2024-2025学年物理教科版（2019）选择性必修第二册单元复习提升卷 第二单元 电磁感应及其应用（含解析）

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2024-2025学年教科版（2019）选择性必修第二册单元复习提升卷 第二单元 电磁感应及其应用1（含解析）一、选择题：本题共13小题，共65分。在每小题给出的四个选项中，第1~8题只有一项符合题目要求，每小题5分；第9~13题有多项符合题目要求，全部选对得5分，选对但不全得2分，选错得0分。1.如图所示，空间中有一变化的磁场，其磁感强度大小B随时间t变化的关系式为，其中k为常数。在磁场中有一半径为r、匝数为n的线圈，磁场方向与线圈中心轴线平行，则线圈的感应电动势大小为( )A.B.C.D.2.图甲为某款“自发电”无线门铃按钮，其“发电”原理如图乙所示，按下门铃按钮过程磁铁靠近螺线管，松开门铃按钮磁铁远离螺线管回归原位置。下列说法正确的是( )A.按下按钮过程，螺线管P端电势较高B.松开按钮过程，螺线管Q端电势较高C.按住按钮不动，螺线管没有产生感应电动势D.按下和松开按钮过程，螺线管产生大小相同的感应电动势3.如图所示，竖直固定一闭合金属线圈，线圈平面与纸面垂直。现将一强磁铁从线圈左侧某一高度由静止释放，磁铁下落过程中（不翻转）线圈中产生的感应电流随时间变化的图像可能正确的是( )A.B.C.D.4.如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则( )A.线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同B.线圈将逆时针转动，转速比磁铁小C.线圈将逆时针转动，转速比磁铁大D.只有线圈位置与磁场垂直时，线圈才会转动5.如图所示，闭合圆形线圈放在范围足够大的匀强磁场中，下列说法正确的是( )A.线圈向右平移，线圈中产生感应电流B.线圈向上平移，线圈中产生感应电流C.线圈以ab为轴转动，线圈中产生感应电流D.线圈以ab为轴转动，线圈中磁通量不变6.如图所示，粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框abcd，置于有界匀强磁场中，图中虚线为磁场边界，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里。现使线框以同样大小的速度匀速沿四个不同方向平动进入磁场，并且速度方向始终与线框先进入磁场的那条边垂直，则在通过如图所示位置时，下列说法正确的是( )A.图①中ab两点间的电势差最大B.图②中ab两点间的电势差最大C.图③中回路电流最大D.图④中回路电流最小7.关于下列四种情境说法正确的是( )A.图甲中，M点与N点磁感应强度相同B.图乙中，线圈穿过磁铁从M运动到L的过程中，穿过线圈的磁通量一直增大C.图丙中，闭合线框绕垂直于磁场方向的轴转动的过程中，线框中有感应电流产生D.图丁中，线框与通电导线在同一平面内向右平移的过程中，线框中没有感应电流产生8.高速铁路列车通常使用磁刹车系统，磁刹车工作原理可简述如下：将磁铁的N极靠近一块正在以逆时针方向旋转的圆形铝盘，使磁感线总垂直射入铝盘时，铝盘随即减速，如图所示，圆中磁铁左方铝盘的甲区域朝磁铁方向运动，磁铁右方的乙区域朝离开磁铁方向运动，下列说法中正确的是( )A.铝盘甲区域的感应电流会产生垂直纸面向里的磁场B.磁场与感应电流的作用力，会产生将铝盘减速旋转的阻力C.感应电流在铝盘产生的内能，是将铝盘减速的最主要原因D.若将实心铝盘转换成布满小空洞的铝盘，则磁铁对布满空洞的铝盘减速效果比实心铝盘的效果更好9.