广西专版2023_2024学年新教材高中物理第2章电磁感应过关检测新人教版选择性必修第二册

这是一份广西专版2023_2024学年新教材高中物理第2章电磁感应过关检测新人教版选择性必修第二册，共10页。
第二章过关检测(时间:90分钟　满分:100分)一、选择题(共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,第1~7小题只有一个选项符合题目要求,第8~10小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)1.下列电器和设备工作时,工作过程与电磁感应现象无关的是(　　)A.发电机 B.电磁炉C.变压器 D.电热水器答案D解析发电机是典型的电磁感应的应用,是通过运动将机械能转化为电能的装置,选项A错误。电磁炉是通过磁场的变化,产生热量,属于电磁感应现象,选项B错误。变压器是通过磁场的互感现象来改变电压的,故属于电磁感应现象,选项C错误。电热水器利用了电流的热效应,故不属于电磁感应现象,选项D正确。2.电磁感应现象在科技和生活中有着广泛的应用,下列说法不正确的是(　　)A.如图甲所示,真空冶炼炉是利用涡流加热物体的B.如图乙所示,开关S断开瞬间,灯泡一定会突然闪亮一下C.如图丙所示,放在磁场中的玻璃皿内盛有导电液体,其中心放一圆柱形电极,边缘内壁放一环形电极,通电后液体就会旋转起来是利用了电磁驱动D.如图丁所示,用一蹄形磁铁接近正在旋转的铜盘,铜盘很快静止是利用了电磁阻尼答案B解析如题图甲所示,当线圈中通入迅速变化的电流时,线圈周围产生变化的磁场,磁场穿过金属,在金属内产生涡流,涡流产生的热量使金属熔化,所以真空冶炼炉是利用涡流加热物体的,选项A正确。如题图乙所示,若RL≥RA,开关S断开时,灯泡会逐渐熄灭;若RL<RA,开关S断开时,灯泡会先闪亮一下再逐渐熄灭,选项B错误。如题图丙所示,放在磁场中的玻璃皿内有导电液体,其中心放一圆柱形电极,边缘内壁放一环形电极,从而使得圆柱形电极与边缘形成电流,导电液体在磁场中受到安培力的作用旋转起来,是利用了电磁驱动,选项C正确。如题图丁所示,磁场中旋转铜盘切割磁感线发生电磁感应,内部产生感应电流,电流在磁场力作用下使圆盘很快停下来,此为电磁阻尼现象,选项D正确。3.如图甲所示,线圈ab中通有如图乙所示的电流,电流正方向为从a到b,在0~t2这段时间内,用丝线悬挂的铝环M中产生感应电流,下列说法正确的是(　　)A.0~t2这段时间内穿过铝环的磁通量一直在减小B.从左向右看,感应电流的方向始终为顺时针C.t1时铝环中无感应电流D.从左向右看,感应电流的方向始终为逆时针答案B解析M处于通电线圈的磁场中,磁通量的变化取决于线圈中电流的变化:0~t1这段时间内线圈中电流减小,穿过铝环的磁通量在减小;t1~t2这段时间内线圈中电流反向增大,穿过铝环的磁通量在增大;t1时线圈中电流处于变化状态,铝环中磁通量处于变化状态,有感应电流,选项A、C错误。根据题意可知,由于电流从a到b为正方向,当电流从a流向b时,由右手螺旋定则可知,螺线管的磁场的方向水平向右,则穿过铝环的磁场水平向右,由于电流减小,所以磁通量变小,根据楞次定律可得,铝环上的感应电流为顺时针(从左向右看);当电流从b流向a时,由右手螺旋定则可知,穿过铝环的磁场水平向左,电流增大,则磁通量变大,根据楞次定律可得,感应电流为顺时针(从左向右看),所以从左向右看,感应电流的方向始终为顺时针,选项B正确,D错误。4.