2021-2022物理教科版3-2 第一章電磁感應(yīng) 單元素養(yǎng)評價

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PAGE24-版權(quán)所有@高考資源網(wǎng)學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精單元素養(yǎng)評價(一）（第一章）（90分鐘100分）一、選擇題(本題共14小題,每小題5分,共70分.其中1～8小題為單選題,9～14小題為多選題)1.物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,許多物理定律就是在大量實驗的基礎(chǔ)上歸納總結(jié)出來的,下面四個實驗裝置,描述正確的是 （）A。庫侖利用裝置①測出了元電荷e的數(shù)值B。安培利用裝置②總結(jié)出了點(diǎn)電荷間的相互作用規(guī)律C.奧斯特利用裝置③發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)D。楞次利用裝置④發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象【解析】選C。密立根通過油滴實驗測定了元電荷的數(shù)值，故A錯誤;庫侖利用裝置②總結(jié)出了電荷間的相互作用規(guī)律,故B錯誤;1820年奧斯特利用裝置③發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng),故C正確；法拉第利用裝置④發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,故D錯誤。故選C。2.如圖所示，在光滑水平桌面上有一正方形導(dǎo)線框,在導(dǎo)線框右側(cè)有勻強(qiáng)磁場區(qū)域,磁場的邊界與導(dǎo)線框的一邊平行,磁場方向豎直向下。讓線圈由位置1通過一個勻強(qiáng)磁場區(qū)域運(yùn)動到位置2,下列說法中正確的是 （）A。線圈進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū)域的過程中，線圈中有感應(yīng)電流,而且進(jìn)入的速度越大，感應(yīng)電流越大B。整個線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速運(yùn)動時,線圈中有感應(yīng)電流，而且感應(yīng)電流是恒定的C.整個線圈在勻強(qiáng)磁場中加速運(yùn)動時，線圈中有感應(yīng)電流，而且感應(yīng)電流越來越大D.線圈穿出勻強(qiáng)磁場區(qū)域的過程中,線圈中有逆時針方向的感應(yīng)電流【解析】選A.線圈進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū)域的過程中，線圈中磁通量增加，則有感應(yīng)電流，根據(jù)E=BLv可知，進(jìn)入的速度越大,感應(yīng)電流越大,選項A正確;整個線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速運(yùn)動時，線圈中磁通量不變,則無感應(yīng)電流,選項B錯誤;整個線圈在勻強(qiáng)磁場中加速運(yùn)動時,線圈中磁通量不變,則無感應(yīng)電流,選項C錯誤;根據(jù)楞次定律，線圈穿出勻強(qiáng)磁場區(qū)域的過程中，線圈中有順時針方向的感應(yīng)電流，選項D錯誤.【加固訓(xùn)練】（2019·眉山高二檢測)如圖所示,兩根通電直導(dǎo)線M、N都垂直紙面固定放置，通過它們的電流方向如圖所示，線圈L的平面與紙面平行，現(xiàn)將線圈從位置A沿M、N連線中垂線迅速平移到位置B,則在平移過程中,線圈中的感應(yīng)電流 （)A.沿順時針方向,且越來越小B。沿逆時針方向，且越來越大C.先順時針,后逆時針D。始終為零【解析】選D。由圖可知,M和N產(chǎn)生的磁場的方向都平行于MNAB所在的平面，所以線圈L的磁通量始終是0，將線圈從位置A沿M、N連線中垂線迅速平移到位置B，則在平移過程中,沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。故D正確,A、B、C錯誤,故選D。3。下列電器和設(shè)備工作時,工作過程與電磁感應(yīng)現(xiàn)象無關(guān)的是 ()A。發(fā)電機(jī)B.電磁爐C。磁卡D。電熱水器【解析】選D。