2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第二册 第二章 电磁感应 单元检测卷8（含解析）

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2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第二册 第二章 电磁感应 单元检测卷8（含解析）一、单选题（共28分）1．如图所示为电磁炮的简化原理示意图，它由两条水平放置的平行光滑长直轨道组成。轨道间放置一个导体滑块作为弹头。当电流从一条轨道流入，经弹头从另一条轨道流回时，在两轨道间产生磁场，弹头就在安培力推动下以很大的速度射出去。不计空气阻力，将该过程中安培力近似处理为恒力，为了使弹头获得更大的速度，可适当(　　)A．减小平行轨道间距 B．增大轨道中的电流C．缩短轨道的长度 D．增大弹头的质量2．如图所示，平行光滑金属导轨、倾斜放置，导轨平面倾角为，导轨上端接有阻值为的定值电阻，导轨间距为，整个导轨处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。一个质量为、电阻也为的金属棒放在导轨上，以大小为的初速度向上滑动，开始时金属棒的加速度大小为（为重力加速度），从开始到金属棒上升到最高处通过电阻的电荷量为，不计导轨的电阻，金属棒运动过程中始终与导轨垂直并接触良好，导轨足够长，则错误的选项是（　　）A．匀强磁场的磁感应强度大小为B．开始时，金属棒克服安培力的瞬时功率和克服重力的瞬时功率相等C．金属棒沿导轨向上运动的最大距离为D．从开始到运动到最高点的过程中，电阻中产生的焦耳热为3．如图所示是高频焊接原理示意图。线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是（　　）A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快C．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小D．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为电压高4．如图所示，均匀分布有负电荷的橡胶圆环A和金属圆环B为同心圆，保持金属圆环位置固定，让橡胶圆环绕圆心O在金属圆环的平面内沿顺时针方向从静止开始加速转动，下列判断正确的是（　　）A．金属圆环B中的感应电流沿顺时针方向B．金属圆环B中的感应电流越来越大C．金属圆环B有收缩趋势D．金属圆环B有沿顺时针转动的趋势5．两个完全相同的正方形匀质金属框，边长为L，通过长为L的绝缘轻质杆相连，构成如图所示的组合体。距离组合体下底边H处有一方向水平、垂直纸面向里的匀强磁场。磁场区域上下边界水平，高度为L，左右宽度足够大。把该组合体在垂直磁场的平面内以初速度v0水平无旋转抛出，设置合适的磁感应强度大小B使其匀速通过磁场，不计空气阻力。下列说法正确的是（　　）A．B与v0无关，与成反比B．通过磁场的过程中，金属框中电流的大小和方向保持不变C．通过磁场的过程中，组合体克服安培力做功的功率小于重力做功的功率D．调节H、v0和B，只要组合体仍能匀速通过磁场，则其通过磁场的过程中产生的热量不变6．长为的两根完全相同的软绝缘金属导线放在光滑的水平桌面上，周围有垂直桌面向下的匀强磁场，磁感应强度大小。初始时，两导线两端连接盘绕放置，现在外力作用下拉动导线，使两根导线在时间内形成一个圆形，如图所示。已知每根导线电阻。下列说法正确的是（　　） A．此过程中感应电动势的平均值 B．此过程中通过导线的平均感应电流C．此过程中通过导线横截面的电荷量 D．此过程中导线中形成的电流沿顺时针方向7．如图1、2为演示自感现象的电路图，灯泡A1和A2规格相同，L1和L2为线圈。实验时，闭合开关S1，灯A1逐渐变亮，最终A1与A2的亮度相同；断开开关S2瞬间，灯A3突然闪亮、随后逐渐变暗。下列说法错误的是（　　）A．图1中，变阻器R与L1的阻值相同B．