高中物理第四章电磁感应的电路与图像问题作业新人教版选修.docx

第四章电磁感应的电路与图像问题
❶磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区,刷卡器中有检测线圈.当以速度v0刷卡时,在线圈中产生感应电动势,其E-t关系如图T1-1丙所示.如果只将刷卡速度改为v02,线圈中的E-t关系可能是图T1-2中的()
甲乙丙
图T1-1
图T1-2
❷(多选)[2017·河南焦作高二质量检测]如图T1-3所示,两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置,间距为l=1m,cd间、de间、cf间分别接阻值R=10Ω的电阻.一阻值R=10Ω的导体棒ab以速度v=4m/s匀速向左运动,导体棒与导轨接触良好;空间存在磁感应强度大小
B=0.5T、方向垂直于导轨平面向下的匀强磁场.下列说法中正确的是 ()
图T1-3
A.导体棒ab中电流的方向为从b到a
B.c、d两端的电压为1V
C.d、e两端的电压为1V
D.f、e两端的电压为1V
❸[2017·重庆南开中学高二期中]一个矩形线圈匀速从左侧无磁场的空间先进入磁感应强度为B1的匀强磁场,然后进入磁感应强度为B2的匀强磁场,最后进入右侧无磁场的空间,如图T1-4所示.若B1=2B2,方向均垂直于纸面向里,线圈速度方向始终垂直于磁场边界,则在图
T1-5中能定性表示线圈中感应电流i随时间t变化关系的是(电流以逆时针方向为正) ()
图T1-4
图T1-5
❹[2017·济钢高中高二检测]如图T1-6所示,两光滑平行金属导轨间距为L,直导线MN垂直跨放在导轨上,且与导轨接触良好,整个装置处在垂直于纸面向里的匀强磁场中,磁感应强度为B.电容器的电容为C,除电阻R外,导轨和导线的电阻均不计.现给导线MN一初速度,使导线MN向右运动,当电路稳定后,MN以速度v向右做匀速运动时()
图T1-6
A.电容器两端的电压为零
B.电阻两端的电压为BLv
C.电容器所带电荷量为CBLv
D.为保持MN匀速运动,需对其施加的拉力大小为B2L2vR
❺[2017·哈尔滨六中高二期末]如图T1-7甲所示,矩形导线框abcd固定在匀强磁场中,磁感应强度的方向与导线框所在平面垂直,规定磁感应强度的正方向为垂直于纸面向里,磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示.若规定顺时针方向为感应电流i的正方向,则图T1-8中正确的是()
甲
乙
图T1-7
图T1-8
❻[2017·郑州质量检测]半径为a、右端开有小口的导体圆环和长为2a的导体直杆的单位长度电阻均为R0.圆环水平固定放置,整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B.杆在圆环上从与CD重合时开始以速度v垂直于直径CD向右做匀速直线运动,杆始终有两点与圆环接触良好,杆的位置由θ角确定,如图T1-9所示,则 ()
图T1-9
A.θ=0时,杆产生的电动势为2Bav
B.θ=π3时,杆产生的电动势为3Bav
C.θ=0时,杆受的安培力大小为2B2av(π+2)R0
D.θ=π3时,杆受的安培力大小为2B2av(5π+3)R0
❼如图T1-10所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中有半径为r的光滑半圆形导体框,OC为一能绕O在框架上滑动的导体棒,O、b之间连一电阻R,导体框与导体棒的电阻均不计.要使OC能以角速度ω匀速转动,则外力做功的功率是()
图T1-10
A.B2ω2r4R
B.B2ω2r42R
C.B2ω2r44R
D.2B2ω2r4R
❽[2017·哈尔滨师大附中高二期末]如图T1-11所示,两平行的虚线间的区域内存在着有界匀强磁场,有一较小的三角形线框abc的ab边与磁场边界平行,现使此线框向右匀速穿过磁场区域,运动过程中始终保持速度方向与ab边垂直,则图T1-12中可以定性地表示线框在上述过程中感应电流(逆时针方向为正)随时间变化规律的是()
图T1-11
图T1-12
❾[2017·河北衡水一中高二检测]如图T1-13甲所示,一个匝数n=100的圆形导体线圈的面积为S1=0.4m2,电阻为r=1Ω,在线圈中存在面积S2=0.3m2的垂直于线圈平面向外的匀强磁场区域,磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示.有一个R=2Ω的电阻,将其两端a、b
分别与圆形线圈两端相连接,b端接地,则下列说法正确的是()
图T1-13
A.圆形线圈中产生的感应电动势E=6V
B.在0~4s时间内通过电阻R的电荷量q=8C
C.a端的电势φa=3V
D.在0~4s时间内电阻R上产生的焦耳热Q=18J
如图T1-14所示,两个有界匀强磁场的磁感应强度大小均为B,方向分别垂直于纸面向里和向外,磁场宽度均为L,距磁场区域的左侧L处有一边长为L的正方形导体线框,总电阻为R,且线框平面与磁场方向垂直.现用外力F使线框以速度v匀速穿过磁场区域,运动过程中线框的右边始终与磁场边界平行.以初始位置为计时起点,规定电流沿逆时针方向时感应电动势E为正,磁感线垂直于纸面向里时磁通量Φ为正,外力F向右为正.关于线框中的磁通量Φ、感应电动势E、外力F和电功率P随时间t变化的关系,正确的是图T1-15中的()
图T1-14
图T1-15
1.D[解析]由法拉第电磁感应定律可知,感应电动势大小与磁通量变化率成正比,刷卡速度减半后,磁通量变化率减小,感应电动势变化的频率减小,峰值也减小,D正确.
