專題二-法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用(分層作業(yè))(原卷版)(人教版2019選擇性必修第二冊(cè))

專題二法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用一、電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題1．[多選]如圖所示，矩形金屬框架三個(gè)豎直邊ab、cd、ef的長(zhǎng)都是l，電阻都是R，其余電阻不計(jì)?？蚣芤运俣葀勻速平動(dòng)地穿過(guò)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，設(shè)ab、cd、ef三條邊先后進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，ab邊兩端電壓分別為U1、U2、U3，則下列判斷結(jié)果正確的是()A．U1＝eq\f(1,3)Blv B．U2＝2U1C．U3＝0 D．U1＝U2＝U32.如圖所示，用相同的均勻?qū)Ь€制成的兩個(gè)圓環(huán)a和b，已知b的半徑是a的兩倍。若在a內(nèi)存在隨時(shí)間均勻變化的磁場(chǎng)，b在磁場(chǎng)外，M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為U；若該磁場(chǎng)存在于b內(nèi)，a在磁場(chǎng)外，M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為多大？(M、N在連接兩環(huán)的導(dǎo)線的中點(diǎn)，該連接導(dǎo)線的長(zhǎng)度不計(jì))二、電磁感應(yīng)中的電荷量問(wèn)題3．一個(gè)阻值為R、匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1、電容為C的電容器連接成如圖(a)所示的回路。金屬線圈的半徑為r1，在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖像如圖(b)所示。圖像與橫、縱軸的截距分別為t0和B0。導(dǎo)線的電阻不計(jì)。求：(1)通過(guò)電阻R1的電流大小和方向；(2)0～t1時(shí)間內(nèi)通過(guò)電阻R1的電荷量q；(3)t1時(shí)刻電容器所帶電荷量Q。電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題4．如圖所示，在空間中存在兩個(gè)相鄰的、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其寬度均為L(zhǎng)。現(xiàn)將寬度也為L(zhǎng)的矩形閉合線圈，從圖中所示位置垂直于磁場(chǎng)方向勻速拉過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域，則在該過(guò)程中，下列選項(xiàng)中能正確反映線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流或其所受的安培力隨時(shí)間變化的圖像是()5．如圖甲所示，在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，水平放置一個(gè)不變形的單匝金屬圓線圈，規(guī)定線圈中感應(yīng)電流的正方向如圖甲所示。當(dāng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t做如圖乙所示的變化時(shí)，選項(xiàng)圖中能正確表示線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E變化的是()5．[多選]在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，水平放置一個(gè)不變形的單匝金屬圓線圈，線圈所圍的面積為0.1m2，線圈電阻為1Ω。規(guī)定線圈中感應(yīng)電流I的正方向從上往下看是順時(shí)針?lè)较?，如圖甲所示。磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示。以下說(shuō)法正確的是()A．在0～2s時(shí)間內(nèi)，I的最大值為0.01AB．在3～5s時(shí)間內(nèi)，I的大小越來(lái)越小C．前2s內(nèi)，通過(guò)線圈某截面的總電荷量為0.01CD．第3s內(nèi)，線圈的發(fā)熱功率最大電磁感應(yīng)中的綜合應(yīng)用6.如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的光滑直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行固定在傾角θ＝37°的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距l(xiāng)＝1m，導(dǎo)軌的電阻可忽略。M、P兩點(diǎn)間接有電阻R。一根質(zhì)量m＝1kg、電阻r＝0.2Ω的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直斜面向下。自圖示位置起，桿ab受到大小為F＝0.5v＋2(式中v為桿ab運(yùn)動(dòng)的速度，所有物理量均采用國(guó)際單位制)、方向平行導(dǎo)軌沿斜面向下的拉力作用，由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，測(cè)得通過(guò)電阻R的電流隨時(shí)間均勻增大。