發(fā)電機(jī)是典型的電磁感應(yīng)的應(yīng)用,是通過運(yùn)動將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,故A不符合題意；電磁爐是通過磁場的變化,產(chǎn)生熱量，屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，故B不符合題意;磁卡是利用卡上的磁場在對應(yīng)裝置中產(chǎn)生感應(yīng)電流工作的,屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，故C不符合題意;電熱水器利用了電流的熱效應(yīng)，不屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象,故D符合題意.【加固訓(xùn)練】（2017·全國卷Ⅰ)掃描隧道顯微鏡（STM)可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌，為了有效隔離外界振動對STM的擾動，在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對紫銅薄板，并施加磁場來快速衰減其微小振動,如圖所示。無擾動時，按下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場；出現(xiàn)擾動后,對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是(）【解析】選A。衰減的原理是當(dāng)紫銅薄板上下及左右振動時,均在紫銅薄板內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，薄板受到安培力作用阻礙其運(yùn)動.只有A選項中當(dāng)紫銅薄板上下及左右振動時，板中均會產(chǎn)生感應(yīng)電流.4.如圖所示，在光滑絕緣水平面上固定一通電直導(dǎo)線，其右側(cè)有閉合圓形線圈，某時刻線圈獲得一個如圖所示的初速度v0.若通電直導(dǎo)線足夠長，且已知通電直導(dǎo)線周圍某處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=kQUOTE(k為常數(shù)，I為導(dǎo)線中的電流，r為到直導(dǎo)線的距離)，則下列說法正確的是 (）A。線圈中將產(chǎn)生交變電流B。線圈中將產(chǎn)生順時針方向的恒定電流C.線圈最終會停下來并保持靜止D.線圈最終會以某一速度做勻速直線運(yùn)動【解析】選D。通電直導(dǎo)線周圍的磁場離導(dǎo)線越遠(yuǎn)磁場越小,由右手螺旋定則可知,導(dǎo)線右側(cè)的磁場方向向下且不變，線圈向右運(yùn)動，磁通量減小，由于磁場方向不變,且線圈磁通量減小，則線圈中感應(yīng)電流方向不變,則由楞次定律可知,感應(yīng)電流方向為順時針方向,由能量守恒可知,線圈的速度減小，且通電直導(dǎo)線周圍某處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=kQUOTE,則感應(yīng)電流大小變化,故A、B錯誤；當(dāng)線圈在該平面上以速度v0沿圖示方向運(yùn)動時,產(chǎn)生感應(yīng)電流,出現(xiàn)安培阻力,從而阻礙其運(yùn)動,由于安培阻力與速度方向不共線,使線圈在垂直導(dǎo)線方向做減速運(yùn)動，當(dāng)垂直導(dǎo)線方向的速度減為零,只剩沿導(dǎo)線方向的速度，然后磁通量不變,無感應(yīng)電流,水平方向合力為零，故為勻速直線運(yùn)動，故C錯誤，D正確。故選D。5.如圖所示,兩根平行金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi)，導(dǎo)軌之間接有電阻R。金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，整個裝置放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向下.現(xiàn)使磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均勻減小,ab始終保持靜止,下列說法正確的是 (）A。ab中的感應(yīng)電流方向由b到aB。ab中的感應(yīng)電流逐漸減小C.ab所受的安培力保持不變D。ab所受的靜摩擦力逐漸減小【解析】選D。