第四章·电磁感应 B综合拓展一遍过(2020一遍过·物理选修3-2)

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3.[2018湖北省黄石二中期末考试]如图所示,在0≤x≤L和2L≤x≤3L的区域内存在着匀强磁场,磁场的方向垂直于xOy平 面(纸面)向里,具有一定电阻的正方形线框abcd边长为2L,位于xOy平面内,线框的ab边与y轴重合。令线框从t=0时刻 由静止开始沿x轴正方向做匀加速直线运动,则线框中的感应电流i(取逆时针方向为电流的正方向)随时间t变化的函 数图象大致是 ( )
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4.[2018河北冀州中学期中考试,“科学推理”素养]如图甲所示,矩形线圈abcd固定于方向相反的两个磁场中,两磁场的 分界线OO'恰好把线圈分成对称的左右两部分,两磁场的磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示,规定磁场垂直纸 面向里为正,线圈中感应电流沿逆时针方向为正,则线圈中感应电流随时间变化的图象为 ( )
第四章·电磁感应
物理·选修3-2·人教
综合拓展一遍过
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一、选择题(每小题6分,共48分) 1.如图所示,A、B、C是3个完全相同的灯泡,L是一个自感系数较大的线圈(直流电阻可忽略不计),则( ) A.S闭合时,A灯立即亮,然后逐渐熄灭 B.S闭合时,B灯立即亮,然后逐渐熄灭 C.电路接通稳定后,三个灯亮度相同 D.电路接通稳定后,S断开时,C灯立即熄灭
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4.A 【解题思路】 在开始阶段OO'左侧磁场增强,OO'右侧磁场减弱,由楞次定律可知线圈中有沿逆时针方向的感 应电流,因磁场是均匀变化的,由法拉第电磁感应定律和欧姆定律知,感应电流的大小不变,故A正确。
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1.A 【解题思路】 因线圈L的自感系数较大且直流电阻可忽略不计,S闭合时,三个灯立即亮,然后通过A灯的电流 逐渐减小,从而逐渐熄灭,B灯先不太亮,然后变亮,A正确,B错误。电路接通稳定后,B、C灯亮度相同,A灯不亮,C错误。 电路接通稳定后,S断开时,C灯逐渐熄灭,D错误。
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在某次逃生试验中,质量M1=80 kg的测试者利用该装置以v1=1.5 m/s的速度匀速下降,已知与人一起下滑的装置的质 量m=20 kg,重力加速度取g=10 m/s2,且本次试验过程中恰好没有摩擦。 (1)判断导体棒cd中电流的方向并求出总电阻R的大小; (2)如要使一个质量M2=100 kg的测试者利用该装置以v1=1.5 m/s的速度匀速下滑,则下滑的装置所受的摩擦力f是多 大? (3)保持第(2)问中的摩擦力不变,让质量M2=100 kg的测试者从静止开始下滑,测试者的加速度将会如何变化?当其速 度为v2=0.78 m/s时,加速度多大?要想在随后一小段时间内保持加速度不变,则必须调控摩擦力,请写出摩擦力大小随 速率变化的表达式。
7.[“模型建构,科学推理”素养]小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示,两根平行金属导轨相距l=0.50 m,倾角 θ=53°,导轨上端串接一个R=0.05 Ω的电阻。在导轨间长d=0.56 m的区域内,存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场, 磁感应强度B=2.0 T。质量m=4.0 kg的金属棒CD水平置于导轨上,用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连。CD棒的 初始位置与磁场区域的下边界相距s=0.24 m。一位健身者用恒力F=80 N拉动GH杆,CD棒由静止开始运动,上升过程 中CD棒始终保持与导轨垂直。当CD棒到达磁场上边界时健身者松手,触发恢复装置使CD棒回到初始位置(重力加 速度g=10 m/s2,sin 53°=0.8,不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量)。求: (1)CD棒进入磁场时速度v的大小; (2)CD棒进入磁场时所受的安培力FA的大小; (3)在拉升CD棒的过程中,健身者所做的功W和电阻产生的焦耳热Q。

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素养解读 学科核心素养是学生通过学科学习而逐渐形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。本章通过对法拉第电 磁感应定律、楞次定律及自感现象的学习,进一步培养学生关于电磁场的物质观念、运动与相互作用观念和能量观 念;通过对感应电流问题的科学探究,提升学生对实验结果定性和定量分析的能力。拓展试题主要是法拉第电磁感应 定律、楞次定律的综合应用。