如图，两光滑平行且电阻不计的长直金属导轨水平固定放置，所在空间内存在竖直向下磁感应强度为2T的匀强磁场。两根完全相同的金属棒MN、PQ垂直放置在导轨上，处于静止状态。某时刻开始对PQ棒施加一个水平向右大小恒为4N的力，当PQ棒速度变为3m/s时系统达到稳定。已知两金属棒的质量均为1kg，有效电阻均为，导轨间距为1m，运动过程中导轨与金属棒接触良好，则下列说法正确的是( )A.系统达到稳定后，两根金属棒均做匀速直线运动B.当PQ棒速度变为3m/s时，MN棒速度变为2m/sC.当PQ棒速度变为3m/s时，回路中的电流大小为2AD.系统达到稳定后的4s内，通过金属棒横截面积的电荷量为4C10.如图所示，间距为L的平行金属导轨（电阻不计）固定在绝缘水平桌面上，其右端连接阻值为R的定值电阻，虚线左侧区域存在着垂直于水平桌面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一长度为3L、阻值为3R，粗细均匀的导体棒MN垂直于导轨放置在导轨上，P、Q是导体棒与导轨的接触点，其中。导体棒在水平外力作用下以速度v向右匀速运动，此时M、N、P、Q点的电势分别为、、、，下列说法正确的是( )A.B.C.D.11.如图所示，两根足够长的平行金属粗糙导轨固定在水平面内，左侧轨道间距为2m，右侧轨道间距为1m，导轨间存在磁感应强度大小为、方向竖直向下的匀强磁场。金属棒b长为1m，静止在右侧轨道，最右侧固定一个阻值为的定值电阻。金属棒a长为2m，两根金属棒与导轨之间的动摩擦因数均为，当a在水平恒力作用下从静止开始运动，到稳定时b发热。已知a始终在左侧轨道运动，a、b质量均为，a的阻值为，b的阻值为，且始终与导轨垂直并接触良好，导轨电阻不计，重力加速度大小。则下列说法正确的是( )A.b棒可以运动起来B.稳定时a棒做匀速运动，速度为C.从开始到稳定状态，a棒位移为D.从开始到稳定状态，a棒运动时间为12.如图所示，间距为L的固定平行双轨道由足够长的水平光滑段和倾角为的粗糙段构成，所在空间存在与导轨所在平面垂直、磁感应强度大小为B的匀强磁场，质量均为m、电阻均为R的金属棒ab、cd垂直放在水平、倾斜导轨上且与导轨接触良好。起初cd棒恰好静止，ab棒在水平向右的恒力F作用下从静止开始向右加速，当ab棒达到最大速度时，cd棒又恰好静止；导轨的电阻不计，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小为g，下列说法正确的是( )A.cd棒与倾斜导轨间的动摩擦因数为B.ab棒的最大加速度为C.ab棒的最大速度为D.恒力F的最大功率为13.浮桶式灯塔模型如图甲，其由带空腔的磁体和一个连着灯泡的线圈组成，磁体在空腔产生的磁场如图乙所示，磁体通过支柱把磁体固定在暗礁上，线圈随波浪相对磁体沿竖直方向运动，且始终处于磁场中，则( )A.当海面平静时，灯泡不发光B.当海水水平匀速流动时，灯泡稳定发光C.海水上下振荡幅度越大，灯泡越亮D.海水上下振荡速度越快，灯泡越亮二、实验探究题，共8分。14.在“探究影响感应电流方向的因素”实验中，实验室提供了下列如图所示的实验器材。图中线圈A和线圈B的绕制方向相同。（1）请在图中用实线将实验器材连接成相应的实物电路图________；（2）连接好实物电路图，将线圈A插入线圈B中，闭合电键瞬间，线圈B中感应电流与线圈A中电流的绕行方向_______（填“相同”或“相反”），将线圈A快速拔出瞬间，线圈B中的感应电流与线圈A中电流的绕行方向________（填“相同”或“相反”）。三、计算题，共27分。15.（9分）如图甲所示，边长的单匝正方形线框垂直放置在有界匀强磁场中，线框连接阻值的电阻，磁感应强度B按图乙所示的规律变化，线框电阻不计，求：（1）时，线框边受到的安培力大小F；（2）内电阻R中产生的焦耳热Q。