2019-2020学年高中物理第四章电磁感应测试卷含解析新人教版选修3-2

2019-2020学年高中物理第四章电磁感应测试卷含解析新人教版选修3-2

电磁感应测试卷 第Ⅰ卷(选择题　共42分)‎ 一、选择题 (本题有14小题，每小题3分，共42分．其中1～10题为单选题，11～14题为多选题)‎ ‎1．下列现象中属于电磁感应现象的是(　　)‎ A．磁场对电流产生力的作用 B．变化的磁场使闭合电路中产生电流 C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化 D．电流周围产生磁场 解析：磁场对电流产生力的作用属于通电导线在磁场中的受力情况；插在通电螺线管中的软铁棒被磁化属于电流的磁效应；电流周围产生磁场属于电流的磁效应；而变化的磁场使闭合电路中产生电流属于电磁感应现象．故正确答案为B.‎ 答案：B ‎2．如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，初始位置线框与磁感线平行，则在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是(　　)‎ A．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动 B．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动 C．线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动 D．线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动 解析：四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，磁通量为零，按A、B、D三种情况线框运动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流，C中线框转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以产生感应电流，C项正确．‎ 答案：C ‎3.‎ 磁通量是研究电磁感应现象的一个重要物理量，如图所示，通有恒定电流的直导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框由位置1绕cd边翻转到位置2，设前后两次通过线框的磁通量的变化量分别为ΔΦ1和ΔΦ2则(　　)‎ A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2‎ C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．无法确定 解析：第一次将线框由位置1平移到位置2，磁感线从线框的同一侧穿入，ΔΦ1为前后两位置磁通量的绝对值之差．第二次将线框由位置1绕cd边翻转到位置2，磁感线从线框的不同侧穿入，ΔΦ2为前后两位置磁通量的绝对值之和．故ΔΦ1<ΔΦ2，C项正确．‎ 答案：C ‎4．如图是一种充电鞋的结构示意图．当人走动时，会驱动磁性转子旋转，使线圈中产生电流，产生的电流进入鞋面上锂聚合物电池．这种充电鞋的工作原理是(　　)‎ - 9 -‎ A．电磁感应现象 B．电流的磁效应 C．磁极间的相互作用 D．通电线圈在磁场中受力转动 解析：当人走动时，会驱动磁性转子旋转，使线圈中产生电流，产生的电流进入鞋面上锂聚合物电池，该过程为电磁感应现象，A项正确．‎ 答案：A ‎5.‎ 如图所示，电感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，LA、LB是两个相同的灯泡，且在下列实验中不会烧毁，电阻R2阻值约等于R1的两倍，则(　　)‎ A．闭合开关S时，LA、LB同时达到最亮，且LB更亮一些 B．闭合开关S时，LA、LB均慢慢亮起来，且LA更亮一些 C．断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB马上熄灭 D．断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB闪亮一下后才慢慢熄灭 解析：由于灯泡LA与线圈L串联，灯泡LB与电阻R2串联，当S闭合的瞬间，通过线圈的电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增加，所以LB先亮，A、B两项错误；由于LA所在的支路电阻阻值偏小，故稳定时电流大，即LA更亮一些，当S断开的瞬间，线圈产生自感电动势，两灯组成的串联电路中，电流从线圈中电流值开始减小，即从IA减小，故LA慢慢熄灭，LB闪亮一下后才慢慢熄灭，C项错误，D正确．‎ 答案：D - 9 -‎ ‎6.‎ 如图所示，线框三条竖直边长度和电阻均相同，横边电阻不计．它以速度v匀速向右平动，当ab边刚进入虚线内匀强磁场时，a、b间的电势差为U，当cd边刚进入磁场时，c、d间的电势差为(　　)‎ A．U B．