第二章 电磁感应及其应用 单元测试1（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第二册
第二章
电磁感应及其应用
单元测试1（解析版）
一、选择题（共48分）
1．如图甲所示，有一闭合导线环，磁场方向垂直于环面向里，当磁感应强度随时间按如图乙所示规律变化时，顺着磁场方向看，导线环中感应电流的方向是（　　）
A．一直顺时针
B．一直逆时针
C．先顺时针后逆时针
D．先逆时针后顺时针
2．如图所示，在水平面内固定着U形光滑金属导轨，轨道间距为，一电阻为、质量为的金属导体棒ab，横放在导轨上，定值电阻（导轨其余部分电阻不计），且与导轨接触良好。在光滑金属导轨区域有竖直向下的磁感应强度为B=2T的匀强磁场，金属杆ab在垂直于杆向右的拉力F作用下，由静止开始以加速度向右做匀加速直线运动，8s后保持拉力F的功率不变，至直到杆以最大速度做匀速直线运动，则下列说法中正确的是（　　）
A．导体棒ab开始运动后，电阻中的电流方向是从P流向M
B．8s末时刻拉力F的瞬时功率为6.4W
C．导体棒ab运动的最大速度为6m/s
D．导体棒ab开始运动后任一时刻，拉力F的功率总等于导体棒ab和电阻的发热功率之和
3．如图所示，关于物理学史上的四个重大发现，下列说法正确的是（　　）
A．库仑利用图甲实验精确测出了元电荷e的值
B．法拉第利用图乙实验，发现了电流周围存在磁场
C．牛顿根据图丙理想斜面实验，提出了力不是维持物体运动的原因
D．伽利略利用图丁实验，总结出自由落体运动是匀变速直线运动
4．如图所示，线圈、同心置于光滑水平桌面上，线圈中通有逐渐增大的逆时针方向的电流，则（　　）
A．线圈将顺时针转动起来
B．线圈将有沿半径方向扩张的趋势
C．线圈将有沿半径方向收缩的趋势
D．线圈对桌面的压力将增大
5．如图所示，在水平地面下有一条沿东西方向铺设的水平直导线，导线中通有自东向西且强度较大的恒定电流。现用一闭合的检测线圈（线圈中串有灵敏电流计，图中未画出）检测此通电直导线的位置。若不考虑地磁场的影响，让检测线圈（位于水平面内）从距直导线很远处由北向南沿水平地面通过导线的上方并移至距直导线很远处，在此过程中，俯视检测线圈，下列说法正确的是（　　）
A．感应电流的方向先顺时针后逆时针
B．感应电流的方向先逆时针后顺时针，然后再逆时针
C．检测线圈所受安培力的方向先向南后向北
D．检测线圈所受安培力的方向先向北后向南
6．如图所示，灯泡与自感线圈并联，灯泡的电阻为R1，线圈的直流电阻为R2，且R1A．当断开K瞬间，灯突然亮一下然后才逐渐熄灭
B．当断开K瞬间，灯立刻熄灭
C．当K断开时，流过灯泡的电流方向仍为从左向右
D．当K断开时，流过灯泡的电流方向变为从右向左
7．如图所示，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于环口径的带正电的小球，以速率沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比增加的变化磁场，设运动过程中小球带电量不变，那么（
）
A．小球对玻璃环的压力一定不断增大
B．小球受到的磁场力一定不断增大
C．小球先沿逆时针方向减速运动，过一段时间后沿顺时针方向加速运动
D．由于涡旋电场力对小球做正功，小球的动能一直在增大
8．如图甲所示，在水平桌面上，一个面积为S、电阻为r的圆形金属框置于磁场中，线框平面与磁场垂直，磁感应强度B1随时间t的变化关系如图乙所示。在0~1
s内磁场方向垂直线框平面向下，圆形金属框与一个电阻不计的水平平行金属导轨相连接，水平导轨上放置一根导体棒，导体棒的长为L、电阻为R，且与导轨接触良好，导体棒处于另一匀强磁场中，其磁感应强度值为B2，方向垂直导轨平面向下。若导体棒始终保持静止，则其所受的静摩擦力Ff随时间变化的图像是下图中的（设水平向右为静摩擦力的正方向）（　　）
A．
B．
C．
D．
9．如图所示，两条间距为d的平行金属导轨位于同一水平面内，导轨足够长，导轨电阻不计，其右端接一阻值为R的电阻。质量为m的金属杆固定在导轨上，金属杆接入电路中的电阻为R，其左侧宽度为L的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B、方向竖直向下，金属杆右侧导轨长度大于L。现磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆，则（　　）
A．MN刚扫过金属杆时，回路中产生逆时针的感应电流
B．MN刚扫过金属杆时，杆所受到的安培力大小为
C．从MN刚扫过金属杆到PQ刚离开金属杆过程中通过金属杆的电荷量为
D．PQ刚要离开金属杆时，电阻R的电功率为
10．电磁阻尼现象在日常生活中得到广泛应用，如汽车的减震悬架，精密实验仪器的防震等。某减震座椅工作原理示意图如图所示，除了弹簧可减震之外，中间还有磁体和配套定子线圈，在震动过程中磁体可在定子线圈内上下移动。下列说法中正确的是（　　）
A．定子线圈的电阻越小，电磁阻尼现象越明显
B．定子线圈的电阻越大，电磁阻尼现象越明显
C．震动过程中减震系统会产生焦耳热
