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3（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3（含解析）一、单选题（共28分）1．安检门是一种检测人员有无携带金属物品的探测装置，又称金属探测门。安检门主要应用在机场、车站等人流较大的公共场所用来检查人身体上隐藏的金属物品，如枪支、管制刀具等。如图为安检门原理图，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈。工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向均匀减小的电流，则（ ）A．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针B．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流增大C．有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针D．有金属片通过时，接收线圈中的感应电流大小发生变化2．如图所示，导体轨道固定，其是半圆弧，为半圆弧的中心，为同心，轨道的电阻忽略。是有一定电阻的可绕转动的金属杆。端位于弧上，与轨道接触良好。空间存在与半圆弧所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，现使从位置以恒定的角速度沿逆时针方向转到位置并固定（过程Ⅰ）；再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到2B（过程Ⅱ）。在过程Ⅰ、Ⅱ，流过的电荷量之比为（ ）A． B． C． D．3．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4．一个质量为m的条形磁体，磁体长为l，在磁体下方h处固定一总电阻为R的矩形线框，磁体由静止释放，当磁体上端离开线框时，速度为v，不计空气阻力，这个过程中，线框产生的焦耳热为（ ）A．mgh B． C． D．5．如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个质量相等边长不等的单匝闭合正方形线圈Ⅰ和Ⅱ，分别用相同材料，不同粗细的导线绕制（Ⅰ为细导线）。两线圈在距磁场上界面高处由静止开始自由下落，再进入磁场，最后落到地面。运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界。设线圈Ⅰ、Ⅱ落地时的速度大小分别为、，在磁场中运动时产生的热量分别为、。不计空气阻力，则（ ）A．v1＞v2，Q1＜Q2 B．v1＝v2，Q1＝Q2C．v1＜v2，Q1＞Q2 D．不能确定6．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7．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，光滑平行导轨上端接一电阻R，导轨弯曲部分与水平部分平滑连接，导轨间距为l，导轨和金属棒的电阻不计，导轨水平部分左端有一竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B，现将金属棒从导轨弯曲部分的上端由静止释放，金属棒刚进入磁场时的速度为，离开磁场时的速度为，改变金属棒释放的高度，使其释放高度变为原来的，金属棒仍然可以通过磁场区域，则（ ）A．金属棒通过磁场区域时金属棒中的电流方向为由Q到PB．金属棒第二次离开磁场时的速度为C．金属棒第二次通过磁场区域的过程中电阻R消耗的平均功率比第一次小D．金属棒在两次通过磁场区域的过程中电阻R上产生的热量相等10．如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力作用下运动时，MN在磁场力的作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是（ ） A．向右加速运动 B．向左加速运动C．向右减速运动 D．向左减速运动三、实验题（共15分）11．小丽同学用图甲的实验装置“研究电磁感应现象”。闭合开关瞬间，发现灵敏电流计的指针向左编转了一下。（1）闭合开关稳定后，将滑动变阻器的滑片向右滑动过程中，灵敏电流计的指针_______（填”向左偏转”，“向右偏转”成“不偏转”）；（2）闭合开关稳定后，将线圈A从线圈B抽出的过程中，灵敏电流计的指针_______（填“向左偏转”，“向右偏转”或“不偏转”）；（3）如图乙所示，R为光敏电阻，其阻值随着光照强度的加强而减小。金属环A用轻绳悬挂，与长直螺线管共轴，并位于其左侧。当光照减弱时，从左向右看，金属环A中电流方向_______（填“顺时针”或“逆时针”），金属环A将向_______（填“左”或“右”）运动，并有_______（填“收缩”或“扩张”）的趋势。