2020學年高中物理 第四章 電磁感應 課時提升作業(yè)三 4.4 法拉第電磁感應定律 新人教版選修3-2

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1、課時提升作業(yè) 三 法拉第電磁感應定律 (40分鐘　100分) 一、選擇題(本題共8小題,每小題7分,共56分) 1.關于感應電動勢,下列說法中正確的是 (　　) A.電源電動勢都是感應電動勢 B.產生感應電動勢的那部分導體相當于電源 C.在電磁感應現象中沒有感應電流就一定沒有感應電動勢 D.電路中有電流就一定有感應電動勢 【解析】選B。電源電動勢的來源很多,不一定是由于電磁感應產生的,所以選項A錯誤;在有感應電流的回路中,產生感應電動勢的那部分導體相當于電源,故B正確;在電磁感應現象中,如果沒有感應電流,也可以有感應電動勢,C錯誤;電路中的電流可能是由化學電池或其他電池作為

2、電源提供的,所以有電流不一定有感應電動勢,D錯誤。 2. (2020·揭陽高二檢測)水平放置的金屬框架cdef處于如圖所示的勻強磁場中,金屬棒ab處于粗糙的框架上且與框架接觸良好,從某時刻開始,磁感應強度均勻增大,金屬棒ab始終保持靜止,則 (　　) A.ab中電流增大,ab棒所受摩擦力也增大 B.ab中電流不變,ab棒所受摩擦力也不變 C.ab中電流不變,ab棒所受摩擦力增大 D.ab中電流增大,ab棒所受摩擦力不變 【解析】選C。磁感應強度均勻增大時,磁通量的變化率恒定,故回路中的感應電動勢和感應電流都是恒定的;又棒ab所受的摩擦力等于安培力,即Ff=F安=BIL,故當B增

3、加時,摩擦力增大,選項C正確。 3.如圖所示,一金屬彎桿處在磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中,已知ab=bc=L,當它以速度v向右平動時,a、c兩點間的電勢差為 (　　) A.BLv　　　　　　　　 B.BLvsinθ C.BLvcosθ D.BLv(1+sinθ) 【解題指南】解答本題要把握以下兩點: (1)公式E=BLv的應用條件是兩兩垂直,當有物理量不垂直時,要利用等效將其轉化為兩兩垂直。 (2)將abc分為兩段,ab不切割磁感線,不產生感應電動勢,bc切割磁感線但不符合兩兩垂直,要進行轉化再求解。 【解析】選B。公式E=BLv中的L應指導體切割

4、磁感線的有效長度,也就是與磁感應強度B和速度v垂直的長度,因此該金屬彎桿的有效切割長度為Lsinθ,故感應電動勢大小為BLvsinθ,故選項B正確。 4. (2020·濟寧高二檢測)如圖所示,兩條平行虛線之間存在勻強磁場,虛線間的距離為l,磁場方向垂直紙面向里,abcd是位于紙面內的梯形線圈,ad與bc間的距離也為l,t=0時刻,bc邊與磁場區(qū)域左邊界重合?，F令線圈以向右的恒定速度v沿垂直于磁場區(qū)域邊界的方向穿過磁場區(qū)域,取沿a→b→c→d→a方向的感應電流為正,則在線圈穿越磁場區(qū)域的過程中,感應電流I隨時間t的變化圖線是圖中的 (　　) 【解析】選B。0～段,由右手定則判斷感應電

5、流方向為a→d→c→b→a,大小逐漸增大;～段,由右手定則判斷感應電流方向為a→b→c→d→a,大小逐漸增大,故B選項正確。 5. (2020·揭陽高二檢測)如圖所示,水平放置的兩根平行的光滑長直金屬導軌,其電阻不計,導體棒ab、cd跨在導軌上,ab的電阻R大于cd的電阻r,當cd在大小為F1的水平向右的外力作用下勻速向右滑動時,ab在大小為F2的水平外力作用下保持靜止,那么以下說法中正確的是 (　　) A.Uab>Ucd,F1>F2 B.Uab=Ucd,F1Ucd,F1=F2 D.Uab=Ucd,F1=F2 【解析】選D。導體棒cd在力F1的作用下做切