2U C.U D.U 解析：当ab边进入磁场时，若感应电动势为E，由于ab相当于电源，cd与ef并联相当于外电路，所以U＝E；当cd边进入磁场时，感应电动势不变，ab与cd并联相当于电源，ef相当于外电路，此时c、d间电势差U′＝E＝2U，B项正确．‎ 答案：B ‎7.‎ 如图所示，一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方，直导线与圆环在同一竖直面内，当通电直导线中电流增大时，弹性圆环的面积S和橡皮绳的长度l将 (　　)‎ A．S增大，l变大 B．S减小，l变短 C．S增大，l变短 D．S减小，l变长 解析：当通电直导线中电流增大时，穿过金属圆环的磁通量增大，金属圆环中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流要阻碍磁通量的增大，一是用缩小面积的方式进行阻碍，二是用远离直导线的方式进行阻碍，故D正确．‎ 答案：D ‎8．如图所示，足够长平行金属导轨倾斜放置，倾角为37°，宽度为‎0.5 m，电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，电阻为1 Ω.一导体棒MN垂直于导轨放置，质量为‎0.2 g，接入电路的电阻为1 Ω，两端与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数为0.5.在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为0.8 T．将导体棒MN由静止释放，运动一段时间后，小灯泡稳定发光，此后导体棒MN的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为(重力加速度g取‎10 m/s2，sin 37°＝0.6)(　　)‎ A．‎2.5 m/s　1 W B．‎5 m/s　1 W C．‎7.5 m/s　9 W D．‎15 m/s　9 W 解析：当灯泡稳定发光后，导体棒做匀速运动，根据平衡条件，有mgsin θ－μmgcos ‎ - 9 -‎ θ＝，解得v＝‎5 m/s，I＝＝‎1 A，P＝I2R＝1 W，B项正确．‎ 答案：B ‎9.‎ 如图所示，竖直平面内有一金属环，半径为a，总电阻为R(指拉直时两端间的电阻)，磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过金属环平面，在金属环的最高点A用铰链连接长度为‎2a、电阻为的导体棒AB，AB由水平位置紧贴金属环面摆下，当摆到竖直位置时，B点的线速度为v，则这时UAB大小为(　　)‎ A. B. C. D．Bav 解析：导体棒AB摆到竖直位置时，导体棒AB等效为电源，与被导体棒分隔成的两个金属半圆环组成的并联电路串联，导体棒AB切割磁感线的瞬时感应电动势E＝B·‎2a·v＝Bav，由闭合电路欧姆定律得UAB＝·＝，A项正确．‎ 答案：A ‎10．将一段导线绕成图甲所示的闭合回路，并固定在水平面(纸面)内．回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中．回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ，以向里为磁场Ⅱ的正方向，其磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示．用F表示ab边受到的安培力，以水平向右为F的正方向，能正确反映F随时间t变化的图象是(　　)‎ 解析：根据楞次定律，在前半个周期内，圆环内产生的感应电流方向为顺时针，即通过 - 9 -‎ ab边的电流方向为由b指向a，再根据左手定则判断，ab边受到的安培力为水平向左，即负方向．根据法拉第电磁感应定律，前半个周期内ab中的电流为定值，则所受安培力也为定值．结合选项可知B项正确．‎ 答案：B ‎11．如图是某电磁冲击钻的原理图，若突然发现钻头M向右运动，则可能是(　　)‎ A．开关S闭合瞬间 B．开关S由闭合到断开的瞬间 C．开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向左迅速滑动 D．开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向右迅速滑动 解析：当开关突然闭合时，左线圈上有了电流，产生磁场，而对于右线圈来说，磁通量增加，产生感应电流，使钻头M向右运动，同理可知，开关由闭合到断开瞬间，钻头M向左运动，故A项正确，B项错误；当开关S已经闭合时，只有左侧线圈电流增大才会导致钻头M向右运动，故C项正确，D项错误．‎ 答案：AC ‎12.‎ 如图所示，导线AB可在平行导轨MN上滑动，接触良好，轨道电阻不计，电流计中有如图所示方向感应电流通过时，AB的运动情况是：(　　)‎ A．向右加速运动 B．向右减速运动 C．向右匀速运动 D．向左减速运动．‎ 解析：产生如图所示的电流时，右边螺线管内的磁场方向是向上的，根据楞次定律，感应电流产生的磁场要减弱原磁场的变化．那么左边就是两种情况：(1)原磁场方向向下，且减弱；(2)原磁场方向向上，且增强．