高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第2章 电磁感应及其应用本章综合与测试随堂练习题

这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第2章 电磁感应及其应用本章综合与测试随堂练习题，共15页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、选择题(本题共7小题,每小题6分,共42分)
1.(2020北京101中学高二上期中)(多选)法拉第发现了电磁感应现象之后,又发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机,揭开了人类将机械能转化为电能并进行应用的序幕。法拉第圆盘发电机的原理如图所示,将一个圆形金属盘放置在电磁铁的两个磁极之间,并使盘面与磁感线垂直,盘的边缘附近和中心分别装有与金属盘接触良好的电刷A、B,两电刷与灵敏电流计相连。当金属盘绕中心轴按图示方向转动时,则( )

A.电刷B的电势高于电刷A的电势
B.若仅减小电刷A、B之间的距离,灵敏电流计的示数将变大
C.若仅提高金属盘转速,灵敏电流计的示数将变大
D.若仅将滑动变阻器滑动头向左滑,灵敏电流计的示数将变大
2.(2020山东济南一中高二检测)如图所示,在载流直导线旁固定有两平行光滑导轨A、B,导轨与直导线平行且在同一水平面内,在导轨上有两条可自由滑动的导体棒ab和cd。载流直导线中的电流逐渐增强时,导体棒ab和cd的运动情况是( )
A.一起向左运动
B.一起向右运动
C.ab和cd相向运动,相互靠近
D.ab和cd相背运动,相互远离
3.(2020浙江瑞安中学检测)(多选)涡流检测是工业上无损检测的方法之一。如图所示,线圈中通以一定频率的交流电,靠近待测工件时,工件内会产生涡流,同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化。下列说法正确的是( )
A.涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化
B.涡流的频率等于通入线圈的周期性变化电流的频率
C.通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力
D.待测工件可以是塑料或橡胶制品
4.(2020四川广元高二上期末)(多选)如图甲所示,螺线管内有一平行于轴线的磁场,规定图中箭头所示方向为磁感应强度B的正方向,螺线管与U形导线框cdef相连,导线框cdef内有一半径很小的金属圆环L,圆环与导线框cdef在同一平面内,当螺线管内的磁感应强度随时间按图乙所示规律变化时,下列选项中正确的是 ( )
A.在t1时刻,金属圆环L内的磁通量最大
B.在t2时刻,金属圆环L内的磁通量最大
C.在t1~t2时间内,金属圆环L内有逆时针方向的感应电流
D.在t1~t2时间内,金属圆环L有收缩的趋势
5.(2019江西南昌第二中学高二上期末)如图所示,均匀导线制成的半径为R的圆环以速度v匀速进入一磁感应强度大小为B的匀强磁场。当圆环运动到图示位置(∠aOb=90°)时,a、b两点的电势差为( )
A.24BRvB.324BRv
C.2BRvD.22BRv
6.(2019河北武邑中学高二月考)如图所示,一底边为L,底边上的高也为L的等腰三角形导体线框以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过长为2L、宽为L的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里。t=0时刻,三角形导体线框的底边刚进入磁场,取沿逆时针方向的感应电流为正,则在三角形导体线框穿过磁场区域的过程中,感应电流i随时间t变化的图线可能是( )
7.(2020江西南昌六校高二上期末联考)如图所示,闭合矩形线圈abcd从静止开始竖直下落,穿过一个匀强磁场区域,此磁场区域竖直方向的长度远大于矩形线圈bc边的长度,不计空气阻力,则( )
A.从线圈dc边进入磁场到ab边穿出磁场的整个过程,线圈中始终有感应电流
B.dc边刚进入磁场时,线圈内感应电流的方向与dc边刚穿出磁场时感应电流的方向相反
C.从线圈dc边进入磁场到ab边穿出磁场的整个过程中,加速度一直等于重力加速度
D.dc边刚进入磁场时,线圈内感应电流的大小与dc边刚穿出磁场时感应电流的大小一定相等
二、非选择题(共5题,共58分)
8.(2020北京九中高二上期末)(6分)足够长的平行光滑金属导轨水平放置,宽度L=0.4 m,一端连接的电阻R=1 Ω。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=1 T。导体棒MN放在导轨上,其长度恰好等于导轨间距,与导轨接触良好,电阻r=1 Ω。导轨的电阻忽略不计。在平行于导轨的拉力F作用下,导体棒沿导轨向右匀速运动,速度v=5 m/s。求:
(1)导体棒的感应电动势E;回路中的感应电流I;导体棒两端的电压U;
(2)拉力F的大小;在0.1 s时间内,拉力F的冲量IF的大小;
(3)在0.1 s时间内,拉力F做的功WF;
9.(2020江苏常熟中学高二检测)(10分)如图所示,质量为m=100 g的铝环,用细线悬挂起来,环中央距地面高度h=0.8 m,有一质量为M=200 g的小磁铁(长度可忽略),以v0=10 m/s的水平速度射入并穿过铝环,落地点距铝环原位置的水平距离为s=3.6 m,则磁铁与铝环发生相互作用时(小磁铁穿过铝环后的运动看作平抛运动),问:
(1)铝环向哪边偏斜?
