高中 | 动生电动势 题目答案及解析

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选修3-2

第四章 电磁感应

4.5 电磁感应现象的两类情况

动生电动势

电磁感应。

下图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图,线圈匝数为$n$,面积为$S$。若在$t_{1}$$t_{2}$时间内,匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈,其磁感应强度大小由$B_{1}$均匀增加到$B_{2}$,则该段时间线圈两端$a$$b$之间的电势差$U_{ab}(\qquad)$

["

恒为$\\dfrac{nS\\left( B_{2}-B_{1} \\right)}{t_{2}-t_{1}}$

","

$0$均匀变化到$\\dfrac{nS\\left( B_{2}-B_{1} \\right)}{t_{2}-t_{1}}$

","

恒为$- \\dfrac{nS\\left( B_{2}-B_{1} \\right)}{t_{2}-t_{1}}$

","

$0$均匀变化到$- \\dfrac{nS\\left( B_{2}-B_{1} \\right)}{t_{2}-t_{1}}$

","

恒为$0$

"]
[["C"]]

穿过线圈的磁场均匀增加,将产生大小恒定的感生电动势,由法拉第电磁感应定律得$E=n\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}=n\dfrac{S\left( B_{2}-B_{1} \right)}{t_{2}- t_{1}}$,而等效电源内部的电流由楞次定理知从$a→b$,即$b$点是等效电源的正极,即$U_{ab}=- n\dfrac{S\left( B_{2}-B_{1} \right)}{t_{2}-t_{1}}$

故选:$\rm C$

(不定项)如图所示,两条相同的半圆弧形光滑金属导轨固定在水平桌面上,其所在平面竖直且平行,导轨最高点到水平桌面的距离等于半径,最低点的连线$OO'$与导轨所在竖直面垂直。空间充满竖直向下的匀强磁场(图中未画出),导轨左端由导线连接。现将具有一定质量和电阻的金属棒$MN$平行$OO'$放置在导轨图示位置,由静止释放。$MN$运动过程中始终平行于$OO'$且与两导轨接触良好,不考虑自感影响,下列说法正确的是$(\qquad)$

["

$MN$最终一定静止于$OO'$位置

","

$MN$运动过程中安培力始终做负功

","

从释放到第一次到达$OO'$位置过程中,$MN$的速率一直在增大

","

从释放到第一次到达$OO'$位置过程中,$MN$中电流方向由$M$$N$

"]
[["ABD"]]

$\rm A$.由于金属棒$MN$运动过程切割磁感线产生感应电动势,回路有感应电流,产生焦耳热,金属棒$MN$的机械能不断减小,由于金属导轨光滑,所以经过多次往返运动,$MN$最终一定静止于$OO'$位置,故$\rm A$正确;

$\rm B$.当金属棒$MN$向右运动,根据右手定则可知,$MN$中电流方向由$M$$N$,根据左手定则,可知金属棒$MN$受到的安培力水平向左,则安培力做负功;当金属棒$MN$向左运动,根据右手定则可知,$MN$中电流方向由$N$$M$,根据左手定则,可知金属棒$MN$受到的安培力水平向右,则安培力做负功;可知$MN$运动过程中安培力始终做负功,故$\rm B$正确;

$\rm C$.金属棒$MN$从释放到第一次到达$OO'$位置过程中,由于在$OO'$位置重力沿切线方向的分力为$0$,可知在到达$OO'$位置之前的位置,重力沿切线方向的分力已经小于安培力沿切线方向的分力,金属棒$MN$已经做减速运动,故$\rm C$错误;

$\rm D$.从释放到第一次到达$OO'$位置过程中,根据右手定则可知,$MN$中电流方向由$M$$N$,故$\rm D$正确。

故选:$\rm ABD$

如图甲所示,不计电阻的平行金属导轨与水平面成$37^\circ$,导轨间距为$L=1\;\rm m$,上端接有电阻$R=3\;\rm \Omega$,虚线$OO'$下方是垂直于导轨平面的匀强磁场。现将质量$m=0.1\;\rm kg$、电阻$r=1\;\rm \Omega$的金属杆$ab$$OO'$上方某处垂直导轨由静止释放,杆下落过程中始终与导轨保持良好接触,杆下落过程中的$v − t$图像如图乙所示。$g$$10\;\rm m/s^{2}$

①金属杆在磁场中运动时,                 点电势高;(选填“$a$”或“$b$”)

②(计算)求磁感应强度$B$的大小                 

③杆在磁场中下滑$0.1\;\rm s$过程中,电阻$R$产生的焦耳热$Q_{R}=$                 $\;\rm J$

[]
[["$a$","$2\\;\\rm T$","$1.875 \\times 10^{-2}\\;\\rm J$"]]

①金属杆在磁场中运动时,根据右手定则可知,感应电流由$b→a$,等效电源内部由低电势流向高电势,即$a$点点电势高;

②由图乙得$a=\dfrac{\Delta v}{\Delta t}=\dfrac{0.5}{0.1}\text{m}/\text{s}^{2}=5\;\rm \text{m}/\text{s}^{2}$$0.1\ \rm s$前,由牛顿第二定律有$mg\sin$ $\theta-f=ma$,代入数据得$f=0.1\;\rm N$$0.1\;\rm s$后匀速运动,有$mg\sin$ $\theta-f-F_{A}=0$,而$F_{A}=BIL=$$B \cdot \dfrac{BLv}{R+r} \cdot L=\dfrac{B^{2}L^{2}v}{R+r}$,联立解得$B=2\;\rm T$

③杆在磁场中下滑$0.1\ \rm s$过程中的电流$I=\dfrac{BLv}{R+r}=\dfrac{2 \times 1 \times 0.5}{3+1}{\;\rm A=0.25\;\rm A}$

电阻$R$产生的热量$Q=I^{2}Rt=0.25^{2} \times 3 \times 0.1\;\rm J=1.875 \times 10^{-2}\;\rm J$

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