人教版高中物理选择性必修第二册第二章电磁感应测评含答案

第二章测评

(时间:75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,只有一项是符合题目要求的。

1.如图所示,两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合,则穿过a、b两线圈的磁通量之比为(　　)

A.1∶1 B.1∶2

C.1∶4 D.4∶1

2.在如图所示的电路中,三个灯泡L1、L2、L3的电阻关系为R1<R2<R3,电感L的直流电阻可忽略,D为理想二极管。开关S从闭合状态突然断开时,下列判断正确的是(　　)

A.L1逐渐变暗,L2、L3均先变亮,然后逐渐变暗

B.L1逐渐变暗,L2立即熄灭,L3先变亮,然后逐渐变暗

C.L2立即熄灭,L1、L3均逐渐变暗

D.L1、L2、L3均先变亮,然后逐渐变暗

3.如图,螺线管导线的两端与两平行金属板相连接,一个带正电的小球用绝缘丝线悬挂于两金属板间并处于静止状态。线圈置于方向竖直向上的均匀增大的磁场中,现将S闭合,当磁场发生变化时小球将偏转。若磁场发生了两次变化,且第一次比第二次变化快,第一次小球的最大偏角为θ1;第二次小球的最大偏角为θ2,则关于小球的偏转位置和两次偏转角大小的说法正确的是(　　)

A.偏向B板,θ1>θ2 B.偏向B板,θ1<θ2

C.偏向A板,θ1>θ2 D.偏向A板,θ1<θ2

4.(2021山东临沂期中)如图所示,匀强磁场中有一由半圆弧及其直径构成的闭合导线框,半圆直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度的大小为B0。使该线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周,线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位置,磁感应强度大小随时间线性变化。为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流,磁感应强度随时间的变化率的大小应为(　　)

A. B.

C. D.

5.矩形导线框abcd固定在匀强磁场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直。规定磁场的正方向垂直纸面向里,磁感应强度B随时间变化的规律如图所示。若规定顺时针方向为感应电流的正方向,则图中正确的是(　　)

6.如图所示,两根平行的水平光滑长直金属导轨,其电阻不计,导体棒ab、cd跨在导轨上,ab的电阻R大于cd的电阻r,当cd在大小为F1的水平外力作用下匀速向右滑动时,ab在大小为F2的水平外力作用下保持静止。已知a、b两点间的电压为Uab,c、d两点间的电压为Ucd,以下说法正确的是(　　)

A.Uab>Ucd,F1>F2 B.Uab=Ucd,F1<F2

C.Uab>Ucd,F1=F2 D.Uab=Ucd,F1=F2

7.很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放,形成一很长的竖直圆筒。一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置,其下端与圆筒上端开口平齐。让条形磁铁从静止开始下落。条形磁铁在圆筒中的运动速率(　　)

A.均匀增大  B.先增大,后减小

C.逐渐增大,最后不变 D.先增大,再减小,最后不变

二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。

8.一个圆形闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,如图a甲所示。设垂直于纸面向里的磁感应强度方向为正,垂直于纸面向外的磁感应强度方向为负。线圈中顺时针方向的感应电流为正,逆时针方向的感应电流为负。已知圆形线圈中感应电流i随时间变化的图像如图a乙所示,则线圈所在处的磁场的磁感应强度随时间变化的图像可能是图b中的(　　)

图a

图b

9.置于匀强磁场中的金属圆盘中央和边缘各引出一根导线,与套在铁芯上部的线圈A相连。套在铁芯下部的线圈B引出两根导线接在两根水平导轨上,如图所示。导轨上有一根金属棒ab处在垂直于纸面向外的匀强磁场中。下列说法正确的是(　　)

A.圆盘顺时针加速转动时,ab棒将向右运动

B.圆盘顺时针匀速转动时,ab棒将向右运动

C.圆盘顺时针减速转动时,ab棒将向右运动

D.圆盘顺时针加速转动时,ab棒将向左运动

10.如图所示,光滑水平面上存在有界匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里。质量为m、边长为a的正方形线框ABCD斜向穿进磁场,当AC刚进入磁场时线框的速度大小为v,方向与磁场边界所成夹角为45°。若线框的总电阻为R,则(　　)

A.线框穿进磁场过程中,框中电流的方向为D→C→B→A→D

B.AC刚进入磁场时线框中感应电流为

C.AC刚进入磁场时线框所受安培力大小为

D.此时CD两端电压为Bav

三、非选择题:本题共5个小题,共54分。

11.(6分)在研究电磁感应的实验中

(1)一位学生将电流表、电池、电阻和开关连接成如图甲所示电路,接通开关,看到电流表指针偏向正接线柱一侧。这样做的目的是　　　　　　　　　。 

(2)这位学生又把电流表及原、副线圈A和B、电池、开关连接成如图乙所示电路。

①当接通开关时,或接通开关后将线圈A插入线圈B的过程中,看到电流表的指针都偏向正接线柱一侧。比较电流的方向,可得出的实验结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

