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1、
第四模塊 第9章 第1單元
一、選擇題
1.(2020年海南卷)一航天飛機(jī)下有一細(xì)金屬桿,桿指向地心.若僅考慮地磁場(chǎng)的影響,則當(dāng)航天飛機(jī)位于赤道上空
( )
A.由東向西水平飛行時(shí),金屬桿中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向一定由上向下
B.由西向東水平飛行時(shí),金屬桿中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向一定由上向下
C.沿經(jīng)過地磁極的那條經(jīng)線由南向北水平飛行時(shí),金屬桿中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向一定由下向上
D.沿經(jīng)過地磁極的那條經(jīng)線由北向南水平飛行時(shí),金屬桿中一定沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
圖18
解析:如圖18所示,設(shè)觀察方向?yàn)槊嫦虮狈?,左西右東,則地磁場(chǎng)方向平行赤道表面向北,若飛機(jī)由東向西飛行時(shí),
2、則右手定則可判斷出電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)橛缮舷蛳?;若飛機(jī)由西向東飛行時(shí),由右手定則可判斷出電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)橛上孪蛏?,A對(duì)B錯(cuò);沿著經(jīng)過地磁極的那條經(jīng)線運(yùn)動(dòng)時(shí),速度方向平行于磁場(chǎng),金屬桿中一定沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),C錯(cuò)D對(duì).
答案:AD
2.如圖19所示,在平面上有兩條相互垂直且彼此絕緣的長(zhǎng)通電直導(dǎo)線,以它們?yōu)樽鴺?biāo)軸構(gòu)成一個(gè)平面直角坐標(biāo)系.四個(gè)相同的閉合圓形線圈在四個(gè)象限中完全對(duì)稱放置,兩條導(dǎo)線中電流大小與變化情況相同,電流方向如圖所示,當(dāng)兩條導(dǎo)線中的電流都開始增大時(shí),四個(gè)線圈a、b、c、d中感應(yīng)電流的情況是
( )
A.線圈a中無感應(yīng)電流
B.線圈b中無感應(yīng)電流
C.線圈c中
3、有順時(shí)針方向的感應(yīng)電流
D.線圈d中有逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流
解析:由安培定則判斷磁場(chǎng)方向如圖20所示,故線圈a、c中有電流.再根據(jù)楞次定律可知線圈a電流為逆時(shí)針,c為順時(shí)針,A錯(cuò),C對(duì).而線圈b、d中合磁通量為零,無感應(yīng)電流,B對(duì)D錯(cuò).
答案:BC
圖21
3.如圖21所示,虛線a′b′c′d′內(nèi)為一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)方向豎直向下,矩形閉合金屬線框abcd以一定的速度沿光滑絕緣水平面向磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng).下圖所給出的是金屬框的四個(gè)可能達(dá)到的位置,則金屬框的速度不可能為零的位置是
( )
解析:當(dāng)線框完全處于磁場(chǎng)中時(shí),線框中無感應(yīng)電流產(chǎn)生,線框不受力,將做勻速直線運(yùn)動(dòng),其速度
4、不可能為零,故C對(duì).
答案:C
4.如圖22所示,水平桌面上放有一個(gè)閉合鋁環(huán),在鋁環(huán)軸線上方有一個(gè)條形磁鐵.當(dāng)條形磁鐵沿軸線豎直向下迅速移動(dòng)時(shí),下列判斷正確的是
圖22
( )
A.鋁環(huán)有收縮趨勢(shì),對(duì)桌面壓力減小
B.鋁環(huán)有收縮趨勢(shì),對(duì)桌面壓力增大
C.鋁環(huán)有擴(kuò)張趨勢(shì),對(duì)桌面壓力減小
D.鋁環(huán)有擴(kuò)張趨勢(shì),對(duì)桌面壓力增大
解析:磁鐵向下運(yùn)動(dòng),線圈中的磁通量增加,線圈只有縮小,才能阻礙磁通量的增加,并對(duì)桌面壓力增大,故B項(xiàng)正確.
