物理选修35 电磁感应现象的两类情况复习练习题

这是一份物理选修35 电磁感应现象的两类情况复习练习题，共9页。试卷主要包含了选择题，填空题，论述计算题等内容，欢迎下载使用。

测试时间：90分钟，分值120分
班级________ 姓名________ 分数________
第Ⅰ卷(选择题，共40分)
一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分．在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确．全部选对得5分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．如图所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，一个矩形闭合导线框abcd，沿纸面由位置1(左)匀速运动到位置2(右)，则下列判断正确的是( )
A．导线框进入磁场时，感应电流方向为a→b→c→d→a
B．导线框离开磁场时，感应电流方向为a→d→c→b→a
C．导线框离开磁场时，受到的安培力方向水平向右
D．导线框进入磁场时，受到的安培力方向水平向左
答案：D
解析：导线框进入磁场时，cd边切割磁感线，由右手定则可判断感应电流方向为a→d→c→b→a，导线框受到的安培力方向水平向左，A选项错误，D选项正确．导线框离开磁场时，ab边切割磁感线，由右手定则可判断感应电流方向为a→b→c→d→a，导线框受到的安培力方向水平向左，B、C选项均不正确．
2．今将磁铁缓慢或者迅速地插入一闭合线圈中(始末位置相同)，试对比在上述两个过程中，相同的物理量是( )
A．磁通量的变化量B．磁通量的变化率
C．线圈中产生的感应电流D．流过线圈导线截面的电荷量
答案：AD
解析：由ΔΦ＝Φ2－Φ1和题意知，A选项正确．因Δt1和Δt2不等，故eq \f(ΔΦ,Δt)不同，B选项错误，由E＝neq \f(ΔΦ,Δt)知，感应电动势不相等，故C选项错误；由q＝neq \f(ΔΦ,R＋r)知D选项正确．
3．如图所示，两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为l，磁场方向垂直纸面向里，abcd是位于纸面内的梯形线圈，ad与bc间的距离也为l，t＝0时刻，bc边与磁场区域左边界重合．现令线圈以向右的恒定速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域，取沿a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流I随时间t的变化的图线是图中的( )
答案：B
解析：0～eq \f(l,v)段，由右手定则判断感应电流方向为a→d→c→b→a，大小逐渐增大；eq \f(l,v)～eq \f(2l,v)段，由右手定则判断感应电流方向为a→b→c→d→a，大小逐渐增大，故B选项正确．
4.水平放置的金属框架cdef处于如图所示的匀强磁场中，金属棒ab处于粗糙的框架上且与框架接触良好，从某时刻开始，磁感应强度均匀增大，金属棒ab始终保持静止，则( )
A．ab中电流增大，ab棒所受摩擦力也增大
B．ab中电流不变，ab棒所受摩擦力也不变
C．ab中电流不变，ab棒所受摩擦力增大
D．ab中电流增大，ab棒所受摩擦力不变
答案：C
解析：磁感应强度均匀增大时，磁通量的变化率eq \f(ΔΦ,Δt)恒定，故回路中的感应电动势和感应电流都是恒定的；又棒ab所受的摩擦力等于安培力，即Ff＝F安＝BIL，故当B增加时，摩擦力增大，选项C正确．
5.如图所示，水平放置的两根平行的光滑长直金属导轨，其电阻不计，导体棒ab、cd跨在导轨上，ab的电阻R大于cd的电阻r，当cd在大小为F1的水平向右的外力作用下匀速向右滑动时，ab在大小为F2的水平外力作用下保持静止，那么以下说法中正确的是( )
A．Uab>Ucd，F1>F2 B．Uab＝Ucd，F1，C．Uab>Ucd，F1＝F2 D．Uab＝Ucd，F1＝F2
答案：D
解析：导体棒cd在力F1的作用下做切割磁感线运动，成为电源．Ucd即为电源的路端电压，Uab为电路外电阻上的分压，等效电路图如图所示．由于导轨的电阻不计，Uab＝Ucd.另外，由于金属棒cd与ab中电流大小相等，导体棒的有效长度相同，所处磁场相同，故两棒分别受到的安培力大小相等、方向相反．ab、cd两棒均为平衡态，故分别受到的外力F1、F2与两个安培力平衡，即有F1＝F2.应选D.
