2019-2020学年高中物理第4章电磁感应章末跟踪测评4含解析 人教版选修3-2

2019-2020学年高中物理第4章电磁感应章末跟踪测评4含解析 人教版选修3-2

第四章　章末跟踪测评 ‎(时间：90分钟　满分：110分)‎ 一、选择题(本大题共10小题，每小题5分，共50分．在每小题给出的四个选项中，1～7题只有一个选项符合题意，8～10题有多个选项符合题意，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)‎ ‎1．关于电磁感应现象，下列说法正确的是(　　)‎ A．感应电流的磁场总是与原磁场方向相反 B．闭合线圈放在变化的磁场中就一定能产生感应电流 C．闭合线圈放在匀强磁场中做切割磁感线运动时，一定能产生感应电流 D．感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的磁通量的变化 D　解析　电磁感应现象中，若磁通量减小，则感应电流的磁场与原磁场方向相同，选项A错误．若闭合线圈平面与磁场方向平行，则无论磁场强弱如何变化，穿过线圈的磁通量始终为零，不产生感应电流，选项B错误．若线圈切割磁感线时，穿过线圈的磁通量不发生变化，则不能产生感应电流，选项C错误．由楞次定律可知，选项D正确．‎ ‎2．为了研究磁通量变化时感应电流的方向，先通过如图所示回路确定电流通过检流计时指针的偏转方向．下列各图为实验过程的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将条形磁铁从线圈上方插入或拔出，线圈和检流计构成的闭合回路中就会产生感应电流．各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈运动的方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中正确的是(　　)‎ C　解析　选项A中条形磁铁向下插入线圈中时，向下穿过线圈的磁通量逐渐增大，所以感应电流产生的磁场方向向上，根据安培定则可知，选项A错误；同理可知，选项B、D错误，C正确．‎ ‎3．单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速运动，转轴垂直于磁场，若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则由O到D的过程中，下列说法错误的是(　　)‎ A．O时刻线圈中感应电动势最大 B．D时刻线圈中感应电动势为零 C．D时刻线圈中感应电动势最大 9‎ D．由O至D时间内线圈中平均感应电动势为0.4 V C　解析　由法拉第电磁感应定律知由O至D时间内线圈中的平均感应电动势＝＝V＝0.4 V，由感应电动势的物理意义可知，感应电动势的大小E与磁通量的大小Φ和磁通量的改变量ΔΦ均无必然联系，仅由磁通量的变化率决定，而任何时刻磁通量的变化率就是Φ－t图象上该时刻切线的斜率，不难看出由O到D过程中，O点处切线斜率最大，D点处切线斜率最小且为零，故选项A、B、D正确，C错误．‎ ‎4．如图所示，一个导体棒处在竖直向下的匀强磁场中，导体棒在竖直平面内做匀速圆周运动，且导体棒始终垂直于纸面．在导体棒由圆周最高点M运动到与圆心等高的N点的过程中，导体棒中感应电动势的大小变化情况是(　　)‎ A．越来越大 B．越来越小 C．保持不变 D．无法判断 B　解析　导体棒由圆周的最高点M运动到与圆心等高的N点的过程中，线速度的大小不变，方向始终与半径垂直，即方向时刻在改变，导致线速度方向与磁场方向的夹角θ减小，由E＝Blvsin θ知，导体棒中的感应电动势越来越小，故选项B正确．‎ ‎5．如图所示，a、b、c为三只相同的灯泡，额定电压稍大于电源的电动势，电源内阻可以忽略．L是一个本身电阻可忽略的电感线圈．