高二物理选修3-2电磁感应经典练习

Czz-zys选修3-2电磁感应-1-电磁感应经典练习1．绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上，铁芯上套着一个铝环，线圈与电源、电键相连，如图所示．线圈上端与电源正极相连，闭合电键的瞬间，铝环向上跳起．若保持电键闭合，则（）A．铝环不断升高B．铝环停留在某一高度C．铝环跳起到某一高度后将回落D．如果电源的正、负极对调，观察到的现象不变2．如图所示，矩形闭台线圈放置在水平薄板上，有一块蹄形磁铁如图所示置于平板的正下方(磁极间距略大于矩形线圈的宽度)当磁铁匀速向右通过线圈时，线圈仍静止不动，那么线圈受到薄扳的摩擦力方向和线圈中产生感应电流的方向(从上向下看)是（）A摩擦力方向一直向左B摩擦力方向先向左、后向或右C．感应电流的方向顺时针→逆时针→逆时针→顺时针D．感应电流的方向顺时针→逆时针3．如图所示，A为水平放置的橡胶圆盘，在其侧面带有负电荷─Q，在A正上方用丝线悬挂一个金属圆环B（丝线未画出），使B的环面在水平面上与圆盘平行，其轴线与橡胶盘A的轴线O1O2重合。现使橡胶盘A由静止开始绕其轴线O1O2按图中箭头方向加速转动，则（）A．金属圆环B有扩大半径的趋势，丝线受到拉力增大B．金属圆环B有缩小半径的趋势，丝线受到拉力减小线圈铁芯铝环电源Czz-zys选修3-2电磁感应-2-C．金属圆环B有扩大半径的趋势，丝线受到拉力减小D．金属圆环B有缩小半径的趋势，丝线受到拉力增大4．如图所示，一矩形线框竖直向上进入有水平边界的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，线框在磁场中运动时只受重力和磁场力，线框平面始终与磁场方向垂直。向上经过图中1、2、3位置时的速率按时间依次为v1、v2、v3，向下经过图中2、1位置时的速率按时间依次为v4、v5，下列说法中一定正确的是（）A．v1＞v2B．v2＝v3C．v2＝v4D．v4＜v55．如图所示,两光滑平行导轨水平放置在匀强磁场中,磁场垂直导轨所在平面,金属棒ab可沿导轨自由滑动.导轨一端连接一个定值电阻R,导轨电阻可忽略不计.现将金属棒沿导轨由度为1a,最静止向右拉.若保持拉力恒定,当速度为v时,加速终以速度2v做匀速运动;若保持拉力的功率恒定,当速度为v时,加速度为2a,最终也以速度2v做匀速运动,则()A.21aa=B.21a2a=C.21a3a=D.21a4a=6．如图所示,平行导轨水平放置,匀强磁场的方向垂直于导123v1v2v3v4v5Czz-zys选修3-2电磁感应-3-BabcdefFr轨平面,两金属棒a、b和轨道组成闭合电路,用水平恒力F向右拉a,使a、b分别以av和bv的速度向右匀速运动,若a棒与轨道间的滑动摩擦力为f,则回路中感应电流的功率为()A.aFvB.bFvC.a(Ff)vD.ab(Ff)(vv)7．如图所示，足够长的光滑平行金属导轨cd和ef，水平放置且相距L，在其左端各固定一个半径为r的四分之三金属光滑圆环，两圆环面平行且竖直。在水平导轨和圆环上各有一根与导轨垂直的金属杆，两金属杆与水平导轨、金属圆环形成闭合回路，两金属杆质量均为m，电阻均为R，其余电阻不计。整个装置放在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。当用水平向右的恒力F=3mg拉细杆a，达到匀速运动时，杆b恰好静止在圆环上某处，试求：（1）杆a做匀速运动时，回路中的感应电流；（2）杆a做匀速运动时的速度；（3）杆b静止的位置距圆环最低点的高度。8．如图所示，竖直放置的光滑平行金属导轨MN、PQ相距L，在M点和P点间接一个阻值为R的电阻，在两导轨间OO1O1′O′矩形区域内有垂直导轨平面向里、宽为d的匀强磁场，磁感应强度为B．一质量为m，电阻为r的导体棒ab垂直搁在导轨上，与磁场上边边界相距d0．现使ab棒由静止开始释放，棒ab在离开磁Czz-zys选修3-2电磁感应-4-场前已经做匀速直线运动（棒ab与导轨始终保持良好的电接触且下落过程中始终保持水平，导轨电阻不计）．