金屬棒ab、電阻R、導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路,磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減?。≦UOTE=k為定值),則閉合回路中的磁通量減小，根據(jù)楞次定律,可知回路中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，ab中的電流方向由a到b，故A錯誤；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,感應(yīng)電動勢E=QUOTE=QUOTE=k·S，回路面積S不變，即感應(yīng)電動勢為定值，根據(jù)歐姆定律I=QUOTE，所以ab中的電流大小不變,故B錯誤；安培力F=BIL,電流大小不變,磁感應(yīng)強(qiáng)度減小，則安培力減小，故C錯誤;金屬棒處于靜止?fàn)顟B(tài)，所受合力為零，對其受力分析，水平方向靜摩擦力f與安培力F等大反向，安培力減小，則靜摩擦力減小,故D正確。6.將一面積為S=0.04m2,匝數(shù)n=100的線圈放在勻強(qiáng)磁場中，已知磁場方向垂直于線圈平面,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t變化的規(guī)律如圖所示,線圈總電阻為2Ω,則 （)A.在0～2s內(nèi)與2～4s內(nèi)線圈內(nèi)的電流方向相反B。在0~4s內(nèi)線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢為0.008VC.第2s末,線圈的感應(yīng)電動勢為零D。在0～4s內(nèi)線圈內(nèi)的感應(yīng)電流為0.4A【解析】選D。在0～2s內(nèi)與2～4s內(nèi)磁場方向相反，磁通量變化情況相反,根據(jù)楞次定律可知,在這兩段時間內(nèi)線圈內(nèi)感應(yīng)電流方向相同，A錯誤。由題圖知:｜QUOTE|=QUOTET/s=0。2T/s在0～4s內(nèi)線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢為E=nQUOTE=n｜QUOTE｜S=100×0.2×0。04V=0.8V,故B錯誤。在0～4s內(nèi)，磁通量變化率恒定，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢不變，始終為E=0.8V,C錯誤。在0～4s內(nèi)線圈內(nèi)的感應(yīng)電流I=QUOTE=QUOTEA=0.4A,D正確。故選D.7。如圖所示，半徑為L的半圓弧軌道PQS固定,電阻忽略不計，O為圓心。OM是可繞O轉(zhuǎn)動的金屬桿,M端位于PQS上，OM與軌道接觸良好,OM金屬桿的電阻值是OP金屬桿電阻值的一半.空間存在如圖所示的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B;現(xiàn)使OM從OS位置以恒定的角速度ω順時針轉(zhuǎn)到OQ位置，則該過程中 （）A。M、O兩點(diǎn)的電壓UMO=QUOTEBL2ωB。M、O兩點(diǎn)的電壓UMO=QUOTEBL2ωC.回路中電流方向沿M→O→P→QD.回路中電流方向沿M→Q→P→O【解析】選D。金屬桿MO轉(zhuǎn)動切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，用右手定則可判斷出M比O的電勢高,由題意可知E=BLQUOTE=BLQUOTE=QUOTEBL2ω,MO相當(dāng)于電源,M、O兩點(diǎn)的電壓是外電壓,等于OP桿兩端的電壓，由于OM金屬桿的電阻值是OP金屬桿電阻值的一半，則M、O兩點(diǎn)的電壓為UMO=QUOTEE=QUOTE，故A、B錯誤；由右手定則可知，M比O電勢高,即電流流向是順時針，即M→Q→P→O,故D正確,C錯誤。故選D。8。如圖所示，a、b、c三個金屬線圈放置在絕緣水平面上，b、c兩線圈用金屬導(dǎo)線相連,給c線圈中加垂直于線圈平面向里的變化磁場,能使a線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的是 ()【解析】選D。