开关S原来闭合，现突然断开，已知在这一过程中灯泡都不会被烧坏，则下列关于c灯的说法正确的是(　　)‎ A．亮度保持不变 B．将闪亮一下，而后逐渐熄灭 C．将闪亮一下，而后逐渐恢复到原来的亮度 D．将变暗一下，而后逐渐恢复到原来的亮度 C　解析　S闭合，a灯短路，加在c灯两端电压为电源电压，流过c灯电流是流过L电流的一半，当S断开的瞬时，L上的电流要减小，则L 9‎ 产生自感电动势阻碍电流的减小，所以开始时，通过c的电流变大，比原来亮得多，随后电流逐渐减小，达到稳定后，c两端的电压又等于电源电压，亮度跟原来一样，选项C正确．‎ ‎6．如图所示，在两个沿竖直方向的匀强磁场中，分别放人两个大小、质量完全一样的水平导体圆盘，它们彼此用导线相连(边缘处通过滑环相接)，当圆盘a转动时，圆盘b将(　　)‎ A．总是与a沿相同的方向转动 B．总是与a沿相反的方向转动 C．若B1、B2同向，a、b转向相同 D．若B1、B2反向，a、b转向相同 D　解析　若B1的方向为向上时，a盘顺时针转动，根据右手定则可知这时产生的感应电流方向是a′→O→b′→O'′，在b盘上b′O′电流的受力方向根据左手定则，判断当B2的方向向上时，b′O′的受力使b盘逆时针方向转动，当B2的方向向下时，b′O′受到的力使b盘顺时针方向转动．‎ ‎7．　如图所示，将直径为d、电阻为R的闭合金属圆环从磁感应强度为B的匀强磁场中拉出，这一过程中通过金属圆环某一截面的电荷量为(　　)‎ A． B． C． D． A　解析　＝n，故q＝·Δt＝·Δt＝＝＝.　‎ ‎8．　一个圆形闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，如图甲所示．设垂直于纸面向里的磁感应强度方向为正，垂直于纸面向外的磁感应强度方向为负．线圈中顺时针方向的感应电流为正，逆时针方向的感应电流为负．已知圆形线圈中感应电流i随时间变化的图象如图乙所示，则线圈所在磁场的磁感应强度随时间变化的图象可能是(　　)‎ 9‎ CD　解析　只需研究最初的一个周期，即前2 s内的情况即可，图乙表示的是线圈中感应电流的方向、大小随时间的变化情况，先运用安培定则，判断出感应电流的磁场方向；再根据楞次定律，判断引起感应电流的磁场应该如何变化．‎ ‎9．　两根足够长的光滑导轨竖直放置，两导轨间距离为L，底端接一阻值为R的电阻．将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，如图所示．除电阻R外其余电阻不计．现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则(　　)‎ A．金属棒将振动，动能、弹性势能与重力势能的总和保持不变 B．金属棒最后将静止，静止时弹簧的伸长量为 C．金属棒的速度为v时，其所受安培力的大小为F＝ D．电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少量 BC　解析　在金属棒运动的过程中，动能、弹性势能、重力势能和内能之间相互转化，选项A错误；金属棒的速度为v时，金属棒中产生的电动势E＝BLv，回路中的电流I＝，故安培力的大小为F＝BIL＝，选项C正确；金属棒最后将静止，静止时，重力与弹簧的弹力相等，选项B正确；金属棒减少的重力势能等于电阻R上产生的总热量与弹簧的弹性势能的增加量之和，选项D错误．‎ ‎10．　如图所示，矩形线圈是闭合的，在外力作用下，匀速向右通过宽为d(大于线圈边长)的匀强磁场时，设穿过线圈的磁通量为Φ，感应电流为I，线圈所受磁场力为F，通过线圈导线横截面的电荷量为q，则下列描述此过程中的各物理量的变化的图象，正确的是(　　)‎ 9‎ AB　解析　线圈穿过磁场的过程中，速度不变，其他各物理量的变化分析如下，磁通量Φ正比于时间t，从全部进入磁场到出磁场之前的过程中，Φ最大且保持不变，离开磁场的过程中，Φ均匀减小，故选项A正确；感应电流I＝，进入磁场与离开磁场的过程中，I的大小相等方向相反，均为恒定电流，线圈全部进入磁场在磁场中平移时，无感应电流，故选项B正确；进入与离开磁场的过程中，安培力大小F安＝BI感l不变，全部在磁场中平移时，不受安培力，故选项C错误；进入与离开磁场的过程中，通过导线横截面的电荷量q＝It＝t，可见电荷量随时间均匀变化；全部在磁场中时，无感应电流，q不变，故选项D错误．