6.如图所示，L是自感系数足够大的线圈，其直流电阻为零．D1、D2是两个相同的灯泡，如将开关K闭合，等灯泡亮度稳定后再断开，则K闭合、断开，灯泡D1、D2的亮度变化情况是( )
A．K合上瞬间，D2很亮，D1不亮
B．K合上瞬间，D1立即很亮，D2逐渐亮，最后一样亮，K断开瞬间，D2立即熄灭，D1逐渐熄灭
C．K合上瞬时，D1、D2同时亮，然后D1逐渐变暗到熄灭，D2亮度不变，K断开瞬时，D2立即熄灭，D1亮一下，逐渐熄灭
D．K闭合瞬时，D1、D2同时亮，然后D1逐渐变暗到熄灭，D2同时变得更亮，K断开瞬间，D2立即熄灭，D1亮一下再灭
答案：D
解析：K闭合瞬间，L的自感作用很强，L处相当断路，电流流经D1、D2，所以D1、D2同时亮；电流稳定后，L相当于短路，所以D1逐渐熄灭，由于稳定后D1被短路，回路电流变大，故D2变得更亮，断开K，线圈L阻碍电流减小发生自感现象，L相当一个新电源和D1组成回路，D1亮一下再熄灭，而D2立即熄灭．
7．磁悬浮列车已进入试运行阶段，磁悬浮列车是在车辆底部安装电磁铁，在轨道两旁埋设一系列闭合的铝环，当列车运行时，电磁铁产生的磁场相对铝环运动，列车凌空浮起，使车与轨之间的摩擦减少到零，从而提高列车的速度，以下说法中正确的是( )
A．当列车通过铝环时，铝环中有感应电流，感应电流产生的磁场的方向与电磁铁产生磁场的方向相同
B．当列车通过铝环时，铝环中有感应电流，感应电流产生的磁场的方向与电磁铁产生磁场的方向相反
C．当列车通过铝环时，铝环中通有电流，铝环中电流产生的磁场的方向与电磁铁产生磁场的方向相同
D．当列车通过铝环时，铝环中通有电流，铝环中电流产生的磁场的方向与电磁铁产生磁场的方向相反
答案：B
解析：环中是感应电流，由楞次定律知B正确．
8．如图所示，在同一铁芯上绕着两个线圈，单刀双掷开关原来接在1的位置，现在它从1打向2，试判断此过程中，通过电阻R的电流方向是( )
A．先由P到Q，再由Q到PB．先由Q到P，再由P到Q
C．始终是由Q到PD．始终是由P到Q
答案：C
9.如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于( )
A．棒的机械能增加量B．棒的动能增加量
C．棒的重力势能增加量D．电阻R上放出的热量
答案：A
解析：由动能定理有WF＋W安＋WG＝ΔEk，则WF＋W安＝ΔEk－WG，WG<0，故ΔEk－WG表示机械能的增加量．选A.
10.为监测某化工厂的污水导电液体排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计．该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口．在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满管口从左向右流经该装置时，理想电压表将显示两个电极间的电压U，若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是( )
A．前表面电极电势比后表面电极电势高
B．后表面电极电势比前表面电极电势高
C．电压表的示数U与污水中离子浓度成正比
D．污水流量Q与电压表的示数U成正比，与a、b无关
答案：BD
解析：污水导电液体中有正、负离子，根据左手定则可知正离子向后表面偏转，负离子向前表面偏转，因此后表面电极电势比前表面电极电势高，B正确；在电压稳定时，污水导电液体流动相当于长为b的导体以速度v垂直切割磁感线，产生的电动势为E＝Bvb＝U，又Q＝bcv，得Q＝eq \f(Uc,B)，D对．
第Ⅱ卷(非选择题，共80分)
二、填空题(每题5分，共15分)
11．如下图所示，一金属半圆环置于匀强磁场中，当磁场突然减弱时，则______端点电势高；若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中，______点电势高．
答案：M M
解析：将半圆环补充为圆形回路，由楞次定律可判断圆环中产生的感应电动势方向在半圆环中由N指向M，即M点电势高，若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中，由楞次定律可判断，半圆环中产生的感应电动势在半圆环中由N指向M，即M点电势高．
12．如图所示，长60 cm的直导线以10 m/s的速度在B＝0.5 T的匀强磁场中水平向右匀速运动，则导线两端产生的电势差为______V，导线中每个自由电子所受磁场力的大小是______N，方向为______．
答案：3 8×10－19 竖直向下
解析：该题应用动生电动势的计算式和洛伦兹力的计算式求解．由题意
E＝BLv(1)
U＝E(2)
F洛＝Bev(3)
由式(1)、式(2)得
U＝BLv＝0.5×0.6×10 V＝3 V
由式(3)得
F洛＝Bev＝0.5×1.6×10－19×10 N＝8×10－19N.
