高考物理第二轮复习第17讲电磁感应之电磁推理课后练习含答案

这是一份高考物理第二轮复习第17讲电磁感应之电磁推理课后练习含答案，共7页。试卷主要包含了5m，电阻为1，6 W等内容，欢迎下载使用。

A．两线圈中产生的焦耳热可能相等
B．两线圈刚进入磁场时受到的安培力一定不相等
C．整个过程中两线圈的重力做功的功率一定相等
D．两线圈落地时的速度大小不相等
题二：如图所示，水平地面上方矩形虚线区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，两个闭合单匝线圈分别用同样的导线绕制而成，其中线圈Ⅰ是边长为L的正方形，线圈Ⅱ是长2L、宽L的矩形。将两线圈从同一高度同时由静止释放，线圈Ⅰ下边进入磁场时，立即做匀速运动。已知两线圈在整个运动过程中，下边始终平行于磁场上边界，不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A．线圈Ⅱ刚进入磁场时也做匀速运动
B．线圈Ⅱ进入磁场的过程，可能做加速度不断减小的加速运动
C．线圈Ⅱ进入磁场的过程，可能做加速度不断减小的减速运动
D．线圈Ⅱ比线圈Ⅰ先到达地面
题三：如图所示，一个很长的竖直放置的圆柱形磁铁，在其外部产生一个中心辐射的磁场（磁场水平向外），其大小为（其中r为辐射半径——考查点到圆柱形磁铁中心轴线的距离，k为常数）。一个与磁铁同轴的圆形铝环的半径为R（大于圆柱形磁铁的半径），弯成铝环的铝丝的横截面积为S。圆形铝环通过磁场由静止开始下落，下落过程中圆环平面始终水平，已知铝丝电阻率为，密度为，则圆形铝环下落的最终速度为______。
题四：某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场均沿半径方向。匝数为N的矩形线圈的边长、。线圈以角速度绕中心轴匀速转动，和边同时进入磁场。在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为，外接电阻为。求：
（1）线圈切割磁感线时，感应电动势的大小；
（2）线圈切割磁感线时，边所受安培力的大小。
题五：如图所示，匀强磁场的磁感应强度为。其方向垂直于倾角为30°的斜面向上。绝缘斜面上固定有光滑金属导轨MPN（电阻忽略不计），MP和NP的长度均为，MN连线水平，长为。以MN中点O为原点、OP为x轴建立一维坐标系Ox。一根粗细均匀的金属杆CD，长度为3 m、质量m为1 kg、电阻为，在拉力的作用下，从MN处以恒定的速度，在导轨上沿x轴正向运动（金属杆与导轨接触良好）。取10 m/s2。
（1）求金属杆CD运动过程中产生的感应电动势及运动到处时的电势差；
（2）推导金属杆CD从MN处运动到P点过程中拉力与位置坐标的关系式，并在图2中画出关系图象；
（3）求金属杆CD从MN处运动到P点的全过程产生的焦耳热。
题六：如图所示，在水平面上有一个由固定的两根光滑金属杆制成的37°的导轨AO和BO，在导轨上放置一根和OB垂直的金属杆CD，导轨和金属杆是用同种材料制成的，且粗细均相同。单位长度的电阻值均为，整个装置位于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.2 T，现给棒CD一个水平向右的外力，使CD棒从时刻从O点开始向右做匀加速直线运动，运动中CD棒始终垂直于OB，加速度大小为1 m/s2。求：
（1）t＝4 s时，回路中的电流大小；
（2）t＝4 s时，CD棒上安培力的功率。
题七：现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备。电子感应加速器主要有上、下电磁铁磁极和环形真空室组成。当电磁铁绕组通以变化的电流时，产生变化的磁场，穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空盒空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场的作用下加速。如图所示（上图为侧视图、下图为俯视图），若电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，当电磁铁绕组通有图中所示的电流时（ ）
A．若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速
B．若电子沿顺时针运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速
C．若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变，当电流减小时，电子将加速
D．被加速时电子做圆周运动的周期不变
题八：某同学设计了一利用涡旋电场加速带电粒子的装置，基本原理如图甲所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，带电粒子在真空室内做圆周运动，电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使粒子加速。（上部分为侧视图，下部分为俯视图）若粒子质量为，电荷量为，初速度为零，穿过粒子圆形轨道面积的磁通量Φ随时间的变化关系如图乙所示，在时刻后，粒子轨道处的磁感应强度为，粒子始终在半径为的圆形轨道上运动，粒子加速过程中忽略相对论效应，不计粒子的重力，下列说法正确的是（ ）
A．若被加速的粒子为电子，沿如图所示逆时针方向加速，则应在线圈中通以由a到b的电流
