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2（含解析）（试卷满分：100分；考试时间：60分钟）一、选择题：本题共13小题，共57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4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，abcd为水平固定放置的“匚”型金属导轨，导轨的间距为l，导轨的左端接上阻值为R的定值电阻，匀强磁场方向竖直向下，金属杆倾斜放置在导轨上，现让金属杆在外力的作用下以速度v在导轨上匀速滑行，回路中的电流为I，MN与导轨的夹角始终为θ，速度v始终与垂直，导轨与金属杆足够长，滑行的过程中两者始终接触良好，导轨、金属杆以及导线的电阻均忽略不计，下列说法正确的是( )A.定值电阻R的电流由c指向bB.匀强磁场的磁感应强度大小为C.金属杆切割磁感线的有效长度为lD.一段时间t内，回路中磁通量的变化量为2.如图，边长为L的正方形金属线框，先做自由落体，刚进下方高度为2L的匀强磁场时，恰好做匀速运动。设线框底边离开磁场下边界的距离为x，线框加速度为a（以竖直向上为正方向），不计空气阻力，下列图像不可能的是( )A.B.C.D.3.如图，空间固定一条形磁体（其轴线水平），以下说法正确的是( )A.圆环a沿磁体轴线向右运动，靠近磁体N极时感应电流逆时针（从左往右看）B.圆环b竖直下落时磁通量不变C.圆环c经过磁体右边的位置2时磁通量为0，感应电流为0D.圆环c经过位置2前后一小段时间内感应电流方向不变4.如图甲所示，一个匝数的圆形导体线圈，总电阻，在线圈内存在面积为且垂直线圈平面的匀强磁场区域，外电路中灯、的电阻始终为6Ω（可忽略温度对电阻影响），L是自感系数很大、直流电阻可忽略的自感线圈。时刻闭合开关S，同时控制线圈内的磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙（取垂直线圈平面向外的磁场方向为正），则下列说法正确的是( )A.通过灯L的电流方向始终为B.若时断开开关，灯会立马熄灭C.由于自感线圈的存在，灯的亮度始终比灯亮D.内灯产生的热量为3J5.如图所示，初始时矩形线框ABCD垂直于匀强磁场放置，磁场位于右侧，，若线框以不同方式做角速度大小相同的匀速转动，以下哪个时刻线框受到的安培力最大( )A.以AD边为轴转动30°时B.以BC边为轴转动45°时C.以为轴转动60°时D.以O点为中心，在纸面内逆时针转动45°时6.在倾角的光滑导体滑轨的上端接入一个电动势，内阻的电源，滑轨间距，将一个质量，电阻的金属棒水平放置在滑轨上。若滑轨所在空间加一匀强磁场，当闭合开关S后，金属棒刚好静止在滑轨上，如图所示。已知，下列说法正确的是( )A.磁感应强度有最小值，为0.32T，方向垂直滑轨平面向下B.磁感应强度有最大值，为0.4T，方向水平向右C.磁感应强度有可能为0.3T，方向竖直向下D.磁感应强度有可能为0.4T，方向水平向左7.某电磁缓冲装置的结构简图如图所示，该装置总质量为5 kg，线圈和其所连设备质量为2.5 kg，线圈到磁铁底端的距离为，线圈所在处辐向磁场磁感应强度大小恒为，单匝线圈电阻，半径，某次测试时该装置以1 m/s的速度在水平面上运动，某时刻磁铁底端与竖直挡板发生弹性碰撞（时间极短），不计一切摩擦，若线圈相对磁铁运动过程恰能不与磁铁底部接触，则线圈匝数大概为( )A.125B.255C.510D.7258.