第二章电磁感应单元测试卷（含答案解析）-人教版高中物理高二上册（选必2）

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第二章　电磁感应注意事项1.全卷满分100分。考试用时90分钟。2.无特殊说明,本试卷中重力加速度g取10 m/s2。一、单项选择题(本大题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求)1.下列关于教材中四幅插图的说法正确的是(　　)　　　A.图甲:金属探测器通过使用恒定电流的长柄线圈来探测地下是否有金属B.图乙:摇动手柄使得蹄形磁铁转动,则铝框会以相同的速度同向转动C.图丙:真空冶炼炉,当炉外线圈通入高频交流电时,线圈中产生大量热量,从而冶炼金属D.图丁:微安表的表头,在运输时连接正、负接线柱保护电表指针,利用了电磁阻尼原理2.如图所示,一根有裂缝的空心铝管竖直放置。让一枚磁性比较强的永磁体从管口处由静止下落,磁体在管内运动时没有跟铝管内壁发生摩擦。则磁体(　　)A.在管内的加速度越来越大B.受到铝管中涡流的作用力方向一直向下C.受到铝管中涡流的作用力方向一直向上D.受到铝管中涡流的作用力方向先向上后向下3.如图所示,若套在条形磁铁上的弹性金属导线圈Ⅰ突然缩小为线圈Ⅱ,关于线圈的感应电流及其方向(从上往下看),说法正确的是(　　)A.有顺时针方向的感应电流B.有逆时针方向的感应电流C.先有逆时针方向的感应电流后有顺时针方向的感应电流D.无感应电流4.图甲为手机无线充电,其充电原理如图乙。充电底座接交流电源,对充电底座供电。若在某段时间内,磁场垂直于受电线圈平面向上穿过线圈,其磁感应强度大小逐渐增大。下列说法正确的是(　　)A.受电线圈的工作原理是“电流的磁效应”B.送电线圈内的电流大小在逐渐减小C.受电线圈中感应电流方向由c→dD.受电线圈有扩张趋势5.如图所示,一倾斜的金属框架上放有一根金属棒,由于摩擦力作用,金属棒在没有磁场时处于静止状态。从t0时刻开始给框架区域内加一个垂直框架平面向上的逐渐增强的磁场,到t1时刻时,金属棒开始运动,则在这段时间内,棒所受的摩擦力(　　)A.不断增大B.不断减小C.先减小后增大D.先增大后减小6.正方体abcd-a1b1c1d1的上表面水平,沿中心线O1O2放置一根通有恒定电流I的长直导线,现使一闭合金属小圆环沿不同方向以相同速率做匀速直线运动,运动过程中圆环平面始终水平。下列说法正确的是(　　)A.a1点与c点的磁感应强度相同B.小圆环的圆心从ad边的中点竖直向上运动时,小圆环中无感应电流C.小圆环的圆心从b1移到c1过程中,穿过小圆环的磁通量先增加后减少D.小圆环的圆心从a移到d与从a移到c,小圆环的平均感应电动势相等7.两个宽度均为a的竖直边界区域如图所示,区域内匀强磁场的磁感应强度的大小相等、方向相反,且方向与纸面垂直。现有直角边长为a的等腰直角三角形导线框从图示位置开始向右匀速穿过磁场区域。若以顺时针方向为电流的正方向,则线框中产生的感应电流i与线框移动距离x的关系图像是(　　) 8.如图1所示,匝数N=100、边长为L=0.5 m、电阻R=2 Ω、重力未知的正方形金属线框用两根均带有拉力传感器(图中未画出)的绝缘轻绳悬挂在天花板上。位于线框中间的虚线上方充满磁场,磁感应强度按B=kt(k未知且为恒量,式中各量的单位均为国际单位制单位)变化,电脑显示每个拉力传感器的示数变化如图2所示,整个过程中轻绳未断且线框始终处于静止状态。不考虑线框的形变和电阻的变化。下列说法正确的是(　　)　A.线框的重力为10 NB.k的值为425 T/sC.0~2 s时间内通过金属线框某一横截面的电荷量为20 CD.0~2 s时间内线框的热功率为4 W二、多项选择题(本大题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不答的得0分)9.法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是(　　)A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定B.若从上往下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向流过电阻RC.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍10.如图所示,光滑绝缘水平面上两虚线之间区域内存在范围足够大的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里。边长为a、总电阻为R的正方形导线框PQMN沿与磁场边界成45°角方向运动进入磁场,如图所示。