湖南省邵阳市隆回县万和实验学校高中物理 第四章 电磁感应 单元过关测试题 新人教版选修3-2

湖南省邵阳市隆回县万和实验学校高中物理 第四章 电磁感应 单元过关测试题 新人教版选修3-2

‎2020年下学期隆回县万和实验学校高二物理电磁感应单元过关测试题 ‎ ‎1．[2020·新课标全国卷Ⅰ] 在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是(　　)‎ A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化 B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化 C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化 D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化 ‎1．D　产生感应电流的条件是：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中就会产生感应电流．本题中的A、B选项都不会使电路中的磁通量发生变化，不满足产生感应电流的条件，故不正确．C选项虽然在插入条形磁铁瞬间电路中的磁通量发生变化，但是当人到相邻房间时，电路已达到稳定状态，电路中的磁通量不再发生变化，故观察不到感应电流．在给线圈通电、断电瞬间，会引起闭合电路磁通量的变化，产生感应电流，因此D选项正确．‎ ‎2．如图，匀强磁场垂直于软导线回路平面，由于磁场发生变化，回路变为圆形。则磁场（）‎ ‎（A）逐渐增强，方向向外 （B）逐渐增强，方向向里 ‎（C）逐渐减弱，方向向外 （D）逐渐减弱，方向向里 ‎17．CD [解析] 本题考查了楞次定律，感应电流的磁场方向总是阻碍引起闭合回路中磁通量的变化，体现在面积上是“增缩减扩”，而回路变为圆形，面积是增加了，说明磁场是在逐渐减弱．因不知回路中电流方向，故无法判定磁场方向，故CD都有可能。‎ ‎3． [2020·全国卷] 很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的竖直圆筒．一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐．让条形磁铁从静止开始下落．条形磁铁在圆筒中的运动速率(　　)‎ A．均匀增大 B．先增大，后减小 C．逐渐增大，趋于不变 D．先增大，再减小，最后不变 ‎20．C　[解析] 本题考查楞次定律、法拉第电磁感应定律．竖直圆筒相当于闭合电路，磁铁穿过闭合电路，产生感应电流，根据楞次定律，磁铁受到向上的阻碍磁铁运动的安培力，开始时磁铁的速度小，产生的感应电流也小，安培力也小，磁铁加速运动，随着速度的增大，产生的感应电流增大，安培力也增大，直到安培力等于重力的时候，磁铁匀速运动．所以C正确．‎ ‎4． [2020·广东卷] 如图8所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置，小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块(　　)‎ A．在P和Q中都做自由落体运动 B．在两个下落过程中的机械能都守恒 C．在P中的下落时间比在Q中的长 D．落至底部时在P中的速度比在Q中的大 ‎15．C　[解析] 磁块在铜管中运动时，铜管中产生感应电流，根据楞次定律，磁块会受到向上的磁场力，因此磁块下落的加速度小于重力加速度，且机械能不守恒，选项A、B错误；磁块在塑料管中运动时，只受重力的作用，做自由落体运动，机械能守恒，磁块落至底部时，根据直线运动规律和功能关系，磁块在P中的下落时间比在Q中的长，落至底部时在P中的速度比在Q中的小，选项C正确，选项D错误．‎ ‎5．[2020·江苏卷] ‎ 如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来．若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有(　　)‎ A．增加线圈的匝数 B．提高交流电源的频率 C．将金属杯换为瓷杯 D．取走线圈中的铁芯 ‎7．AB　[解析] 根据法拉第电磁感应定律E＝n知，增加线圈的匝数n，提高交流电源的频率即缩短交流电源的周期(相当于减小Δt)，这两种方法都能使感应电动势增大故选项A、B正确．将金属杯换为瓷杯，则没有闭合电路，也就没有感应电流；取走线圈中的铁芯，则使线圈中的磁场大大减弱，则磁通量的变化率减小．感应电动势减小．故选项C、D错误．‎ ‎6．[2020·安徽卷] 英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场．如图所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场B，环上套一带电荷量为＋q的小球．已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是(　　) ‎ A．0 B.r2qk C．2πr2qk D．πr2qk ‎20．D　[解析] 本题考查电磁感应、动能定理等知识点，考查对“变化的磁场产生电场”的理解能力与推理能力．