图1中，断开S1瞬间，灯A2将突然闪亮，随后A1和A2逐渐变暗C．图2中，灯A3的阻值大于L2的阻值D．图2中，闭合S2待电路稳定后，灯A3中电流小于L2中电流二、多选题（共12分）8．如图所示，光滑金属导轨DCEF固定在水平面并处于竖直向下的匀强磁场中，CD、EF平行且足够长，CE是粗细均匀、电阻率一定的导体，且与EF夹角为θ（θ<90°），CD和EF的电阻不计。导体棒MN与CE的材料、粗细均相同，用外力F使MN向右匀速运动，从E点开始计时，运动中MN始终与EF垂直且和导轨接触良好。若图中闭合电路的电动势为E，电流为I，消耗的电功率为P，下列图像正确的是（　　）A． B．C． D．9．如图所示，线圈匝数为n，横截面积为S，线圈电阻为r，处于一个均匀增强的磁场中，磁感应强度随时间的变化率为k，磁场方向水平向右且与线圈平面垂直，电容器的电容为C，定值电阻的阻值为r。由此可知，下列说法正确的是（　　）A．电容器下极板带正电 B．电容器上极板带正电C．电容器所带电荷量为 D．电容器所带电荷量为nSkC10．如图所示，光滑水平面上有一边长为L的正方形金属框，质量为m，总电阻为R，其右侧cd边紧邻两个磁感应强度大小均为B、宽度均为L、方向相反的有界匀强磁场，现让金属框在外力作用下以速度v0匀速进入磁场区域并沿直线运动，速度方向始终与磁场边界垂直，金属框平面始终与磁场垂直，则下列说法正确的是（　　）A．cd边的位移为的过程中，金属框中产生的焦耳热为B．cd边的位移为的过程中，金属框中感应电流大小为C．cd边的位移为的过程中，金属框产生的焦耳热为D．金属框离开右侧磁场的过程中，通过其任一截面的电荷量为三、实验题（共15分）11．在“探究影响感应电流方向的因素”实验中，①为安全检测灵敏电流表指偏转方向与电流流向的关系，在给出的实物图如图中，将正确需要的实验仪器连成完整的实验电路_______。②电路中定值电阻的作用主要是为了______。A．减小电路两端的电压，保护电源B．增大电路两端的电压，保护电源C．减小电路中的电流，保护灵敏电流表D．减小电路中的电流，便于观察灵敏电流表的读数③下列实验操作中说法正确的是______。A．判断感应电流的方向时，需要先确定线圈的绕法B．实验中需要将条形磁体的磁极快速插入或快速拔出，感应电流的产生将更加明显C．实验中将条形磁体的磁极插入或拔出时，不管缓慢，还是迅速，对实验现象都不影响D．将N极向下插入线圈或将S极向下插入线圈，电流表的偏转方向相同12．小明学习自感后进行了以下实验。在图甲所示的电路中，为电源，为线圈，闭合开关使灯泡发光，然后断开开关，发现灯泡不会立即熄灭，而是持续一小段时间再熄灭。（1）断开开关后，灯泡上的电流方向__________（选填“向左”或“向右”）；若在线圈中插入铁芯后再重复该实验，则断开开关后灯泡上电流持续的时间__________（选填“变长”“变短”或“不变”）。（2）小明为了进一步研究影响灯泡上电流持续时间的因素，保持线圈一定，仅更换电源（内阻不计）或仅更换灯泡进行实验，并用电流传感器（图中未画出）测量开关断开后灯泡中的电流随时间的变化。其中的一组图像如图乙所示。若①②两条曲线对应的电源电动势分别为、，则其大小关系为__________；若①②两条曲线对应的灯泡电阻分别为、，则其大小关系为__________。四、解答题（共45分）13．（1）如图甲所示，两根足够长的平行导轨，间距L＝0.3 m，在导轨间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B1＝0.5 T。一根直金属杆MN以v＝2 m/s的速度向右匀速运动，杆MN始终与导轨垂直且接触良好。杆MN的电阻r1＝1 Ω，导轨的电阻可忽略。求杆MN中产生的感应电动势E1。（2）如图乙所示，一个匝数n＝100的圆形线圈，面积S1＝0.4 m2，电阻r2＝1 Ω。在线圈中存在面积S2＝0.3 m2垂直线圈平面(指向纸外)的匀强磁场区域，磁感应强度B2随时间t变化的关系如图丙所示。求圆形线圈中产生的感应电动势E2。（3）将一个R＝2 Ω的电阻分别与图甲和图乙中的a、b端相连接，然后b端接地。