当对角线PM刚进入磁场时,线框的速度大小为v,此时线框(　　)A.感应电流大小为2BavR　　　　　　　　B.感应电流大小为BavRC.受安培力大小为B2a2vR　　　　　　　　D.受安培力大小为2B2a2vR11.图1中表示电流传感器,在用图1的电路研究自感现象时,电流传感器显示各时刻通过线圈L(直流电阻为0)的电流如图2所示。已知灯泡的电阻与定值电阻R相同且不随电流变化,可以判定(　　)　A.闭合S时灯泡缓慢变亮,断开S时灯泡缓慢熄灭B.1.0×10-3 s前后,S由闭合变为断开C.1.2×10-3 s时,通过灯泡的电流方向为从右向左D.1.1×10-3 s时,灯泡的功率约为5.0×10-4 s时的二分之一12.如图,在水平面内固定有两根相互平行的无限长光滑金属导轨,其间距为L,电阻不计。在虚线l1的左侧存在竖直向上的匀强磁场,在虚线l2的右侧存在竖直向下的匀强磁场,两部分磁场的磁感应强度大小均为B。与导轨垂直的金属棒ad、bc的电阻均为R,质量分别为m、2m,分别静止于两磁场中。现突然给ad棒一个水平向左的初速度v0,下列说法正确的是(　　)A.两金属棒组成的系统的动量守恒B.两金属棒始终受到水平向右的安培力C.两棒达到稳定时速度大小均为13v0D.ad棒向左运动的过程中,ad棒产生的焦耳热为16mv02三、非选择题(本大题共6小题,共60分)13.(6分)小华同学正在进行“探究法拉第电磁感应现象”实验。(1)已将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电表及开关按如图所示部分连接,要把电路连接完整且正确,则M连接到接线柱　　　(选填“a”“b”或“c”),N连接到接线柱　　　(选填“a”“b”或“c”)。 (2)正确连接电路后,开始实验探究,小华同学发现当他将开关闭合瞬间,灵敏电流计指针向左偏转,则他保持开关闭合,将滑动变阻器的滑片P向右匀速滑动时,灵敏电流计的指针向　　　　(选填“左”或“右”)偏转,由此可以判断　　　　。 A.滑动变阻器的滑片P向右加速滑动,灵敏电流计的指针向左偏转B.线圈A中的铁芯向上拔出或断开开关,都能引起灵敏电流计的指针向右偏转C.滑动变阻器的滑片P匀速向左滑动,灵敏电流计的指针静止在中央(3)实验中小华同学发现在两次电磁感应现象中,第一次电流计的指针摆动的幅度比第二次指针摆动的幅度大,原因是线圈中第一次的　　　　(选填“磁通量”“磁通量的变化量”或“磁通量的变化率”)比第二次的大。 14.(8分)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1.5 V至5 V都可发光且保证安全),一个多用电表,导线若干。操作步骤如下:①用多用电表的电阻挡测出二极管的正、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　　　　　　　　　的增大而增大。 (3)为进一步研究,他又做了如图丙所示实验:磁体从线圈上方靠近线圈的位置由静止下落。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变化的图像应该是下图中的　　　　。(填字母序号) 　　　(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”) 15.(8分)如图甲所示,一个阻值为R的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路。线圈的半径为2r,在线圈中存在垂直于线圈平面向里的半径为r的圆形匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示,图中B0和t0已知,导线电阻不计。求:(1)0至t0时间内,电阻R1两端的电压U;(2)0至t0时间内,通过电阻R1的电荷量q;(3)0至t0时间内,电阻R1上的热功率P。 　16.(12分)如图所示,在竖直平面内的xOy坐标系中有水平向里的磁场,磁感应强度大小沿x轴方向均相同,沿y轴正方向以By=ky(k>0)的规律均匀增大。一正方形线框abcd的a点与原点O重合,并沿x轴正方向水平抛出,下降高度h后线框开始做匀速运动。已知线框的边长为L、质量为m、电阻为R,重力加速度为g,不计空气阻力。求:(1)线框匀速运动时沿y轴方向的速度大小vy;(2)线框下落高度h的过程中产生的焦耳热Q。 17.(12分)如图,水平面内固定有平行长直金属导轨ab、cd和金属圆环;金属杆MN垂直导轨静止放置,金属杆OP一端在圆环圆心O处,另一端与圆环接触良好。水平导轨区域、圆环区域有等大反向的匀强磁场。