高中同步测试卷·人教物理选修3－2：高中同步测试卷（三） Word版含解析

高中同步测试卷(三)

第三单元　电磁感应的应用

(时间：90分钟，满分：100分)

一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确．)

1．磁悬浮列车是一种没有车轮的陆上无接触式有轨交通工具，速度可达500 km/h，具有启动快、爬坡能力强等特点．有一种方案是在每节车厢底部安装强磁铁(磁场方向向下)，并在两条铁轨之间平放一系列线圈，下列说法不正确的是(　　)

A．列车运动时，通过线圈的磁通量发生变化

B．列车速度越快，通过线圈的磁通量变化越快

C．列车运动时，线圈中会产生感应电流

D．线圈中感应电流的大小与列车速度无关

2．如图所示，录音机既可用作录音，也可用作放音，其主要部件为可匀速行进的磁带a和绕有线圈的磁头b，不论是录音过程还是放音过程，都会存在磁化现象，下面对于它们在录音、放音过程中主要工作原理的说法，正确的是(　　)

A．放音的主要原理是电磁感应，录音的主要原理是电流的磁效应

B．录音的主要原理是电磁感应，放音的主要原理是电流的磁效应

C．放音和录音的主要原理都是磁场对电流的作用

D．放音和录音的主要原理都是电磁感应

3.如图所示，两个线圈绕在同一根软铁棒上，当导体棒A运动时，发现有感应电流从a向b流过灯，则下列关于A的运动情况的判断正确的是(　　)

A．向左匀速运动  B．向右匀速运动

C．向左加速运动  D．向右加速运动

4．铁路上使用一种电磁装置向控制中心传输信号以确定火车的位置．能产生匀强磁场的磁铁，被安装在火车首节车厢下面，如图甲所示(俯视图)．当它经过安放在两铁轨间的线圈时，便会产生一电信号，被控制中心接收，当火车通过线圈时，若控制中心接收到的线圈两端的电压信号为图乙所示，则说明火车在做(　　)

A．匀速直线运动  B．匀加速直线运动

C．匀减速直线运动  D．加速度逐渐增大的变加速直线运动

5．如图甲，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上，在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压如图乙所示．已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是(　　)

6．在如图所示的电路中，两个相同的电流表G1和G2的零点均在刻度盘中央，当电流从“＋”接线柱流入时，指针向左摆；当电流从“－”接线柱流入时，指针向右摆．在电路接通后再断开开关S的瞬间，下列说法中正确的是(　　)

A．G1指针向右摆，G2指针向左摆  B．G1指针向左摆，G2指针向右摆

C．两表指针都向右摆  D．两表指针都向左摆

7.如图所示，两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨的左端接有电阻R，导轨自身的电阻可忽略不计．斜面处在一匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上．质量为m、电阻不计的金属棒ab，在沿着斜面与棒ab垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上升，上升高度为h.则在此过程中，以下说法错误的是(　　)

A．作用于棒ab上的各力的合力所做的功等于零

B．恒力F和重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热

C．恒力F和安培力的合力所做的功等于零

D．恒力F所做的功等于棒ab重力势能的增加量和电阻R上产生的焦耳热之和

二、多项选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题意．)

8.(2016·高考江苏卷)电吉他中电拾音器的基本结构如图所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发生声音．下列说法正确的有(　　)

A．选用铜质弦，电吉他仍能正常工作

B．取走磁体，电吉他将不能正常工作

C．增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势

D．弦振动过程中，线圈中的电流方向不断变化

9．某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下，大小为4.5×10－5 T．一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸，河宽100 m，该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过．设落潮时，海水自西向东流，流速为2 m/s.下列说法正确的是(　　)

A．电压表记录的电压为5 mV  B．电压表记录的电压为9 mV

C．河南岸的电势较高  D．河北岸的电势较高

10．(2016·高考全国卷甲)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．圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中．圆盘旋转时，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．若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动