12．如图所示是“研究电磁感应现象”的实验装置：（1）如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，将A线圈迅速插入B线圈中，电流计指针将___________偏转；（填“向左”、“向右”或 “不”）（2）连好电路后，并将A线圈插入B线圈中后，若要使灵敏电流计的指针向左偏转，可采取的操作是___________；A．插入铁芯 B．拔出A线圈 C．变阻器的滑片向左滑动 D．断开电键S瞬间（3）G为指针零刻度在中央的灵敏电流表，连接在直流电路中时的偏转情况如图（1）中所示，即电流从电流表G的左接线柱进时，指针也从中央向左偏。今把它与一线圈串联进行电磁感应实验，则图（2）中的条形磁铁的运动方向是向___________（填“上”、“下”）。四、解答题（共45分）13．如图所示，倾角为30°的斜面内固定两间距的平行光滑金属轨道和，轨道足够长，其电阻可忽略不计。金属棒放在轨道上，两金属棒始终与轨道垂直且接触良好。两金属棒的长度也为，电阻均为，质量分别为、，整个装置处在磁感应强度大小、方向垂直轨道平面向上的匀强磁场中，若锁定金属棒，使金属棒在恒力F的作用下沿轨道向上做匀速直线运动，速度大小为，重力加速度。（1）求恒力F的大小；（2）求棒向上运动高度为0.2m时，棒上产生的热量；（3）金属棒向上做匀速直线运动过程中，从某时刻开始计时，此时恒力大小变为，方向不变，同时解除金属棒的锁定，金属棒由静止开始运动，直到时刻金属棒开始做匀速直线运动，求这段时间内通过金属棒横截面的电荷量。14．如图所示，矩形线框的ae、bf边长为2L，电阻不计，ab、cd、ef的边长都为L，cd位于线框的正中间，ab、cd电阻均为R，ef电阻为2R，线框的总质量为m。在光滑斜面上PQNM区域内有垂直斜面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，斜面倾角为30°，PQ、MN之间的距离为L。线框从磁场上方某处由静止释放，进入磁场恰好能做匀速直线运动，重力加速度为g，求：（1）ab边刚进入磁场时线框的速度大小；（2）ef边刚进入磁场时线框的加速度。15．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。16．如图所示，空间存在B=0.5T、方向竖直向下的匀强磁场，MN、PQ是水平放置的平行长直导轨，其间距L=0.2m，R=0.3Ω的电阻接在导轨一端，ab是跨接在导轨上质量m=0.1kg、接入电路的电阻r=0.1Ω的导体棒，已知导体棒和导轨间的动摩擦因数为0.2。从零时刻开始，对ab棒施加一个大小为F=0.45N、方向水平向左的恒定拉力，使其从静止开始沿导轨滑动，过程中ab棒始终保持与导轨垂直且接触良好。（g=10m/s2）（1）分析导体棒的运动性质；（2）求导体棒所能达到的最大速度；（3）试定性画出导体棒运动的速度－时间图象。
参考答案1．D【解析】【详解】A．当左侧线圈中通有不断减小的顺时针方向的电流时，可知穿过右侧线圈的磁通量向右，且不断减小，根据楞次定律可知，右侧线圈中产生顺时针方向的感应电流，故A错误；B．无金属片通过时，通电线圈中存在顺时针方向均匀减小的电流，则通电线圈中的磁通量均匀减小，所以穿过右侧线圈中的磁通量均匀减小，则磁通量的变化率是定值，由法拉第电磁感应定律可知，接收线圈中的感应电流不变，故B错误；CD．有金属片通过时，则穿过金属片中的磁通量发生变化时，金属片中也会产生感应电流，感应电流的方向与接收线圈中的感应电流的方向相同，所以也会将该空间中的磁场的变化削弱一些，引起接收线圈中的感应电流大小发生变化。但是电流的方向不会发生变化，C错误，故选D。故选D。2．B【解析】【详解】设半圆弧的半径为，在过程Ⅰ中，根据法拉第电磁感应定律，有根据闭合电路欧姆定律，有则在过程Ⅱ中，B增加到2B，有则；则故ACD错误，B正确。故选B。3．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。4．C【解析】【详解】对条形磁体和线框整体根据能量守恒定律解得线框中产生的焦耳热C正确，ABD错误。故选C。5．C【解析】【详解】两线圈从同一高度下落，到达磁场边界时具有相同的速度，设为v，设线圈的边长为L，横截面积为S，电阻率为ρ，质量为m。线圈切割磁感线产生感应电流时，受到磁场的安培力大小为由电阻定律有当线圈的下边刚进入磁场时其加速度为根据知m和ρ密相等，则LS相等，所以可得加速度 a相等所以线圈Ⅰ和Ⅱ进入磁场的过程先同步运动，由于两线圈质量质量，Ⅰ为细导线，Ⅰ的边长长，当Ⅱ线圈刚好全部进入磁场中时，Ⅰ线圈由于边长较长还没有全部进入磁场。Ⅱ线圈完全进入磁场后做加速度为g的匀加速运动，而Ⅰ线圈仍在做加速度小于g的变加速运动，再做加速度为g的匀加速运动，所以落地速度由能量守恒可得H是磁场区域的高度，因为v1＜v2，其他相等，所以故C正确，ABD错误。故选C。6．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。