A圖中所加磁場恒定不變,故穿過c線圈的磁通量不變，c線圈不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,即b線圈也沒有感應(yīng)電流,這樣a線圈也不會有感應(yīng)電流,故A錯誤；B、C圖中所加磁場均勻增加或均勻減小，c線圈中磁通量均勻變化，產(chǎn)生恒定電流,流過b線圈的電流也是恒定電流,這個電流在a線圈產(chǎn)生的磁場恒定不變,a線圈中磁通量不變，故a線圈不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,故B、C錯誤;D圖中所加磁場不隨時間均勻變化,c線圈中的磁通量不是均勻變化的,產(chǎn)生變化的電流，流過b線圈的也是變化的電流，這個電流在a線圈中產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化,a線圈中的磁通量發(fā)生變化,故a線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，故D正確。故選D。9。如圖所示是圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖,銅盤安裝在水平的銅軸上，它的盤面恰好與勻強(qiáng)磁場垂直,兩塊銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動軸和銅盤的邊緣接觸。若銅盤半徑為L，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,回路的總電阻為R,從左往右看,銅盤以角速度ω沿順時針方向勻速轉(zhuǎn)動。則 （）A。由于穿過銅盤的磁通量不變,故回路中無感應(yīng)電流B.回路中感應(yīng)電流大小不變，為QUOTEC?；芈分懈袘?yīng)電流方向不變，為C→D→R→CD?；芈分杏兄芷谛宰兓母袘?yīng)電流【解析】選B、C.把銅盤視為閉合回路的一部分，在銅盤以角速度ω沿順時針方向勻速轉(zhuǎn)動時,銅盤切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，回路中有感應(yīng)電流，選項A錯誤;銅盤切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=QUOTEBL2ω根據(jù)閉合電路歐姆定律，回路中感應(yīng)電流為I=QUOTE=QUOTE，選項B正確，D錯誤;右手定則可判斷出感應(yīng)電流方向為C→D→R→C,選項C正確.10.用一段橫截面半徑為r、電阻率為ρ、密度為d的均勻?qū)w材料做成一個半徑為R（r?R）的圓環(huán)。圓環(huán)豎直向下落入如圖所示的徑向磁場中,圓環(huán)的圓心始終在N極的軸線上，圓環(huán)所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。圓環(huán)在加速下落過程中某一時刻的速度為v,忽略電感的影響,則 ()A。此時在圓環(huán)中產(chǎn)生了(俯視）順時針的感應(yīng)電流B.此時圓環(huán)受到豎直向下的安培力作用C。此時圓環(huán)的加速度a=QUOTED。如果徑向磁場足夠深,則圓環(huán)的最大速度vm=QUOTE【解析】選A、D。由題意可知,根據(jù)右手定則,題圖中，圓環(huán)左端面電流方向垂直紙面向里,右端面電流方向垂直紙面向外，則有(俯視）順時針的感應(yīng)電流,故A項符合題意；根據(jù)楞次定律可知,圓環(huán)受到的安培力向上,阻礙圓環(huán)的運(yùn)動,故B項不符合題意；圓環(huán)落入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的徑向磁場中，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=Blv=B·2πRv圓環(huán)的電阻R0=ρQUOTE電流I=QUOTE圓環(huán)所受的安培力大小F=BI·2πR=BQUOTE·2πR由牛頓第二定律得mg—F=ma其中質(zhì)量m=dV=d·2πR·πr2聯(lián)立解得a=g-QUOTE故C項不符合題意;當(dāng)圓環(huán)做勻速運(yùn)動時,安培力與重力相等，速度最大,即有mg=F可得d·2πR·πr2g=BQUOTE·2πR解得vm=QUOTE,故D項符合題意。11。如圖所示，一粗糙的平行金屬軌道平面與水平面成θ角，兩軌道上端用一電阻R相連，該裝置處于勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于軌道平面向上.質(zhì)量為m的金屬桿ab以初速度v0從軌道底端向上滑行，滑行到某高度h后又返回到底端。若運(yùn)動過程中金屬桿始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,軌道與金屬桿的電阻均忽略不計。