‎ 二、填空题(共2小题，共12分)‎ ‎11．(7分)如图所示为“研究电磁感应现象”的实验装置．‎ ‎(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了一下，那么合上开关后可能出现的情况有：‎ ‎①将A线圈迅速插入B线圈时，灵敏电流计指针将________________；‎ ‎②A线圈插入B线圈后，将滑动变阻器的阻值调大时，灵敏电流计指针将____________.‎ ‎(3)在做“研究电磁感应现象”实验时，如果B线圈两端不接任何元件，则B线圈电路中将______.‎ A．因电路不闭合，无电磁感应现象 B．有电磁感应现象，但无感应电流，只有感应电动势 C．不能用楞次定律和安培定则判断感应电动势方向 D．可以用楞次定律和安培定则判断感应电动势方向 解析　(2)依照楞次定律和安培定则及灵敏电流计的指针偏转方向与通过它的电流方向的关系来判定：①向右偏转一下；②向左偏转一下．‎ 9‎ ‎(3)穿过电路中的磁通量发生变化即产生电磁感应现象，如电路不闭合，则无感应电流，但有感应电动势，且可以用楞次定律和安培定则判断出感应电动势方向，要产生感应电流，电路必须闭合，故选B、D．‎ 答案　(1)如图所示 ‎(2)①向右偏转一下　②向左偏转一下　(3)BD ‎12．(5分)为判断线圈绕向，可将灵敏电流计G与线圈L连接，如图所示．已知线圈由a端开始绕至b端：当电流从电流计G的左端流入时，指针向左偏转．‎ ‎ (1)将磁铁的N极向下从线圈上方竖直插入线圈L时，发现电流计的指针向左偏转．俯视线圈，其绕向为________(选填“顺时针”或“逆时针”)．‎ ‎(2)当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离线圈L时，发现电流计的指针向右偏转．俯视线圈，其绕向为________(选填“顺时针”或“逆时针”)．‎ 解析　(1)由题意可知在线圈L内电流从b流向a，而根据楞次定律(增反减同)知，线圈L中产生的磁场与原磁场方向相反(向上)，再根据安培定则可知，感应电流方向为逆时针方向(俯视线圈)，因此线圈绕向为顺时针方向(俯视线圈)．‎ ‎(2)由题意可知在线圈L内电流从a流向b，而根据楞次定律(增反减同)知，线圈L中产生的磁场与原磁场方向相同(向上)，再根据安培定则可知，感应电流方向与(1)问相同，而电流的流向与(1)问相反，因此线圈绕向一定与(1)问相反，为逆时针方向(俯视线圈)．‎ 答案　(1)顺时针　(2)逆时针 三、解答题(共4小题，共48分)‎ ‎13．(10分)金属棒长为l，电阻为r，绕O点以角速度ω做匀速圆周运动，a点与金属圆环光滑接触，如图所示，图中定值电阻的阻值为R，圆环电阻不计，求UOa.‎ 解析　Oa切割磁感线产生的电动势为E＝Bωl2，由于金属棒有内阻，由闭合电路欧姆定律得UOa＝－IR＝－Bωl2·＝－(负号是因为a点电势高于O点电势)．‎ 9‎ 答案　－ ‎14．(12分)　如图所示，半径为R的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里，一根长度略大于导轨直径的导体棒MN以速率v在圆形导轨上从左端滑到右端，电路中的定值电阻为r，其余电阻不计，导体棒与圆形导轨接触良好，求：‎ ‎(1)在导体棒滑动过程中通过电阻r的电流的平均值；‎ ‎(2)导体棒从左端滑到右端的整个过程中，通过电阻r的电荷量；‎ ‎(3)当导体棒通过圆形导轨的圆心时，通过r的电流．