B．若被加速的粒子为正电子，沿如图所示逆时针方向加速，则应在线圈中通以由a到b的电流
C．在时刻后，粒子运动的速度大小为
D．在时刻前，粒子每加速一周增加的动能为
题九：如图（a）所示，斜面倾角为37°，一宽为的有界匀强磁场垂直于斜面向上，磁场边界与斜面底边平行。在斜面上由静止释放一正方形金属线框，线框沿斜面下滑，下边与磁场边界保持平行。取斜面底边所在水平面为零势能面，从线框开始运动到恰好完全进入磁场的过程中，线框的机械能和位移之间的关系如图（b）所示，图中①、②均为直线段。已知线框的质量为，电阻为，重力加速度取。（，）求：
（1）金属线框与斜面间的动摩擦因数；
（2）金属线框刚进入磁场到完全进入磁场所用的时间；
（3）金属线框穿越磁场的过程中，线框中产生的最大电功率（本小题计算结果保留两位有效数字）。
题十：如图所示，光滑斜面的倾角，在斜面上放置一矩形线框，边的边长，边的边长，线框的质量，电阻，线框通过细线与重物相连，重物质量，斜面上线（ef //gh//ab）的右方有垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度。如果线框从静止开始运动，进入磁场最初一段时间是匀速的，线和线的距离（取）。求：
（1）线框进入磁场时匀速运动的速度大小；
（2）边由静止开始运动到线处所用的时间。
电磁感应之电磁推理
题一：AD
详解：设正方形线圈的边长为L，导线横截面积为S，材料的密度为，电阻率为，则线圈质量为，电阻为。线圈进入磁场前的过程由机械能守恒定律有，得，进入磁场时一条边切割磁感线，感应电动势为，感应电流为，感应电流在磁场中受到的安培力大小为，所以安培力的大小取决于线圈的边长与导线横截面积的乘积，两线圈所受安培力有可能相等，B错误；线圈进入磁场的过程根据牛顿第二定律有，即，得，所以进入磁场的过程中加速度大小只与线圈材料本身的性质有关，两线圈的边长不相等，进入磁场过程两线圈的速度变化量不相等，线圈全部进入磁场后的加速度又等于重力加速度，所以两个线圈落地前的速度大小不相等，D正确；由功能关系有＝ ，线圈进入磁场过程产生的焦耳热取决于线圈质量和落地速度大小，可能相等，A正确；重力做功的功率，可能相等，C错误。
题二：C
详解：设线圈Ⅰ的质量为m，电阻为R，则线圈Ⅱ的质量为1.5m，电阻为1.5R，两线圈刚进入磁场时的速度相等，设为v。
由题意可知，线圈Ⅰ进入磁场时受力平衡，则mg＝BIL＝，线圈Ⅱ刚进入磁场时所受的安培力F＝，安培力大于重力，线圈Ⅱ刚进入磁场的一段时间做加速度不断减小的减速运动，C项正确；两线圈刚进入磁场时的速度相等，故线圈Ⅰ先到达地面，D项错。
题三：
详解：当圆形铝环加速度为零时，有最大速度vm，此时安培力，由平衡条件可知，得。
题四：（1） （2）
详解：（1）、边的运动速度，感应电动势，
解得。
（2）电流，安培力，解得。
题五：（1）1.5 V（D点电势高），－0.6 V （2），图象见详解 （3）7.5 J
详解：（1）金属杆CD在匀速运动过程中产生的感应电动势＝1.5 V。（D点电势高）
当时，金属杆在导轨间的电势差为零，设此时杆在导轨外的长度为，则
，，得。
由楞次定律判断D点电势高，故CD两端电势差。
（2）杆在导轨间的长度与位置关系是，对应的电阻为，电流，杆受的安培力为，根据平衡条件得，画出的F－x图象如图所示。
（3）外力F所做的功WF等于F－x图线下所围的面积，即。
而杆的重力势能增加量，
全过程产生的焦耳热。
题六：（1）2 A （2）9.6 W
详解：（1）t＝4 s时，磁场的磁感应强度为0.2 T，金属杆CD的速度，CD移动的距离为，CD切割磁感线的长度为，OC的距离为，此时回路中的总电阻为，由闭合电路的欧姆定律可得。
（2）导体棒受到的安培力，则安培力的功率为。
题七：A
详解：当电磁铁绕组通有题图中所示的电流时，由安培定则可知将产生向上的磁场，当电磁铁绕组中电流增大时，根据楞次定律和安培定则可知，这时真空盒空间内产生顺时针方向的感生电场，电子沿逆时针方向运动，电子将加速，选项A正确，选项B、C错误；由于电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，被加速时电子做圆周运动的周期减小，选项D错误。
题八：ACD
详解：若被加速的粒子为电子，沿如图所示逆时针方向加速，根据左手定则可知磁场方向竖直向上，由右手螺旋定则可知，应在线圈中通以由a到b的电流，选项A正确，B错误；在时刻后，由牛顿第二定律可知，解得，即粒子运动的速度大小为，选项C正确；在时刻前，产生的感应电动势为，则粒子每加速一周增加的动能为，选项D正确。
题九：（1） （2）0.125 s （3）0.43 W
详解：（1）进入磁场前线框减少的机械能等于克服摩擦力所做的功，
而，，联立解得。
（2）金属线框进入磁场的过程中，减小的机械能等于克服摩擦力和安培力所做的功，机械能仍均匀减小，因此安培力也为恒力，线框做匀速运动，则，其中，可得。
，其中，
解得，。
（3）线框刚出磁场时速度最大，线框内的电功率最大，由，可解得。
线框匀速进入磁场时，，可求出，
又因为，联立可得。
题十：（1） （2）
详解：（1）因为线框进入磁场过程做匀速运动，所以重物受力平衡，线框受力平衡。边进入磁场，电动势，感应电流，安培力，联立得，解得。
（2）线框进磁场前，做匀加速直线运动；进磁场的过程中，做匀速直线运动；
进入磁场后仍做匀加速直线运动。
进磁场前，对M有，对m有，，联立解得，该阶段运动时间为。
进磁场过程中，匀速运动时间。
进磁场后，线框受力情况同进磁场前，所以该阶段的加速度仍为5 m/s2，
，解得。
边从静止开始运动到线所用的时间。