2.BD[解析]由右手定则可知,导体棒ab中电流方向为从a到b,A错误.导体棒ab切割磁感线产生的感应电动势E=Blv,ab为电源,cd间电阻R为外电路负载,de间和cf间电阻中无电流,de间和cf间无电压,因此c、d两端的电压和f、e两端的电压相等,即U=E2R·R=Blv2=1V,B、D正确,C错误.
3.C[解析]线圈进入左侧磁场区域时,右边切割磁感线产生的感应电动势E=B1Lv,由右手定则可得出电流方向为逆时针,故电流为正;当线圈全部进入左边磁场区域时,磁通量不再发生变化,故线圈中没有电流;当右边进入右侧磁场区域时,左、右两边同时切割磁感线,左边产生的感应电动势为B1Lv,右边产生的感应电动势为B2Lv,合电动势为B1Lv-B2Lv=B2Lv,电流方向为顺时针;当线圈全部进入右边磁场区域时,磁通量不再变化,故线圈中没有电流;当线圈离开右侧磁场区域时,只有左边切割磁感线,产生的感应电动势为B2Lv,电流方向为顺时针,故只有C正确.
4.C[解析]当导线MN匀速向右运动时,导线MN产生的感应电动势恒定,稳定后,电容器既不充电也不放电,无电流产生,故电阻两端没有电压,电容器两极板间的电压为U=E=BLv,所带电荷量Q=CU=CBLv,故A、B错误,C正确;MN匀速运动时,因无电流而不受安培力,故拉力为零,D错误.
5.D[解析]由图可知,0~1s内,线框中磁通量的变化率相同,故0~1s内电流的方向相同,由楞次定律可知,电路中电流方向为逆时针,即电流为负;同理可知,1~2s内电路中的电流方向为顺时针,2~3s内,电路中的电流方向为顺时针,3~4s内,电路中的电流方向为逆时针,由
E=ΔΦΔt=ΔB·SΔt可知,电路中电流大小恒定不变,故选项D正确.
6.A[解析]θ=0时,产生的感应电动势为E1=2Bav,感应电流为I1=E1R=2Bv(π+2)R0,所以杆受的安培力为F1=BI1·2a=4B2av(π+2)R0,A正确,C错误;同理,θ=π3
时,E2=Bav,F2=3B2av(5π+3)R0,B、D错误.
7.C[解析]由于导体棒匀速转动,所以外力做功的功率与产生的感应电流的电功率相等.根据法拉第电磁感应定律得E=Brv=Br·12ωr=12Bωr2,电功率P=E2R=12Bωr22R=B2ω2r44R,所以外力做功的功率为B2ω2r44R,C正确.
8.D[解析]线框进入磁场时切割磁感线,根据右手定则可知,感应电流方向为逆时针,线框出磁场时,回路中磁通量减小,产生的感应电流方向为顺时针;线框不论是进入磁场还是出磁场,由于切割的有效长度都变小,所以导致感应电流都变小,故A、B、C错误,D正确.
9.D[解析]由法拉第电磁感应定律可得E=nΔBS2Δt,由图乙可得
ΔBΔt=0.64T/s=0.15T/s,代入可求得E=4.5V,A错误.设电流为I,则
q=IΔt=ER+rΔt=nΔΦΔt(R+r)Δt=nΔΦR+r,在0~4s时间内穿过圆形导体线圈的磁通量的变化量为ΔΦ=0.6×0.3Wb-0=0.18Wb,代入可求得q=6C,B错误.0~4s时间内磁感应强度增大,圆形线圈内磁通量增加,由楞次定律结合右手螺旋定则可判断,b点电势高,a点电势低,
故C错误.由于磁感应强度均匀变化,产生的感应电动势与感应电流均恒定,可得
I=Er+R=1.5A,由焦耳定律可得Q=I2Rt=18J,D正确.
10.D[解析]当运动距离为L时,线框开始进入磁场,磁通量开始增大,当线框全部进入第一个磁场时,磁通量达到最大;此后向外的磁通量增大,总磁通减小;当运动距离为2.5L时,磁通量最小,选项A错误.当线框进入第一个磁场时,由E=BLv可知,感应电动势保持不变,而开始进入第二个磁场时,线框的左、右两边同时切割磁感线,感应电动势应加倍,选项B错误.由左手定则可知安培力方向一直向左,故拉力方向应一直向右,选项C错误.线框在进入第一个磁场时,电流为定值,电功率也为定值;而线框两边分别在两个磁场中时,电流加倍,故电功率变为原来的4倍;线框从第二个磁场中离开时,电功率应等于线框进入第一个磁场时的电功率,选项D正确.。