則下列說法正確的是 (）A。金屬桿ab上滑過程與下滑過程通過電阻R的電量一樣多B。金屬桿ab上滑過程中克服重力、安培力與摩擦力所做功之和大于QUOTEmQUOTEC.金屬桿ab上滑過程與下滑過程因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能一定相等D.金屬桿ab在整個過程中損失的機(jī)械能等于裝置產(chǎn)生的焦耳熱【解析】選A、C。根據(jù)感應(yīng)電量經(jīng)驗公式q=QUOTE知，上滑過程和下滑過程磁通量的變化量相等,則通過電阻R的電量相等,故A正確;金屬桿ab上滑過程中重力、安培力、摩擦力都做負(fù)功,根據(jù)動能定理得知:金屬桿ab克服重力、安培力與摩擦力所做功之和等于QUOTEmQUOTE,故B錯誤;金屬桿ab上滑過程與下滑過程中所受滑動摩擦力大小相等，通過的路程相等,所以克服摩擦力做功相等，故摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能一定相等,選項C正確；根據(jù)功能關(guān)系得知,金屬桿ab在整個過程中損失的機(jī)械能等于裝置產(chǎn)生的焦耳熱與摩擦力產(chǎn)生的熱量的和,故D錯誤。故選A、C。12。如圖所示,勻強(qiáng)磁場邊界水平,方向垂直紙面向里，兩固定豎直光滑金屬導(dǎo)軌電阻不計，完全相同的導(dǎo)體棒ab、cd水平置于磁場上方且相距一定的距離?，F(xiàn)同時由靜止釋放ab、cd棒,ab棒進(jìn)入磁場時恰好做勻速運(yùn)動，ab棒出磁場時，cd棒剛好進(jìn)入磁場，已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好.豎直導(dǎo)軌足夠長,則cd棒在穿越磁場過程中 （）A。d端電勢高于c端B.勻速穿過磁場C.運(yùn)動時間小于ab棒在磁場中的運(yùn)動時間D?？朔才嗔ψ龅墓Φ扔赼b棒穿越磁場過程中克服安培力做的功【解析】選A、C。cd棒在穿越磁場的過程中,根據(jù)右手定則知,d端的電勢高于c端，故A正確；ab棒進(jìn)入磁場時,做勻速運(yùn)動，可知安培力等于重力，即mg=QUOTE,因為cd棒進(jìn)入磁場的速度大于ab棒進(jìn)入磁場的速度，所以安培力大于重力,所以cd棒進(jìn)入磁場先做減速運(yùn)動,故B錯誤；因為cd棒進(jìn)入磁場先做減速運(yùn)動,若速度達(dá)到ab棒進(jìn)入磁場的速度會做勻速運(yùn)動。即cd棒進(jìn)入磁場可能先減速后勻速，或一直做減速運(yùn)動.不管做哪一種運(yùn)動,平均速度都大于ab棒進(jìn)入磁場的速度,則運(yùn)動的時間小于ab棒在磁場中運(yùn)動的時間，故C正確;因為cd棒在磁場中的速度不小于ab棒的速度，則安培力不小于ab棒所受的安培力,即cd棒克服安培力做的功大于ab棒穿越磁場中克服安培力所做的功,故D錯誤.故選A、C。13。一正三角形導(dǎo)線框ABC(高度為a）從如圖所示位置沿x軸正向勻速穿過兩勻強(qiáng)磁場區(qū)域。兩磁場區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,方向相反但均垂直于紙面，區(qū)域?qū)挾染鶠閍。下列反映感應(yīng)電流I與線框移動距離Δx的關(guān)系的圖像(以逆時針方向為電流的正方向）不正確的是 （）【解析】選A、B、D。線框從開始進(jìn)入到全部進(jìn)入第一個磁場時，磁通量向里增大，則由楞次定律可知，電流方向為逆時針，故B錯誤，符合題意;因切割的有效長度均勻增大，由E=BLv可知，電動勢也均勻增加；而在全部進(jìn)入第一部分磁場時，磁通量達(dá)到最大,該瞬間變化率為零，故電動勢也為零,故A錯誤，符合題意;當(dāng)線框開始進(jìn)入第二段磁場后,線框中磁通量向里減小，則可知電流為順時針，故D錯誤，符合題意;C正確,不符合題意。故選A、B、D。14.在光滑的絕緣水平面上方，有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,PQ為磁場邊界。一個半徑為a、質(zhì)量為m、電阻為R的金屬圓環(huán)垂直磁場方向放置于磁場中A處，現(xiàn)給金屬圓環(huán)一水平向右的初速度v。當(dāng)圓環(huán)運(yùn)動到直徑剛好與邊界線PQ重合時的速度為QUOTE,則下列說法正確的是 （）A。此時圓環(huán)中的電功率為QUOTEB。此時圓環(huán)的加速度為QUOTEC.此過程中通過圓環(huán)截面的電荷量為QUOTED.此過程回路中產(chǎn)生的電能為0。