将电阻率为ρ、横截面积为S的硬质细导线做成半径为r的圆环，其内接正方形区域内充满垂直于圆环面的磁场，时磁场方向如图甲所示，磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示，规定垂直纸面向外为磁场的正方向，则在到的时间内，下列说法正确的是( )A.圆环中的感应电流大小先变小后变大B.圆环中的感应电流方向先顺时针后逆时针C.圆环中的感应电流为D.圆环中产生的热量为9.如图所示，边长分别为l、2l的两个正方形金属线框abcd、ABCD固定在水平桌面上，中心均在O点且两线框的对应边两两平行，两线框之间区域内有垂直于桌面、磁感应强度大小为B的匀强磁场（图中未标出）。一长度为2l的金属棒正以速度v经过EefF位置，E、e、f、F分别为所在边的中点。已知两金属线框和金属棒均由相同材质和粗细的金属丝制成，线框abcd每边的电阻值均为R，则下列说法正确的是( )A.AD边中的电流大小为B.金属棒所受的安培力大小为C.由于磁场方向有可能垂直桌面向上或向下，故金属棒所受的安培力方向不能确定D.线框ABCD的焦耳热功率为10.如图所示，足够长、间距为L的光滑平行金属导轨CD、EF倾斜放置，其所在平面与水平面间的夹角为，导轨下端并联着电容为C的电容器和阻值的电阻。一根质量为m，电阻不计的金属棒放在导轨上，金属棒与导轨始终垂直并接触良好，一根不可伸长的绝缘轻绳一端拴在金属棒中间，另一端跨过理想定滑轮与质量的重物相连。金属棒与定滑轮之间的轻绳始终在两导轨所在平面内且与两导轨平行，磁感应强度大小为B的匀强磁场垂直于导轨所在平面向上。已知重力加速度大小为g，不计导轨电阻，先用手托住重物，再由静止释放，下列说法正确的是( )A.当、均断开时，金属棒向上做匀加速运动，加速度大小B.当闭合，断开时，金属棒向上运动的最大速度为C.当、均闭合时，电容器的最大电荷量D.当断开，闭合时，t时刻导体棒速度11.如图所示，在xOy平面的第一象限内，以坐标原点O为圆心、半径为L的圆形区域充满方向垂直于纸面向外的匀强磁场。直角边长为L的等腰直角三角形金属框绕其始终在O点的顶点、在xOy平面以内角速度ω顺时针匀速转动，时刻，金属框开始进入第一象限。已知线框电阻为R，不考虑自感影响，关于金属框中感应电动势E和感应电流I的描述，正确的是( )A.在时刻，B.在时刻，C.在到的过程中，E一直减小D.在到的过程中，E先减小后增大12.如图所示，两间距为L、倾角为的平行光滑导轨下端接一个阻值为R的定值电阻，在与导轨垂直的边界MN、PQ之间存在垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。由绝缘轻质杆连接的金属棒a、b垂直于导轨放置，从某位置由静止释放，轻质杆刚好匀速进入磁场区域。a、b两金属棒的质量均为m、电阻分别为R、2R，两金属棒间的距离为d，磁场宽度为2d。已知两个电动势相同的电源并联时电动势等于其中一个电源的电动势，内阻为两个电源内阻的并联电阻，下列说法正确的是( )A.在两金属棒进入磁场区域的过程中，D点电势高于C点电势B.初始时a棒与MN的距离为C.在两金属棒进入磁场区域的过程中，电阻R产生的热量为D.在金属棒b进入磁场区域的瞬间，金属棒a的加速度为013.如图所示，半径为2L的小圆与半径为3L的圆形金属导轨拥有共同的圆心，在小圆区域内存在垂直于纸面向里的磁感应强度大小为B的匀强磁场，在小圆与导轨之间的环形区域内存在垂直于纸面向外的磁感应强度大小为2B的匀强磁场。现将一长度为3L的导体棒置于磁场中，让其一端O点与圆心重合，另一端与圆形导轨良好接触。在O点与导轨间接入一阻值为r的电阻，导体棒以角速度ω沿导轨逆时针做匀速圆周运动，其他电阻不计。