáng)度B減小時，由楞次定律知,感應(yīng)電流由b到a，A正確;由E＝neq\f（ΔΦ,Δt）＝neq\f(ΔB,Δt)S知，B均勻減小時，電動勢E不變，電流不變，B錯誤；由左手定則知，ab所受安培力水平向右，C錯誤；由F＝BIL知，I、L不變,B減小,安培力減小,ab桿靜止，安培力等于摩擦力，所以摩擦力減小，D正確．答案：AD9．世界上海拔最高、線路最長的鐵路是青藏鐵路,青藏鐵路安裝的一種電磁裝置可以向控制中心傳輸信號,以確定火車的位置和運動狀態(tài)，其原理是將能產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場的磁鐵安裝在火車首節(jié)車廂下面，如圖甲所示（俯視圖），當(dāng)它經(jīng)過安放在兩鐵軌間的線圈時，線圈便產(chǎn)生一個電信號傳輸給控制中心．線圈邊長分別為l1和l2，匝數(shù)為n,線圈和傳輸線的電阻忽略不計．若火車通過線圈時,控制中心接收到的線圈兩端的電壓信號u與時間t的關(guān)系如圖乙所示（AB、CD均為直線段）,t1、t2、t3、t4是運動過程中的四個時刻，則火車（）甲乙A．在t1~t2時間內(nèi)做勻加速直線運動B．在t3～t4時間內(nèi)做勻減速直線運動C．在t1~t2時間內(nèi)加速度大小為eq\f（u2－u1，nBl1t2－t1）D．在t3~t4時間內(nèi)平均速度的大小為eq\f（u3＋u4，2nBl1)解析：u＝E＝eq\f(nΔΦ,Δt）＝nBl1eq\f(Δl2′,Δt），因電壓均勻增大,故eq\f（Δl2′，Δt）均勻增大，即火車做勻加速運動．t1～t2是勻加速靠近，t3～t4是勻加速離開．v1＝eq\f(u1，nBl1)，v2＝eq\f（u2,nBl1），v3＝eq\f(u3，nBl1)，v4＝eq\f（u4，nBl1）；在t1~t2時間內(nèi)加速度a＝eq\f（v2－v1，t2－t1)＝eq\f（u2－u1，nBl1t2－t1)；在t3～t4時間內(nèi)平均速度eq\x\to(v)＝eq\f(v3＋v4，2)＝eq\f(u3＋u4，2nBl1)。答案:ACD10.如圖所示，寬度為d的有界勻強(qiáng)磁場豎直向下穿過光滑的水平桌面,一質(zhì)量為m的橢圓形導(dǎo)體框平放在桌面上，橢圓的長軸平行于磁場邊界，短軸小于d.現(xiàn)給導(dǎo)體框一個初速度v0(v0垂直磁場邊界)，已知導(dǎo)體框全部在磁場中的速度為v，導(dǎo)體框全部出磁場后的速度為v1；導(dǎo)體框進(jìn)入磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱為Q1，導(dǎo)體框離開磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱為Q2.下列說法正確的是（)A．導(dǎo)體框離開磁場過程中，感應(yīng)電流的方向為順時針方向B．導(dǎo)體框進(jìn)出磁場都是做勻變速直線運動C．Q1>Q2D．Q1＋Q2＝eq\f(1,2）m(veq\o\al（2,0）－veq\o\al（2,1))解析：由楞次定律可以判斷，導(dǎo)體棒離開磁場的過程中，感應(yīng)電流的方向為順時針方向，選項A正確；導(dǎo)體棒進(jìn)出磁場時受到的安培力是變力,做非勻變速直線運動，選項B錯誤；安培力一直是阻力，故導(dǎo)體框做減速運動，進(jìn)入磁場的速度大于離開磁場時的速度，進(jìn)入磁場時產(chǎn)生的焦耳熱大于離開磁場時產(chǎn)生的焦耳熱，選項C正確;由能量守恒得Q1＋Q2＝eq\f(1，2)m(veq\o\al(2，0)－veq\o\al(2，1）)，選項D正確．答案：ACD三、非選擇題11．如圖甲所示的螺線管,匝數(shù)n＝1500匝，橫截面積S＝20cm2，電阻r＝1。5Ω，與螺線管串聯(lián)的外電阻R1＝3.5Ω，R2＝2.5Ω，向右穿過螺線管的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度按圖乙所示規(guī)律變化．求：（1）螺線管產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大?。?2)通過螺線管的電流大小和方向；(3）螺線管兩端的電壓大小，并判斷M、P兩端的電勢高低．解析：（1)由Bt圖像知，eq\f（ΔB,Δt)＝k＝eq\f(6－2,2)T/s＝2T/s，由E＝neq\f(ΔΦ,Δt）＝nSeq\f(ΔB，Δt）得E＝1500×20×10－4×2V＝6V。(2)由楞次定律判斷，當(dāng)B隨時間增大時，穿過線圈的磁通量增大，因此感應(yīng)電流的磁場方向向左，再由安培定則知,感應(yīng)電流方向為M→a→c→b→P→M.根據(jù)I＝eq\f(E,r＋R）得I＝eq\f(E，r＋R1＋R2)＝eq\f(6，1.5＋3.5＋2.5)A＝0。8A。（3)由電流方向知，M端電勢高，螺線管兩端的電壓既是電源的路端電壓，也是電阻R1、R2兩端的電壓之和，所以UMP＝I（R1＋R2)＝0.8×(3.5＋2.5)V＝4.8V。答案：（1)6V(2)0.8AM→a→c→b→P→M（3）4。8VM端電勢高12．如圖甲所示，兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為L，導(dǎo)軌平面與水平面夾角為α，金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上，且始終與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒的質(zhì)量為m.導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場中,磁場的方向垂直于導(dǎo)軌平面斜向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，金屬導(dǎo)軌的上端與開關(guān)S、定值電阻R1和電阻箱R2相連．不計一切摩擦,不計導(dǎo)軌、金屬棒的電阻，重力加速度為g,現(xiàn)在閉合開關(guān)S,將金屬棒由靜止釋放．甲乙（1)若電阻箱R2接入電路的阻值為R2＝2R1,當(dāng)金屬棒下降高度為h時，速度為v，求此過程中定值電阻R1上產(chǎn)生的焦耳熱Q1.（2)當(dāng)B＝0。40T，L＝0。50m,α＝37°時，金屬棒能達(dá)到的最大速度vm隨電阻箱R2阻值的變化關(guān)系如圖乙所示．g取10m/s2，sin37°＝0.60，cos37°＝0。80.求定值電阻的阻值R1和金屬棒的質(zhì)量m。解析:(1)由能量守恒知，金屬棒減小的重力勢能等于增加的動能和電路中產(chǎn)生的焦耳熱，mgh＝eq\f（1，2）mv2＋Q，解得：Q＝mgh－eq\f(1,2）mv2，Q1＝eq\f(Q，3）＝eq\f（1，3)mgh－eq\f（1,6)mv2。（2）最大速度為vm，切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝BLvm由閉合電路的歐姆定律：I＝eq\f(E,R1＋R2)從b端向a端看，金屬棒受力如圖：金屬棒達(dá)到最大速度時