由法拉第电磁感应定律可知，沿圆环一周的感生电动势E感＝＝·S＝k·πr2，电荷环绕一周，受环形电场的加速作用，应用动能定理可得W＝qE感＝πr2qk.选项D正确。‎ b R a F B ‎7．如图所示，置于水平面的平行金属导轨不光滑，导轨一端连接电阻R，其它电阻不计，垂直于导轨平面有一匀强磁场，磁感应强度为B，当一质量为m的金属棒ab在水平恒力F作用下由静止向右滑动时（ ）‎ A．外力F对ab棒做的功等于电路中产生的电能 B．只有在棒ab做匀速运动时，外力F做的功才等于电路中产生的电能 C．无论棒ab做何种运动，它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能 D．棒ab匀速运动的速度越大，F力做功转化为电能的效率越高 i i T T/2‎ O i0‎ ‎-i0‎ 甲 乙 ‎8.如图甲所示，长直导线与闭合金属线框位于同一平面内，长直导线中的电流i 随时间t的变化关系如图乙所示.在0-T/2时间内，直导线中电流向上，则在T/2-T时间内，线框中感应电流的方向与所受安培力情况是（ ）‎ A.感应电流方向为顺时针，线框受安培力的合力方向向左 t B.感应电流方向为逆时针，线框受安培力的合力方向向右 C.感应电流方向为顺时针，线框受安培力的合力方向向右 D.感应电流方向为逆时针，线框受安培力的合力方向向左 ‎9．[2020·新课标全国卷Ⅰ] 如图(a)所示，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上．在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示．已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是(　　) ‎ ‎　　　‎ ‎18．C　[解析] 本题考查了电磁感应的图像．根据法拉第电磁感应定律，ab线圈电流的变化率与线圈cd上的波形图一致，线圈cd上的波形图是方波，ab 线圈电流只能是线性变化的，所以C正确．‎ ‎10．如图所示，在匀强磁场中放有电阻不计的平行铜导轨，它与大线圈M相连接.要使小线圈N受到的磁场力向里，则放在导轨上的裸金属棒ab的运动情况是（ ）‎ a N M B b A．向右匀速运动 B．向左加速运动 C．向右减速运动 D．向右加速运动 ‎11、[2020·江苏卷] 如图所示，一正方形线圈的匝数为n，边长为a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中．在Δt时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B均匀地增大到2B.在此过程中，线圈中产生的感应电动势为(　　)　　　　　　　　　　　　　　　‎ A. B. C. D. ‎1．B　[解析] 根据法拉第电磁感应定律知E＝n＝n，这里的S指的是线圈在磁场中的有效面积，即S＝，故E＝n＝，因此B项正确．‎ ‎12．[2020·山东卷] 如图所示，一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内，通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定，导体棒与轨道垂直且接触良好，在向右匀速通过M、N两区的过程中，导体棒所受安培力分别用FM、FN表示．不计轨道电阻．以下叙述正确的是(　　)‎ A．FM向右 B．FN向左 C．FM逐渐增大 D．FN逐渐减小 ‎16．BCD　[解析] 根据安培定则可判断出，通电导线在M区产生竖直向上的磁场，在N区产生竖直向下的磁场．当导体棒匀速通过M区时，由楞次定律可知导体棒受到的安培力向左．当导体棒匀速通过N区时，由楞次定律可知导体棒受到的安培力也向左．选项B正确．设导体棒的电阻为r，轨道的宽度为L，导体棒产生的感应电流为I′，则导体棒受到的安培力F安＝BI′L＝BL＝，在导体棒从左到右匀速通过M区时，磁场由弱到强，所以FM逐渐增大；在导体棒从左到右匀速通过N 区时，磁场由强到弱，所以FN逐渐减小．选项C、D正确．‎ ‎13．[2020·四川卷] 如图所示，不计电阻的光滑U形金属框水平放置，光滑、竖直玻璃挡板H、P固定在框上，H、P的间距很小．质量为‎0.2 kg的细金属杆CD恰好无挤压地放在两挡板之间，与金属框接触良好并围成边长为‎1 m的正方形，其有效电阻为0.1 Ω.此时在整个空间加方向与水平面成30°角且与金属杆垂直的匀强磁场，磁感应强度随时间变化规律是B＝(0.4－0.2t) T，图示磁场方向为正方向．框、挡板和杆不计形变．则(　　)‎ A．t＝1 s时，金属杆中感应电流方向从C到D B．t＝3 s时，金属杆中感应电流方向从D到C C．t＝1 s时，金属杆对挡板P的压力大小为0.1 N D．t＝3 s时，金属杆对挡板H的压力大小为0.2 N ‎6．AC　[解析] 由于B＝(0.4－0.2 t) T，在t＝1 s时穿过平面的磁通量向下并减少，则根据楞次定律可以判断，金属杆中感应电流方向从C到D，A正确．在t＝3 s时穿过平面的磁通量向上并增加，则根据楞次定律可以判断，金属杆中感应电流方向仍然是从C到D，B错误．由法拉第电磁感应定律得E＝＝Ssin 30°＝0.1 V，由闭合电路的欧姆定律得电路电流I＝＝‎1 A，在t＝1 s时，B＝0.2 T，方向斜向下，电流方向从C到D，金属杆对挡板P的压力水平向右，大小为FP＝BILsin 30°＝0.1 N，C正确．