下列说法正确的是( )A.导体棒O点的电势比A点的电势低B.在导体棒的内部电流由A点至O点C.在导体棒旋转一周的时间内，通过电阻r的电荷量为D.在导体棒旋转一周的时间内，电阻r产生的焦耳热为二、实验探究题，共10分。14.某同学想应用楞次定律判断线圈缠绕方向，设计的实验装置原理图如图甲所示。选用的器材有：一个磁性很强的条形磁铁，两个发光二极管（电压在至5V都可发光且保证安全），一只多用电表，导线若干。操作步骤如下：①用多用电表的欧姆挡测出二极管的正、负极；②把二极管、线圈按如图甲所示电路用导线连接成实验电路；③把条形磁铁插入线圈时，二极管B发光；拔出时，二极管A发光；④根据楞次定律判断出线圈的缠绕方向。请回答下列问题：（1）线圈缠绕方向如图乙中的____（选填“A”或“B”）。（2）条形磁铁运动越快，二极管发光的亮度就越大，这说明感应电动势随_____（选填“磁通量”“磁通量的变化量”或“磁通量的变化率”）的增大而增大。（3）为进一步研究，他又做了以下实验：磁体从靠近线圈的上方静止下落。在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t的图像应该是下图中的________（填字母序号）。A.B.C.D.（4）实验结束后，该同学又对教材中断电自感实验做了如下改动。在两条支路上分别串联电流传感器，再按教材要求，断开电路并记录下两支路的电流情况如图所示，由图可知：①断电瞬间，灯泡电流瞬间_____。（选填“增大”“减小”或“不变”）②断电瞬间，灯泡中电流与断开前方向_____。（选填“相同”或“相反”）③在不改变线圈电阻等其他条件的情况下，只将铁芯拔出后重做上述实验，可观察到灯泡在断电后处于亮着的时间将_____。（选填“变长”“变短”或“不变”）三、计算题，共33分。15.（10分）如图所示，一足够长水平传送带顺时针转动，速度大小恒为。传送带上MN右侧存在一方向竖直向上的匀强磁场区域，磁感应强度大小为。有一边长为、粗细均匀的正方形导线框abcd，质量，总电阻。ab边与磁场边界平行，在ab边距离MN为的位置由静止释放该线框，已知线框与传送带之间的动摩擦因数为，线框刚到MN直至完全进入磁场用时，，重力加速度g取，求：（1）从开始释放线框到ab边刚到达MN所用的时间；（2）线框ab边刚进入磁场时a、b两点间的电势差；（3）线框在传送带上运动的整个过程中，传送带因传输线框而多消耗的电能。16.（11分）如图所示，有一个质量为的U形金属导轨abcd水平放在光滑的绝缘水平面上，导轨ab、cd足够长且电阻不计，bc长为L，电阻为，另有一接入电路电阻为，质量为的导体棒PQ水平放置在导轨上，始终与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数为μ，PQbc构成矩形，PQ右侧有两个固定于水平面的立柱，匀强磁场大小均为B，虚线右侧竖直向上，左侧水平向右，导轨bc边的中点用细绳绕过光滑的定滑轮连接一个质量为的重物，刚开始导轨、重物的速度均为0，现静止释放重物，当重物下落高度h时，导轨abcd的速度恰好达到稳定，在这一过程中，导轨与PQ摩擦生热为。重力加速度为g。求：（1）导轨abcd稳定的速度v；（2）从导轨开始运动到速度稳定这一过程中，导体棒PQ产生的焦耳热Q；（3）导轨abcd从开始运动到稳定需要的时间t。（计算结果中导轨abcd稳定时的速度用v表示）17.（12分）如图所示，两组宽度d均为2m的平行金属导轨，左侧导轨倾角θ为37°，右侧导轨水平放置且足够长。