求：（1）棒ab在离开磁场下边界时的速度；（2）棒ab在通过磁场区的过程中产生的焦耳热；（3）试分析讨论ab棒在磁场中可能出现的运动情况。9．如图甲所示的轮轴,它可以绕垂直于纸面的光滑固定水平轴O转动.轮上绕有轻质柔软细线,线的一端系一重物,另一端系一质量为m的金属杆.在竖直平面内有间距为L的足够长的平行金属导轨PO、EF,在QF之间连接有阻值为R的电阻,其余电阻不计.磁感应强度为B的匀强磁场与导轨平面垂直.开始时金属杆置于导轨下端,将重物由静止释放,重物最终能匀速下降.运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好,忽略所有摩擦。(1)若重物的质量为M,则重物匀速下降的速度v为多大?(2)对一定的磁感应强度B,重物的质量M取不同的值,测出相应的重物做匀速运动时的速度,可得出vM-实验图线.图乙中画出了磁感应强度分别为1B和2B时的两条实验图线,试根据实验结果计算1B与2B的比值。RPMabd0dooo1o1′′BQNCzz-zys选修3-2电磁感应-5-10．如图所示，两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L，导轨平面与水平面夹角α=30°，导轨电阻不计．磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面向上，长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨电接触良好，金属棒的质量为m、电阻为R．两金属导轨的上端连接右端电路，灯泡的电阻RL=4R，定值电阻R1=2R，电阻箱电阻调到使R2=12R，重力加速度为g，现将金属棒由静止释放，试求：（1）金属棒下滑的最大速度为多大？（2）R2为何值时，其消耗的功率最大？消耗的最大功率为多少？11．如图甲所示，水平面上的两光滑金属导轨平行固定放置，间距d＝0.5m，电MPQBαaNαbR2R1SRLCzz-zys选修3-2电磁感应-6-阻不计，左端通过导线与阻值R＝2的电阻连接，右端通过导线与阻值RL＝4的小灯泡L连接．在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，CE长l=2m，有一阻值r=2的金属棒PQ放置在靠近磁场边界CD处．CDEF区域内磁场的磁感应强度B随时间变化如图乙所示．在t＝0至t＝4s内，金属棒PQ保持静止，在t＝4s时使金属棒PQ以某一速度进入磁场区域并保持匀速运动．已知从t＝0开始到金属棒运动到磁场边界EF处的整个过程中，小灯泡的亮度没有发生变化，求：（1）通过小灯泡的电流．（2）金属棒PQ在磁场区域中运动的速度大小．12．两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图所示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边直于水平面。质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与水平和竖直导轨之间有相同的动摩擦因数，导轨电阻不计，回路总电阻为2R。整个装置处于磁感应强度大小为B，方向竖直向上的匀强磁场中。当ab杆在平行于水平导轨的拉力作用下沿导轨匀速2TB04812st/图乙RLPQCDEF图甲dCzz-zys选修3-2电磁感应-7-运动时，cd杆也正好以某一速度向下做匀速运动。设运动过程中金属细杆ab、cd与导轨接触良好，重力加速度为g。求：(1)ab杆匀速运动的速度v1；(2)ab杆所受拉力F；(3)若测得cd杆匀速运动的速度为v2，则在cd杆向下运动路程为h过程中，整个回路中产生的焦耳热为多少?13．如图所示，abcd为质量M=2kg的导轨，放在光滑绝缘的水平面上，另有一根重量m=0.6kg的金属棒PQ平行于bc放在水平导轨上，PQ棒左边靠着绝缘的竖直立柱ef（竖直立柱光滑，且固定不动），导轨处于匀强磁场中，磁场以cd为界，左侧的磁场方向竖直向上，右侧的磁场方向水平向右，磁感应强度B大小都为0.8T.导轨的bc段长L=0.5m，其电阻r=0.4Ω，金属棒PQ的电阻R=0.2Ω，其余电阻均可不计.