2021学年高中物理分层作业三法拉第电磁感应定律含解析新人教版选修32

-1-分层作业(三)法拉第电磁感应定律[基础达标练]题组一法拉第电磁感应定律1．(多选)根据法拉第电磁感应定律的数学表达式，电动势的单位V可以表示为()A．T/sB．Wb/sC．T·m2/sD．Wb·m2/s2．穿过一个单匝闭合线圈的磁通量始终为每秒均匀增加2Wb，则()A．线圈中感应电动势每秒增加2VB．线圈中感应电动势每秒减少2VC．线圈中感应电动势始终为2VD．线圈中感应电动势始终为一个确定值，但由于线圈有电阻，电动势小于2V3．如图所示，在半径为R的虚线圆内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系为B＝B0＋kt.在磁场外距圆心O为2R处有一半径恰为2R的半圆导线环(图中实线)，则导线环中的感应电动势大小为()A．0B．kπR2C.kπR22D．2kπR24．物理实验中，常用一种叫做“冲击电流计”的仪器测定通过电路的电荷量，如右图所示．探测线圈与冲击电流计串联后可用来测定磁场的磁感应强度．已知线圈匝数为n，面积为S，线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R.若将线圈放在被测匀强磁场中，开始线圈平面与磁场垂直，现把探测线圈翻转180°，冲击电流计测出通过线圈的电荷量为q，由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为()-2-A.qR2nSB.qRnSC.qR2SD.qRS5．有一匝数为100匝的线圈，单匝线圈的面积为100cm2.线圈总电阻为0.1Ω，线圈中磁场变化规律如图所示，且磁场方向垂直于环面向里，线圈中产生的感应电动势多大？题组二导体切割磁感线运动产生感应电动势6．鸽子体内的电阻大约为103Ω，当它在地球磁场中展翅飞行时，会切割磁感线，在两翅之间产生动生电动势．若某处地磁场磁感应强度的竖直分量约为0.5×10－4T，鸽子以20m/s的速度水平滑翔，则可估算出两翅之间产生的动生电动势约为()A．30mVB．3mVC．0.3mVD．0.03mV7．当航天飞机在环绕地球的轨道上飞行时，从中释放一颗卫星，卫星与航天飞机保持相对静止，两者用导电缆绳相连，这种卫星称为“绳系卫星”．现有一颗卫星在地球赤道上空运行，卫星位于航天飞机正上方，卫星所在位置地磁场方向由南向北．下列说法正确的是()A．航天飞机和卫星从西向东飞行时，图中B端电势高B．航天飞机和卫星从西向东飞行时，图中A端电势高C．航天飞机和卫星从南向北飞行时，图中B端电势高D．航天飞机和卫星从南向北飞行时，图中A端电势高8．如图，在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动，MN中产生的感应电动势为E1；若磁感应强度增为3B，其他条件不变，MN中产生的感应电动势变为E2.则通过电阻R的电流方向及E1与E2之比E1E2分别为()-3-A．c→a,3:1B．a→c,3:1C．a→c,1:3D．c→a,1:39．如图所示，足够长的平行光滑金属导轨水平放置，宽度L＝0.4m，一端连接R＝1Ω的电阻，导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B＝1T．导体棒MN放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好．导轨和导体棒的电阻均可忽略不计．在平行于导轨的拉力F作用下，导体棒沿导轨向右匀速运动，速度v＝5m/s.(1)求感应电动势E和感应电流I；(2)求在0.1s时间内，拉力的大小；(3)若将MN换为电阻r＝1Ω的导体棒，其他条件不变，求导体棒两端的电压U.[能力提升练]10．(多选)如图所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路．虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直．从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论正确的是()A．感应电流方向不变B．CD段直线始终不受安培力-4-C．感应电动势最大值E＝BavD．感应电动势平均值E－＝14πBav11．如图所示，导体轨道OPQS固定，其中PQS是半圆弧，Q为半圆弧的中心，O为圆心．轨道的电阻忽略不计．OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆，M端位于PQS上，OM与轨道接触良好．空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B.现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程Ⅰ)；再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B′(过程Ⅱ)．