6、割磁感線運動,成為電源。Ucd即為電源的路端電壓,Uab為電路外電阻上的分壓,等效電路圖如圖所示。由于導軌的電阻不計,Uab=Ucd。另外,由于導體棒cd與ab中電流大小相等,導體棒的有效長度相同,所處磁場相同,故兩棒分別受到的安培力大小相等、方向相反。ab、cd兩棒均為平衡態(tài),故分別受到的外力F1、F2與兩個安培力平衡,即有F1=F2。故選D。 6. (多選)如圖所示, 三角形金屬導軌EOF上放有一金屬桿AB,在外力作用下,使AB保持與OF垂直,以速度v勻速從O點開始右移,設導軌與金屬棒均為粗細相同的同種金屬制成,則下列判斷正確的是(　　) A.電路中的感應電流大小不變 B.電

7、路中的感應電動勢大小不變 C.電路中的感應電動勢逐漸增大 D.電路中的感應電流減小 【解析】選A、C。導體棒從O開始到題圖位置所經歷的時間設為t,設∠EOF=θ,則導體棒切割磁感線的有效長度L⊥=OBtanθ=vttanθ,故E=BL⊥v=Bvtv tanθ =Bv2tanθ·t,即電路中電動勢與時間成正比,B錯、C對;電路中電流強度I==,而L為△OAB的周長,L=OB+AB+OA=vt+vttanθ+= vt(1+tanθ+),所以I=是恒量,A對、D錯。 【總結提升】應用E=Blv求解感應電動勢的思路 (1)確定運動的導體是否切割磁感線,若不切割,則E=0;若切割磁感線,則E≠

8、0。在計算之前一定要先判斷,不要盲目代入題中數據計算,否則會出現錯誤。 (2)在切割磁感線的情況下,確定垂直于B的導線的有效長度l⊥和v與導線及磁場之間的夾角關系。公式E=Blv的適用條件為l⊥B、v⊥l。 (3)應用公式計算E。 7.(多選)兩條平行虛線間存在一勻強磁場,磁感應強度方向與紙面垂直。邊長為0.1 m、總電阻為0.005 Ω的正方形導線框abcd位于紙面內,cd邊與磁場邊界平行,如圖甲所示。已知導線框一直向右做勻速直線運動,cd邊于t=0時刻進入磁場。線框中感應電動勢隨時間變化的圖線如圖乙所示(感應電流的方向為順時針時,感應電動勢取正)。下列說法正確的是(　　) A.

9、磁感應強度的大小為0.5 T B.導線框運動速度的大小為0.5 m/s C.磁感應強度的方向垂直于紙面向外 D.在t=0.4 s至t=0.6 s這段時間內,導線框所受的安培力大小為0.1 N 【解析】選B、C。根據右手定則可知磁感應強度的方向垂直于紙面向外,C項正確;由v==0.5 m/s,可知B項正確;由E=Blv可知磁感應強度的大小為0.2 T,A項錯誤;據F安=可得在t=0.4 s至t=0.6 s這段時間內,導線框所受的安培力大小為0.04 N,D項錯誤。 8.兩金屬棒和三根電阻絲如圖連接,虛線框內存在均勻變化的勻強磁場,三根電阻絲的電阻大小之比R1∶R2∶R3=1∶2∶3,金

10、屬棒電阻不計。當S1、S2閉合,S3斷開時,閉合的回路中感應電流為I,當S2、S3閉合,S1斷開時,閉合的回路中感應電流為5I;當S1、S3閉合,S2斷開時,閉合的回路中感應電流是 (　　) A.0　 B.3I C.6I D.7I 【解析】選D。設R1=R,S1、S2閉合時電路的總電阻為R總=R1+R2=3R,根據閉合電路歐姆定律可知E1=3IR;同理可得S2、S3閉合時有E2=25IR;當S1、S3閉合時電動勢E=E1+E2,所以E1+E2=4IxR,所以Ix=7I。所以選項D正確,A、B、C錯誤。 二、非選擇題(本題共2小題,共44分。要有必要的文字說明和解題步驟,有

11、數值計算的要注明單位) 9. (12分)(2020·濰坊高二檢測)如圖所示,一金屬半圓環(huán)置于勻強磁場中,當磁場突然減弱時,則________端點電勢高;若磁場不變,將半圓環(huán)繞MN軸旋轉180°的過程中,________點電勢高。 【解析】將半圓環(huán)補充為圓形回路,由楞次定律可判斷圓環(huán)中產生的感應電動勢方向在半圓環(huán)中由N指向M,即M點電勢高,若磁場不變,將半圓環(huán)繞MN軸旋轉180°的過程中,由楞次定律可判斷,半圓環(huán)中產生的感應電動勢在半圓環(huán)中由N指向M,即M點電勢高。 答案:M　M 10.(32分)如圖甲所示,一對平行光滑的軌道放置在水平面上,兩軌道間距l(xiāng)= 0.2 m,電阻R=1.