‎ 解析　(1)在导体棒滑动过程中穿过圆形导轨的磁通量的变化量为ΔΦ＝BS＝BπR2，‎ 导体棒从左端滑到右端所用的时间Δt＝，‎ 产生的平均感应电动势＝＝，‎ 平均电流为＝＝.‎ ‎(2)通过电阻r的电荷量q＝Δt＝.‎ ‎(3)当导体棒通过圆形导轨的圆心时，导体棒切割磁感线产生的感应电动势 E＝B·2Rv，‎ 此时通过r的电流为I＝＝.‎ 答案　(1)　(2)　(3) ‎15．(12分)如图所示，在倾角θ＝37°的光滑斜面上存在一垂直斜面向上的匀强磁场区域MNPQ，磁感应强度B的大小为5 T，磁场宽度d＝0.55 m，有一边长L＝0.4 m、质量m1＝0.6 kg、电阻R＝2 Ω的正方形均匀导体线框abcd通过一轻质细线跨过光滑的定滑轮与一质量为m2＝0.4 kg的物体相连，物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.4，将线框从图示位置由静止释放，物体到定滑轮的距离足够长．(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)求：‎ ‎ (1)线框abcd还未进入磁场的运动过程中，细线中的拉力大小；‎ 9‎ ‎(2)当ab边刚进入磁场时，线框恰好做匀速直线运动，求线框刚释放时ab边距磁场MN边界的距离x；‎ ‎(3)在(2)问中条件下，若cd边刚离开磁场边界PQ时，线框速度大小为2 m/s，求整个运动过程中ab边产生的热量为多少？‎ 解析　(1)线框和物体运动过程中，以整体为研究对象，由牛顿第二定律得m1gsin θ－μm2g＝(m1＋m2)a，‎ 代入数据解得a＝ 2 m/s2，‎ 以物体为研究对象，由牛顿第二定律得T－μm2g＝m2a，‎ 代入数据解得T＝2.4 N.‎ ‎(2)线框ab边刚进入磁场时，线框恰好做匀速直线运动，以线框和物体整体为研究对象，由平衡条件得 m1gsin θ－μm2g－＝0，‎ 代入数据解得v＝1 m/s，‎ ab到MN前线框做匀加速运动，有v2＝2ax，‎ 代入数据解得x＝0.25 m.‎ ‎(3)线框从开始运动到cd边恰离开磁场边界PQ时，由能量守恒定律得m1gsin θ(x＋d＋L)－μm2g(x＋d＋L)＝(m1＋m2)v＋Q，代入数据解得Q＝0.4 J，‎ 所以Qab＝Q＝0.1 J.‎ 答案　(1)2.4 N　(2)0.25 m　(3)0.1 J ‎16．(14分)如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为l.M、P两点间接有阻值为R的电阻．一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，导轨和金属杆的电阻可忽略．整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下．让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦，重力加速度为g.‎ ‎　‎ ‎(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图；‎ ‎(2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求ab杆中的电流及其加速度的大小；‎ ‎(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值．‎ 9‎ 解析　(1)受力分析如图所示．‎ ‎(2)当ab杆速度大小为v时，感应电动势为E＝Blv，‎ ab杆中的电流为I＝＝，‎ 安培力F＝BIl，‎ 加速度为a＝＝gsin θ－.‎ ‎(3)当a＝0时，即Gsin θ＝F时ab杆的速度可以达到最大值，即mgsin θ＝Bl，所以vm＝sin θ.‎ 答案　(1)见解析图　(2)　gsin θ－ ‎(3)sin θ 9‎