航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的。电磁驱动原理如图所示,在固定线圈左右两侧对称位置放置两个闭合金属圆环,铝环和铜环的形状、大小相同。已知铜的电阻率较小,则合上开关S的瞬间(　　)A.两个金属环都向左运动B.两个金属环都向右运动C.从左侧向右看,两个金属环中感应电流沿顺时针方向D.铜环受到的安培力等于铝环受到的安培力答案C解析若环放在线圈两边,根据“来拒去留”可得,合上开关S的瞬间,环为阻碍磁通量增大,则环将向两边运动,故选项A、B错误。线圈中电流为右侧流入,磁场方向为向左,在闭合开关的过程中,磁场变强,则由楞次定律可知,电流由左侧向右看为顺时针,故选项C正确。由于铜环的电阻较小,故铜环中感应电流较大,故铜环受到的安培力要大于铝环,故选项D错误。5.如图所示,有一个等腰直角三角形的匀强磁场区域,其直角边长为l,磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度大小为B。边长为l、总电阻为R的正方形导线框abcd,从图示位置开始沿x轴正方向以速度v匀速穿过磁场区域,取沿abcda方向的感应电流为正,则表示线框中电流i随bc边的位置坐标x变化的图像正确的是(　　)答案C解析bc边的位置坐标x在l~2l过程,线框bc边有效切线长度为x-l,感应电动势为E=B(x-l)v,感应电流i=,电流的大小随x增大逐渐增大,根据楞次定律判断出感应电流方向沿a→b→c→d→a,为正值;x在2l~3l过程,根据楞次定律判断出感应电流方向沿a→d→c→b→a,为负值,线框ad边有效切线长度为x-2l,感应电动势为E=B(x-2l)v,感应电流i=-,大小随x增大逐渐增大。故选项C正确。6.如图所示,光滑绝缘水平面上,有一矩形线圈冲入一匀强磁场,线圈全部进入磁场区域时,其动能恰好等于它在磁场左侧时的一半,设磁场宽度大于线圈宽度,那么(　　)A.线圈恰好在刚离开磁场的地方停下B.线圈在磁场中某位置停下C.线圈在未完全离开磁场时即已停下D.线圈完全离开磁场以后仍能继续运动,不会停下来答案D解析线圈冲入匀强磁场时,产生感应电流,线圈受安培力作用做减速运动,动能减少,同理,线圈冲出匀强磁场时,动能也减少,进、出时减少的动能都等于安培力做的功;由于进入时的速度大,故感应电流大,安培力大,安培力做的功也多,减少的动能也多,线圈离开磁场过程中,损失的动能小于它在磁场左侧时动能的一半,因此线圈离开磁场仍继续运动,选项D正确。7.与一般吉他靠箱体的振动发声不同,电吉他靠拾音器发声。如图所示,拾音器由磁体及绕在其上的线圈组成。磁体产生的磁场使钢质琴弦磁化而产生磁性,即琴弦也产生自己的磁场。当某根琴弦被拨动而相对线圈振动时,线圈中就会产生相应的电流,并最终还原为声音信号。下列说法正确的是(　　)A.若磁体失去磁性,电吉他仍能正常工作B.换用尼龙材质的琴弦,电吉他仍能正常工作C.琴弦振动的过程中,线圈中电流的方向不会发生变化D.拾音器的作用是利用电磁感应把琴弦的振动转化成电信号答案D解析若失去磁性,则无法产生电磁感应,因此吉他不能正常工作,故选项A错误。电吉他不可以使用尼龙线做琴弦,若是尼龙线,则不能被磁化,不会产生电磁感应现象,故选项B错误。琴弦振动时,线圈中的磁通量既会增加也会减少,产生的感应电流方向会发生变化,故选项C错误。电吉他属于磁生电的应用,是根据电磁感应原理工作的,拾音器的作用是利用电磁感应把琴弦的振动转化成电信号,故选项D正确。8.