75mv2【解析】選B、C。當(dāng)圓環(huán)運(yùn)動到直徑剛好與邊界線PQ重合時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=B×2a×QUOTE=Bav,感應(yīng)電流I=QUOTE，圓環(huán)中的電功率P=I2R=QUOTE，選項A錯誤；金屬圓環(huán)受到的安培力F=2BIa=QUOTE，所以a=QUOTE=QUOTE，選項B正確;由q=It=QUOTE=QUOTE，可知選項C正確；由能量守恒得：產(chǎn)生的電能W電=QUOTEmv2-QUOTEm(QUOTE）2=QUOTEmv2,選項D錯誤。二、填空題（4分）15。“研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象"的實驗中，首先按圖甲接線,以查明電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向與電流方向之間的關(guān)系。當(dāng)閉合S時觀察到電流表指針向左偏,不通電時電流表指針停在正中央,然后按圖乙所示將電流表與線圈B連成一個閉合回路，將線圈A、電池、滑動變阻器和電鍵S串聯(lián)成另一個閉合電路。(1)S閉合后，將線圈A插入線圈B的過程中，電流表的指針將（選填“左偏"“右偏"或“不偏”)。

（2）線圈A放在線圈B中不動，將滑動變阻器的滑片P向左滑動時，電流表指針（選填“左偏"“右偏”或“不偏”）。

【解析】（1）線圈A中磁場方向向上,插入線圈B，故線圈B中磁通量變大,阻礙變大,故感應(yīng)電流的磁場方向向下，故電流從右向左流過電流表,電流表指針向右偏轉(zhuǎn)；（2)線圈A中磁場方向向上，滑片向左移動，電流變大，故線圈B中磁通量變大,阻礙變大，故感應(yīng)電流的磁場方向向下,故電流從右向左流過電流表，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)。答案：(1)右偏(2)右偏三、計算題（本題共3小題,共26分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位）16。(8分）如圖甲所示,水平面上的兩光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置，間距d=0.5m,電阻不計，左端通過導(dǎo)線與阻值R=2Ω的電阻連接,右端通過導(dǎo)線與阻值為RL=4Ω的小燈泡L連接。在CDFE矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強(qiáng)磁場,CE長l=2m,有一阻值r=2Ω的金屬棒PQ放置在靠近磁場邊界CD處.CDFE區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間變化的圖像如圖乙所示。在t=0至t=4s內(nèi),金屬棒PQ保持靜止，在t=4s時使金屬棒PQ以某一速度進(jìn)入磁場區(qū)域并保持勻速運(yùn)動.已知從t=0開始到金屬棒運(yùn)動到磁場邊界EF處的整個過程中,小燈泡的亮度沒有發(fā)生變化，求:(1)通過小燈泡的電流。（2)金屬棒PQ在磁場區(qū)域中運(yùn)動的速度大小?！窘馕觥浚?）在t=0至t=4s內(nèi)，金屬棒PQ保持靜止，磁場變化導(dǎo)致電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.電路為r與R并聯(lián),再與RL串聯(lián)，電路的總電阻R總=RL+QUOTE=5Ω①（1分)此時感應(yīng)電動勢E=QUOTE=dlQUOTE=0。5×2×0.5V=0.5V②（1分)通過小燈泡的電流為：IL=QUOTE=0.1A③(1分)（2)當(dāng)金屬棒PQ在磁場區(qū)域中運(yùn)動時,金屬棒切割磁感線產(chǎn)生電動勢,電路為R與RL并聯(lián)，再與r串聯(lián),此時電路的總電阻R總′=r+QUOTE=(2+QUOTE）Ω=QUOTEΩ④(1分）由于燈泡中電流不變,所以燈泡的電流IL=0.1A,則流過金屬棒PQ的電流為I′=IL+IR=IL+QUOTE=0。3A⑤（1分)電動勢E′=I′R總′=Bdv ⑥（1分）解得金屬棒PQ在磁場區(qū)域中運(yùn)動的速度大小v=1m/s⑦(2分）答案：（1）0。1A（2)1m/s17.(8分）磁懸浮鐵路是一種新型的交通運(yùn)輸系統(tǒng),它是利用電磁系統(tǒng)產(chǎn)生的吸引力或排斥力將車輛托起。