答案:B
5.(2008年四川卷)在沿水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一圓形金屬線圈可繞沿其直徑的豎直軸自由轉(zhuǎn)動(dòng).開始時(shí)線圈靜止,線圈平面與磁
5、場(chǎng)方向既不平行也不垂直,所成的銳角為α.在磁場(chǎng)開始增強(qiáng)后的一個(gè)極短時(shí)間內(nèi),線圈平面
( )
A.維持不動(dòng)
B.將向使α減小的方向轉(zhuǎn)動(dòng)
C.將向使α增大的方向轉(zhuǎn)動(dòng)
D.將轉(zhuǎn)動(dòng),因不知磁場(chǎng)方向,不能確定α?xí)龃筮€是會(huì)減小
解析:由楞次定律可知,當(dāng)磁場(chǎng)開始增強(qiáng)時(shí),線圈平面轉(zhuǎn)動(dòng)的效果是為了減小線圈磁通量的增加,而線圈平面與磁場(chǎng)間的夾角越小時(shí),通過的磁通量越小,所以將向使a減小的方向轉(zhuǎn)動(dòng).
圖23
答案:B
6.(2010年福建模擬)如圖23所示為兩個(gè)同心閉合線圈的俯視圖,若內(nèi)線圈通有圖示方向的電流I1,則當(dāng)I1增大時(shí),外線圈中的感應(yīng)電流I2的方向及I2受到的安培力F的方向分
6、別是
( )
A.I2順時(shí)針方向,F(xiàn)沿半徑指向圓心
B.I2順時(shí)針方向,F(xiàn)沿半徑背離圓心向外
C.I2逆時(shí)針方向,F(xiàn)沿半徑指向圓心
D.I2逆時(shí)針方向,F(xiàn)沿半徑背離圓心向外
解析:本題考查通電螺旋管的磁場(chǎng)分布、楞次定律等知識(shí)點(diǎn).根據(jù)通電螺旋管的磁場(chǎng)分布可知,線圈中磁場(chǎng)的方向垂直于紙面向里,當(dāng)I1增大時(shí),線圈中磁通量增加,由楞次定律可知,外線圈中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)在線圈內(nèi)部垂直于紙面向外,由右手螺旋定則可知外線圈中感應(yīng)電流I2沿逆時(shí)針方向.另外,當(dāng)I1增大時(shí),線圈中磁通量增加,I2受到的安培力F有使線圈所圍面積增大的效果,所以F沿半徑背離圓心.
答案:D
7.如圖24所示,MN、G
7、H為平行導(dǎo)軌,AB、CD為跨在導(dǎo)軌上的兩根桿,導(dǎo)軌和橫桿均為導(dǎo)體,有勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌所在的平面,方向如圖24所示.用I表示回路中的電流,則
( )
A.當(dāng)AB不動(dòng)而CD向右滑動(dòng)時(shí),I≠0且沿順時(shí)針方向
B.當(dāng)AB向左、CD向右滑動(dòng)且速度相等時(shí),I=0
C.當(dāng)AB、CD都向右滑動(dòng)且速度相等時(shí),I=0
D.當(dāng)AB、CD都向右滑動(dòng),且AB速度大于CD時(shí),I≠0,且沿逆時(shí)針方向
圖24
解析:選項(xiàng)A中,由右手定則可知,電流沿逆時(shí)針方向;選項(xiàng)B中,當(dāng)AB向左、CD向右滑動(dòng)時(shí),回路ABDC的磁通量變化,I≠0;選項(xiàng)C中,當(dāng)AB、CD都向右滑動(dòng)且速度相等時(shí),回路ABDC的面積不變,磁通
8、量不變化,I=0;選項(xiàng)D中,AB、CD都向右滑動(dòng),AB速度大于CD時(shí),回路ABDC的面積減小,磁通量變化,I≠0.根據(jù)楞次定律,電流方向沿順時(shí)針方向,故選C.
