高中物理 第1章 电磁感应与现代生活 1_3 探究感应电动势的大小学业分层测评 沪科版选修3-2

1.3 探究感应电动势的大小 (建议用时：45分钟)学业达标1.下列几种说法中正确的是()A.线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大B.线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大C.线圈放在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大D.线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大【解析】本题考查对法拉第电磁感应定律的理解，关键是抓住感应电动势的大小和磁通量的变化率成正比.感应电动势的大小和磁通量的大小、磁通量变化量的大小以及磁场的强弱均无关系，它由磁通量的变化率决定，故选D.【答案】D2.一根直导线长0.1 m，在磁感应强度为0.1 T的匀强磁场中以10 m/s的速度匀速运动，则关于导线中产生的感应电动势说法错误的是()A.一定为0.1 VB.可能为零C.可能为0.01 VD.最大值为0.1 V【解析】当B、L、v互相垂直时，导体切割磁感线运动产生的感应电动势最大：EBlv0.10.110 V0.1 V，考虑到它们的空间位置关系B、C、D都有可能，A错.【答案】A3.如图1311所示，在半径为R的虚线圆内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间变化关系为BB0kt，在磁场外距圆心O为2R处有一半径恰为2R的半圆导线环(图中实线)，则导线环中的感应电动势大小为()【导学号：72000025】图1311A.0B.kR2C.D.2kR2【解析】由EnR2k可知选项C正确.【答案】C4.(多选)如图1312所示为地磁场磁感线分布的示意图.我国处在地球的北半球，飞机在我国上空匀速地巡航，机翼保持水平，飞机高度不变，由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差.设飞行员左侧机翼末端处的电势为1，右侧机翼末端处电势为2.则()【导学号：72000026】图1312A.若飞机从西向东飞，1比2高B.若飞机从东向西飞，2比1高C.若飞机从南向北飞，1比2高D.若飞机从北向南飞，2比1高【解析】在北半球，地磁场是斜向下的，存在竖直向下的磁场分量，飞机在水平飞行过程中，机翼就会切割磁感线，产生感应电动势，应用右手定则可以判断两边机翼的电势高低问题.伸开右手，让大拇指与其余四指在同一平面内，并且垂直，让磁感线穿过手心，即手心朝上，大拇指指飞机的飞行方向，其余四指指的方向就是感应电流的方向，由于不是闭合电路，电路中只存在感应电动势，仍然按照有电流来判断，整个切割磁感线的两边机翼就是电源，在电源内部，电流是从低电势处流向高电势处的，因此不管飞机向哪个方向飞行，都是飞行员左边机翼末端电势高，即A、C选项正确.故选A、C.【答案】AC5.如图1313所示，长为L的金属导线弯成一圆环，导线的两端接在电容为C的平行板电容器上，P、Q为电容器的两个极板，磁场垂直于环面向里，磁感应强度以BB0kt(k0)随时间变化，t0时，P、Q两板电势相等，两板间的距离远小于环的半径，经时间t，电容器P板()图1313A.不带电B.所带电荷量与t成正比C.带正电，电荷量是D.带负电，电荷量是【解析】磁感应强度以BB0kt(k0)随时间变化，由法拉第电磁感应定律得：ESkS，而S，经时间t电容器P板所带电荷量QEC；由楞次定律知电容器P板带负电，故D选项正确.【答案】D6.一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直，先保持线框的面积不变，将磁感应强度在1 s时间内均匀地增大到原来的两倍.接着保持增大后的磁感应强度不变，在1 s时间内，再将线框的面积均匀地减小到原来的一半，先后两个过程中，线框中感应电动势的比值为()A.B.1 C.2D.4【解析】E感n，设原来的磁感应强度为B，线框的面积为S，则前半段过程E感nnn，后半段过程E感nnn，时间t相等，因此先后两个过程线框中感应电动势相等，比值为1，故B项正确.【答案】B7.(2015重庆高考)如图1314为无线充电技术中使用的受电线圈示意图，线圈匝数为n，面积为S.若在t1到t2时间内，匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈，其磁感应强度大小由B1均匀增加到B2，则该段时间线圈两端a和b之间的电势差ab()【导学号：72000028】图1314A.恒为B.从0均匀变化到C.恒为D.从0均匀变化到【解析】根据法拉第电磁感应定律得，感应电动势Enn，由楞次定律和右手螺旋定则可判断b点电势高于a点电势，因磁场均匀变化，所以感应电动势恒定，因此a、b两点电势差恒为abn，选项C正确.【答案】C8.