使整個列車懸浮在鐵軌上,利用電磁力進(jìn)行導(dǎo)向,利用直流電機(jī)將電能直接轉(zhuǎn)換成動能推動列車前進(jìn)。它清除了輪軌之間的接觸,無摩擦阻力，線路垂直負(fù)荷小、時速高、無污染、安全、可靠、舒適。其應(yīng)用仍具有廣泛前景。采用直流電機(jī)模式獲得驅(qū)動力的列車可簡化為如下情境：固定在列車下端的矩形金屬框隨車平移;軌道區(qū)域內(nèi)存在垂直于金屬框平面的磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度沿Ox方向按正弦規(guī)律分布,最大值為B0，其空間變化周期為2d，整個磁場以速度v1沿Ox方向向前高速勻速平移,列車以速度v2沿Ox方向勻速行駛，且v1>v2,從而產(chǎn)生感應(yīng)電流,受到的安培力即為列車向前行駛的驅(qū)動力。設(shè)金屬框電阻為R,長PQ=L，寬NP=d，求:（1)如圖為列車勻速行駛時的某一時刻,設(shè)為t=0時刻,MN、PQ均處于磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值處，此時金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的大小和方向;（2)從t=0時刻起,列車勻速行駛s距離的過程中，矩形金屬框產(chǎn)生的焦耳熱?！窘馕觥浚?)磁場沿x軸方向運(yùn)動,v1>v2，金屬框相對于磁場向x軸負(fù)方向運(yùn)動,MN、PQ所在處磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反，金屬框中產(chǎn)生的總電動勢為E=2B0L（v1-v2) (1分)感應(yīng)電流為I=QUOTE=QUOTE (1分)根據(jù)右手定則,感應(yīng)電流方向為N→M→Q→P→N(2)由題意，金屬框t=0時刻所在處磁感應(yīng)強(qiáng)度最大。則設(shè)經(jīng)過時間為t，金屬框MN、PQ所在處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，則有B=B0cosωt,ω=QUOTE (1分）又T=QUOTE (1分）得ω=QUOTE (1分）電流的瞬時值為i=QUOTEcosQUOTEt （1分)可知，該電流為正弦式交變電流，其有效值為I=QUOTE,Im=QUOTE (1分）列車勻速行駛s距離經(jīng)歷時間為t=QUOTE,故矩形金屬框產(chǎn)生的焦耳熱為Q=I2Rt,聯(lián)立解得Q=QUOTE （1分）答案:（1）QUOTE，感應(yīng)電流方向為N→M→Q→P→N(2)QUOTE18。(10分）導(dǎo)體切割磁感線的運(yùn)動可以從宏觀和微觀兩個角度來認(rèn)識。如圖甲所示,固定于水平面的U形導(dǎo)線框處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,金屬棒MN在與其垂直的水平恒力F作用下，在導(dǎo)線框上以速度v做勻速運(yùn)動,速度v與恒力F方向相同；金屬棒MN始終與導(dǎo)線框形成閉合電路。已知金屬棒MN的電阻為零,兩平行軌道間距離為L，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.忽略摩擦阻力，接入導(dǎo)線框的電阻與MN平行部分的電阻為R,其余部分電阻不計。(不考慮自由電荷的熱運(yùn)動)(1）求金屬棒MN兩端的電勢差,說明M、N哪一點(diǎn)電勢高;(2)通過公式推導(dǎo)驗證：在Δt時間內(nèi),F對金屬棒MN所做的功WF等于電路獲得的電能W電。（3）某同學(xué)對此安培力的作用進(jìn)行了分析，他認(rèn)為:安培力的實質(zhì)是形成電流的定向移動的電荷所受洛倫茲力的合力，而洛倫茲力是不做功的,因此安培力也不做功。你認(rèn)為他的觀點(diǎn)是否正確,請在圖乙中畫出電子受到的洛倫茲力并說明理由?！窘馕觥?1)根據(jù)右手定則可知金屬棒內(nèi)部電流方向為N→M，M為電源正極,N為電源負(fù)極,故M為高電勢,N為低電勢根據(jù)安培力公式F=BIL可得I=QUOTE (1分)金屬棒MN兩端的電勢差UMN=IR=QUOTE （1分）(2）金屬棒勻速運(yùn)動可得F=F安=BIL外力做功WF=FvΔt=BILvΔt (1分)E=BLv回路獲得的電能W電=EIΔt=BLvIΔt (1分)所以WF=W電(3)該同學(xué)的觀點(diǎn)是錯誤的。因為在該過程中，安培力的方向與金屬棒的運(yùn)動方向相反,所以安培力做負(fù)功。自由電子除了要沿金屬棒定