C．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

11．如图所示，一个闭合回路由两部分组成，右侧是电阻为r的圆形导线，置于竖直方向均匀变化的磁场B1中；左侧是光滑的倾角为θ的平行导轨，宽度为d，其电阻不计．磁感应强度为B2的匀强磁场垂直导轨平面向上，且只分布在左侧，一个质量为m、电阻为R的导体棒此时恰好能静止在导轨上．下述判断正确的有(　　)

A．圆形线圈中的磁场，可以方向向上均匀增强，也可以方向向下均匀减弱

B．导体棒ab受到的安培力大小为mgsin θ

C．回路中的感应电流为

D．圆形导线中的电热功率为(r＋R)

12.如图所示，两平行金属导轨固定在水平面上，匀强磁场方向垂直导轨平面向下，金属棒ab、cd与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动．ab、cd两棒的质量之比为2∶1.用一沿导轨方向的恒力F水平向右拉cd棒，经过足够长时间以后(　　)

A．ab棒、cd棒都做匀速运动  B．ab棒上的电流方向是由b向a

C．cd棒所受安培力的大小等于2F/3  D．两棒间距离保持不变

三、计算题(本题共4小题，共42分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)

13．(10分)

如图所示，边长为L的正方形金属框，质量为m，电阻为R，用细线把它悬挂于一个有界的匀强磁场边缘，金属框的上半部处于磁场内，下半部处于磁场外．磁场随时间变化规律为B＝kt(k>0)，已知细线所能承受的最大拉力为2mg，求：

(1)线圈的感应电动势大小；

(2)细线拉力最大时，金属框受到的安培力大小；

(3)从t＝0开始直到细线会被拉断的时间．

14．(10分)如图所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为L，左端接有阻值为R的电阻，处在方向垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略．初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度v0.沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触．

(1)求初始时刻导体棒受到的安培力；

(2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为Ep，则这一过程中安培力所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别为多少？

(3)导体棒往复运动，最终将静止于何处？从导体棒开始运动直到最终静止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q为多少？

15．(10分)如图所示，两足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距为L，一理想电流表与两导轨相连，匀强磁场与导轨平面垂直．一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放．导体棒进入磁场后，流经电流表的电流逐渐减小，最终稳定为I.整个运动过程中，导体棒与导轨接触良好，且始终保持水平，不计导轨的电阻．求：

(1)磁感应强度的大小B；

(2)电流稳定后，导体棒运动速度的大小v；

(3)流经电流表电流的最大值Im.

16．(12分)如图所示，在磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中竖直放置两平行导轨，磁场方向与导轨所在平面垂直．导轨上端跨接一阻值为R的电阻(导轨电阻不计)．两金属棒a和b的电阻均为R，质量分别为ma＝2×10－2 kg和mb＝1×10－2 kg，它们与导轨相连，并可沿导轨无摩擦滑动．闭合开关S，先固定b，用一恒力F向上拉a，稳定后a以v1＝10 m/s的速度匀速运动，此时再释放b，b恰好能保持静止，设导轨足够长，取g＝10 m/s2.

(1)求拉力F的大小；

(2)若将金属棒a固定，让金属棒b自由下滑(开关仍闭合)，求b滑行的最大速度v2；

(3)若断开开关，将金属棒a和b都固定，使磁感应强度从B随时间均匀增加，经0.1 s后磁感应强度增到2B时，a棒受到的安培力正好等于a棒的重力，求两金属棒间的距离h.

参考答案与解析

1．[导学号26020033]　【解析】选D.列车运动引起通过线圈的磁通量发生变化，会使线圈中产生感应电流，列车速度越快，磁通量变化越快，感应电流越大，选项A、B、C正确，选项D错误．故选D.