OP绕O点逆时针匀速转动;闭合K,待MN匀速运动后,使OP停止转动并保持静止。已知磁感应强度大小为B,MN质量为m,OP的角速度为ω,OP长度、MN长度和平行导轨间距均为L,MN和OP的阻值均为r,忽略其余电阻和一切摩擦,求:(1)闭合K瞬间MN所受安培力的大小和方向;(2)MN匀速运动时的速度大小;(3)从OP停止转动到MN停止运动的过程,MN产生的焦耳热。18.(14分)电阻不计的平行金属导轨ACD与EFGH如图所示放置,AC与EF段在同一水平面内且粗糙,CD与GH段倾斜且光滑,C、F、G连接处接触良好,CD和GH与水平面成θ角,空间中存在匀强磁场,磁感应强度大小为B=1 T,方向竖直向上,倾斜导轨间距为L=1 m,水平导轨间距为2L,金属棒ab、cd质量相等,均为m=1 kg,接入回路的电阻均为R=0.5 Ω,两金属棒间用轻质绝缘细线相连,中间跨过一个理想定滑轮,两金属棒运动时与导轨充分接触,两金属棒始终垂直于导轨且始终不会与滑轮相碰,金属导轨足够长,不计导轨电阻,不计空气阻力,sin θ=0.6。现将两金属棒由静止释放,释放瞬间ab棒与cd棒的加速度大小均为1 m/s2。(1)求cd棒与导轨间的动摩擦因数的大小;(2)求两金属棒的速度的最大值;(3)假设金属棒ab沿倾斜导轨下滑s=2518 m时达到最大速度,求由静止释放至达到最大速度所用的时间。 答案全解全析1.D　甲图中金属探测器通过使用变化电流的长柄线圈来探测地下是否有金属,故A错误;由电磁驱动原理知,图乙中摇动手柄使得蹄形磁铁转动,则铝框会同向转动,且比磁铁转得慢,即同向异步,B错误;真空冶炼炉,当炉外线圈通入高频交流电时,在金属块中会产生涡流,金属块中就会产生大量热量,从而冶炼金属,选项C错误;微安表的表头,在运输时连接正、负接线柱保护电表指针,利用了电磁阻尼原理,D正确。2.C　虽然铝管有裂缝,但永磁体在铝管中下落时在侧壁会产生涡流,铝管中的感应电流阻碍磁体的下落,对磁体始终产生向上的阻力,故C正确,B、D错误。磁体在下落过程中由牛顿第二定律有mg-F安=ma,刚开始时磁体的加速度为g,随速度增大,感应电动势增大,感应电流增大,安培力增大,加速度减小,当重力与安培力大小相等时,加速度为零,故A错误。3.A关键点拨　有关磁通量变化的判定:磁感线是闭合曲线,在磁铁外部,磁感线从N极出发回到S极;在磁铁内部,磁感线从S极指向N极。图中,磁铁内部穿过线圈的磁感线方向向上,磁铁外部,穿过线圈的磁感线方向向下,与内部的磁通量抵消一部分,根据线圈面积大小、抵消多少来分析磁通量变化情况。磁感线是闭合曲线,磁铁内部磁感线的条数等于外部所有磁感线条数的总和,且二者方向相反,可知通过金属导线圈Ⅱ的磁通量比Ⅰ的大,即当弹性金属导线圈Ⅰ突然缩小为线圈Ⅱ时,磁通量变大,且磁场方向向上,根据楞次定律结合安培定则可知线圈中产生顺时针方向的感应电流。4.C　无线充电时,手机上受电线圈的工作原理是电磁感应,故A错误;由磁感应强度大小逐渐增大可知,送电线圈内的电流大小在逐渐增大,故B错误;由楞次定律可知,受电线圈的磁通量增强,则受电线圈中感应电流的磁场与原磁场方向相反,即受电线圈中感应电流的磁场方向向下,再根据安培定则可知,受电线圈中感应电流方向由c→d,故C正确;根据楞次定律的推论“增缩减扩”可知,受电线圈有收缩趋势,故D错误。5.C　由于摩擦力作用,金属棒在没有磁场时处于静止状态,则摩擦力沿框架平面向上。从t0时刻开始给框架区域内加一个垂直框架平面向上的逐渐增强的磁场,穿过闭合回路的磁通量增大,闭合回路有收缩的趋势,金属棒受到沿斜面向上的安培力,金属棒运动前,受平衡力作用,有mg sin θ=F安+Ff,F安从0开始增大,Ff减小;F安增大到等于mg sin θ时,Ff减小到0;F安再增大,Ff会反向增大,故选C。6.B　a1点与c点的磁感应强度大小相等,但方向相反,故A错误;小圆环的圆心在ad边的中点时,其磁通量为零,在其竖直向上运动过程中,通过小圆环的磁通量始终为零,所以通过小圆环的磁通量未发生变化,即小圆环中无感应电流,故B正确;小圆环圆心在b1位置时,其磁通量不为零,在到达导线正下方时,其磁通量为零,在c1点时小圆环的磁通量也不为零,所以整个过程穿过小圆环的磁通量先减少后增加,故C错误;由于小圆环运动的速度大小不变,而从a移动到d与从a移动到c的过程其位移不同,所以两次运动所用时间不同,小圆环圆心在c点和d点时,穿过小圆环的磁通量相同,所以小圆环在两次移动过程中,磁通量的变化量相同,根据E=ΔΦΔt可知,小圆环两次移动过程的平均感应电动势不相等,故D错误。7.C　导线框是等腰直角三角形,可知刚进入左侧磁场时,有效切割长度等于进入磁场的距离,设线框总电阻为R,根据楞次定律可知初始时线圈中感应电流沿顺时针方向,大小为i=eR=BvxR,在0≤x