(2)若铝环在小磁铁穿过后速度为v'=2 m/s,在小磁铁穿过铝环的整个过程中,环中产生了多少电能?(g=10 m/s2)
10.(2019江苏扬州名校月考)(12分)如图所示,单匝矩形线框的质量为m,电阻为R,短边ab=L,长边ad=2L,现用一根能承受最大拉力F0=3mg的细线沿竖直方向拴在ab边的中点O处,使线框处于静止状态。矩形线框的虚线MN过ad、bc边的中点,从某时刻起,在MN上方加一方向垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小B随时间t变化的规律为B=kt(k为正常量)。从t=0时刻开始,一段时间后,细线被拉断,设细线被拉断后磁场不再变化,ab边穿出磁场时线框的速度为v。求:
(1)细线断裂前线框的电功率P;
(2)从t=0时刻到细线拉断时通过导线横截面的电荷量q。
11.(2019北京师大二附中高二上期末)(12分)在光滑水平面上存在某匀强矩形磁场区域,该磁场的方向竖直向下,磁感应强度为B,磁场区域宽度为l,俯视图如图所示。一边长也为l的正方形导线框,电阻为R,在水平向右的恒力作用下刚好以速度v0匀速穿过磁场区域,求:
(1)恒力的大小F;
(2)导线框穿越磁场过程中产生的热量Q。
12.(2020北京杨镇第一中学高三月考)(18分)间距为l的两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成,如图所示。倾角为θ的导轨处于大小为B1、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间Ⅰ中,水平导轨上的无磁场区间静止放置一质量为2m的“联动双杆”(由两根长为l的金属杆cd和ef,用长度为L的刚性绝缘杆连接构成),在“联动双杆”右侧存在大小为B2、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间Ⅱ,其长度大于L。质量为2m、长为l的金属杆ab从倾斜导轨上端释放,达到匀速后进入水平导轨(无能量损失),杆ab与“联动双杆”发生碰撞,碰后杆ab和cd合在一起形成“联动三杆”。“联动三杆”继续沿水平导轨进入磁场区间Ⅱ并从中滑出。运动过程中,杆ab、cd和ef与导轨始终接触良好,且保持与导轨垂直。已知杆ab、cd和ef电阻均为R=0.02 Ω,m=0.1 kg,l=0.5 m,L=0.3 m,θ=30°,B1=0.1 T,B2=0.4 T。不计摩擦阻力和导轨电阻,忽略磁场边界效应。求:
(1)ab杆在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小v;
(2)ab杆在倾斜轨道上的速度v1=3 m/s时的加速度;
(3)“联动三杆”滑过磁场区间Ⅱ产生的焦耳热Q。
答案全解全析
本章达标检测
一、选择题
1.AC 根据安培定则可知,电磁铁产生的磁场方向向右,圆盘转动相当于导体棒切割磁感线,由右手定则判断可知,金属盘产生的感应电流方向从A到B,则电刷A的电势低于电刷B的电势,故A正确;若仅减小电刷A、B之间的距离,有效的切割长度减小,产生的感应电动势减小,感应电流减小,则灵敏电流计的示数变小,故B错误;若仅提高金属盘转速,产生的感应电动势增大,灵敏电流计的示数将变大,故C正确;若仅将滑动变阻器滑动头向左滑,滑动变阻器接入电路的电阻增大,电路中电流减小,两磁极间的磁场减弱,感应电动势减小,灵敏电流计的示数变小,故D错误。