2．[导学号26020034]　【解析】选A.录音时，声音使话筒中产生随声音而变化的感应电流——音频电流，音频电流经放大电路放大后，进入录音磁头的线圈中，在磁头的缝隙处产生随音频电流变化的磁场．磁带紧贴着磁头缝隙移动，磁带上的磁粉层被磁化，在磁带上就记录下声音的磁信号．放音是录音的逆过程，放音时，磁带紧贴着放音磁头的缝隙通过，磁带上变化的磁场使放音磁头线圈中产生感应电流，感应电流的变化跟记录下的磁信号相同，所以线圈中产生的是音频电流，这个电流经放大电路放大后，送到扬声器，扬声器把音频电流还原成声音．

3．[导学号26020035]　【解析】选C.由题意可知感应电流从a向b流过灯，由右手定则可判断感应电流的磁场方向向上，引起感应电流的磁场可能向下增加或者向上减少，如果引起感应电流的磁场向下，则该磁场正在增加，导体棒在做加速运动，由右手定则可判断导体棒向左加速运动；如果引起感应电流的磁场向上，则该磁场正在减小，导体棒在做减速运动，由右手定则可判断导体棒向右减速运动．所以C正确．

4．[导学号26020036]　【解析】选B.磁铁和线圈发生相对运动，磁铁进入线圈时，线圈左边框切割磁感线，根据电磁感应定律，产生的感应电动势E＝BLv，从乙图的第一阶段电压随时间线性增大可判断速度v随时间t均匀增大，所以火车不是匀速直线运动，选项A错，也不是匀减速直线运动，选项C错，v随时间t均匀增大说明加速度不变，选项D错，运动为匀加速直线运动，选项B对．当线圈完全在磁场中时，磁通量不变，不产生感应电动势，最后出磁场时仍是电动势随时间增大，只不过磁通量从进磁场的增大变成出磁场的减小，所以电动势反向．

5．[导学号26020037]　【解析】选C.由题图乙可知在cd间不同时间段内产生的电压是恒定的，所以在该时间段内线圈ab中的磁场是均匀变化的，则线圈ab中的电流是均匀变化的，故选项A、B、D错误，选项C正确．

6．[导学号26020038]　【解析】选B.当开关S闭合时，流经电感线圈L的电流方向自左向右．当断开开关S的瞬间，通过线圈L的电流将变小，根据楞次定律可知，感应电流方向与原电流方向相同，也将是自左向右流，以阻碍原电流减小的变化．这样在由L、G2、R及G1组成的闭合电路中，感应电流将从G2的负接线柱流入，因而G2的指针向右偏；感应电流将从G1的正接线柱流入，因而G1的指针向左偏．

7．[导学号26020039]　【解析】选C.导体棒匀速上升过程中，合外力为零，对导体棒正确受力分析，根据动能定理得：WF－WG－W安＝0，注意克服安培力所做功即为回路电阻中产生的热量，克服重力所做功即为重力势能的增量，故有：金属棒上的各个力的合力所做的功等于零，故A正确；恒力F与重力的合力所做的功等于克服安培力所做的功，即等于电阻R上产生的焦耳热，故B正确；恒力F与安培力的合力所做功等于克服重力所做功，故C错误；恒力F所做的功等于克服安培力做功和克服重力做功之和，即等于棒ab重力势能的增加量和电阻R上产生的焦耳热之和，故D正确．所以选C.

8．[导学号26020040]　【解析】选BCD.由于铜质弦不能被磁化，因此振动时不能产生变化的磁场，线圈中不能产生感应电流，因此电吉他不能正常工作，A项错误；取走磁体，没有磁场，金属弦不能被磁化，振动时不能产生变化的磁场，线圈中不能产生感应电流，电吉他不能正常工作，B项正确；增加线圈的匝数，由法拉第电磁感应定律可知，线圈中的感应电动势会增大，C项正确；弦振动过程中，线圈中的磁场方向不变，但磁通量一会儿增大，一会儿减小，产生的电流方向不断变化，D项正确．

9．[导学号26020041]　【解析】选BD.可以将海水视为垂直河岸方向放置的导体平动切割地磁场的磁感线产生感应电动势，E＝BLv＝9 mV，B正确；由右手定则可知，感应电流方向由南向北，故河北岸的电势较高，D正确．