两组导轨用绝缘物质M、N平滑连接。一半径r为1m的水平光滑金属圆环，其上一电阻为的金属棒绕竖直轴，以角速度逆时针匀速转动。圆环内存在竖直向上的匀强磁场。转轴及圆环边缘通过电刷与倾斜导轨下端相连。两组导轨分别存在垂直导轨平面向下的磁感应强度均为2T匀强磁场。金属棒PQ和EF静置于倾斜和水平导轨上且与导轨垂直，质量均为，电阻均为。已知金属棒与两组导轨动摩擦因数均为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。闭合开关S后，金属棒PQ向上运动到斜面顶端前已经匀速，并以此速度大小不变进入水平轨道，整个运动过程棒与两导轨始终接触，其他电阻忽略不计。求：（1）闭合开关瞬间导体棒PQ的电势差；（2）导体棒PQ的最大速度；（3）导体棒PQ进入水平轨道后，当导体棒EF达到最大速度时两棒的相对位移（保留两位有效数字）。答案以及解析1.答案：B解析：A.由右手定则可知，金属杆的电流方向由N指向M，则定值电阻R的电流由b指向c，故A错误；B.由法拉第电磁感应定律可得由闭合电路欧姆定律可得综合解得故B正确；C.金属杆切割磁感线的有效长度为，故C错误；D.一段时间t内，回路的面积增加量为回路中磁通量的变化量为综合可得故D错误。故选B。2.答案：A解析：设线框底边刚进入磁场时的速度为，则有线框底边刚要离开磁场时，线框速度为v，根据运动学公式可得线框底边离开磁场的过程做加速度减小的减速运动。AB.若时加速度等于g，则离开过程平均加速度小于g，则线框全部离开磁场时的速度大于，线框出磁场的过程不会出现匀速过程，即加速度不会为零，故A图像不可能，B图像可能；CD.若时加速度大于g，则离开过程平均加速度可能等于g也可能小于g，则线框全部离开磁场时的速度可能等于，也可能大于，线框出磁场的过程加速度可能减小到零，故CD图像可能。故选A。3.答案：D解析：A.圆环a沿磁体轴线向右运动，穿过线圈的磁通量增多，根据楞次定律可知电流为顺时针方向（从左往右看），A错误；B.圆环b竖直下落时，在1位置磁通量向下，在2位置磁通量为0，在3位置磁通量向上，磁通量发生变化，B错误；C.圆环c经过磁体右边的位置2时磁通量为0，但磁通量仍发生变化，因此仍有感应电流，C错误；D.圆环c经过位置2前后一小段时间内，磁通量先是向下的减少，然后是向上的增多，根据楞次定律，感应电流均为顺时针方向（从上向下看），D正确。故选D。4.答案：D解析：A.磁感应强度B的变化率恒定，由楞次定律可判断感应电流的方向始终为，A错误；B.断开开关后，线圈与两灯一起构成一个自感回路，、不会立即熄灭，B错误；C.由于线圈的自感阻碍，灯后发光，逐渐变亮，由于线圈的电阻忽略不计，则最后两灯一样亮，C错误；D.根据达拉第电磁感应定律可得，电动势，2~4s内灯产生的热量D正确。故选D。5.答案：D解析：根据题意，设线框的电阻为R，线框转动的角速度为ω以AD边为轴转动30°时，感应电动势为线框所受安培力为以BC边为轴转动45°时,穿过线框平面的磁通量不变，没有感应电流产生，则安培力为零；以为轴转动60°时，感应电动势为线框所受安培力为以O点为中心，在纸面内逆时针转动45°时，如图所示感应电动势为线框所受安培力为可知，以O点为中心，在纸面内逆时针转动45°时，安培力最大。故选D。6.答案：C解析：A.由闭合电路欧姆定律可得对金属棒受力分析可知，当安培力沿斜面向上时，安培力最小，此时当安培力最小，且磁感应强度方向与电流方向相互垂直时，磁感应强度最小为由左手定则判断可知，磁感应强度的方向为垂直斜面向下，故A错误；B.当磁感应强度方向水平向右，安培力竖直向上，当金属棒刚好静止在滑轨上，可得但此时磁感应强度并不是最大值，故B错误；C.