同理，在t＝3 s时，金属杆对挡板H的压力水平向左，大小为FH＝BILsin 30°＝0.1 N，D错误．‎ ‎14、如图，足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成角（0＜＜90°),其中MN平行且间距为L，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计。金属棒由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，棒接入电路的电阻为R，当流过棒某一横截面的电量为q时，它的速度大小为，则金属棒在这一过程中( )‎ A.F运动的平均速度大小为 B.平滑位移大小为 C.产生的焦尔热为 D.受到的最大安培力大小为 ‎15、如图，EOF和为空间一匀强磁场的边界，其中EO∥，FO∥，且EO⊥OF；为∠EOF的角平分线，间的距离为l；磁场方向垂直于纸面向里。一边长为l的正方形导线框沿方向匀速通过磁场，t=0时刻恰好位于图示位置。规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则感应电流i与实践t的关系图线可能正确的是 ( )‎ ‎16、如图甲所示，两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计。两质量、长度均相同的导体棒、，置于边界水平的匀强磁场上方同一高度处。磁场宽为3，方向与导轨平面垂直。先由静止释放，刚进入磁场即匀速运动，此时再由静止释放，两导体棒与导轨始终保持良好接触。用表示的加速度，表示的动能，、分别表示、相对释放点的位移。图乙中正确的是( )‎ 二、填空实验题（本大题共3个小题，11小题5分，12小题5分，13小题12分，共22分）‎ ‎17．如图所示，电子射线管（A为其阴极），放在蹄形磁轶的N、S两极间，射线管的AB两极A端接在直流高压电源的 极。此时，荧光屏上的电子束运动径迹 偏转。（填“向上”、“向下”“不”）。‎ ‎18．如图所示，Ⅰ和Ⅱ是一对异名磁极，ab为放在其间的金属棒。ab和cd用导线连成一个闭合回路。当ab棒向左运动时，cd导线受到向下的磁场力。由此可知Ⅰ是______极， a、b、c、d四点的电势由高到低依次排列的顺序是_ __。‎ ‎19．如图所示是“研究电磁感应现象”的实验装置。‎ ‎（1）将图中所缺导线补接完整。‎ ‎（2）如果在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上电键后，将原线圈迅速插入副线圈时，电流计指针___ ______；‎ 原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向左移动时，电流计指针____________。‎ 三、计算题（要求写出必要的文字说明和演算步骤，只写答案的不能得分，‎ 每小题12分，共48分）‎ ‎14．如图所示，设匀强磁场的磁感应强度B为0.10 T，切割磁感线的导线的长度L为‎40 cm，线框向左匀速运动的速度v为‎5.0 m/s，整个线框的电阻R为0.50 Ω，试求：‎ ‎(1)感应电动势的大小；‎ ‎(2)感应电流的大小；‎ ‎(3)使线框向左匀速运动所需要的外力．‎ ‎24． [2020·浙江卷] 某同学设计一个发电测速装置，工作原理如图所示．一个半径为R＝‎0.1 m的圆形金属导轨固定在竖直平面上，一根长为R的金属棒OA，A端与导轨接触良好，O端固定在圆心处的转轴上．转轴的左端有一个半径为r＝的圆盘，圆盘和金属棒能随转轴一起转动．圆盘上绕有不可伸长的细线，下端挂着一个质量为m＝‎0.5 kg的铝块．在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场，磁感应强度B＝0.5 T．a点与导轨相连，b点通过电刷与O端相连．测量a、b两点间的电势差U可算得铝块速度．铝块由静止释放，下落h＝‎0.3 m时，测得U＝0.15 V．(细线与圆盘间没有滑动，金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计，重力加速度g取‎10 m/s2)‎ 第24题图 ‎(1)测U时，与a点相接的是电压表的“正极”还是“负极”？‎ ‎(2)求此时铝块的速度大小；‎ ‎(3)求此下落过程中铝块机械能的损失．‎ ‎24．[答案] (1)正极　(2)‎2 m/s　(3)0.5 J ‎[解析] 本题考查法拉第电磁感应定律、右手定则等知识和分析综合及建模能力．‎ ‎(1)正极 ‎(2)由电磁感应定律得U＝E＝ ΔΦ＝BR2Δθ　U＝BωR2‎ v＝rω＝ωR 所以v＝＝‎2 m/s ‎(3)ΔE＝mgh－mv2‎ ΔE＝0.5 J ‎13．[2020·江苏卷] 如图所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为L，长为3d，导轨平面与水平面的夹角为θ，在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层．匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直．质量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端．