根据左手定则判断F洛的方向竖直向下．
13．如图所示，相距为L的平行金属导轨ab、cd两端各接有阻值为R的电阻R1、R2，垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为B，今将阻值也为R的直导体棒以速度v匀速拉过磁场区域，设磁场区域宽度为d，摩擦不计，导轨电阻不计，那么此过程中，外力所做的功为__________，通过R1的电量是__________．
答案：2B2l2vd/3R Bld/3R
三、论述计算题(本题共5小题，65分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
14.如图所示，圆形线圈和框架都处于竖直平面内，线圈面积S＝1.0×104 cm2，B1是均匀变化的，质量m＝4 g、长度L＝10 cm的导体棒ab可在框架上无摩擦滑动，若B2＝0.2 T，闭合回路总电阻R＝0.5 Ω，则当eq \f(ΔB1,Δt)为何值时，导体棒可静止于线框上？B1应增强还是减弱？(g取10 m/s2)
答案：1T/s 减弱
解析：由平衡条件：mg＝B2IL＝eq \f(B2·S\f(ΔB1,Δt)·L,R)
解得eq \f(ΔB1,Δt)＝eq \f(mgR,B2SL)＝1T/s，由楞次定律知B1应减弱．
15.如图所示，水平桌面上有两个质量均为m＝5.0×10－3kg、边长均为L＝0.2 m的正方形线框A和B，电阻均为R＝0.5 Ω，用绝缘细线相连静止于宽为d＝0.8 m的匀强磁场的两边，磁感应强度B＝1.0 T，现用水平恒力F＝0.8 N拉线框B，不计摩擦，线框A的右边离开磁场时恰好做匀速运动，求：
(1)线框匀速运动的速度．
(2)线框产生的焦耳热．
解析：(1)线框A的右边离开磁场时
E＝BLv①
I＝eq \f(E,R)②
平衡条件为F＝BIL③
所以v＝eq \f(FR,B2L2)＝10 m/s
(2)由能量守恒定律
Q＝Fd－eq \f(1,2)·2mv2④
代入数据得Q＝0.14J，为线框进出磁场时获得的总内能．
16. 两根光滑的长直金属导轨MN、M′N′平行置于同一水平面内，导轨间距为l，电阻不计，M、M′处接有如图所示的电路，电路中各电阻的阻值均为R，电容器的电容为C.长度也为l、阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中．ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在ab运动距离为s的过程中，整个回路中产生的焦耳热为Q.求：
(1)ab运动速度v的大小；
(2)电容器所带的电荷量q.
答案：(1)eq \f(4QR,B2l2s) (2)eq \f(CQR,Bls)
解析：(1)设ab上产生的感应电动势为E，回路中的电流为I，ab运动距离s所用时间为t，则有
E＝Blv，I＝eq \f(E,4R)，t＝eq \f(s,v)
Q＝I2(4R)t
由上述方程得v＝eq \f(4QR,B2l2s).
(2)设电容器两极板间的电势差为U，则有U＝IR
电容器所带电荷量q＝CU
解得q＝eq \f(CQR,Bls).
17.如右图所示，两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为θ的绝缘斜面上，导轨上端连接一个定值电阻．导体棒a和b放在导轨上，与导轨垂直并良好接触．斜面上水平虚线PQ以下区域内，存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场．现对a棒施以平行导轨斜向上的拉力，使它沿导轨匀速向上运动，此时放在导轨下端的b棒恰好静止．当a棒运动到磁场的上边界PQ处时，撤去拉力，a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动，此时b棒已滑离导轨．当a棒再次滑回到磁场上边界PQ处时，又恰能沿导轨匀速向下运动．已知a棒、b棒和定值电阻的阻值均为R，b棒的质量为m，重力加速度为g，导轨电阻不计．求：
(1)a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中，a棒中的电流Ia与定值电阻R中的电流IR之比；
(2)a棒质量ma；
(3) a棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力F.
答案：见解析
解析：(1)a棒沿导轨向上运动时，a棒、b棒及电阻R中的电流分别为Ia、Ib、IR，有
IRR＝IbRb①
Ia＝IR＋Ib②
由①②解得eq \f(Ia,IR)＝eq \f(2,1)③
(2)由于a棒在PQ上方滑动过程中机械能守恒，因而a棒在磁场中向上滑动的速度v1大小与在磁场中向下滑动的速度v2大小相等，
即v1＝v2＝v④
设磁场的磁感应强度为B，导体棒长为L.a棒在磁场中运动时产生的感应电动势为
E＝BLv⑤
当a棒沿斜面向上运动时
Ib＝eq \f(E,2×\f(3R,2))⑥
IbLB＝mgsinθ⑦
向下匀速运动时，a棒中的电流为I′a，则
I′a＝eq \f(E,2R)⑧
I′aLB＝magsinθ⑨
由④⑤⑥⑦⑧⑨解得ma＝eq \f(3,2)m
(3)由题知导体棒a沿斜面向上运动时，所受拉力
F＝IaLB＋magsinθ
联立上列各式解得F＝eq \f(7,2)mgsinθ