2.C 解法一:导线中电流增强时,电流在abdc回路中产生的垂直于回路平面向里的磁场增强,回路磁通量增大,根据楞次定律可知,回路产生逆时针方向的感应电流,ab中电流方向向下,ab所受安培力向右,cd中电流方向向上,cd所受安培力向左,故ab和cd相向运动,相互靠近,C项正确。
解法二:电流增强时,电流在abdc回路中产生的垂直于回路平面向里的磁场增强,回路磁通量增大,根据楞次定律可知,回路要减小面积以阻碍磁通量的增加,因此,两导体棒要相向运动,相互靠拢,C项正确。
3.ABC 根据楞次定律可知:感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,故涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化,故A正确;感应电流的频率与原电流的频率是相同的,涡流的频率等于通入线圈的周期性变化电流的频率,故B正确;因为通入线圈的电流是周期性变化的,故在工件中引起的感应电流也是周期性变化的,可知通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力,故C正确;电磁感应只能发生在金属物体上,故待测工件只能是金属制品,故D错误。
4.BD 由题中B-t图像知,B随时间做正弦式变化,任意一点切线斜率代表磁通量变化率,t1时刻磁通量的变化率为零,则感应电流为零,L上的磁通量为零,故A错误;在t2时刻,磁感应强度为零,但是磁通量的变化率最大,则感应电流最大,通过金属圆环的磁通量最大,B正确;在t1~t2时间内,磁通量的变化率不断变大,则线圈内的感应电流不断变大,根据楞次定律,在线圈中的电流方向f到c,根据右手螺旋定则,穿过圆环的磁通量向外增大,则根据楞次定律,在金属圆环中产生顺时针方向的感应电流,故C错误;在t1~t2时间内,L内的磁场增加,由楞次定律可以确定L必须减小面积以达到阻碍磁通量的增加,故L有收缩的趋势,故D正确。
5.B 设整个圆环电阻为r,等效电路图如图所示,当圆环运动到图示位置,圆环切割磁感线的有效长度为2R,ab边产生的感应电动势为E=2BRv,a、b两点的电势差由闭合电路欧姆定律得Uab=E-I·rab=2BRv-2BRvr·r4=324BRv,故选项B正确,选项A、C、D错误。
6.A 在0~Lv时间内,线框进入磁场,磁通量增加,根据楞次定律知线框中感应电流沿逆时针方向,为正值,在这段时间内线框切割磁感线的有效长度均匀减小,产生的感应电动势均匀减小,感应电流均匀减小,t=Lv时,I=0;在Lv~2Lv时间内,线框完全在磁场中运动,磁通量不变,没有感应电流产生。在2Lv~3Lv时间内,线框出磁场,磁通量减小,根据楞次定律知线框中感应电流沿顺时针方向,为负值,在这段时间内线框切割磁感线的有效长度均匀减小,产生的感应电动势均匀减小,感应电流均匀减小,t=3Lv时,I=0。故A正确,B、C、D错误。
7.B 线圈中的磁通量发生变化时,线圈有感应电流,线圈整体在磁场中运动时,磁通量没有变化,故没有感应电流,A错误;根据右手定则,dc边刚进入磁场时线圈内感应电流的方向从d到c,dc边刚穿出磁场时感应电流的方向从c到d,即两者方向相反,B正确;没有感应电流的时候,磁场对线圈没有阻碍作用,此时的加速度等于重力加速度,而有感应电流时,加速度小于重力加速度,C错误;根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律知I=ER=BLvR,由题意可知,dc边刚进入磁场时与dc边刚穿出磁场时速度不等,故电流不等,D错误。