16.（9分）如图所示，某同学为运动员设计了一款能够模拟室外风阻的训练装置。两间距为L的平行光滑导轨水平固定，导轨间连接一阻值为R的定值电阻，理想电压表并联在定值电阻两端。一电阻为的细直金属杆垂直导轨放置，与导轨等宽并接触良好。运动员通过轻绳与金属杆连接，磁感应强度大小为B的匀强磁场垂直导轨平面向下。每次训练前，调节导轨高度，使其与绑在运动员身上的轻绳处于同一水平面上，且轻绳与导轨平行。导轨电阻及空气阻力忽略不计，当运动员以速度v做匀速直线运动时，求：（1）电压表的示数；（2）轻绳拉力的功率。17.（9分）手压式自发电手电筒（如图甲所示）是一种节能产品，其微型发电系统应用了法拉第电磁感应原理，只要用手轻轻按压发电手柄，就可以给电阻为R（可认为恒定不变）的小灯泡供电。图乙是手压式自发电手电筒的原理图，半径为L的金属圆环导体通过手压从静止开始绕圆心O沿顺时针方向转动，其角速度ω与时间t的关系为（β为正常数）。电阻为r、长度为L的导体棒，一端与圆环连接，并能随着圆环一起绕O点转动，整个装置置于垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。小灯泡通过电刷连接在圆环和O点之间，从静止开始按压发电手柄，经过时间，小灯泡正常发光，此后按压发电手柄，圆环转动的角速度不变，不计其他电阻。求：（1）小灯泡正常发光时，通过小灯泡的电流大小及方向；（2）小灯泡的额定功率。答案以及解析1.答案：B解析：由法拉第电磁感应定律可知线圈的感应电动势大小为故选B。2.答案：C解析：A.按下按钮过程，穿过螺线管的磁通量向左增大，根据楞次定律可知螺线管中感应电流为从P端流入从Q端流出，螺线管充当电源，则Q端电势较高，故A错误；B.松开按钮过程，穿过螺线管的磁通量向左减小，根据楞次定律可知螺线管中感应电流为从Q端流入，从P端流出，螺线管充当电源，则P端电势较高，故B错误；C.住按钮不动，穿过螺线管的磁通量不变，螺线管不会产生感应电动势，故C正确；D.按下和松开按钮过程，螺线管中磁通量的变化率不一定相同，故螺线管产生的感应电动势不一定相同，故D错误。故选C。3.答案：D解析：强磁铁从线圈旁边下落时，在磁铁与线圈平齐之前，穿过线圈的磁通量向左先增加后减小，在此过程中，感应电流方向要发生变化，且电流大小不是均匀的；在磁铁与线圈平齐之后，穿过线圈的磁通量向右先增加后减小，在此过程中，感应电流方向也要发生变化，且电流大小不是均匀的。故图像D可能正确。故选D。4.答案：B解析：ABC.从上向下看，当磁铁逆时针转动时，导致线圈的磁通量发生变化，从而产生感应电流，出现安培力，根据楞次定律推论“来拒去留”，可知线圈将逆时针转动，但快慢不一，线圈的转速一定比磁铁转速小，故AC错误，B正确；D.只要磁铁转动时，线圈的磁通量发生变化，线圈就会转动，故D错误。故选B。5.答案：C解析：AB.由于是匀强磁场，所以线圈向右平移或向上平移，线圈中磁通量都保持不变，则线圈中无感应电流产生，故AB错误；CD.线圈以ab为轴转动，线圈中磁通量变小，则线圈中有感应电流产生，故C正确，D错误。故选C。6.答案：A解析：设正方形线框边长为L，四个图中的电动势均为设正方形线框的电阻为R，则四个图中回路的电流均为其中图①中ab边相当于电源，ab两点间的电势差为图②、③、④中ab两点间的电势差均为故选A。7.答案：C解析：题图甲中，M、N两点磁感应强度不相同，选项A错误；题图乙中根据条形磁铁的磁场的特点可知，当线圈穿过磁铁从M运动到L的过程中，穿过线圈的磁通量先增大后减小，选项B错误；题图丙中，穿过线框的磁通量发生变化，所以线框中有感应电流产生，选项C正确；题图丁中，距离通电直导线越远，磁感应强度越小，线框向右平移的过程中，向里穿过线框的磁通量减小，线框中产生感应电流，选项D错误。