(1)中，若磁场方向向下，其中的电流是由A向B再经过螺线管回到A.由右手定则知，AB左移会产生这样的感应电流．磁场减弱，表明AB移速减小，即向左减速运动，D项正确；(2)中，若磁场方向向上，电流则是从B向A再经过螺线管回到B.AB右移产生这样的感应电流．磁场增强，表明AB加速，即向右加速运动，A项正确．‎ 答案：AD ‎13.‎ 如图所示，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动．现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速．在圆盘减速过程中，以下说法正确的是(　　)‎ A．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高 B．所加磁场越强越易使圆盘停止转动 C．若所加磁场反向，圆盘将加速转动 D．若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动 - 9 -‎ 解析：根据右手定则可判断靠近圆心处电势高，A项正确；圆盘处在磁场中的部分转动切割磁感线，相当于电源，其他部分相当于外电路，根据左手定则，圆盘所受安培力与运动方向相反，磁场越强，安培力越大，故所加磁场越强越易使圆盘停止转动，B项正确；磁场反向，安培力仍阻碍圆盘转动，C项错误；若所加磁场穿过整个圆盘，整个圆盘相当于电源，不存在外电路，没有电流，所以圆盘不受安培力而匀速转动，D项正确．‎ 答案：ABD ‎14.‎ 如图所示，光滑平行金属导轨水平放置，左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连，右端与半径为L＝‎20 cm的光滑圆弧导轨相接，导轨电阻均不计．导轨所在空间有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度B＝0.5 T．一根质量m＝‎60 g、电阻R＝1 Ω、长为L的导体棒ab，用长也为L的两根绝缘细线悬挂，导体棒恰好与导轨接触．闭合开关S后，导体棒沿圆弧摆动，摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态，导体棒摆角最大时，细线与竖直方向的夹角θ＝53°，sin53°＝0.8，g取‎10 m/s2，则(　　)‎ A．磁场方向一定竖直向上 B．运动过程中导体棒中电流是变化的 C．导体棒在摆动过程中所受安培力F＝8 N D．导体棒在摆动过程中电源提供的电能为0.048 J 解析：闭合开关S后，导体棒中电流方向从a到b，导体棒沿圆弧摆动，说明所受安培力向右，由左手定则可判断出磁场方向竖直向下，A项错误；导体棒沿圆弧运动中切割磁感线产生感应电动势，电路中总电动势是变化的，则导体棒中电流和所受安培力也是变化的，故B项正确，C项错误；由能量守恒定律可得，导体棒在摆动过程中电源提供的电能为E能＝mgL(1－cos 53°)＝0.048 J，D项正确．‎ 答案：BD 第Ⅱ卷(非选择题　共58分)‎ 二、填空题(本题有2小题，共12分．请将答案写在题中的橫线上)‎ ‎15.‎ ‎(4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左端流入时，指针向左偏转．‎ ‎(1)将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时，发现指针向左偏转．俯视线圈，其绕向为________(选填“顺时针”或“逆时针”). ‎ ‎(2)当条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时，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)磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时，线圈的磁场向下且增强，感应磁场向上，且电流流入电流计左端，根据右手定则可知线圈绕向为顺时针．‎ ‎(2)条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时，线圈的磁场向上且减弱，感应电流从电流计右端流入，根据定则可知线圈绕向为逆时针．‎ 答案：(1)顺时针　(2)逆时针 ‎16.‎ ‎(8分)把一个矩形线圈从有理想边界的匀强磁场中匀速拉出，如图所示，第一次速度为 - 9 -‎ v1，第二次速度为v2，且v2＝2v1，则两种情况下拉力做的功之比W1:W2＝________，拉力的功率之比P1:P2＝________，线圈中产生的焦耳热之比Q1:Q2＝________.流过线圈横截面的电荷量之比q1:q2＝________.‎ 解析：设线圈的ab边长为L，bc边长为L′，整个线圈的电阻为R，把ab边拉出磁场时，cd边以速度v匀速运动，切割磁感线产生的感应电动势E＝BLv 其电流方向从c指向d，线圈中形成的感应电流 I＝＝ cd边所受的安培力F′＝BIL＝ 为了维持线圈匀速运动，所需外力大小为 F＝F′＝BIL＝ 因此拉出线圈过程中外力的功W＝FL′＝v 外力的功率P＝Fv＝v2‎ 线圈中产生的焦耳热 Q＝I2Rt＝R·＝v＝W 流过导体横截面的电荷量q＝＝ 由以上W、P、Q、q的表达式可知，W1:W2＝Q1:Q2＝1:2，P1:P2＝v:v＝1:4，q1:q2＝1:1.