如图甲所示,固定在光滑水平面上的正三角形金属线框,匝数n=20,总电阻R=2.5 Ω,边长l=0.3 m,处在两个半径均为r=的圆形匀强磁场区域中,线框顶点与右侧圆心重合,线框底边中点与左侧圆心重合。磁感应强度B1垂直水平面向上,大小不变;B2垂直水平面向下,大小随时间变化。B1、B2的值如图乙所示,则(　　)A.通过线框的感应电流方向为逆时针方向B.t=0时刻穿过线框的磁通量为0.1 WbC.在0.6 s内通过线框中的电荷量约为0.13 CD.经过0.6 s线框中产生的热量约为0.07 J答案ACD解析磁感应强度B1垂直水平面向外,大小不变,B2垂直水平面向里,大小随时间增大,由楞次定律可得,线框中感应电流方向为逆时针方向,故选项A正确。t=0时刻穿过线框的磁通量为Φ=B1××πr2-B2××πr2=(1×0.5×3.14×0.12-2××3.14×0.12)Wb=0.005Wb,故选项B错误。在0.6s内通过线框中的电荷量q=Δt=Δt=nC=0.13C,故选项C正确。由Q=I2Rt=×RΔt=0.07J,故选项D正确。9.超导体具有电阻为零的特点,下图为超导磁悬浮原理图,a是一个超导闭合环,置于一个电磁铁线圈b正上方,当闭合开关S后,超导环能悬浮在电磁铁上方平衡。下列说法正确的有(　　)A.闭合开关S瞬间,a环中感应电流受到的安培力向上B.闭合开关S,稳定后通过a环的磁通量不变,a环中不再有电流C.闭合开关S,稳定后通过a环的电流是恒定电流D.R取不同的电阻,稳定后a环所受安培力都相等答案ACD解析闭合开关S瞬间,线圈中磁通量增大,则由楞次定律可知,a中产生的安培力将使a环有向上运动的趋势,故a环中感应电流受到的安培力向上,故选项A正确。由于线圈a由超导体制成,没有电阻,所以不消耗能量,电流一直存在,故选项B错误。闭合开关S,稳定后通过a环的电流不再变化,为恒定电流,故选项C正确。因a环能悬浮在电磁铁上方平衡,所以受到的安培力一定等于重力,故稳定时受到的安培力与电阻R无关,故选项D正确。10.如图所示,光滑斜面PMNQ的倾角为θ=30°,斜面上放置一矩形导体线框abcd,其中ab边长l1=0.5 m,bc边长为l2,线框质量m=1 kg,电阻R=0.4 Ω,有界匀强磁场的磁感应强度为B=2 T,方向垂直于斜面向上,ef为磁场的边界,且ef∥MN。导体框在沿斜面向上且与斜面平行的恒力F=10 N作用下从静止开始运动,其ab边始终保持与底边MN平行。已知导线框刚进入磁场时做匀速运动,且进入过程中通过导线框某一截面的电荷量q=0.5 C,则下列判断正确的是(　　)A.导线框进入磁场时的速度为2 m/sB.导线框bc边长为l2=0.1 mC.导线框开始运动时ab边到磁场边界ef的距离为0.4 mD.导线框进入磁场的过程中产生的热量为1 J答案ACD解析导线框刚进入磁场时做匀速运动,则F=mgsin30°+,解得v=2m/s,选项A正确。根据q=,解得l2=0.2m,选项B错误。线圈在磁场外运动的加速度a==5m/s2,则导线框开始运动时ab边到磁场边界ef的距离为x==0.4m,选项C正确。导线框进入磁场的过程中产生的热量为Q=Fl2-mgl2sin30°=1J,选项D正确。二、填空题(共2小题,共18分)11.(6分)下图为研究电磁感应现象的实验装置。(1)将图中所缺的导线补接完整;(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏转一下,那么闭合开关后可能出现的情况有:①将线圈A迅速插入线圈B时,灵敏电流计指针将向　　　　(选填“左”或“右”)偏转。 ②线圈A插入线圈B后,将滑动变阻器的滑片迅速向左拉时,灵敏电流计指针向　　　　(选填“左”或“右”)偏转。 答案(1)见解析图　(2)右　左解析(1)如图所示。(2)闭合开关,穿过线圈B的磁通量增大,灵敏电流计指针向右偏转一下;线圈A迅速插入线圈B,穿过线圈B的磁通量增大,指针向右偏转一下;线圈A插入线圈B后滑动变阻器滑片左移,线圈A所在电路电流减小,穿过线圈B的磁通量减小,指针向左偏转一下。12.(12分)如图所示,光滑导轨竖直放置,匀强磁场的磁感应强度为B=0.5 T,磁场方向垂直于导轨平面向外,导体棒ab的长度与导轨宽度均为l=0.2 m,导体棒电阻R=1.0 Ω,导轨电阻不计。当导体棒紧贴导轨匀速下滑时,均标有“6 V　3 W”字样的两小灯泡恰好正常发光,则通过ab的电流的大小为　　　　 A,方向　　　　,ab运动的速度大小为　　　　 m/s,电路的总功率为　　　　 W。 答案1　由b到a　70　7解析每个小灯泡中的电流为I1==0.5A,则ab中的电流为I=2I1=1A,由右手定则知通过ab棒的电流方向为由b到a;ab产生的感应电动势E=U1+IR=6V+1×1.0V=7V,由E=Blv知ab的运动速度v==70m/s;电路的总功率P=IE=7W。三、计算题(共4小题,共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)13.(9分)如图所示,在区域Ⅰ(0≤x<s)和区域Ⅱ(s<x≤2s)内分别存在匀强磁场,磁感应强度的大小分别为2B和B,方向相反,且都垂直于xOy平面。边长为l(l<s)的正方形金属线框abcd,质量为m,电阻为R,ab边位于区域Ⅰ的左边界。在平行于x轴方向的拉力F作用下,线框以v=的速度匀速运动,直至全部进入磁场区域Ⅱ。金属线框重力不计,求:(1)线框在进入磁场Ⅰ过程中,ab两点间的电势差Uab;(2)线框在进入磁场Ⅱ过程中,拉力F的大小;(3)当线框全部进入磁场Ⅱ时,撤去拉力F,此后线框在离开磁场Ⅱ过程中产生的热量Q。答案(1)　(2)　(3)解析(1)线框在进入磁场Ⅰ过程中,ab边切割磁感线产生的电动势E1=2Blv电流I1=,根据欧姆定律Uab=I1·R可得Uab=。(2)线框在进入磁场Ⅱ过程中,ab边和cd边同时切割磁感线产生电动势E2=2Blv+Blv电流I2=,线框受到的安培力F安=2BI2l+BI2l由平衡方程F=F安可得F=。(3)线框在离开磁场Ⅱ的过程中,由动量定理得-BI3lt=mv'-mv电流I3=,由法拉第电磁感应定律E3=由能量守恒定律Q=mv2-mv'2可得Q=。14.(9分)如图所示,竖直面上两足够长的平行光滑金属导轨间距为l,顶端连接阻值为R的电阻,在水平虚线MN下方存在方向垂直导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B。将一质量为m的导体棒垂直导轨从MN处由静止释放,导体棒向下运动的距离为l时恰好匀速。导体棒和导轨的电阻均不计,重力加速度为g。(1)求导体棒加速过程中通过电阻R的电荷量q和电阻R产生的焦耳热Q。(2)若导体棒在磁场中向下运动的总距离为2l时,磁感应强度大小开始随时间变化,使得导体棒恰好沿导轨向下做加速度为g的匀加速直线运动,求磁感应强度大小Bt随时间t变化的关系式。答案(1)　mg(2)Bt=解析(1)根据电磁感应中的电荷量的推论公式q=导体棒匀速运动,据平衡条件有mg=BIl=Bl=由能量守恒定律得mgl=Q+mv2联立解得Q=mg。