8.答案：B解析：A.铝盘甲区域中的磁通量向里增大，由楞次定律可知，甲区域感应电流方向为逆时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向外，故A错误；BC.由“来拒去留”可知，磁场与感应电流的作用力，会产生将铝盘减速旋转的阻力，会使铝盘减速，故B正确，C错误；D.改成空洞铝盘，电阻变大，电流变小，阻碍效果更差，故D错误。故选B。9.答案：BD解析：A.对两根金属棒构成的系统进行分析，稳定运动后，对系统，根据牛顿第二定律有解得即系统达到稳定后，两根金属棒均做匀加速直线运动，故A错误；BC.系统达到稳定时，PQ棒速度变为3m/s，回路感应电流一定，则有其中对MN棒进行分析，根据牛顿第二定律有解得，故B正确，C错误；D.结合上述，系统刚刚稳定时，PQ棒速度变为3m/s，MN棒速度变为2m/s，之后以加速度向右做匀加速直线运动，在系统达到稳定后的4s内，对MN、PQ棒进行分析，根据速度公式有根据动量定理有其中解得故D正确。故选BD。10.答案：BD解析：A.整根导体棒在切割磁感线，根据右手定则可知A错误；B.MP、QN两段导体棒没有围成闭合回路，因此故B正确；C.PQ段导体棒与导轨围成了闭合回路，其两端电压为路端电压，因此C错误；D.QN段导体棒没有围成闭合回路，因此D正确。故选BD。11.答案：BC解析：A.假设a棒稳定时匀速，则有解得对b棒，由于故b棒一直处于静止，故A错误；B.设稳定时a棒做匀速运动的速度为v，则有又解得故B正确；C.从开始到稳定状态，对a棒由动能定理得又联立解得故C正确； D.从开始到稳定状态，对a棒由动量定理得又联立解得故D错误。故选BC。12.答案：ABD解析：A．时刻cd棒恰好静止，由平衡条件得解得故A正确；B．当ab棒达到最大速度时，cd棒又恰好静止此时ab棒的最大加速度为初始时刻故B正确；C．ab棒的最大速度为解得故C错误；D．恒力F的最大功率为故D正确。13.答案：AD解析：A.当海面平静时，浮筒不动，线圈不切割磁感线，则无感应电流，则灯泡不发光，选项A正确;B.当海水水平匀速流动时，浮筒不上下移动，即线圈不切割磁感线无感应电流产生，则灯泡不发光，选项B错误；C.海水上下振荡幅度越大，但是浮筒上下运动的速度不一定越大，即线圈切割磁感线的速度不一定越大，产生的感应电流不一定大，即灯泡不一定越亮，选项C错误；D.海水上下振荡速度越快，浮筒上下运动的速度越大，即线圈切割磁感线的速度越大，产生的感应电流一定大，即灯泡一定越亮，选项D正确。故选AD。14.答案：（1）见解析（2）相反；相同解析：（1）用实线将实验器材连接成相应的实物电路图，如图（2）将线圈A插入线圈B中，闭合电键瞬间，线圈A中电流增大，电流的磁场增强，通过线圈B的磁通量增加，线圈B中产生感应电流，由楞次定律可知感应电流产生的磁场方向与线圈A产生磁场的方向相反，由于线圈A和线圈B的绕制方向相同，所以线圈B中感应电流与线圈A中电流的绕行方向相反。将线圈A快速拔出瞬间，通过线圈B的磁通量减小，由楞次定律可知线圈B中产生感应电流的方向与线圈A产生电流的方向相同，所以线圈B中的感应电流与线圈A中电流的绕行方向相同。15.答案：（1）（2）解析：（1）线框电动势为根据闭合电路欧姆定律可得由图可知时，，则根据安培力为（2）内电阻R中产生的焦耳热16.答案：（1）（2）解析：（1）金属杆在磁场中匀速运动，产生的感应电动势回路中的感应电流电压表示数联立解得（2）金属杆所受安培力大小轻绳的拉力大小轻绳拉力的功率联立解得17.答案：（1）；通过小灯泡的电流方向自上而下（2）解析：（1）时刻导体棒的角速度此时产生的感应电动势感应电流大小解得由右手定则可知，通过小灯泡的电流方向自上而下。（2）小灯泡的额定功率解得