当磁感应强度方向竖直向下，金属棒受到安培力方向水平向右，金属棒平衡可得解得故C正确；D.当磁感应强度方向水平向左，安培力竖直向下，不可能平衡，故D错误。故选C。7.答案：B解析：第一步：线圈如何切割磁感线碰撞时，磁铁与挡板发生弹性碰撞，则碰后磁铁速度反向，而线圈速度方向不变，线圈向左运动，磁感线与运动方向垂直，则线圈切割磁感线的有效长度为线圈周长，碰后水平方向系统初动量为，则线圈恰运动到磁铁底部时，两部分速度均为零，则线圈可视为以的初速度切割磁场。第二步：线圈匝数与哪些量有关某时刻，线圈产生的感应电动势为，线圈中的电流为，受到的安培力为，整个运动过程安培力的冲量为，解得，B正确。8.答案：D解析：AC.根据法拉第电磁感应定律由图乙知，磁感应强度变化率一直不变感应电流为则感应电流一直不变，故A错误；C.根据电阻定律联立解得故C错误；B.根据楞次定律和安培定则可知，圆环中感应电流方向沿顺时针方向，故B错误；D.根据焦耳定律圆环中产生的热量为故D正确。故选D。9.答案：AD解析：A.金属棒中产生的总感应电动势等于Ee，fF两段产生的感应电动势之和（以磁场垂直桌面向下为例），总感应电动势整个电路的等效电路图如图所示其中则总电阻金属棒上产生的感应电流边中的电流大小为故A正确；B.金属棒所受的安培力大小为故B错误；C.虽然磁场方向有可能垂直桌面向上或向下，但由楞次定律可知，金属棒所受的安培力方向必定向左，故C错误；D.线框ABCD的焦耳热功率为故D正确。故选AD。10.答案：BCD解析：A.、均断开时，根据牛顿第二定律有解得故A错误；B.当闭合，断开时，重物由静止释放后拉动金属棒沿导轨向上做加速运动，金属棒受到沿导轨向下的安培力作用，设最大速度为，感应电动势感为感应电流为当金属棒速度最大时有解得故B正确；C.当、均闭合时,电容器两板间的最大电压电容器的最大带电量故C正确；D.当断开，闭合时，设从释放重物开始经时间t，金属棒的速度大小为v，加速度大小为a，通过金属棒的电流为i，金属棒受到的安培力为方向沿导轨向下，设在时间t到内流经金属棒的电荷量为，也是平行板电容器在t到内增加的电荷量，则设绳中拉力为T，由牛顿第二定律，对金属棒有对重物有解得可知重物做初速度为零的匀加速直线运动，则故D正确；故选BCD。11.答案：BD解析：A.在时刻，长度为L的金属棒切割磁感线，则电动势大小为故A错误；CD.经过t时间，金属框转过角度如下图所示此时金属框旋转切割磁感线的有效长度为OQ的长度l，对，应用正弦定理解得此时，金属框中感应电动势在到的过程中，即到的过程中，E先减小后增大，故C错误，D正确；B.在时刻，电动势大小为电流大小为故B正确。故选BD。12.答案：ACD解析：A.在金属棒a穿过磁场区域的过程中，由右手定则可知流过电阻R的电流方向为，所以D点电势高于C点电势，故A正确；B.设初始时金属棒a与磁场边界MN的距离为x，金属棒下滑过程由动能定理有金属棒a进入磁场后切割磁感线产生的电动势此时流过金属棒a的电流对两金属棒受力分析有解得故B错误；C.在绝缘杆进入磁场区域的过程中，两金属棒减少的机械能为此过程中电阻R和金属棒b并联部分产生的热量此过程中电阻R产生的热量故C正确；D.在金属棒b进入磁场区域瞬间，两个导体棒的速度没有变化，所以此时电源的电动势此时流过电阻R的电流此时金属棒a，b所受安培力的合力此时对金属棒ab整体受力分析并结合牛顿第二定律有解得故D正确。故选ACD。13.答案：AD解析：AB.