g取10m/s2，sin37°＝0.6。(1)試判斷金屬桿ab在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做何種運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)寫出推理過(guò)程；(2)求電阻R的阻值；(3)求金屬桿ab自靜止開(kāi)始下滑通過(guò)位移x＝1m所需的時(shí)間t。7.如圖所示，MN、PQ兩條平行的光滑金屬軌道與水平面成θ角固定，軌道間距為d?？臻g存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于軌道平面向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。P、M間所接電阻阻值為R。質(zhì)量為m的金屬桿ab水平放置在軌道上，其有效電阻為r?，F(xiàn)從靜止釋放ab，當(dāng)它沿軌道下滑距離x時(shí)，達(dá)到最大速度。若軌道足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)，重力加速度為g。求：(1)金屬桿ab運(yùn)動(dòng)的最大速度；(2)金屬桿ab運(yùn)動(dòng)的加速度為eq\f(1,2)gsinθ時(shí)，電阻R上的電功率；(3)金屬桿ab從靜止到具有最大速度的過(guò)程中，克服安培力所做的功。8．[多選]如圖所示，M、N為同一水平面內(nèi)的兩條平行長(zhǎng)直導(dǎo)軌，左端串接電阻R，金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置，桿和導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，且桿與導(dǎo)軌間無(wú)摩擦，整個(gè)裝置處于豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中?，F(xiàn)對(duì)金屬桿ab施加一個(gè)與桿垂直的水平方向的恒力F，使桿從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，桿的速度大小為v，R上消耗的總能量為E，則下列關(guān)于v、E隨時(shí)間變化的圖像可能正確的是()9．如圖所示，A是一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)線框，每邊導(dǎo)線電阻為r?，F(xiàn)維持線框以恒定速度v沿x軸運(yùn)動(dòng)，并穿過(guò)如圖所示虛線區(qū)域內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。以順時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较?，Ubc＝φb－φc，線框在圖示位置的時(shí)刻作為時(shí)間的零點(diǎn)，則b、c兩點(diǎn)間的電勢(shì)差隨時(shí)間變化的圖線應(yīng)為()10.如圖所示，MN和PQ是電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌，其間距為l，導(dǎo)軌彎曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑連接。金屬導(dǎo)軌右端接一個(gè)阻值為R的定值電阻。平直部分導(dǎo)軌左邊區(qū)域有寬度為d、方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。質(zhì)量為m、接入電路的電阻也為R的金屬棒從高度為h處由靜止釋放，到達(dá)磁場(chǎng)右邊界處恰好停止。已知金屬棒與平直部分導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，金屬棒與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，重力加速度為g。金屬棒穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中()A．流過(guò)金屬棒的最大電流為eq\f(Bd\r(2gh),2R)B．通過(guò)金屬棒的電荷量為eq\f(Bdl,R)C．克服安培力所做的功為mghD．金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱為eq\f(1,2)mg(h－μd)(2021年1月新高考8省聯(lián)考·江蘇卷)如圖所示，光滑的平行長(zhǎng)導(dǎo)軌水平放置，質(zhì)量相等的導(dǎo)體棒L1和L2靜止在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。已知L1的電阻大于L2，兩棒間的距離為d，不計(jì)導(dǎo)軌電阻，忽略電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。將開(kāi)關(guān)S從1撥到2，兩棒運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，則()A．S撥到2的瞬間，L1中的電流大于L2B．S撥到2的瞬間，L1的加速度大于L2C．運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定后，電容器C的電荷量為0D．運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定后，兩棒之間的距離大于d12．