试判断以上两种情况中，哪种情况a端的电势较高？并求出较高的电势φa。14．如图所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆形导线框内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根长度大于2r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左向右匀速滑动，电路中的定值电阻为R，其余部分电阻忽略不计．试求MN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻R上通过的电荷量。15．如图甲所示，质量为m、粗细均匀总电阻为、边长为L=1m的正方形金属框ABCD由静止开始下落（计时开始），经过一段时间进入磁感应强度为的第一个有界匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里与金属框面垂直，沿水平方向的上下边界1、2之间的距离为d；磁感应强度为B2的第二个有界匀强磁场在第一个正下方，方向垂直纸面向里与金属框面垂直，沿水平方向的上下边界3、4之间的距离也为d。计时开始后，金属框的动量与时间的关系图像如图乙所示，AB边在时离开边界2，当CD边刚到达边界3时安培力的功率为，AB边在t4时刻离开边界4，不计空气阻力，重力加速度为，求：（1）cd边刚到达边界1时金属框的动量p1；（2）金属框在穿越两个匀强磁场的过程中机械能的减少量及CD边到达边界3时的速度；（3）0～t4时间内，金属框重力的平均功率。（保留3位有效数字）16．如图所示，宽度为L的水平平行光滑的金属轨道，左端接动摩擦因数为μ、倾角为θ的斜面轨道（斜面轨道下端与水平光滑轨道之间有一小圆弧平滑连接），右端连接半径为r的光滑半圆轨道，水平轨道与半圆轨道相切。水平轨道所在的区域处在磁感应强度大小为B的竖直向上的匀强磁场中。一根质量为m的金属杆a置于水平轨道上，另一根质量为M的金属杆b从斜面轨道上与水平轨道高度为h处由静止释放，当金属杆b滑入水平轨道某位置时，金属杆a刚好到达半圆轨道最高点（b始终运动且a、b未相撞），并且a在半圆轨道最高点对轨道的压力大小为mg（g为重力加速度），此过程中通过金属杆a的电荷量为q，a、b杆的电阻分别为R1、R2，其余部分电阻不计。求：（1）金属杆b在水平轨道上运动时的最大加速度am；（2）在金属杆b由静止释放到金属杆a运动到半圆轨道最高点的过程中，系统产生的焦耳热Q。
参考答案1．B【解析】【详解】A．根据题意，安培力做的功等于弹头获得的动能，轨道间距减小，安培力减小，安培力做功减小，弹头获得动能减小，速度减小，故A错误；B．增大轨道中电流，安培力增大，安培力做功增大，弹头获得动能增大，速度增大，故B正确；C．缩短轨道长度，安培力做功减小，弹头获得动能减小，速度减小，故C错误；D．只增大弹头质量，安培力做功不变，弹头获得动能不变，所以速度减小，故D错误。故选B。2．C【解析】【详解】A．由题意知解得A正确，不符合题意；B．开始时，金属棒克服安培力的瞬时功率克服重力的瞬时功率B正确，不符合题意；C．由解得C错误，符合题意；D．从开始到运动到最高点的过程中，根据能量守恒解得D正确，不符合题意。故选C。3．A【解析】【详解】AB．高频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在焊接的金属工件中产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律分析可知，电流变化的频率越高，磁通量变化频率越高，产生的感应电动势越大，感应电流越大，焊缝处的温度升高得越快。故A正确，B错误。CD．焊缝处横截面积小，电阻大，电流相同，焊缝处的热功率大，温度升的高。故C、D错误。故选A。4．A【解析】【详解】A．橡胶圆环顺时针转动，产生沿逆时针方向的电流，且电流越来越大，因此金属圆环中垂直于环面向外的磁通量增大，根据楞次定律，金属圆环中感应电流沿顺时针方向，故A正确；B．