‎ 答案：1:2　1:4　1:2　1:1‎ 三、计算题(本题有4小题，共46分．解答应写出必要文字说明、方程式和重要的演算步骤，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)‎ ‎17．(10分)如图所示，横截面积为‎0.2 m2‎的100匝圆形线圈A处在变化的磁场中，磁场方向垂直纸面，其磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示，设垂直纸面向外为B的正方向．R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，线圈的内阻不计，求电容器上极板所带电荷量并说明正负．‎ 解析：E＝nS＝100××0.2 V＝0.4 V 电路中的电流I＝＝ A＝‎‎0.04 A 所以UC＝IR2＝0.04×6 V＝0.24 V Q＝CUC＝30×10－6×‎0.24 C＝7.2×10－‎‎6 C 由楞次定律和安培定则可知，电容器的上极板带正电．‎ 答案：7.2×10－‎6 C　上极板带正电 ‎18．(10分)如图所示，线框用裸导线组成，cd、ef两边竖直放置且相互平行，导体棒ab水平放置并可沿cd、ef无摩擦滑动，而导体棒ab所在处的匀强磁场B2＝2 T，已知ab长l＝‎0.1 m，整个电路总电阻R＝5 Ω.螺线管匝数n＝4，螺线管横截面积S＝‎0.1 m2‎.在螺线管内有图示方向的磁场B1，若＝10 T/s恒定不变时，导体棒恰好处于静止状态，求：(g＝‎10 m/s2)‎ - 9 -‎ ‎(1)通过导体棒ab的电流大小；‎ ‎(2)导体棒ab的质量m.‎ 解析：(1)螺线管产生的感应电动势 E＝n＝n·S＝4 V，I＝＝‎0.8 A.‎ ‎(2)导体棒ab所受的安培力F＝B2Il＝0.16 N，‎ 导体棒静止时有F＝mg，‎ 解得m＝‎0.016 g.‎ 答案：(1)‎0.8 A　(2)‎‎0.016 g ‎19．(12分)如图，固定在水平面上电阻不计的光滑金属导轨，间距d＝‎0.5 m．右端接一阻值为4 Ω的小灯泡L，在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B按如图2规律变化，CF长为‎2 m．在t＝0时，金属棒从图中位置由静止在恒力F作用下向右运动到EF位置，整个过程中，小灯泡亮度始终不变．已知ab金属棒电阻为1 Ω，求：‎ ‎(1)通过小灯泡的电流；‎ ‎(2)恒力F的大小；‎ ‎(3)金属棒的质量．‎ 解析：(1)金属棒未进入磁场，电路总电阻R总＝RL＋Rab＝5 Ω 回路中感应电动势为：E1＝＝S＝×0.5×2 V＝0.5 V 灯泡中的电流强度为：IL＝＝ A＝‎‎0.1 A ‎(2)因灯泡亮度不变，故在t＝4 s末金属棒刚好进入磁场，且做匀速运动，此时金属棒中的电流强度：I＝IL＝‎‎0.1 A 恒力大小：F＝FA＝BId＝2×0.1×0.5 N＝0.1 N ‎(3)因灯泡亮度不变，金属棒产生的感应电动势为：E2＝E1＝0.5 V 金属棒在磁场中的速度：v＝＝ m/s＝‎0.5 m/s 金属棒未进入磁场的加速度为：a＝＝ m/s2＝ m/s2；‎ 故金属棒的质量为：m＝＝ kg＝‎‎0.8 kg 答案：(1)‎0.1 A　(2)0.1 N　(3)‎‎0.8 kg ‎20．(14分)如图所示，两平行导轨间距L＝‎0.1 m，足够长光滑的倾斜部分和粗糙的水平部分圆滑连接，倾斜部分与水平面的夹角θ＝30°，方向垂直斜面向上的磁场的磁感应强度B＝0.5 T，水平部分没有磁场．金属棒ab的质量m＝‎0.005 g，电阻r＝0.02 Ω，运动中与导轨有良好接触，并且垂直于导轨，导轨上接一定值电阻R＝0.08‎ - 9 -‎ ‎ Ω，其余电阻不计，当金属棒ab从斜面上离地高h＝‎1.0 m以上的任何地方由静止释放后，在水平面上滑行的最大距离x都是‎1.25 m．(取g＝‎10 m/s2)求：‎ ‎(1)金属棒在斜面上的最大速度；‎ ‎(2)水平面的动摩擦因数；‎ ‎(3)从高度h＝‎1.0 m处滑下后电阻R上产生的热量．‎ 解析：(1)金属棒从离地高h＝‎1.0 m以上任何地方由静止释放后，在到达水平面之前已经开始做匀速运动．‎ 设最大速度为v，则感应电动势E＝BLv，感应电流I＝，安培力F安＝BIL 匀速运动时，有mgsin θ＝F安，解得v＝‎1.0 m/s ‎(2)在水平面上运动时，金属棒所受滑动摩擦力Ff＝μmg 金属棒在摩擦力作用下做匀减速运动，有 Ff＝ma，v2＝2ax，解得μ＝0.04‎ ‎(3)金属棒从高度h＝‎1.0 m处下滑的过程中，由动能定理可得mgh－W安＝mv2‎ 电路中产生的焦耳热等于克服安培力所做的功，‎ 有Q＝W安 电阻R上产生的热量QR＝Q，‎ 解得QR＝3.8×10－2 J 答案：(1)‎1.0 m/s　(2)0.04　(3)3.8×10－2 J - 9 -‎