(多選)如圖所示，虛線框內(nèi)為某種電磁緩沖車的結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)，其主要部件為緩沖滑塊K和質(zhì)量為m的緩沖車廂。在緩沖車的底板上，沿車的軸線固定著兩個(gè)光滑水平絕緣導(dǎo)軌PQ、MN。緩沖車的底部安裝有電磁鐵(圖中未畫出)，能產(chǎn)生垂直于導(dǎo)軌平面的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。導(dǎo)軌內(nèi)的緩沖滑塊K由高強(qiáng)度絕緣材料制成，滑塊K上繞有閉合矩形線圈abcd，線圈的總電阻為R，匝數(shù)為n，ab邊長(zhǎng)為L(zhǎng)。假設(shè)緩沖車以速度v0與障礙物C碰撞后，滑塊K立即停下，而緩沖車廂繼續(xù)向前移動(dòng)距離L后速度減小為0。已知緩沖車廂與障礙物和線圈的ab邊均沒(méi)有接觸，不計(jì)一切摩擦阻力。在這個(gè)緩沖過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A．線圈中的感應(yīng)電流沿逆時(shí)針?lè)较?俯視)，最大感應(yīng)電流為eq\f(BLv0,R)B．線圈對(duì)電磁鐵的作用力使緩沖車廂減速，從而實(shí)現(xiàn)緩沖C．此過(guò)程中，線圈abcd產(chǎn)生的焦耳熱為Q＝eq\f(1,2)mv02D．此過(guò)程中，通過(guò)線圈中導(dǎo)線橫截面的電荷量為q＝eq\f(BL2,R)13.如圖所示，足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置，且都傾斜著與水平面成夾角θ。在導(dǎo)軌的最上端M、P之間接有電阻R，不計(jì)其他電阻。導(dǎo)體棒ab從導(dǎo)軌的最底端沖上導(dǎo)軌，當(dāng)沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，ab上升的最大高度為H；若存在垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，ab上升的最大高度為h。在兩次運(yùn)動(dòng)過(guò)程中ab都與導(dǎo)軌保持垂直，且初速度都相等。關(guān)于上述情景，下列說(shuō)法正確的是()A．兩次上升的最大高度相比較為H<hB．有磁場(chǎng)時(shí)ab所受合力做的功等于無(wú)磁場(chǎng)時(shí)合力做的功C．有磁場(chǎng)時(shí)，電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為eq\f(1,2)mv02D．有磁場(chǎng)時(shí)，ab上升過(guò)程的最小加速度大于gsinθ14.(2021·宜賓高二檢測(cè))如圖所示，電動(dòng)機(jī)牽引一根原來(lái)靜止的、長(zhǎng)l＝1m、質(zhì)量m＝0.1kg、電阻R＝1Ω的導(dǎo)體棒MN向上運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒靠在處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T、豎直放置的框架上，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與框架所在的平面垂直。當(dāng)導(dǎo)體棒上升高度h＝3.8m時(shí)獲得穩(wěn)定速度，導(dǎo)體棒產(chǎn)生的熱量為2J。電動(dòng)機(jī)牽引導(dǎo)體棒時(shí)，電壓表、電流表的讀數(shù)分別為7V、1A并保持不變。電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻r＝1Ω，不計(jì)框架電阻及一切摩擦，取g＝10m/s2。求：(1)棒獲得的穩(wěn)定速度的大小v0；(2)棒從靜止至達(dá)到穩(wěn)定速度所需要的時(shí)間t。15．(2021年1月新高考8省聯(lián)考·福建卷)如圖所示，光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為l，與水平面夾角為θ，兩導(dǎo)軌底端接有阻值為R的電阻。該裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向上。質(zhì)量為m的金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放置，在恒力作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑，上升高度為h。恒力大小為F、方向沿導(dǎo)軌平面且與金屬棒ab垂直。金屬棒ab與導(dǎo)軌始終接觸良好，不計(jì)ab和導(dǎo)軌的電阻及空氣阻力。重力加速度為g，求此上升過(guò)程：(1)金屬棒運(yùn)動(dòng)速度大??；(2)安培力對(duì)金屬棒所做的功。16．如圖所示，光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為l，與水平面夾角為θ，兩導(dǎo)軌上端用阻值為R的電阻相連，該裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面。質(zhì)量為m的金屬桿ab以沿導(dǎo)軌平面向上的初速度v0從導(dǎo)軌底端開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，然后又返回到出發(fā)位置。