尽管是加速转动，若磁通量均匀增大，则感应电流不变，故B错误；CD．根据楞次定律，为了阻碍金属圆环中磁通量增大，金属圆环B有向外扩张的趋势无转动趋势，因为取一段小圆环的安培力都是背离圆心向外的。故CD错误；故选A。5．D【解析】【详解】A．将组合体以初速度v0水平无旋转抛出后，组合体做平抛运动，后进入磁场做匀速运动，由于水平方向切割磁感线产生的感应电动势相互抵消，则有，解得则B与v0无关，与成反比，故A错误；B．当金属框刚进入磁场时金属框的磁通量增加，此时感应电流的方向为逆时针方向，当金属框刚出磁场时金属框的磁通量减少，此时感应电流的方向为顺时针方向，故B错误；C．组合体通过磁场的过程中，则组合体克服安培力做功的功率等于重力做功的功率，故C错误；D．无论调节哪个物理量，只要组合体仍能匀速通过磁场，都有，则安培力做的功都为W=F安4L则组合体通过磁场的过程中产生的热量不变，故D正确。故选D。6．B【解析】【详解】A．圆的周长为2L，由解得由法拉第电磁感应定律得感应电动势的平均值其中解得A错误；B．由闭合电路欧姆定律可得，平均电流故B正确；C．由可得C错误；D．由楞次定律和右手定则可得，导线中的电流沿逆时针方向，D错误。故选B。7．B【解析】【详解】A．图1中，最终A1与A2的亮度相同，两个支路电流相同，又由于两个灯泡电阻相同，所以变阻器R与L1的电阻值相同，故A正确；B．图1中，断开S1瞬间，电感线圈由于自感现象，L1对电流有阻碍作用，此时自感线圈相当于一个新电源，两灯泡会逐渐熄灭，而稳定时两并联支路的电流相等，则灯A2将不会闪亮，故B错误；CD．图2中，断开S2的瞬间，A3灯突然闪亮，是因为电路稳定时，L2的电流大于A3的电流，可知L2的电阻小于A3的电阻，故CD正确。此题选择错误选项，故选B。8．AB【解析】【详解】导体棒由E运动到C的过程中，切割磁感线的有效长度L＝vttanθ设CE、MN中单位长度的电阻为R0，则回路中电阻R＝R0回路中的感应电动势E1＝BLv＝Bv2ttanθ∝tI1＝＝＝感应电流I1与t无关且为定值；导体棒匀速运动时，外力F1等于安培力，则F1＝BI1L＝BI1vttanθ∝t消耗的电功率P1＝F1v＝BI1v2ttanθ∝t当导体棒过C点后，回路中切割磁感线的有效长度L′、回路中的电阻R′不变，感应电动势E′＝BL′v为定值，回路中的电流I′＝也为定值，且I′＝I1，外力F′等于安培力，则F′＝BI′L′也为定值；消耗的电功率P＝F′v也为定值．综上所述，AB正确，CD错误。故选AB。9．BC【解析】【详解】AB．根据磁场向右均匀增强，由楞次定律可知，电容器上极板带正电，A错误，B正确；CD．线圈与阻值为r的电阻形成闭合回路，线圈相当于电源，电容器两极板间的电压等于路端电压，线圈产生的感应电动势E＝nS＝nSk路端电压U＝·r＝则电容器所带电荷量为Q＝CU＝C正确，D错误。故选BC。10．CD【解析】【详解】A．cd边位移为的过程中，只有cd边切割磁感线，感应电动势为感应电流为运动时间为则产生的焦耳热故A错误；BC．cd边位移为的过程中，ab边和cd边分别切割磁感线，根据右手定则可知，感应电动势为感应电流为运动时间为产生的焦耳热故B错误C正确；D．金属框离开右侧磁场的过程中，由法拉第电磁感应定律得＝＝感应电流为通过其任一截面的电荷量为故D正确。故选CD。11．          C     AB【解析】【详解】①[1]为安全检测灵敏电流表指偏转方向与电流流向的关系，应将电源和电流计连接，考虑到电流计的内阻很小，接入大电阻保护电表，几个元件串联连接，完整的实验电路如图 ②[2]因灵敏电流计的内阻很小，直接接电源容易满偏，则接入定值电阻的作用主要是为了减小电路中的电流，保护灵敏电流表，故选C；③[3]A．判断感应电流的方向时，用楞次定律需要知道线圈流过电流时原磁场的方向，则需要先确定线圈的绕法，故A正确；BC．实验中将条形磁体的磁极快速插入或快速拔出，磁通量的变化串更大，产生的感应电流大，指针的偏转幅度大，产生的现象将更加明显，故B正确，C错误；D．