金属棒与导轨间的动摩擦因数=0.2.若在导轨上作用一个方向向左、大小为F=2N的水平拉力，设导轨足够长，重力加速度g取10m/s2，试求：（1）导轨运动的最大加速度；（2）导轨的最大速度；Czz-zys选修3-2电磁感应-8-（3）定性画出回路中感应电流随时间变化的图线。14．光滑的平行金属导轨长L=2.0m，两导轨间距离d=0.5m，导轨平面与水平面的夹角为30，导轨上端接一阻值为R=0.5的电阻，其余电阻不计，轨道所在空间有垂直轨道平面的匀强磁场，磁感应强度B=1T，如图所示。有一不计电阻、质量为m=0.5kg的金属棒ab，放在导轨最上端且与导轨垂直。当金属棒ab由静止开始自由下滑到底端脱离轨道的过程中，电阻R上产生的热量为Q=1J，g=10m/s2，则：（1）指出金属棒ab中感应电流的方向。（2）棒在下滑的过程中达到的最大速度是多少？（3）当棒的速度为v=2m／s时，它的加速度是多大20080523Czz-zys选修3-2电磁感应-9-答案：1．【解析】若保持电键闭合，磁通量不变，感应电流消失，所以铝环跳起到某一高度后将回落；正、负极对调，同样磁通量增加，由楞次定律，铝环向上跳起．【答案】CD2．【解析】是楞次定律可以判断选项AC正确【答案】AC3．【解析】橡胶盘A在加速转动时，产生的磁场在不断增加，穿过B的磁通量不断增加，根据楞次定律可知B正确。【答案】B4．【解析】矩形线框向上进入匀强磁场时，受到向下的重力和磁场力，致使速度减小，所以v1＞v2，A正确；进入磁场后上升阶段从位置2到位置3，无磁场力，重力做负功，所以v2＞v3，B错误；从位置2上升至最高点后再返回至位置2，无磁场力，重力做功为零，所以v2＝v4，C正确；下落离开磁场的过程中，受到向下的重力和向上的磁场力，两个力大小无法确定，所以v4与v5无法比较，D错误。【答案】AC5．【解析】当拉力恒定时,221BLvFFBILRamm--==最终以2v的速度做匀速运动,则222BLvFBI'LR==，代入1a的表达式中得221BLvamR=Czz-zys选修3-2电磁感应-10-当功率恒定时,22222PBLvPBLvvRammvmR-==-最终以2v的速度做匀速运动,则2224BLvPF2vBIL2vR=??代入2a的表达式中得22213BLva3amR==【答案】C6．【解析】对a、b棒受力分析如图所示,从能的转化与守恒角度出发,可推知外力F克服a棒所受的摩擦力af做功直接将其他形式的能转化为内能,而F克服安培阻力AaFFf=-做的功将其他形式的能转化为电能,其功率为P电=(F-f)Va,故感应电流做功的功率也为a(Ff)v,C项正确.本题易错选D,实际上它是回路的总电能的一部分。在b棒上通过BF克服bf做功转化为b棒与轨道的内能,功率bBbbbbPFvfv(Ff)v.这时b棒与相当于电动机通过感应电流而运动,把电能通过克服bf做功转化为内能.电能的另一部分,由电流的热效应转化为电路的内能,电能的另一部分,由电流的热效应转化为电路的内能,其功率为感应电流做功的总功率减去b棒上输出的功率,即abab(Ff)v(Ff)v(Ff)(vv),故D项所指正是这部分功率而非感应电流做功的总功率.【答案】C7．【解析】⑴匀速时，拉力与安培力平衡，F=BIL得：3mgIBL⑵金属棒a切割磁感线，产生的电动势E=BLv回路电流2EIR联立得：2223mgRvBLCzz-zys选修3-2电磁感应-11-⑶平衡时，棒和圆心的连线与竖直方向的夹角为θ，tan3Fmg得：θ=60°(1cos)2rhr【答案】（1）3mgIBL（2）2223mgRvBL（3）(1cos)2rhr8．【解析】（1）设ab棒离开磁场边界前做匀速运动的速度为v，产生的电动势为E=BLv…电路中电流I=rRE……………对ab棒，由平衡条件得mg－BIL=0…解得v=22)(LBrRmg(2)由能量守恒定律：mg(d0+d)=E电+21mv2解得4422302)()(LBrRgmddmgE电，]2)()([442230LBrRgmddmgrRrE棒电（3）设棒刚进入磁场时的速度为v0，由mgd0=21mv02，得v0=02gd棒在磁场中匀速时速度为v=22