(2)当导体棒做加速度为g的匀加速直线运动时,回路中的感应电流为零,闭合回路的磁通量不变,设时间为t时,导体棒的下落高度h=2l+vt+gt2由于磁通量不变,则有Bt·lh=B·2l2解得Bt=。15.(12分)如图所示,两平行光滑不计电阻的金属导轨竖直放置,导轨上端接一阻值为R的定值电阻,两导轨之间的距离为d。矩形区域abdc内存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,ab、cd之间的距离为l。在cd下方有一导体棒MN,导体棒MN与导轨垂直,与cd之间的距离为h,导体棒的质量为m,电阻为r。给导体棒一竖直向上的恒力,导体棒在恒力F作用下由静止开始竖直向上运动,进入磁场区域后做减速运动。若导体棒到达ab处的速度为v0,重力加速度大小为g。求:(1)导体棒到达cd处时速度的大小;(2)导体棒刚进入磁场时加速度的大小;(3)导体棒通过磁场区域的过程中,通过电阻R的电荷量和电阻R产生的热量。答案(1)(2)g+(3)[(F-mg)(h+l)-]解析(1)根据动能定理有(F-mg)h=mv2解得导体棒到达cd处时速度的大小v=。(2)安培力F安=BId,I=,E=Bdv根据牛顿第二定律得mg+F安-F=ma导体棒刚进入磁场时加速度的大小a=g+。(3)导体棒通过磁场区域的过程中,通过电阻R的电荷量q=IΔt,I=,E=,ΔΦ=Bld解得q=根据动能定理得(F-mg)(h+l)-W=电路中的总热量Q=W电阻R中的热量QR=Q解得QR=[(F-mg)(h+l)-]。16.(12分)磁悬浮列车的运动原理如图所示,在水平面上有两根水平长直平行导轨,导轨间有与导轨面垂直且方向相反的匀强磁场B1和B2,B1和B2相互间隔,导轨上有金属框abcd。当磁场B1和B2同时以恒定速度沿导轨向右匀速运动时,金属框也会由静止开始沿导轨向右运动。已知两导轨间距l1=0.4 m,两种磁场的宽度均为l2,l2=lab,B1=B2=1.0 T。金属框的质量m=0.1 kg,电阻R=2.0 Ω。金属框受到的阻力与其速度成正比,即Ff=kv,k=0.08 kg/s,只考虑动生电动势。(1)开始时金属框处于图示位置,判断此时金属框中感应电流的方向。(2)若磁场的运动速度始终为v0=10 m/s,在线框加速的过程中,某时刻线框速度v1=7 m/s,求此时线框的加速度a1的大小。(3)若磁场的运动速度始终为v0=10 m/s,求金属框的最大速度v2的大小为多少?此时装置消耗的总功率为多少?答案(1)沿abcda的方向(2)4 m/s2(3)8 m/s　6.4 W解析(1)磁场以恒定速度沿导轨向右匀速运动,则由楞次定律可知金属框中感应电流的方向是abcda的方向。(2)根据楞次定律可知金属框与磁场同向运动,感应电动势E=2Bl1(v0-v1)感应电流I=左右两边受到的安培力都为F安=BIl1=根据牛顿第二定律有2F安-kv1=ma1解得此时金属框的加速度a1=代入数据解得a1=4m/s2。(3)当金属框有最大速度时做匀速运动,所受合外力为零,2F安'-kv2=0左右两边受到的安培力都为F安'=BI'l1=B··l1=代入数据解得最大速度v2=8m/s装置消耗的功率分克服阻力做功的功率和电功率两部分,克服阻力做功的功率P1=Ff'v2=k代入数据解得P1=5.12W电功率P2=代入数据解得P2=1.28W此时装置消耗的功率P=P1+P2=6.4W。