答案:C
8.如圖25所示,一閉合的金屬環(huán)從靜止開始由高處下落通過條形磁鐵后繼續(xù)下落,空氣阻力不計(jì),則在圓環(huán)下落的運(yùn)動(dòng)過程中,下列說法正確的是
( )
圖25
A.在磁鐵的上方時(shí),圓環(huán)的加速度小于g,在下方大于g
B.在磁鐵的上方時(shí),圓環(huán)的加速度小于g,在圓環(huán)下方時(shí)也小于g
C.圓環(huán)在磁鐵的上方時(shí),加速度小于g,在下方時(shí)等于g
D.圓環(huán)在磁鐵的上方時(shí),加速度大于g,在下方時(shí)小于g
解析:金屬環(huán)下落通過條形磁鐵時(shí),
9、穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生了變化,因而發(fā)生了電磁感應(yīng)現(xiàn)象而產(chǎn)生了感應(yīng)電流,使金屬環(huán)受磁鐵的磁場(chǎng)所施的安培力,因而不再是只受重力作用,加速度不再是重力加速度,而要由重力和安培力的合力來決定.重力是恒力,所以該題的核心就是要判定金屬環(huán)所受安培力的方向.由楞次定律來判定:感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙原磁場(chǎng)的變化,即總是阻礙導(dǎo)體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),意思是:總是阻礙導(dǎo)體間的距離變化,因此環(huán)在磁鐵上方下落時(shí),磁場(chǎng)力總是阻礙環(huán)下落,即a
10、大線圈P相接,導(dǎo)軌上放一導(dǎo)線ab,大線圈P內(nèi)有同圓心的閉合小線圈M,要使M中產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流,則導(dǎo)線ab的運(yùn)動(dòng)是
( )
A.勻速向右運(yùn)動(dòng) B.加速向右運(yùn)動(dòng)
C.減速向右運(yùn)動(dòng) D.加速向左運(yùn)動(dòng)
圖26
解析:此題可通過運(yùn)用楞次定律的解題步驟來判定.
(1)M中感應(yīng)電流為順時(shí)針方向,由安培定則可知感應(yīng)電流的磁場(chǎng)垂直紙面向里.
(2)由楞次定律判定得穿過小線圈M的磁通量的變化有兩種情況:一是垂直紙面向內(nèi)減少,一是垂直紙面向外增加.
(3)由于穿過小線圈M的磁場(chǎng)由大線圈P中的電流產(chǎn)生,所以P中電流的變化應(yīng)該為:順時(shí)針減小或逆時(shí)針增加.
(4)P中電流
11、又是由ab的運(yùn)動(dòng)引起的,所以ab的運(yùn)動(dòng)應(yīng)為:向右減速或向左加速.
答案:CD
10.如圖27所示,通過水平絕緣傳送帶輸送完全相同的銅線圈,線圈均與傳送帶以相同的速度勻速運(yùn)動(dòng).為了檢測(cè)出個(gè)別未閉合的不合格線圈,讓傳送帶通過一固定勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)方向垂直于傳送帶,線圈進(jìn)入磁場(chǎng)前等距離排列,穿過磁場(chǎng)后根據(jù)線圈間的距離,就能夠檢測(cè)出不合格線圈,通過觀察圖形,判斷下列說法正確的是
( )
圖27
A.若線圈閉合,進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),線圈相對(duì)傳送帶向后滑動(dòng)
B.若線圈不閉合,進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),線圈相對(duì)傳送帶向后滑動(dòng)
C.從圖中可以看出,第2個(gè)線圈是不合格線圈
D.從圖中可以看出,第3個(gè)線圈是
12、不合格線圈
解析:由產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件和楞次定律知,A正確,B錯(cuò)誤.由各線圈位置關(guān)系知,C錯(cuò)誤,D正確.
答案:AD
二、計(jì)算題
圖28
11.磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)僅存在于邊長(zhǎng)為2l的正方形范圍內(nèi),有一個(gè)電阻為R、邊長(zhǎng)為l的正方形導(dǎo)線框abcd,沿垂直于磁感線方向,以速度v勻速通過磁場(chǎng),如圖28所示,從ab進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)開始計(jì)時(shí).