12、0 Ω;有一導體靜止地放在軌道上,與軌道垂直,桿及軌道的電阻皆可忽略不計,整個裝置處于磁感應強度B=0.5 T的勻強磁場中,磁場方向垂直軌道面向下?，F用一外力F沿軌道方向向右拉桿,使之做勻加速運動,測得力F與時間t的關系如圖乙所示,求桿的質量m和加速度a。 【解析】導體桿在軌道上做勻加速直線運動,設速度為v,則有v=at, 導體桿切割磁感線產生感應電動勢E=Blv, 回路中的感應電流I=, 桿受到的安培力FB=IlB,方向水平向左 根據牛頓定律有F-FB=ma, 由以上各式整理得F=ma+, 在題圖乙上任意取兩點代入上式解得a=10 m/s2,方向水平向右,m=0.1 kg。

13、 答案:0.1 kg　1.0 m/s2 【能力挑戰(zhàn)區(qū)】 1.金屬線圈ABC構成一個等腰直角三角形,腰長為a,繞垂直于紙面通過A的軸在紙面內勻速轉動,角速度ω,如圖所示。如加上一個垂直紙面向里的磁感應強度為B的勻強磁場,則B、A間的電勢差UBA,B、C間的電勢差UBC分別為多少? 【解析】AC、BC、AB均繞垂直于紙面通過A的軸以角速度ω勻速轉動,△ABC中磁通量不變,所以線圈中沒有電流。但當單獨考慮每條邊時,三邊均切割磁感線,均有感應電動勢產生,且B點電勢大于C點電勢和A點電勢。則有UBA=EBA= BL=Bω=Bωa2,UCA=ECA=Bω=Bωa2,UBC=UBA-UCA=Bω

14、a2-Bωa2= Bωa2。 答案:Bωa2　Bωa2 2. (2020·衡水高二檢測)如圖所示,兩條平行的光滑金屬導軌固定在傾角為θ的絕緣斜面上,導軌上端連接一個定值電阻。導體棒a和b放在導軌上,與導軌垂直并良好接觸。斜面上水平虛線PQ以下區(qū)域內,存在著垂直穿過斜面向上的勻強磁場?，F對a棒施以平行導軌斜向上的拉力,使它沿導軌勻速向上運動,此時放在導軌下端的b棒恰好靜止。當a棒運動到磁場的上邊界PQ處時,撤去拉力,a棒將繼續(xù)沿導軌向上運動一小段距離后再向下滑動,此時b棒已滑離導軌。當a棒再次滑回到磁場上邊界PQ處時,又恰能沿導軌勻速向下運動。已知a棒、b棒和定值電阻的阻值均為R,b棒的質

15、量為m,重力加速度為g,導軌電阻不計。求: (1)a棒在磁場中沿導軌向上運動的過程中,a棒中的電流Ia與定值電阻R中的電流IR之比。 (2)a棒質量ma。 (3)a棒在磁場中沿導軌向上運動時所受的拉力F。 【解析】 (1)a棒沿導軌向上運動時,a棒、b棒及電阻R中的電流分別為Ia、Ib、IR,有IRR=IbRb ① Ia=IR+Ib ② 由①②解得= ③ (2)由于a棒在PQ上方滑動過程中機械能守恒,因而a棒在磁場中向上滑動的速度v1與在磁場中向下滑動的速度v2大小相等,即v1=v2=v ④ 設磁場的磁感應強度為B,導體棒長為L。a棒在磁場中運動時產生的感應電動勢為E=BLv ⑤ 當a棒沿斜面向上運動時Ib= ⑥ IbLB=mgsin θ ⑦ 向下勻速運動時,a棒中的電流為I′a,則I′a= ⑧ I′aLB=magsin θ ⑨ 由④⑤⑥⑦⑧⑨解得ma=m。 (3)由題知導體棒a沿斜面向上運動時,所受拉力 F=IaLB+magsin θ 聯(lián)立上列各式解得F=mgsin θ 答案:(1)2∶1　(2)m　(3)mgsinθ