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6.(多选)[2018湖南长沙长郡中学期中考试]如图所示,边长为L的正方形闭合导体线框abcd质量为m,在方向垂直纸面 向里的匀强磁场上方某高度处自由落下并穿过磁场区域。线框在下落过程中形状不变,ab边始终保持与磁场边界线 平行,线框平面与磁场方向垂直。已知磁场区域高度h>L,重力加速度为g,下列判断正确的是 ( ) A.若ab边进入磁场时线框做匀速运动,则ab边离开磁场时线框也一定做匀速运动 B.若ab边进入磁场时线框做减速运动,则ab边离开磁场时线框也一定做减速运动 C.若进入磁场过程中线框产生的热量为mgL,则离开磁场过程中线框产生的热量也一定等于mgL D.若进入磁场过程线框截面中通过的电荷量为q,则离开磁场过程线框截面中通过的电荷量也一定等于q
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图甲
图乙
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2.[2018天津三中期中考试,“科学推理”素养]在范围足够大,方向竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.2 T,有一水平 放置的光滑框架,宽度L=0.4 m,如图所示(俯视图),框架上放置一质量m=0.05 kg、电阻为r=1 Ω的金属杆MN,框架电阻 不计。左侧连一阻值R=3 Ω的电阻。若杆MN在水平外力F的作用下以恒定加速度a=2 m/s2,由静止开始做匀加速运 动,运动了5 s,则下列说法正确的是( ) A.在5 s内流过电阻R的电荷量为0.1 C B.第5 s末回路中的电流I为0.2 A C.如果5 s末外力消失,杆将做匀减速直线运动 D.如果5 s末外力消失,最后杆将停止,5 s后电阻R产生的热量为2.5 J
A
B
C
D
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二、非选择题(共32分) 9.(12分)[2018河北正定中学期中考试]如图(a)所示,光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上,两导 轨间距L=0.2 m,电阻R=0.4 Ω,导轨上停放一质量m=0.1 kg、电阻r=0.1 Ω的金属杆,金属杆与两导轨垂直。导轨电阻 可忽略不计,整个装置处于磁感应强度B=0.5 T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下,现用一与金属杆垂直的外力F沿水 平方向拉杆,使之由静止开始运动,理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图(b)所示。 (1)分析说明金属杆的运动情况; (2)求第2 s末外力F的瞬时功率。
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8.(多选)[2016四川理综·7,6分]如图所示,电阻不计、间距为l的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为B、方向 竖直向下的匀强磁场中,导轨左端接一定值电阻R。质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上,受到垂直于金属棒 的水平外力F的作用由静止开始运动,外力F与金属棒速度v的关系是F=F0+kv(F0、k是常量),金属棒与导轨始终垂直 且接触良好。金属棒中感应电流为i,受到的安培力大小为FA,电阻R两端的电压为UR,感应电流的功率为P,它们随时 间t变化的图象可能正确的有 ( )
A
B
C
D
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5.[2019浙江省湖州市菱湖中学月考]一个闭合的正方形金属线框放入如图所示的匀强磁场中,图中虚线表示磁场的边 界,在外力作用下线框从磁场中以速度v匀速穿出。关于线框从磁场边界穿出的过程,下列说法正确的是 ( ) A.线框的边长越大,导线中电流越大 B.线框的运动速度越大,通过导线横截面的电荷量越多 C.磁感应强度越大,拉力的功率越大 D.线框的边长与拉力做功的多少无关
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10.(20分)[2019重庆市第一中学月考]如图甲所示,MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ=30°角固定,M、P 之间接电阻箱R,电阻箱的阻值范围为0~10 Ω,导轨所在空间存在匀强磁场,磁场方向垂直于轨道平面向上,磁感应强度 为B=0.5 T。质量为m的金属杆ab水平放置在轨道上,并垂直轨道,其接入电路的电阻值为r。现从静止释放杆ab,测得 最大速度为vm,改变电阻箱的阻值R,重复前述操作,得到多组vm与R的数据,得到的vm与R的数据关系如图乙所示。已 知两轨道间距为L=2 m,重力加速度g=10 m/s2,轨道足够长且电阻不计。 (1)求金属杆的质量m和阻值r; (2)求金属杆匀速下滑时电阻箱消耗电功率的最大值Pm; (3)当R=8 Ω时,求回路瞬时电功率每增大1 W的过程中合外力对金属杆做的功W。
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8.[2019上海市浦东区模拟考试,“模型建构,科学推理”素养]如图1所示是依附建筑物架设的磁力缓降高楼安全逃生装 置,具有操作简单、无需电能、逃生高度不受限制,下降速度可调、可控等优点。 该装置原理可等效为:间距L=0.5 m的两根竖直导轨上部连通,人和磁铁固定在一起沿导轨共同下滑,磁铁产生磁感应 强度B=0.2 T的匀强磁场。人和磁铁所经位置处,可等效为有一固定导体棒cd与导轨相连,整个装置总电阻始终为R, 如图2所示。