高中物理(粤教)选修3-2学案：第一章 电磁感应 章末检测卷

图13

(1)将图中所缺的导线补接完整；

(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏转一下，那么合上开关后可能出现的情况有：

A．将线圈A迅速插入线圈B时，灵敏电流计指针将________．

B．线圈A插入线圈B后，将滑动变阻器的滑片迅速向左拉时，灵敏电流计指针________． 答案 (1)见解析图 (2)向右偏转一下 向左偏转一下 解析 (1)如图所示

(2)根据楞次定律及灵敏电流计的指针偏转方向与流过它的电流方向的关系来判定，则A.向右偏转一下；B.向左偏转一下．

四、计算题(本题共3小题，共38分．解答应写出必要的文字说明，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)

15．(10分)小明同学设计了一个“电磁天平”，如图14所示，等臂天平的左臂为挂盘，右臂挂有矩形线圈，两臂平衡．线圈的水平边长L＝0.1m，竖直边长H＝0.3m，匝数为N1.线圈的下边处于匀强磁场内，磁感应强度B0＝1.0T，方向垂直线圈平面向里．线圈中通有可在0～2.0A范围内调节的电流I.挂盘放上待测物体后，调节线圈中电流使天平平衡，测出电流即可测得物体的质量．(重力加速度取g＝10m/s)

2

9

图14 图15

(1)为使“电磁天平”的量程达到0.5kg，线圈的匝数N1至少为多少？

(2)进一步探究电磁感应现象，另选N2＝100匝、形状相同的线圈，总电阻R＝10Ω.不接外电流，两臂平衡．如图15所示，保持B0不变，在线圈上部另加垂直纸面向外的匀强磁场，且磁感应强度B随时间均匀变大，磁场区域宽度d＝0.1m．当挂盘中放质量为0.01kg的物ΔB体时，天平平衡，求此时磁感应强度的变化率. Δt答案 (1)25匝 (2)0.1T/s

解析 (1)“电磁天平”中的线圈受到安培力，

I＝2.0A时线圈的匝数最少 F＝N1B0IL

由天平平衡可知：mg＝N1B0IL 代入数据解得：N1＝25匝．

ΔΦΔB(2)由法拉第电磁感应定律得：E＝N2＝N2Ld

ΔtΔt由欧姆定律得：I′＝

线圈受到的安培力F′＝N2B0I′L 由天平平衡可得：m′g＝F′

ΔB联立各式，代入数据可得＝0.1T/s.

Δt16．(13分)如图16所示，水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻，质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上．t＝0时，金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动．t0时刻，金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，且在磁场中恰好能保持匀速运动．杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为μ.重力加速度大小为g.求：

ER

图16

(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小； (2)电阻的阻值．

10

FB2l2t0

答案 (1)Blt0(－μg) (2)

mm解析 (1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为a，由牛顿第二定律得

F－μmg＝ma

① ②

设金属杆到达磁场左边界时的速度为v，由运动学公式有v＝at0

当金属杆以速度v在磁场中运动时，由法拉第电磁感应定律知产生的电动势为

E＝Blv 联立①②③式可得

③

FE＝Blt0(－μg)

m ④

(2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时，金属杆中的电流为I，根据欧姆定律

EI＝ R ⑤

式中R为电阻的阻值．金属杆所受的安培力为

F安＝BlI 因金属杆做匀速运动，有

⑥

F－μmg－F安＝0

联立④⑤⑥⑦式得

⑦

B2l2t0R＝. m17．(15分)如图17甲所示，一电阻不计且足够长的固定光滑平行金属导轨MN、PQ间距L＝0.8m，下端接有阻值R＝3Ω的电阻，导轨平面与水平面间的夹角θ＝30°.整个装置处于方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中．一质量m＝0.1kg、阻值r＝0.15Ω的金属棒垂直导轨放置并用绝缘细线通过光滑的定滑轮与质量M＝0.9kg的重物相连，左端细线连接金属棒中点且沿NM方向．棒由静止释放后，沿NM方向位移s与时间t之间的关系如图乙所示，其中ab为直线．已知棒在0～0.3s内通过的电荷量是0.3～0.4s内通过电荷量的2倍，取

g＝10m/s2，求：

图17

(1)0～0.3s内棒通过的位移s1的大小；

11

(2)电阻R在0～0.4s内产生的热量Q1. 答案 (1)0.6m (2)3J

解析 (1)棒在0～0.3s内通过的电荷量q1＝IΔt1

E平均感应电流I＝

R＋r 回路中平均感应电动势E＝得q1＝

Bs1L Δt1

BLs1

R＋r同理，棒在0.3～0.4s内通过的电荷量

BL?s2－s1?q2＝ R＋r由图乙读出0.4s时刻位移大小s2＝0.9m 又q1＝2q2 解得s1＝0.6m.

0.9－0.6

(2)由题图乙知棒在0.3～0.4s内做匀速直线运动，棒的速度大小v＝m/s＝3 m/s

0.4－0.3对系统，根据能量守恒定律

Q＝Mgs2－mgs2sinθ－(M＋m)v2

代入数据解得Q＝3.15J 根据焦耳定律有＝

12

Q1R QR＋r代入数据解得Q1＝3J.

12