2019-2020学年高中物理 课时分层作业4 电磁感应现象的两类情况（含解析）新人教版选修3-2

课时分层作业(四)(时间：40分钟分值：100分)基础达标练一、选择题(本题共6小题，每小题6分)1(多选)下列说法中正确的是()A动生电动势是洛伦兹力对导体中自由电荷的作用而引起的B因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功，所以动生电动势不是由洛伦兹力而产生的C动生电动势的方向可以由右手定则来判定D导体棒切割磁感线产生感应电流，受到的安培力一定与受到的外力大小相等、方向相反AC洛伦兹力对导体中自由电荷的作用效果是产生动生电动势的本质，A正确；在导体中自由电荷受洛伦兹力的合力与合速度方向垂直，总功为零，B错误；动生电动势的方向可由右手定则判定，C正确；只有在导体棒做匀速切割磁感线运动时，除安培力以外的力的合力与安培力大小相等、方向相反，做变速运动时不成立，D错误，故选A、C.2如图所示，在匀强磁场中，放置两根光滑平行导轨MN和PQ，其电阻不计，ab、cd两根导体棒，其电阻RabRcd，当ab棒在外力F1作用下向左匀速滑动时，cd棒在外力F2作用下保持静止，F1和F2的方向都与导轨平行，那么，F1和F2大小相比、ab和cd两端的电势差相比，正确的是()AF1F2，UcdUabBF1F2，UabUcdCF1F2，UabUcd DF1F2，UabUcdB因ab和cd的磁场力都是FBIl，又因为ab棒在外力F1作用下向左匀速滑动时，cd在外力F2作用下保持静止，故F1F2，又由MN、PQ电阻不计，所以a、c两点等势，b、d两点等势，因而UabUcd，故B正确3一直升机停在南半球的地磁极上空，该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为B，直升机螺旋桨叶片的长度为l，螺旋桨转动的频率为f，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为b，如图所示如果忽略a到转轴中心线的距离，用E表示每个叶片中的感应电动势，则()AEfl2B，且a点电势低于b点电势BE2fl2B，且a点电势低于b点电势CEfl2B，且a点电势高于b点电势DE2fl2B，且a点电势高于b点电势A直升机螺旋桨的叶片围绕着轴转动，产生的感应电动势为EBlvBlvbBl(l)B(2f)l2fl2B，设想ab是闭合电路的一部分导体，由右手定则知感应电流方向为ab，所以b点电势比a点电势高选项A正确4(多选)一个面积S4102 m2、匝数n100匝的线圈，放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示，则下列判断正确的是()A在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化率等于0.08 Wb/sB在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零C在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势等于8 VD在第3 s末线圈中的感应电动势等于零AC由Bt图象可知，在开始的2 s内， Wb/s0.08 Wb/s，选项A正确，B错误；在开始的2 s内，En1000.08 V8 V，故选项C正确；第3 s末磁感应强度的变化率不为零，则感应电动势也不为零，故选项D错误5水平放置的金属框架cdef处于如图所示的匀强磁场中，金属棒ab处于粗糙的框架上且与框架接触良好，从某时刻开始，磁感应强度均匀增大，金属棒ab始终保持静止，则()Aab中电流增大，ab棒所受摩擦力也增大Bab中电流不变，ab棒所受摩擦力也不变Cab中电流不变，ab棒所受摩擦力增大Dab中电流增大，ab棒所受摩擦力不变C磁感应强度均匀增大时，磁通量的变化率恒定，故回路中的感应电动势和感应电流都是恒定的；又棒ab所受的摩擦力等于安培力，即FfF安BIL，故当B增加时，摩擦力增大，选项C正确6英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场如图所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场B，环上套一带电荷量为q的小球，已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是()A0B.r2qkC2r2qk Dr2qkD根据法拉第电磁感应定律，可知均匀变化的磁场产生的感应电动势为ESr2k，相当于整个圆环上的电压，则小球运动一周过程中，感生电场对小球的作用力做的功为WUqr2kq，故D项正确二、非选择题(14分)7如图所示，在水平平行放置的两根光滑长直导轨MN与PQ上，放着一根直导线ab，ab与导轨垂直，它在导轨间的长度L20 cm，这部分的电阻r0.02 .导轨处于方向竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度B0.20 T，电阻R0.08 ，其他电阻不计，ab的质量为0.02 kg.(1)断开开关S，ab在水平恒力F0.01 N的作用下，由静止沿导轨滑动，经过多长时间速度才能达到10 m/s?(2)上述过程中感应电动势随时间变化的表达式是怎样的？(3)当ab的速度达到10 m/s时，闭合开关S，为了保持ab仍能以10 m/s的速度匀速运动，水平拉力应变为多少？解析(1)由牛顿第二定律Fma，得a m/s20.5 m/s2，t s20 s.