7．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。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．ABC【解析】【详解】A．金属棒通过磁场区域时，由右手定则可以判断金属棒中的电流方向为由Q到P，A正确；B．金属棒第二次释放高度变为原来的，由动能定理可知，进入匀强磁场时的速度为金属棒通过磁场区域的过程中，根据动量定理有又因为所以则金属棒两次通过匀强磁场区域的过程中动量变化量相同，速度变化量也相同，即故金属棒第二次离开磁场时的速度B正确；CD．金属棒第二次通过磁场区域的过程中平均速度小，所用时间长且减少的动能少，电阻R上产生的热量少，消耗的平均功率比第一次小，C正确，D错误。故选ABC。10．BC【解析】【详解】AB．设PQ向右运动，用右手定则和安培定则判定可知穿过L1的磁感线方向向上。若PQ向右加速运动，则穿过L1的磁通量增加，用楞次定律判定可知通过MN的感应电流方向是N→M，对MN用左手定则判定，可知MN向左加速运动，A错误，同理可知B正确；CD．若PQ向右减速运动，则穿过L1的磁通量减少，用楞次定律判定可知通过MN的感应电流方向是M→N，对MN用左手定则判定，可知MN是向右运动，C正确，同理可知D错误。故选BC。11． 向左偏转 向右偏转 顺时针 右 扩张【解析】【详解】（1）[1]图甲中如果在闭合开关瞬间发现灵敏电流计的指针向左偏了一下，说明穿过线圈的磁通量增大，电流计指针向左偏；合上开关稳定后，将滑动变阻器的滑片向右滑动时，电阻变小，流过线圈的电流变大，那么穿过线圈的磁通量增加，电流计指针将向左偏转。（2）[2]将线圈A从线圈B抽出的过程中，穿过线圈的磁通量减少，电流计指针将向右偏转。（3）[3][4][5]由图乙可知根据右手螺旋定则可判断螺线管磁场方向向右；当当光照减弱时，光敏电阻的阻值增大，回路中电流减小，穿过金属环A的磁通量减少，根据楞次定律可知产生向右的感应磁场，再由右手螺旋定则可知从左向右看，金属环A中电流方向顺时针；感应电流的磁场方向与原电流磁场方向相同，故相互吸引，则金属环A将向右运动，且金属环A有扩张的趋势。12． 向右 BD 下【解析】【详解】(1)[1]依题意，磁通量增加时，灵敏电流计指针向右偏转，合上开关后，将A线圈迅速插入B线圈中时，B线圈中的磁通量增加，所以电流计指针将向右偏转；(2)[2]若要使灵敏电流计的指针向左偏转，根据楞次定律知，磁通量应该减小。A．插入铁芯时，B线圈中的磁通量增加。A错误；B．拔出A线圈，B线圈中的磁通量减小。B正确；C．变阻器的滑片向左滑动，电流变大，B线圈中的磁通量增加。C错误；D．断开电键S瞬间，电流变小，B线圈中的磁通量减小。D正确。故选BD。(3)[3]图（2）中指针向左偏，可知感应电流的方向是顺时针，感应电流的磁场方向向下，条形磁铁的磁场方向向上，由楞次定律可知，磁通量增加，条形磁铁向下运动。13．（1）4N；（2）0.4J；（3）12C【解析】【详解】（1）金属棒以速度向上做匀速直线运动时产生的感应电动势大小为 ①通过cd的电流为 ②所受安培力大小为 ③根据力的平衡条件有 ④联立①②③④解得 ⑤（2）由功能关系可知，棒向上运动高度为H=0.2m的过程中，两金属棒产生的总热量为 ⑥又因为两金属棒电阻相等，且处于串联状态，则两金属棒上产生的热量相等，即棒上产生的热量为 ⑦（3）设时刻金属棒做匀速直线运动的速度为，金属棒做匀速直线运动的速度为，因为 ⑧所以金属棒组成的系统动量守恒，有 ⑨回路中的电流为 ⑩棒匀速运动时有 ⑪联立⑨⑩⑪解得 ⑫ ⑬设0~时间内回路中的平均电流为，对金属棒分析，由动量定理得 ⑭根据电流的定义可知0~t0时间内通过金属棒横截面的电荷量为 ⑮联立⑫⑬⑭⑮解得 ⑯14．（1）；（2）【解析】【详解】（1）由平衡条件有解得（2）分析可知在ef未进入磁场之前，线框一直做匀速直线运动，当ef进入磁场时有由（1）可知 解得15．（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﹣BILt = Mv又q = It，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 = + + mg2r + Q解得Q = BLq﹣3mgr﹣16．（1）做加速度减小的加速运动，最终做匀速运动；（2）10m/s；（3）【解析】【详解】（1）导体棒做切割磁感线运动，产生的感应电动势E=BLv回路中的感应电流为I=导体棒受到的安培力为F安=BIL导体棒运动过程中受到拉力F、安培力F安和摩擦力Ff的作用，根据牛顿第二定律有F－μmg－F安=ma联立解得F－μmg－=ma由⑤可知，随着速度的增大，安培力增大，加速度a减小，当加速度a减小到0时，速度达到最大，此后导体棒做匀速直线运动；（2）当导体棒达到最大速度时，有F－μmg－=0代入数据解得vm=10m/s（3）由（1）（2）中的分析与数据可知，导体棒运动的速度－时间图象如图所示