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，ab與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，不計(jì)ab和導(dǎo)軌的電阻及空氣阻力。(1)求ab開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度a；(2)分析并說(shuō)明ab在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度、加速度的變化情況。17.(2019?全國(guó)Ⅱ卷?T8)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(chǎng)。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(chǎng)開(kāi)始計(jì)時(shí)，到MN離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)域?yàn)橹梗鬟^(guò)PQ的電流隨時(shí)間變化的圖像可能正確的是A.B.C.D.18.(2019?全國(guó)Ⅲ卷?T6)如圖，方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有兩根位于同一水平面內(nèi)的足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌，兩相同的光滑導(dǎo)體棒ab、cd靜止在導(dǎo)軌上。t=0時(shí)，棒ab以初速度v0向右滑動(dòng)。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直并接觸良好，兩者速度分別用v1、v2表示，回路中的電流用I表示。下列圖像中可能正確的是A. B. C. D.19.(2018·全國(guó)II卷·T5)如圖，在同一平面內(nèi)有兩根平行長(zhǎng)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間存在依次相鄰的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，區(qū)域?qū)挾染鶠閘，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向交替向上向下。一邊長(zhǎng)為的正方形金屬線框在導(dǎo)軌上向左勻速運(yùn)動(dòng)，線框中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的正確圖線可能是A.B.C.D.20.(2018·全國(guó)III卷·T7)(多選)如圖A.，在同一平面內(nèi)固定有一長(zhǎng)直導(dǎo)線PQ和一導(dǎo)線框R，R在PQ的右側(cè)。導(dǎo)線PQ中通有正弦交流電流i，i的變化如圖B.所示，規(guī)定從Q到P為電流的正方向。導(dǎo)線框R中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)A.在t=TB.在t=TC.在t=TD.在t=T時(shí)最大，且沿順時(shí)針?lè)较?1.（2022·全國(guó)甲卷·T16）三個(gè)用同樣的細(xì)導(dǎo)線做成的剛性閉合線框，正方形線框的邊長(zhǎng)與圓線框的直徑相等，圓線框的半徑與正六邊形線框的邊長(zhǎng)相等，如圖所示。把它們放入磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間線性變化的同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框所在平面均與磁場(chǎng)方向垂直，正方形、圓形和正六邊形線框中感應(yīng)電流的大小分別為和。則（）A. B. C. D.22.（2020·全國(guó)Ⅲ卷·T24）如圖，一邊長(zhǎng)為l0的正方形金屬框abcd固定在水平面內(nèi)，空間存在方向垂直于水平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一長(zhǎng)度大于的均勻?qū)w棒以速率v自左向右在金屬框上勻速滑過(guò)，滑動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)體棒始終與ac垂直且中點(diǎn)位于ac上，導(dǎo)體棒與金屬框接觸良好。已知導(dǎo)體棒單位長(zhǎng)度的電阻為r，金屬框電阻可忽略。將導(dǎo)體棒與a點(diǎn)之間的距離記為x，求導(dǎo)體棒所受安培力的大小隨x（）變化的關(guān)系式。23.（2022·全國(guó)乙卷·T24）如圖，一不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩的上端固定，下端系在邊長(zhǎng)為的正方形金屬框的一個(gè)頂點(diǎn)上。金屬框的一條對(duì)角線水平，其下方有方向垂直于金屬框所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。已知構(gòu)成金屬框的導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的阻值為；在到時(shí)間內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間t的變化關(guān)系為。求:（1）時(shí)金屬框所受安培力的大??；（2）在到時(shí)間內(nèi)金屬框產(chǎn)生的焦耳熱。24.（2021·全國(guó)乙卷·T25）如圖，一傾角為的光滑固定斜面的頂端放有質(zhì)量的U型導(dǎo)體框，導(dǎo)體框的電阻忽略不計(jì)；一電