专题9 电磁感应中的“金属框”模型 2020-2021高二物理下学期期末专题复习训练（人教版选修3-2）

专题9 电磁感应中的“金属框”模型 一、单选题 1．如图所示，Ⅰ、Ⅱ两条虚线之间存在匀强磁场，磁场方向与竖直纸面垂直。一个质量为m、边长为L的正方形导体框，在此平面内沿竖直方向运动，t=0时刻导体框的上半部分恰好进入磁场，速度为v0。经历一段时间后，当导体框上半部分恰好出磁场时，速度为零。此后导体框下落，再经历一段时间到达初始位置。已知重力加速度为g，则关于导体框说法不正确的是（　　） A．上升过程中的加速度一直大于g B．上升过程中的时间比下落过程中的少 C．上升过程中安培力做的功比下落过程中的多 D．上升过程中电阻消耗的电能比下落过程中的大 【答案】A 【解析】A．整个导体框在磁场内上升过程中只受重力作用，则其加速度等于g，选项A错误，符合题意； B．上升过程经过磁场边界时，受向下的安培力，则加速度大于g；下降过程经过磁场边界时，受向上的安培力，则加速度小于g；上升下降的位移大小相等，可知在上升过程中的时间比下落过程中的少，选项B正确，不符合题意。 C．根据能量守恒定律可知，线框经过同一位置时：上升的速率大于下降的速率，上升过程的安培力大小较大，而位移大小相等，所以上升过程中比下降过程中克服安培力做的功多，选项C正确，不符合题意。 D．因克服安培力做功等于产生的电能，可知在上升过程中电阻消耗的电能比下落过程中的大，选项D正确，不符合题意。 故选A。 2．如图（甲）所示，虚线上方空间有垂直线框平面的匀强磁场，直角扇形导线框绕垂直于线框平面的轴O以角速度ω匀速转动。设线框中感应电流方向以逆时针为正方向，那么在图（乙）中能准确描述线框从下图所示位置开始转动一周的过程中，线框内感应电流随时间变化情况的是（　　　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解析】当线框进入磁场后，切割的有效长度为半圆的半径不变，即电动势及电流大小不变；由右手定则可知，电流为逆时针，故为正值； 当线框全部进入磁场，磁通量不变，无感应电流； 当线框出磁场后，切割的有效长度为半圆的半径不变，即电动势及电流大小不变；由右手定则可知，电流为顺时针，故为负值； 当线框全部出磁场，磁通量没有，则无感应电流。 故选A。 3．如图所示，关于x轴对称的正方形闭合金属线圈水平放置在坐标系面内，线圈的边与y轴重合，匝数为N，边长为L，电阻为R。一金属直导线垂直于z轴放在x轴正上方，通有沿x轴负方向的电流。现让线圈沿图示方向绕x轴以角速度匀速转动，在线圈由图示位置开始转动90°的过程中，用冲击电流计测得流过线圈导线横截面的电荷量为q。则在此过程，线圈中（　　） A．感应电流方向为 B．感应电流的平均值为 C．感应电动势的平均值为 D．磁通量的变化量为 【答案】C 【解析】A．由右手螺旋定则可知，导线下方的磁场时垂直直面穿出，当线圈从图示位置转动90°后，磁通量向外变大，由楞次定律可得感应电流的方向为abcda，故A错误； B．转动90°，则时间 又 得出 故B错误； C．由B可知 则 故C正确； D．由 联立可得 故D错误。 故选C。 4．如图，一个有矩形边界的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里。一个三角形闭合导线框，由位置1沿纸面匀速运动到位置2。取线框刚到达磁场边界的时刻为计时起点，规定顺时针方向为电流的正方向，则下图中能正确反映线框中电流与时间关系的是（　　） A．B．C．D． 【答案】B 【解析】AD．线框进入磁场的过程，磁通量向里增加，根据楞次定律得知感应电流的磁场向外，由安培定则可知感应电流方向为逆时针，电流i应为负方向，故AD错误； BC．线框进入磁场的过程，线框有效的切割长度先均匀增大后均匀减小，由E=BLv，可知感应电动势先均匀增大后均匀减小；线框完全进入磁场的过程，磁通量不变，没有感应电流产生；线框穿出磁场的过程，磁通量向里减小，根据楞次定律得知感应电流的磁场向里，由安培定则可知感应电流方向为顺时针，电流i应为正方向；线框有效的切割长度先均匀增大后均匀减小，由，可知感应电动势先均匀增大后均匀减小，故B正确，C错误． 故选B。 5．如图，一足够长通电直导线固定在光滑水平面上，质量是的硬质金属环在该平面上运动，初速度大小为、方向与导线的夹角为，则该金属环最终（　　） A．做曲线运动，环中最多能产生0.08J的电能 B．静止在平面上，环中最多能产生的电能 C．做匀加速直线运动，环中最多能产生的电能 D．做匀速直线运动，环中最多能产生的电能 【答案】D 【解析】金属环在向右上方运动过程中，通过金属环的磁通量减少，根据楞次定律可知金属环受到的安培力会阻碍金属环的运动，直到金属环磁通量不发生变化，即沿着导线的方向运动时，金属环不再受到安培力的作用，此时金属环将沿导线方向做匀速直线运动，金属环只具有竖直方向的速度，根据速度合成与分解规律可知金属环最终做匀速直线运动