②当断开开关时,或将线圈A从线圈B中拔出的过程中,发现电流表的指针都偏向负接线柱一侧。比较电流的方向,可得出的实验结论是　　　　　　　　　　　　　。 

12.(10分)如图所示是研究自感现象的电路图,两个灵敏电流计G1和G2的零点都在刻度中央,当电流从左向右流入时,指针向右偏,反之向左偏,在开关S接通的瞬间,G1指针向　　　摆,G2指针向　　　摆;S断开的瞬间,G1指针向　　　摆,G2指针向　　　摆(以上均选填“左”或“右”),两个灵敏电流计指针的摆动幅度　　　(选填“相等”或“不相等”)。 

13.(10分)如图所示,水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻,质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上。t=0时,金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动。t0时刻,金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为μ。重力加速度大小为g。求:

(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小。

(2)电阻的阻值。

14.(12分)某同学设计了一个发电测速装置,工作原理如图所示。一个半径R=0.1 m的圆形金属导轨固定在竖直平面上,一根长为R的金属棒OA,A端与导轨接触良好,O端固定在圆心处的转轴上。转轴的左端有一个半径r=的圆盘,圆盘和金属棒能随转轴一起转动。圆盘上绕有不可伸长的细线,下端挂着一个质量m=0.5 kg的铝块。在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T。a点与导轨相连,b点通过电刷与O端相连。测量a、b两点间的电势差U可算得铝块速度。铝块由静止释放,下落h=0.3 m时,测得U=0.15 V。(细线与圆盘间没有滑动,金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计,重力加速度g取10 m/s2)

(1)测U时,与a点相接的是电压表的“正极”还是“负极”?

(2)求此时铝块的速度大小;

(3)求此下落过程中铝块机械能的损失。

15.(16分)如图甲所示,一个圆形线圈匝数n=1 000、面积S=2×10-2 m2、电阻r=1 Ω。在线圈外接一阻值为R=4 Ω的电阻。把线圈放入一个匀强磁场中,磁场方向垂直线圈平面向里,磁场的磁感应强度B随时间变化规律如图乙所示。求:

(1)0~4 s内,回路中的感应电动势;

(2)t=5 s时,a、b两点哪点电势高;

(3)t=5 s时,电阻R两端的电压U。

答案：

1.A　两个线圈的半径虽然不同,但是线圈内的匀强磁场的半径一样,则穿过两线圈的磁通量相同,故选项A正确。

2.B　开关S从闭合状态突然断开时,L中产生方向向右的自感电动势,L1逐渐变暗,L2立即熄灭(理想二极管单向导电),L3先变亮后逐渐变暗(L3中原电流小于L1中电流),选项B正确。

3.C　线圈置于方向竖直向上的均匀增大的磁场中,据楞次定律可知线圈的感应电动势下高上低,则B板电势高,A板电势低,小球向A板偏转,当磁场变化快时电动势大,偏角大,故C正确。

4.C　设半圆的半径为r,导线框的电阻为R,当导线框匀速转动时,在很短的时间Δt内,转过的圆心角Δθ=ωΔt,由法拉第电磁感应定律及闭合电路欧姆定律可得感应电流I1=;当导线框不动,而磁感应强度发生变化时,可得感应电流I2=,令I1=I2,可得,选项C正确。

5.D　0~1 s,感应电流的方向由楞次定律可知为逆时针,即沿负方向,根据电磁感应定律E=S,由于Bt图像斜率大小一定,又因S不变,所以E大小为定值,则电流大小一定。同理1~3 s,感应电流方向为顺时针,沿正方向,电流大小为定值,与0~1 s相等;3~4 s感应电流方向为逆时针,沿负方向,电流大小为定值,与0~1 s相等。

6.D　cd导体棒在F1的作用下,做切割磁感线运动,成为电源。Uab为电路外电阻上的电压,等效电路如图所示。由于导轨的电阻不计,Uab=Ucd。另外,由于cd棒与ab棒中电流大小相等,导体棒有效长度相同,所处磁场相同,故两棒受到的安培力大小相等、方向相反。ab、cd两棒均为平衡态,故导体棒分别受到的外力F1、F2与所受到的安培力平衡,故F1=F2,故选项D正确。