(2)感应电动势EBLvBLat0.02t，感应电动势与时间成正比(3)导线ab保持以10 m/s的速度运动，受到的安培力F安BIL0.16 N安培力与拉力F是一对平衡力，故F拉0.16 N.答案(1)20 s(2)E0.02t(3)0.16 N能力提升练一、选择题(本题共6小题，每小题6分)1(多选)如图所示，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于圆环直径的带正电的小球，以速率v0沿逆时针方向匀速转动(俯视)，若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场若运动过程中小球带电荷量不变，那么()A小球对玻璃圆环的压力一定不断增大B小球所受的磁场力一定不断增大C小球先沿逆时针方向减速运动，过一段时间后沿顺时针方向加速运动D磁场力对小球一直不做功CD当磁场增强时，会产生顺时针方向的涡旋电场，电场力先对小球做负功使其速度减为零，后对小球做正功使其沿顺时针做加速运动，故C正确；磁场力始终与小球运动方向垂直，因此始终对小球不做功，故D正确；小球在水平面内沿半径方向受两个力作用：环的挤压力FN和磁场的洛伦兹力F，这两个力的合力充当小球做圆周运动的向心力，其中FqvB，磁场在增强，小球速度先减小后增大，所以洛伦兹力不一定总在增大，故B错误；向心力F向m，其大小随速度先减小后增大，因此挤压力FN不是始终增大，故A错误2如图所示，空间有一个方向水平的有界磁场区域，一个矩形线框，自磁场上方某一高度下落，然后进入磁场，进入磁场时，导线框平面与磁场方向垂直，则在进入时导线框不可能()A变加速下落B变减速下落C匀速下落 D匀加速下落D导线框刚进入磁场时做什么运动，取决于所受安培力与重力的大小关系若F安mg，则减速；若F安mg，则匀速由于F安随速度发生变化，线框所受合力是变化的，即线框不可能做匀变速运动，应选D.3(多选)如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场有理想界面，用力将矩形线圈从磁场中匀速拉出在其他条件不变的情况下()A速度越大时，拉力做功越多B线圈边长L1越大时，拉力做功越多C线圈边长L2越大时，拉力做功越多D线圈电阻越大时，拉力做功越多ABCF匀速拉出线圈过程所做的功为WFL2，又FF安IBL1，I，所以W，可知A、B、C正确，D错误4(多选)如图所示，一个由金属导轨组成的回路，竖直放在宽广的匀强磁场中，磁场垂直于该回路所在平面，方向如图所示，其中导线AC可以自由地紧贴竖直的光滑导轨滑动，导轨足够长，回路总电阻为R且保持不变当AC由静止释放后()AAC的加速度将达到一个与R成反比的极限值BAC的速度将达到一个与R成正比的极限值C回路中的电流将达到一个与R成反比的极限值D回路中的电功率将达到一个与R成正比的极限值BD当AC受到的安培力与重力平衡时达稳定状态，加速度为零，选项A错误；Blmg，所以vR，最后的功率Pmgv，选项B、D正确；BIlmg，则电流不变，选项C错误5如图所示，用铝板制成U形框，将一质量为m的带电小球用绝缘细线悬挂在此框的上方，让整体在垂直于纸面沿水平方向的匀强磁场中向左以速度v匀速运动，悬线拉力为FT.则()A悬线竖直，FTmgB悬线竖直，FTmgCv选择合适的大小，可使FT0D因条件不足，FT与mg的大小关系无法确定A设上、下两板之间距离为d，当框架向左切割磁感线时，由右手定则可知下板电势比上板高，由动生电动势公式可知UBdv，故在两板间产生从下向上的电场，EBv，若小球带正电，则受到向下的洛伦兹力qvB，向上的电场力qEqvB，故绳的拉力FTmg，同理，若小球带负电，也可得到同样的结论6如图所示，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与磁场边缘重合；磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里，磁感应强度大小为B0.使该线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度匀速转动半周，在线框中产生了感应电流现使线框保持图中所示位置，磁感应强度大小随时间线性变化，为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的变化率的大小应为()A.B.C.D.C设半圆弧的半径为L，导线框的电阻为R，当线框以角速度匀速转动时产生的感应电动势E1B0L2.当线框不动而磁感应强度随时间变化时，E2L2，由得B0L2L2，即，故C正确二、非选择题(14分)7如图所示，PN与QM两平行金属导轨相距L1 m，电阻不计，两端分别接有电阻R1和R2，且R16 ，ab导体的电阻为2 ，在导轨上可无摩擦地滑动，垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1 T现ab以恒定速度v3 m/s 匀速向右移动，这时ab杆上消耗的电功率与R1、R2消耗的电功率之和相等，求：(1)R2的阻值为多少？(2)R1与R2消耗的电功率分别为多少？(3)拉ab杆的水平向右的外力F为多大？解析(1)内外功率相等，则内外电阻相等，有Rab解得R23 .(2)EBLv113 V3 V总电流I A0.75 A路端电压UIR外0.752 V1.5 VP1 W0.375 WP2 W0.75 W.(3)FF安BIL10.751 N0.75 N.答案(1)3 (2)0.375 W0.75 W(3)0.75 N- 6 -