2.2 法拉第电磁感应定律(第2课时) 拓展+高考-2021-2022学年高二物理课后四维同步练（2019人教版选择性必修第二册）

第二章 第二节 法拉第电磁感应定律(第2课时) 拓展+高考 一、拓展题 1.(2022·江西九江·一模)如图甲,左侧接有定值电阻R=2Ω的水平平行且足够长的粗糙导轨处于垂直纸面向外的匀强磁场中,磁感应强度B =2T, 导轨间距L =1m。一质量m =2kg、接入电路的阻值r =2 Ω的金属棒在拉力F的作用下由静止开始从CD处沿导轨向右加速运动,金属棒的v-x图像如图乙。若金属棒与导轨垂直且接触良好,与导轨间的动摩擦因数μ=0. 5,导轨电阻不计,取g=10m/s2,在金属棒从静止开始向右运动的位移x =1 m的过程中,则( ) A.金属棒中感应电流的方向为C→D B.通过定值电阻的电荷量为1 C C.定值电阻产生的焦耳热为1J D.拉力F做的功为15J 【答案】AD 【详解】 A.根据右手定则可知,金属棒中感应电流的方向为C→D,故A正确; B.通过定值电阻的电荷量q==0.5 C, 故B错误; C.由图乙可得金属棒向右运动的位移为1 m时,速度v1=2 m/s,金属棒运动过程中受到的安培力 F安=, 代入数据解得F安=v 安培力与速度成正比关系,金属棒从静止开始运动,安培力从零开始随金属棒速度成正比的增大,则在金属棒从静止开始向右运动的位移x =1 m的过程中,金属棒克服安培力做的功W安=x1= 克服安培力做的功转化为回路中的焦耳热,则定值电阻产生的焦耳热Q=W安=0.5 J, 故C错误; D.根据动能定理有WF−μmgx−W安= 得 WF=15 J , 故D正确。 故选AD。 2.(2021·湖南·模拟预测)如图甲所示。在竖直方向上有四条间距相等的水平虚线L1、L2、L3、L4,在L1和L2之间、L3和L4之间存在匀强磁场,磁感应强度大小均为1T,方向垂直于虚线所在平面,磁场宽度为L,现有一宽度cd=L=0.5m、质量为0.1kg、电阻为2Ω的矩形线圈abcd,将其从图示位置由静止释放(cd边与L1重合),速度随时间变化关系如图乙所示,t1时刻cd边与L2重合,t2时刻ab边与L3重合,t3时刻ab边与L4重合,已知t1~t2的时间间隔为0.6s,整个运动过程线圈平面始终处于竖直方向。(重力加速度g取10m/s2)则( ) A.t1时刻,线圈运动的速度大小v1=3.5m/s B.L1与L2、L3与L4之间的匀强磁场的宽度为1m C.在0~t1时间内,通过线圈的电荷量为0.25C D.在0~t3时间内,线圈产生的热量为1.1125J 【答案】BC 【详解】 A. t2~t3时间内线圈做匀速运动,根据受力平衡有, 联立两式解得v2=8m/s, t1~t2的时间间隔为t=0.6s,线圈做加速度为g的匀加速直线运动,根据速度﹣时间关系有 v2=v1+gt , 解得v1=2m/s , 故A错误; B.t1~t2时间内,线圈一直做匀加速直线运动,知ab边刚进入上边的磁场时,cd边也刚进入下边的磁场,设磁场的宽度为d,则线圈的长度L′=2d,线圈下降的位移匀加速下降的位移为x=L′+d=3d 则有 , 解得d=1m, 故B正确; C.在0~t1时间内,cd边从L1运动到L2,通过线圈的电荷量 解得q=0.25C, 故C正确; D.在0~t3时间内,根据能量守恒定律得, 解得Q=1.8J, 故D错误。 故选BC。 3.(2021·湖南·模拟预测)某种超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起,同时通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力。其推进原理可以简化为如图所示的模型:PQ和MN是固定在水平地面上的两根足够长的平直导轨,导轨间分布着竖直(垂直纸面)方向等间距的匀强磁场B1和B2。二者方向相反。矩形金属框固定在实验车底部(车厢与金属框绝缘)。其中ad边宽度与磁场间隔相等。当磁场B1和B2同时以速度v沿导轨向右匀速运动时。金属框受到磁场力,并带动实验车沿导轨运动,已知金属框垂直导轨的ab边的边长L、金属框总电阻R,列车与线框的总质量m,B1=B2=B,悬浮状态下,实验车运动时受到的阻力恒为其对地速度的K倍。则下列说法正确的是( ) A.列车在运动过程中金属框中的电流方向一直不变 B.列车在运动过程中金属框产生的最大电流为 C.列车最后能达到的最大速度为 D.列车要维持最大速度运动,它每秒钟消耗的磁场能为 【答案】C 【详解】 A.由右手定则可知,当cd边位于向外的磁场中和位于向里的磁场中时,电流方向相反,所以电流方向是变化的,故A错误; B.列车刚起动时金属框切割磁感线的速度最大,为v,此时产生的感应电动势最大,此时产生的电流最大,设最大电流为Im,此时前后两边都切割磁感应线,根据闭合电路的欧姆定律可得, 故B错误; C.列车运动过程受到安培力FA与阻力f作用,对列车由牛顿第二定律可知,加速度大小 当列车速度增大时,安培力FA