(多选)如图1315所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ为其边界，OO为其对称轴，一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd，回路在纸面内以恒定速度v0向右运动，当运动到关于OO对称的位置时()【导学号：72000028】图1315A.穿过回路的磁通量为零B.回路中感应电动势大小为2Blv0C.回路中感应电流的方向为顺时针方向D.回路中ab边与cd边所受安培力方向相同【解析】线框关于OO对称时，左右两侧磁通量大小相等，磁场方向相反，合磁通量为0，故A项正确；根据右手定则，cd的电动势方向由c到d，ab的电动势方向由a到b，且大小均为Blv0，故闭合回路的电动势为2Blv0，电流方向为逆时针方向，故B项正确，C项错误；根据左手定则，ab和cd边所受安培力方向均向左，方向相同，故D项正确.【答案】ABD能力提升9.粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行.现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，则在移出过程中线框的一边a、b两点间电势差绝对值最大的是()【解析】在四个图中感应电动势大小相等.线框中感应电流大小也相等，设电流为I，线框每边电阻为r.则在A、C、D三项中ab边均是电源的负载，故UabIr.而在B项中ab是电源，Uab为路端电压，外电阻为3r，即Uab3Ir.因此答案应选B.【答案】B10.(多选)如图1316是法拉第研制成的世界上第一台发电机模型的原理图.将铜盘放在磁场中，且磁场在铜盘范围之内.让磁感线垂直穿过铜盘，图中a、b导线与铜盘的中轴线处在同一平面内，转动铜盘，就可以使闭合电路获得电流.若图中铜盘半径为L，匀强磁场的磁感应强度为B，回路总电阻为R，从上往下看逆时针匀速转动铜盘的角速度为.则下列说法正确的是() 【导学号：72000029】图1316A.回路中电流大小恒定B.回路中电流方向不变，且从b导线流进灯泡，再从a导线流向旋转的铜盘C.回路中有大小和方向做周期性变化的电流D.若将匀强磁场改为非匀强磁场，转动铜盘，灯泡中不会有电流流过【解析】铜盘在匀强磁场中匀速转动切割磁感线.相当于长度为L的无数条导体棒转动切割磁感线产生电动势，其大小为EBL2，根据欧姆定律，回路中感应电流大小恒定，故选项A正确；根据右手定则可判断铜盘中心为电源正极，铜盘边缘为电源负极，所以回路中电流方向不变，且从b导线流进灯泡，再从a导线流向旋转的铜盘，故选项B正确，C错误；因题图中a、b导线与铜盘的中轴线处在同一平面内，即处在同一竖直平面内，当将匀强磁场改为非匀强磁场时.铜盘转动时回路中同样产生感应电流，故选项D错误.【答案】AB11.如图1317甲所示，一个圆形线圈的匝数n1 000，线圈面积S300 cm2，线圈的电阻r1 ，线圈外接一个阻值R4 的电阻，线圈内有一方向垂直线圈平面向里的圆形磁场，圆形磁场的面积S0200 cm2，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示.求：甲 乙图1317(1)第4秒时线圈的磁通量及前4 s内磁通量的变化量；(2)前4 s内的平均感应电动势；(3)4 s内通过R的电荷量.【解析】(1)磁通量BS00.4200104Wb8103Wb磁通量的变化量为：0.2200104Wb4103Wb(2)由图像可知前4 s内磁感应强度B的变化率0.05 T/s前4 s内的平均感应电动势EnS01 0000.020.05 V1 V(3)电路中平均电流，qt通过R的电荷量qn所以q0.8 C.【答案】(1)8103Wb4103Wb(2)1 V(3)0.8 C12.如图1318甲所示，固定在水平面上电阻不计的光滑金属导轨，间距d0.5 m.右端接一阻值为4 的小灯泡L，在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B按如图乙规律变化.CF长为2 m.在t0时，金属棒ab从图中位置由静止在恒力F作用下向右运动到EF位置，整个过程中，小灯泡亮度始终不变.已知ab金属棒电阻为1 ，求：【导学号：72000030】甲 乙图1318(1)通过小灯泡的电流；(2)恒力F的大小；(3)金属棒的质量.【解析】(1)金属棒未进入磁场时，电路总电阻R总RLRab5 回路中感应电动势为：E1S0.5 V灯泡中的电流为：IL0.1 A(2)因灯泡亮度不变，故在t4 s末金属棒刚好进入磁场，且做匀速运动，此时金属棒中的电流：IIL0.1 A恒力大小：FFABId0.1 N(3)因灯泡亮度不变，金属棒在磁场中运动时，产生的感应电动势为：E2E10.5 V金属棒在磁场中的速度：v0.5 m/s金属棒未进入磁场的加速度为：a0.125 m/s2故金属棒的质量为：m0.8 kg【答案】(1)0.1 A(2)0.1 N(3)0.8 kg