在过程Ⅰ、Ⅱ中，流过OM的电荷量相等，则B′B等于()A.54B.32C.74D．212．(多选)如图甲所示，线圈的匝数n＝100匝，横截面积S＝50cm2，线圈总电阻r＝10Ω，沿轴向有匀强磁场，设图示磁场方向为正，磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示规律变化，则在开始的0.1s内()A．磁通量的变化量为0.25WbB．磁通量的变化率为2.5×10－2Wb/sC．a、b间电压为0D．在a、b间接一个理想电流表时，电流表的示数为0.25A13．如图所示，垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B.纸面内有一正方形均匀金属线框abcd，其边长为L，总电阻为R，ad边与磁场边界平行．从ad边刚进入磁场直至bc边刚要进入的过程中，线框在向左的拉力作用下以速度v匀速运动，求：(1)感应电动势的大小E；-5-(2)拉力做功的功率P；(3)ab边产生的焦耳热Q.分层作业(三)1．解析：根据法拉第电磁感应定律可知，1V＝1Wb/s，选项B正确；T是磁感应强度B的单位，1T显然不等于1Wb，故A错误；根据磁通量的定义，1Wb＝1T·m2，可知C正确、D错误．答案：BC2．解析：由E＝nΔΦΔt知：ΔΦΔt恒定，n＝1，所以E＝2V.答案：C3．解析：由E＝nΔΦΔt＝ΔBSΔt＝kπR22.答案：C4．解析：q＝I－Δt＝E－R·Δt＝nΔΦ·ΔtΔt·R＝nΔΦR＝n2BSR，所以B＝qR2nS.答案：A-6-5．解析：取线圈为研究对象，在1～2s内，其磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(B2－B1)S，磁通量的变化率为ΔΦΔt＝B2－B1St2－t1，由公式E＝nΔΦΔt得E＝100×－－42－1V＝0.1V.答案：0.1V6．解析：鸽子两翅展开可达30cm，所以E＝BLv＝0.3mV，选项C正确．答案：C7．解析：向东方向运动时，由右手定则知电流流向A点，即A为电源正极，因此电势高，选项B正确；若向北运动，电缆没有切割磁感线，不会产生感应电动势，故选项C、D错误．答案：B8．解析：由右手定则判断可知，MN中产生的感应电流方向为N→M，则通过电阻R的电流方向为a→c.MN产生的感应电动势公式为：E＝BLv，其他条件不变，E与B成正比，则得E1:E2＝1:3，故C正确，A、B、D错误．故选C.答案：C9．解析：(1)由法拉第电磁感应定律可得，感应电动势E＝BLv＝1×0.4×5V＝2V感应电流I＝ER＝21A＝2A(2)拉力大小等于安培力大小，F＝BIL＝1×2×0.4N＝0.8N(3)由闭合电路欧姆定律可得，电路中电流I′＝ER＋r＝22A＝1A由欧姆定律可得，导体棒两端电压U＝I′R＝1V.答案：(1)2V2A(2)0.8N(3)1V10．解析：感应电动势公式E＝ΔΦΔt只能用来计算平均值，利用感应电动势公式E＝Blv计算时，l应是等效长度，即垂直切割磁感线的长度．在闭合电路进入磁场的过程中，通过闭合电路的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变，A项正确；根据左手定则可以判断，CD段受安培力向下，B项不正确；当半圆闭合回路进入磁场一半时，等效长度最大为a，这时感应电动势最大为E＝Bav，C项正确；感应电动势平均值E－＝ΔΦΔt＝B·12πa22av＝14πBav，D项正确．答案：ACD-7-11．解析：在过程Ⅰ中，根据法拉第电磁感应定律，有E1＝ΔΦ1Δt1＝B12πr2－14πr2Δt1根据闭合电路欧姆定律，有I1＝E1R且q1＝I1Δt1在过程Ⅱ中，有E2＝ΔΦ2Δt2＝B′－B12πr2Δt2I2＝E2Rq2＝I2Δt2又q1＝q2，即B12πr2－14πr2R＝B′－B12πr2R所以B′B＝32.答案：B12．解析：通过线圈的磁通量与线圈的匝数无关，若设Φ2＝B2S为正，则线圈中磁通量的变化量为ΔΦ＝B2S－(－B1S)，代入数据即ΔΦ＝(0.1＋0.4)×50×10－4Wb＝2.5×10－3Wb，A项错误；磁通量的变化率ΔΦΔt＝2.5×10－2Wb/s，B项正确；根据法拉第电磁感应定律可知，当a、b间断开时，其间电压等于线圈产生的感应电动势，感应电动势大小为E＝nΔΦΔt＝2.5V，且恒定，C项错误；在a、b间接一个理想电流表时相当于a、b间接通而形成回路，回路总电阻即为线圈的总电阻，故感应电流大小I＝Er＝0.25A，D项正确．答案：BD13．解析：(1)由法拉第电磁感应定律可得，感应电动势E＝BLv.(2)线圈中的感应电流I＝ER拉力大小等于安培力大小F＝BIL拉力的功率P＝Fv＝B2L2v2R(3)线圈ab边电阻Rab＝R4时间t＝Lv-8-ab边产生的焦耳热Q＝I2Rabt＝B2L3v4R答案：(1)BLv(2)B2L2v2R(3)B2L3v4R