导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦，接在两导轨间的电阻为R，其他部分的电阻均不计，重力加速度为g.求：‎ ‎(1)导体棒与涂层间的动摩擦因数μ；‎ ‎(2)导体棒匀速运动的速度大小v；‎ ‎(3)整个运动过程中，电阻产生的焦耳热Q.‎ ‎13．[答案] (1)tan θ　(2) ‎(3)2mgdsin θ－ ‎[解析] (1)在绝缘涂层上 受力平衡　mgsin θ＝μmgcos θ 解得　μ＝tan θ.‎ ‎(2)在光滑导轨上 感应电动势　E＝Blv　感应电流　I＝ 安培力　F安＝BLI　受力平衡　F 安＝mgsin θ 解得　v＝ ‎(3)摩擦生热　QT＝μmgdcos θ 能量守恒定律　3mgdsin θ＝Q＋QT＋mv2‎ 解得　Q＝2mgdsin θ－.‎ ‎11．[2020·天津卷] 如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ＝30°的斜面上，导轨电阻不计，间距L＝‎0.4 m．导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ，两区域的边界与斜面的交线为MN，Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下，Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁场感应度大小均为B＝0.5 T．在区域Ⅰ中，将质量m1＝‎0.1 kg，电阻R1＝0.1 Ω的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑．然后，在区域Ⅱ中将质量m2＝‎0.4 kg，电阻R2＝0.1 Ω的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑．cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g＝‎10 m/s2，问 ‎(1)cd下滑的过程中，ab中的电流方向；‎ ‎(2)ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大；‎ ‎(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x＝‎3.8 m，此过程中ab上产生的热量Q是多少？‎ ‎11．(1)由a流向b　(2)‎5 m/s　(3)1.3 J ‎[解析] (1)由右手定则可以直接判断出电流是由a流向b.‎ ‎(2)开始放置ab刚好不下滑时，ab所受摩擦力为最大静摩擦力，设其为Fmax，有 Fmax＝m1gsin θ①‎ 设ab刚好要上滑时，cd棒的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律有 E＝BLv②‎ 设电路中的感应电流为I，由闭合电路欧姆定律有 I＝③‎ 设ab所受安培力为F安，有 F安＝ILB④‎ 此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下，由平衡条件有 F安＝m1gsin θ＋Fmax⑤‎ 综合①②③④⑤式，代入数据解得 v＝‎5 m/s⑥‎ ‎(3)设cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为Q总，由能量守恒有 m2gxsin θ＝Q总＋m2v2⑦‎ 又 Q＝Q总⑧‎ 解得Q＝1.3 J ‎23．[2020·安徽卷] (16分)如图1所示，匀强磁场的磁感应强度B为0.5 T，其方向垂直于倾角θ为30°的斜面向上．绝缘斜面上固定有“A”形状的光滑金属导轨的MPN(电阻忽略不计)，MP和NP长度均为‎2.5 m，MN连线水平，长为‎3 m．以MN中点O为原点、OP为x轴建立一维坐标系Ox.一根粗细均匀的金属杆CD，长度d为‎3 m，质量m为‎1 kg、电阻R为0.3 Ω，在拉力F的作用下，从MN处以恒定速度v＝‎1 m/s在导轨上沿x轴正向运动(金属杆与导轨接触良好)．g取‎10 m/s2.‎ ‎ 图1‎ 图2‎ ‎(1)求金属杆CD运动过程中产生的感应电动势E及运动到x＝‎0.8 m处电势差UCD；‎ ‎(2)推导金属杆CD从MN处运动到P点过程中拉力F与位置坐标x的关系式，并在图2中画出Fx关系图像；‎ ‎(3)求金属杆CD从MN处运动到P点的全过程产生的焦耳热．‎ ‎23．[答案] (1)－0.6 V　(2)略　(3)7.5 J ‎[解析] (1)金属杆CD在匀速运动中产生的感应电动势 E＝Blv(l＝d)，E＝1.5 V(D点电势高)‎ 当x＝‎0.8 m时，金属杆在导轨间的电势差为零．设此时杆在导轨外的长度为l外，则 l外＝d－d OP＝ 得l外＝‎1.2 ‎m 由楞次定律判断D点电势高，故CD两端电势差 UCB＝－Bl外v, UCD＝－0.6 V ‎(2)杆在导轨间的长度l与位置x关系是 l＝d＝3－x 对应的电阻R1为R1＝R，电流I＝ 杆受的安培力F安＝BIl＝7.5－3.75x 根据平衡条件得F＝F安＋mgsin θ F＝12.5－3.75x(0≤x≤2)‎ 画出的Fx图像如图所示．‎ ‎(3)外力F所做的功WF等于Fx图线下所围的面积，即 WF＝×2 J＝17.5 J 而杆的重力势能增加量ΔEp＝mgsin θ 故全过程产生的焦耳热Q＝WF－ΔEp＝7.5 J ‎