10．[导学号26020042]　【解析】选AB.设圆盘的半径为r，圆盘转动的角速度为ω，则圆盘转动产生的电动势为E＝Br2ω，可知，若转动的角速度恒定，电动势恒定，电流恒定，A项正确；根据右手定则可知，从上向下看，圆盘顺时针转动，圆盘中电流由边缘指向圆心，即电流沿a到b的方向流动，B项正确；圆盘转动方向不变，产生的电流方向不变，C项错误；若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电动势变为原来的2倍，电流变为原来的2倍，由P＝I2R可知，电阻R上的热功率变为原来的4倍，D项错误．

11．[导学号26020043]　【解析】选ABC.由ab受力平衡得ab受到沿斜面向上，大小为mgsin θ的安培力作用，B项正确；由mgsin θ＝IdB2得回路中电流为，C项正确．由左手定则判断通过ab的电流方向为b→a，回路中电流是由线圈中电磁感应产生的，由楞次定律判断，产生b→a的电流的均匀变化的磁场B1可以方向向上均匀增大，也可以方向向下均匀减弱，A项正确，圆形导线的电功率为P＝I2·r＝，所以D项错误，本题答案选ABC.

12．[导学号26020044]　【解析】选BC.若金属棒ab做匀速运动，所受的安培力为零，ab中电流为零，则cd中电流也为零，cd不受安培力，而cd还受到F作用，cd将做匀加速运动，故A错误；若两金属棒间距离保持不变，回路的磁通量不变，没有感应电流产生，两棒都不受安培力，则cd将做匀加速运动，两者距离将增大，故D错误；由以上分析得知，当两棒的运动稳定时，两棒速度之差一定，回路中产生的感应电流一定，两棒所受的安培力都保持不变，一起以相同的加速度做匀加速运动，由于两者距离不断增大，穿过回路的磁通量增大，由楞次定律判断可知，金属棒ab上的电流方向是由b向a.设cd棒的质量为m，则根据牛顿第二定律得：

对整体：F＝3ma

对cd棒：F－FA＝ma

解得，FA＝F，故B、C正确．

13．[导学号26020045]　【解析】(1)由题意知＝k (2分)

根据法拉第电磁感应定律知E＝·S＝. (2分)

(2)当细线刚要断时：F安＝mg. (2分)

(3)I＝＝，B＝kt，F安＝BIL＝mg (2分)

解得：t＝. (2分)

【答案】(1)　(2)mg　(3)

14．[导学号26020046]　【解析】(1)初始时刻棒中感应电动势E＝BLv0① (1分)

棒中感应电流I＝， ②(1分)

作用于棒上的安培力F＝ILB， ③(1分)

联立①②③，得F＝，方向水平向左． (1分)

(2)由功和能的关系得，安培力做功

W1＝Ep－mv， (2分)

电阻R上产生的焦耳热

Q1＝mv－Ep. (2分)

(3)由能量转化及平衡条件等可判断：棒最终静止于初始位置，电阻R上产生的焦耳热

Q＝mv. (2分)

【答案】(1)　方向水平向左　(2)Ep－mv

mv－Ep　(3)初始位置　mv

15．[导学号26020047]　【解析】(1)电流稳定后导体棒做匀速运动BIL＝mg，

解得B＝. (2分)

(2)感应电动势E＝BLv，感应电流I＝，

解得v＝. (3分)

(3)由题意知导体棒刚进入磁场时速度最大，设为vm.

由机械能守恒得mv＝mgh (2分)

感应电动势最大值Em＝BLvm (1分)

感应电流最大值Im＝ (1分)

解得Im＝. (1分)

【答案】(1)　(2)　(3)

16．[导学号26020048]　【解析】(1)a棒匀速运动，F＝mag＋BIaL (1分)

b棒静止Ib＝

mbg＝ (1分)

F＝mag＋2mbg＝0.4 N． (1分)

(2)当a匀速运动时Ea＝BLv1

Ia＝，BIaL＝2BIbL＝2mbg (1分)

解得v1＝① (1分)

当b匀速运动时：

mbg＝BI′L＝ (1分)

v2＝② (1分)

①②式联立得v2＝5 m/s. (1分)

(3)E＝＝＝

I＝，2BIL＝mag (2分)

由①式得R＝ (1分)

得h＝ m． (1分)

【答案】(1)0.4 N　(2)5 m/s　(3) m