二、非选择题
8.答案 (1)2 V 1 A 1 V (2)0.4 N 0.04 N·s (3)0.2 J
解析 (1)E=BLv=1×0.4×5 V=2 V(1分)
由闭合电路欧姆定律可得
I=ER+r=21+1 A=1 A(1分)
U=IR=1×1 V=1 V(1分)
(2)因导体棒做匀速运动,故
F=BIL=1×1×0.4 N=0.4 N(1分)
由冲量的定义式可得
IF=Ft=0.4×0.1 N·s=0.4 N·s(1分)
(3)由恒力做功公式可得
WF=Fs=0.4×5×0.1 J=0.2 J(1分)
9.答案 (1)右边 (2)1.7 J
解析 (1)由楞次定律可知,当小磁铁与铝环发生相互作用时,铝环向右偏斜(阻碍相对运动)。(3分)
(2)设小磁铁穿过铝环后的速度为v,落地时间为t。
则h=12gt2,s=vt(2分)
解得v=9 m/s(2分)
由能量守恒定律可得E电=12Mv02-12Mv2-12mv'2=1.7 J。(3分)
10.答案 (1)k2L4R (2)2mgkL
解析 (1)由法拉第电磁感应定律得
E=nΔΦΔt=kL2(2分)
电功率P=E2R=k2L4R。(2分)
(2)细线拉断的瞬间,对矩形线框受力分析,受线竖直向上的拉力F0,竖直向下的重力mg与竖直向下的安培力为F,依据平衡条件,则有
F0=mg+F=3mg(2分)
解得F=2mg(2分)
再由安培力F=BIL得
F=kt·kL2R·L=2mg(2分)
因此当t=2mgRk2L3时,细线被拉断
电荷量q=It=kL2R·2mgRk2L3=2mgkL。(2分)
11.答案 (1)B2l2v0R (2)2B2l3v0R
解析 (1)导线框刚进入磁场时产生的感应电动势E=Blv0(2分)
导线框中的电流I=ER=Blv0R(2分)
导线框右边受到的安培力F安=BIl=B2l2v0R(2分)
导线框匀速运动,所以受到的恒力与安培力大小相等
因此恒力大小F=B2l2v0R(2分)
(2)导线框从右边进入磁场区域到左边穿出磁场区域过程所用的时间为t=2lv0(2分)
产生的热量Q=I2Rt=2B2l3v0R(2分)
12.答案 (1)12 m/s (2)3.75 m/s2 (3)4 J
解析 (1)由题意知ab杆运动时产生感应电动势为
E=B1lv(1分)
此时cd与ef并联电阻为R2,根据闭合电路欧姆定律有
I=ER+R2(1分)
由安培力公式
F=B1Il(1分)
当杆匀速时受力平衡有
F=2mg sin θ(1分)
联立以上各式代入数据解得
v=12 m/s(1分)
(2)对ab杆受力分析有
2mg sin θ-F1=2ma(1分)
由(1)可得安培力为
F1=B12l2v11.5R(1分)
代入数据联立解得
a=3.75 m/s2(1分)
(3)ab杆与cd杆碰撞时动量守恒有
2mv=4mv2(1分)
设进入磁场B2过程中三杆速度变化量为Δv,则根据动量定理有
-IB2lΔt=4mΔv(2分)
而根据电流的定义式和法拉第电磁感应定律有
IΔt=Δq=ΔΦ1.5R=B2lL1.5R(2分)
联立解得
Δv=-1 m/s(1分)
同理三杆出磁场时,同样有Δv=-1 m/s;所以三杆出磁场后的速度为
v3=v2+2Δv(1分)
穿过B2区域产生的热量为
Q=12×4mv22-12×4mv32(2分)
联立各式代入数据可解得
Q=4 J(1分)