长度为2L的导体棒切割小圆内磁感线产生的感应电动势为：，根据右手定则知O点的电势比棒上虚线处的电势高，导体棒在小圆与导轨之间的环形区域切割磁感线产生的感应电动势为：，根据右手定则知，A点的电势比棒上虚线处的电势高，因，对比可知，O点的电势比A点的电势低，在导体棒的内部电流由O点至A点，故A正确，B错误；C.导体棒旋转切割磁感线时，电路中电流为：，周期为：，在导体棒旋转一周的时间内，通过电阻r的电荷量为：，故C错误；D.在导体棒旋转一周的时间内，电阻r产生的焦耳热为：，故D正确。故选AD。14.答案：(1)A(2)磁通量的变化率(3)B(4)增大；相反；变短解析：(1)条形磁铁插入线圈时二极管B发光，说明回路中产生顺时针方向的感应电流，拔出时二极管A发光说明回路中产生逆时针方向的感应电流，而在条形磁铁插入线圈时，线圈中的磁通量要增加，拔出线圈时线圈中的磁通量要减小，根据楞次定律结合安培定则可知，线圈的缠绕方向如图乙中的A，故选A。(2)条形磁铁从初始位置到完全插入，磁通量的变化量相同，磁体运动得越快，则穿过线圈的磁通量就变化得越快，二极管发光的亮度就越大，说明回路中产生的感应电流越大，线圈两端产生的感应电动势越大，因此该实验说明感应电动势随磁通量变化率的增大而增大。(3)磁体从线圈的上方静止下落，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向向下，当磁体离开线圈的过程，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律可知感应电流产生的磁场方向向上，所以磁体在进入和穿出线圈时感应电流方向相反，而当磁体完全进入线圈时磁通量不变，则不会产生感应电流，因此磁体加速运动，当靠近线圈底部时，磁通量的变化率大于刚进入线圈时磁通量的变化率，根据法拉第电磁感应定律可知到达底部时线圈中的感应电流相较于进入线圈过程中的更大。故选B。(4)由图可知，断电前通过灯泡和电感线圈的电流均恒定，且通过电感线圈的电流大于通过灯泡的电流，断电瞬间，线圈产生自感电动势阻碍其电流减小，而此时灯泡和自感线圈构成回路，从而使通过灯泡的电流瞬间增大。断电前通过灯泡的电流向右，断电瞬间通过自感线圈的电流方向不变，与灯泡构成回路后，通过灯泡的电流方向变为向左，即电流方向与断电前相反。在不改变线圈电阻等其他条件的情况下，只将铁芯拔出后重做上述实验，线圈的自感系数减小，对电流减小的阻碍能力减弱，因此可观察到灯泡在断电后处于亮着的时间将变短。15.答案：（1）（2）（3）解析：（1）假设线框进入磁场前做匀加速运动，根据牛顿第二定律根据运动学公式解得说明线框进入磁场前一直做匀加速运动，匀加速时间（2）ab边刚进入磁场时产生电动势解得由闭合电路欧姆定律解得解得（3）进入磁场前传送带位移多消耗电能线框进入磁场后受到的安培力解得由动量定理其中解得线框进入磁场阶段一直与皮带发生相对运动，传送带位移多消耗电能线框进入磁场后继续加速，直至与皮带共速，之后一起匀速运动，不再多消耗电能线框在磁场中匀加速时间传送带位移多消耗电能总多消耗电能16.答案：（1）（2）（3）解析：（1）导轨abcd稳定时，根据受力平衡可得又联立解得（2）从导轨开始运动到速度稳定这一过程中，根据能量守恒可得解得这一过程中，整个回路产生的焦耳热为则这一过程中，导体棒PQ产生的焦耳热为（3）导轨abcd从开始运动到稳定，以导轨abcd和重物为系统，根据动量定理可得其中联立解得导轨abcd从开始运动到稳定需要的时间为17.答案：（1）30V（2）（3）解析：（1）∴∴（2）当速度v达到最大值时，∴（3）棒EF速度最大值时，PQ速度为，EF速度为，设水平向右为正∴由动量定理得EF：PQ：∴