7.C　利用电磁感应现象分析解答。开始时,条形磁铁以加速度g竖直下落,则穿过铜环的磁通量发生变化,铜环中产生感应电流,感应电流的磁场阻碍条形磁铁的下落。开始时的感应电流比较小,条形磁铁向下做加速运动,且随下落速度增大,其加速度变小。当条形磁铁的速度达到一定值后,相应铜环对条形磁铁的作用力等于条形磁铁的重力。故条形磁铁先加速运动,但加速度变小,最后的速度不变。选项C正确。

8.CD　根据题图a,我们只研究最初的一个周期,即2 s内的情况,由题图a所表示的圆线圈中感应电流的方向、大小,运用楞次定律,判断出感应电流的磁场方向、大小;再根据楞次定律,判断引起电磁感应现象发生的磁场应该如何变化。从而找出正确选项为C、D。

9.CD　由右手定则知,圆盘顺时针加速转动时,感应电流从圆心流向边缘,线圈A中产生的磁场方向向下且磁场增强;由楞次定律知,线圈B中的感应磁场方向向上,由右手螺旋定则知,ab棒中感应电流方向由a→b;由左手定则知,ab棒受的安培力方向向左,将向左运动,故A错误,D正确。同理可知,若圆盘顺时针减速转动时,则ab棒将向右运动,选项C正确。当圆盘顺时针匀速转动时,线圈A中产生恒定的电流,那么线圈B的磁通量不变,则ab棒没有感应电流,则将不会运动,故B错误。故选C、D。

10.CD　线框进入磁场的过程中穿过线框的磁通量增大,由楞次定律可知,感应电流产生的磁场方向垂直纸面向外,则感应电流的方向为A→B→C→D→A,A错误;AC刚进入磁场时CD边切割磁感线,AD边不切割磁感线,所以产生的感应电动势为E=Bav,则线框中感应电流为I=,故CD两端的电压为U=I×R=Bav,B错误,D正确;AC刚进入磁场时线框的CD边受到的安培力的方向与v的方向相反,AD边受到的安培力的方向垂直于AD边向下,它们的大小都是F=BIa,由几何关系可以看出,AD边与CD边受到的安培力的方向相互垂直,所以AC刚进入磁场时线框所受安培力为AD边与CD边受到的安培力的矢量和,即F合=F=,C正确。

11.答案 (1)查明电流表指针偏转方向与电流方向的关系

(2)①当线圈B中磁场增强时,线圈B中产生的感应电流磁场方向与原磁场方向相反

②当线圈B中磁场减弱时,线圈B中产生的感应电流的磁场方向与原磁场方向相同

12.答案 右　右　右　左　相等

解析 在开关S接通的瞬间,线圈阻碍电流增大,使电流慢慢增大到最大,但电流依然是从左向右流入;在S断开的瞬间,线圈阻碍电流减小,使电流在线圈L、灵敏电流计G1、G2、电阻R构成的回路中慢慢减小到零,G1中电流为从左向右流入,G2中电流为从右向左流入;两表串联,电流相等,指针的摆动幅度相等。

13.答案 (1)Blt0　(2)

解析 (1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为a,由牛顿第二定律得

F-μmg=ma ①

设金属杆到达磁场左边界时的速度为v,由运动学公式有v=at0 ②

当金属杆以速度v在磁场中运动时,由法拉第电磁感应定律,杆中的电动势为

E=Blv ③

联立①②③式可得

E=Blt0。 ④

(2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时,金属杆中的电流为I,根据欧姆定律

I= ⑤

式中R为电阻的阻值。金属杆所受的安培力为

F安=BlI ⑥

因金属杆做匀速运动,由牛顿运动定律得

F-μmg-F安=0 ⑦

联立④⑤⑥⑦式得

R=。 ⑧

14.答案 (1)正极　(2)2 m/s　(3)0.5 J

解析 (1)由题意可知,a点接正极。

(2)由电磁感应定律得U=E=BR

(vA+0)=ωR

U=BωR2

v=rω=ωR

所以,有v==2 m/s。

(3)ΔE=mgh-mv2

ΔE=0.5 J。

15.答案 (1)1 V　(2)a点的电势高　(3)3.2 V

解析 (1)根据法拉第电磁感应定律得,0~4 s内,

回路中的感应电动势E=n=1 000× V=1 V。

(2)t=5 s时,磁感应强度正在减弱,根据楞次定律,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里,故a点的电势高。

(3)在t=5 s时,线圈的感应电动势为

E'=n=1 000× V=4 V

根据闭合电路欧姆定律得电路中的电流为

I= A=0.8 A

故电阻R两端的电压U=IR=0.8×4 V=3.2 V。