(1)畫出穿過線框的磁通量隨時(shí)間變化的圖象;
(2)判斷線框中有無感應(yīng)電流.若有,請(qǐng)判斷出感應(yīng)電流的方向.
解析:線框穿過磁場(chǎng)的過程可分為三個(gè)階段:進(jìn)入磁場(chǎng)階段(只有ab邊在磁場(chǎng)中)、在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)階段(ab、cd兩邊都在磁場(chǎng)中)、離開磁場(chǎng)階段
13、(只有cd邊在磁場(chǎng)中).
(1)①線框進(jìn)入磁場(chǎng)階段:t為0→,線框進(jìn)入磁場(chǎng)中的面積隨時(shí)間成正比,S=lvt,最后為Φ=BS=Bl2.
②線框在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)階段:t為→,
線框磁通量為Φ=Bl2,保持不變.
③線框離開磁場(chǎng)階段:t為→,線框磁通量線性減小,最后為零.
(2)線框進(jìn)入磁場(chǎng)階段,穿過線框的磁通量增加,線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流.由右手定則可知,感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向.
線框在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)階段,穿過線框的磁通量保持不變,無感應(yīng)電流產(chǎn)生.
線框離開磁場(chǎng)階段,穿過線框的磁通量減小,線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流.由右手定則可知,感應(yīng)電流方向
圖29
為順時(shí)針方向.
答案:(1)如
14、圖29所示.
(2)線框進(jìn)入磁場(chǎng)階段,電流方向逆時(shí)針;線框在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)階段,無電流;線框離開磁場(chǎng)階段,電流方向順時(shí)針.
12.我國鐵路運(yùn)輸能力不足,制約著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展.在每年的“春運(yùn)高峰”和“假日消費(fèi)黃金周”,出行難總是人們議論的焦點(diǎn)話題.因此,我國需要建設(shè)更多的鐵路,包括發(fā)展高速鐵路.
(1)有一種高速磁懸浮列車的設(shè)計(jì)方案,在每節(jié)車廂底部安裝強(qiáng)磁鐵(磁場(chǎng)方向向下),并在兩條鐵軌之間沿途平放一系列線圈.下列說法不正確的是
( )
A.當(dāng)列車運(yùn)動(dòng)時(shí),通過線圈的磁通量會(huì)發(fā)生變化
B.列車速度越快,通過線圈的磁通量變化越快
C.列車運(yùn)動(dòng)時(shí),線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流
D.線圈中的感應(yīng)電
15、流的大小與列車速度無關(guān)
(2)磁懸浮列車在行進(jìn)時(shí)會(huì)“浮”在軌道上,從而可高速行駛.高速行駛的原因是列車浮起后
( )
A.減小了列車的慣性
B.減小了地球與列車的引力
C.減小了列車與鐵軌間的摩擦力
D.減小了列車所受的空氣阻力
(3)假設(shè)列車從靜止開始做勻加速運(yùn)動(dòng),經(jīng)過500 m的路程后,速度達(dá)到360 km/h,整個(gè)列車的質(zhì)量為1.0×105 kg.如果不計(jì)阻力,在此勻加速階段,求牽引力的最大功率.
解析:(1)由電磁感應(yīng)原理可知,不正確的說法為D選項(xiàng),故應(yīng)選D選項(xiàng).
(2)根據(jù)P=Fv,當(dāng)列車達(dá)到最大速度勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),有
F=Fμ
P=Fμv
所以正確選項(xiàng)為C.而列車懸浮不能有效減小空氣阻力,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
(3)根據(jù)v2=v+2ax,將v=360 km/h=100 m/s,v0=0,x=500 m代入可解得
a==10 m/s2
解得Pmax=Fv=mav=1.0×105 kW
答案:(1)D (2)C (3)1.0×105 kW