将N极向下插入线圈或将S极向下插入线圈，磁通量部增大，但两种原磁场方向相反，由楞次定律得出的感应电流方向相反，电流表的偏方向相反，故D错误；故选AB。12．     向左     变长     E1＝E2     R1＞R2【解析】【详解】（1）[1] 断开开关，线圈电流减小，根据楞次定律，感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因，线圈会产生和原电流方向相同的感应电流，故灯泡上的电流方向向左；[2]产生的感应电流和自感系数成正比，线圈中插入铁芯，自感系数增大，感应电流增大，断开开关后灯泡上电流持续的时间变长。(2）[3]若①②两条曲线对应的电源电动势分别为E1、E2,由乙图可知，在断开开关之前，①②电流相同，根据闭合电路欧姆定律知，电源电动势相同，即E1=E2;乙图曲线与坐标系围成的面积表示通过导体截面的电荷量，即，若①②两条曲线对应的灯泡电阻分别为R1、R2，根据乙图可知,S1 < S2 ,且线圈磁通量变化相同，则有，可得：R1> R213．（1）0.3V；（2）4.5 V；（3）与图甲中的导轨相连接a端电势高，φa＝0.2 V【解析】【详解】（1）杆MN做切割磁感线的运动，由电磁感应定律，产生的感应电动势E1＝B1Lv＝0.3 V（2）穿过圆形线圈的磁通量发生变化，由电磁感应定律，产生的感应电动势E2＝nS2＝4.5 V（3）题图甲中，由右手定则可知φa>φb＝0，题图乙中φa<φb＝0，所以当电阻R与题图甲中的导轨相连接时，a端的电势较高。由闭合电路欧姆定律可得，此时通过电阻R的电流I＝=0.1A电阻R两端的电势差φa－φb＝IRa端的电势φa＝IR＝0.2 V14．【解析】【详解】MN从圆环的左端滑到右端的过程中，有ΔΦ=B·ΔS=B·πr2所用时间为所以==通过电阻R的平均电流为==通过R的电荷量为q=·Δt=15．（1）；（2），；（3）【解析】【详解】（1）由乙图分析可知，金属框在穿越磁场的过程中动量不变，做匀速运动，金属框的边长L与上下边界间的距离d相等才能匀速穿越磁场，则有d=L=1m设金属框进入第一个磁场之前自由落体运动的时间为t1，则有设金属框以v2匀速穿越第一个磁场的时间为Δt1，则有由题意和图像可得且金属框以v1匀速穿越第一个磁场，感应电动势不变感应电流不变由安培力的定义由二力平衡CD边刚到达边界3时金属框的动量为综合解得（2）金属框在匀速穿越两个磁场的过程中，重力势能全部转化为热能由能量守恒，金属框在穿越两个匀强磁场的过程中机械能的减少量等于生成的热设金属框以v2匀速穿越第二个磁场，感应电动势不变感应电流不变由安培力的定义由二力平衡安培力的功率综合解得（3）设CD边在t3时刻到达边界3．由自由落体运动规律设金属框以v2匀速穿越第二个磁场的时间为Δt2，则有由题意和图像可得0～t1时间内金属框下落的高度t2～t3时间内金属框下落的高度0～t4时间内金属框的平均速度重力的平均功率综合解得16．（1）；（2）BLq﹣3mgr﹣【解析】【详解】（1）金属杆b在倾斜轨道上运动，由牛顿第二定律，有Mgsinθ﹣μMgcosθ = Ma1解得a1 = gsinθ﹣μgcosθ设金属杆b刚滑到水平轨道时速度为vb1，对金属杆b在斜面轨道上下滑的过程。由匀变速直线运动规律，有又x = 解得vb1 = 金属杆b刚滑到水平轨道时速度最大，产生的感应电动势最大，最大值为E = BLvb1金属杆b中最大电流为I = 受到的最大安培力为F安 = BIL由牛顿第二定律有F安 = mam解得am = （2）金属杆b进入匀强磁场区域后做变速运动，设在t时间内，速度变化为v金属杆a到达半圆轨道最高点时金属杆b的速度为vb2，则由动量定理有﹣BILt = Mv又q = It，v = vb2﹣vb1即有﹣BLq = Mvb2﹣Mvb1解得vb2 = 根据牛顿第三定律得：轨道对金属杆a向下的压力为FN = mg设金属杆a运动到半圆轨道最高点的速度为va。由牛顿第二定律，有mg + FN = m据题有FN = mg解得va = 由能量关系有：有 = + + mg2r + Q解得Q = BLq﹣3mgr﹣