D．震动过程中减震系统不会产生焦耳热
11．如图所示。现有两个宽度均为L的垂直于纸面的有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反。另有一个边长为L、质量为m的正方形线框，其电阻为R，线框初始时与磁场的距离也为L，若使线框从图示位置由静止开始下落，下列说法正确的是（　　）
A．若线框能够匀速进入磁场，则进入磁场时的速度
B．若线框能够匀速离开磁场，则离开磁场时的速度
C．若线框完全进入磁场后做匀速运动，则运动的速度
D．线框在进入磁场的过程中，因没有受到外力作用，线框减少的重力势能完全转化成了线框的动能
12．如图，倾角为30的足够长光滑斜面上，水平界线PQ以下存在垂直斜面向下的磁场，PQ位置x=0，磁感应强度B随沿斜面向下位移x（以m为单位）的分布规律为B=8-2x（T）。一边长为L=2m（小于PQ长度），质量为M=4kg，电阻R=4Ω的金属框abcd从PQ上方某位置静止释放，进入磁场的过程中由于受到平行斜面方向的力F作用，金属框保持恒定电流I=2A，且金属框在运动过程中ab边始终与PQ平行，g=10m/s2，下列说法正确的是（　　）
A．力F沿斜面向上
B．金属框进入磁场的过程中产生的电热为48J
C．金属框进入磁场的过程中力F做功9.5J
D．若金属框刚完全进入磁场后立即撤去力F，金属框将开始做匀加速直线运动
二、解答题（共52分）
13．如图所示，当航天飞机在环绕地球的轨道上飞行时，从中释放一颗卫星，卫星与航天飞机保持相对静止，两者用导电缆绳相连，这种卫星称为绳系卫星，利用它可以进行多种科学实验。现有一颗绳系卫星在地球赤道上空由西往东方向运行。卫星位于航天飞机正上方，它与航天飞机间的距离约20.0km，卫星所在位置的地磁场沿水平方向由南往北约5.0×10-5T。如果航天飞机和卫星的运行速度是7.0km/s，则∶
（1）缆绳中上下端哪端感应电动势高；
（2）感应电动势的大小为多少。
14．如图所示，电阻为0.1Ω的正方形单匝线圈abcd的边长为0.2m，bc边与匀强磁场边缘重合。磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为0.5T。在水平拉力作用下，线圈以8m/s的速度向右穿过磁场区域。求线圈在上述过程中：
（1）感应电动势的大小E；
（2）所受拉力的大小F；
15．如图所示是一种常用的延时继电器示意图，图中的S2是一直闭合的。当开关S1闭合时，衔铁D将被吸下，C线路接通；当S1断开时，D将延迟一段时间才被释放，延时继电器就是这样得名的。试问：
（1）这种继电器的延时功能是物理学中的什么现象；
（2）如果将S2处于断开状态，试分析说明该装置是否还具有延时功能？（图中F为电磁铁，A、B为导线线圈）
16．如图所示，足够长的平行光滑金属导轨水平放置，宽度，一端连接的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度。把电阻的导体棒放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好，质量。导轨的电阻可忽略不计，在平行于导轨的拉力F作用下，导体棒沿导轨向右匀速运动，速度。求：
（1）感应电流I的大小和方向；
（2）拉力F的功率P；
（3）若撤去外力F，金属棒将逐渐慢下来，最终停止在导轨上从撤去外力到金属棒停止运功的过程中电阻R上产生的内焦耳热Q。
参考答案
1．D
【详解】
导线环中的磁通量先增大后减小，根据楞次定律，顺着磁场方向看，导线环中感应电流的方向先逆时针后顺时针。
故选D。
2．C
【详解】
A．由右手定则可知，导体棒ab开始运动后，电阻中的电流方向是从M流向P，选项A错误；
B．由牛顿第二定律可知
8s末时刻拉力F的瞬时功率为
解得
P=14.4W
选项B错误；
C．当达到最大速度时
此时
解得
vm=6m/s
故C正确；
D．导体棒ab开始运动后，拉力F的功率一部分转化为导体棒ab和电阻的发热功率，另一部分转化为导体棒的动能，选项D错误。
故选C。
3．D
【详解】
A．库仑利用图甲实验发现了库仑定律；而密立根通过油滴实验测出了元电荷e的值，A错误；
B．奥斯特利用图乙实验，发现了电流周围存在磁场，B错误；
C．伽利略根据图丙理想斜面实验，提出了力不是维持物体运动的原因，C错误；
D．伽利略利用图丁实验，总结出自由落体运动是匀变速直线运动，D正确。
故选D。
4．B
【详解】
线圈A可以等效为一个条形磁铁，线圈A中通有逐渐增大的逆时针方向的电流，则等效的条形磁铁的磁性增强，线圈B的磁通量增大，根据楞次定律，可知线圈B将有沿半径方向扩张的趋势。线圈B不会发生转动，对桌面的压力也不变。
故选B。
5．B
【详解】
AB．根据通电直导线周围的磁感线的分布特点，检测线圈由远处移近直导线的过程中，穿过线圈的磁场有向下的分量，且磁通量先增大后减小，由楞次定律和安培定则可知，线圈中的电流方向先逆时针后顺时针；当检测线圈逐渐远离直导线的过程中，穿过线圈的磁场有向上的分量，磁通量先增大后减小，由楞次定律和安培定则可知，线圈中的电流方向先顺时针后逆时针。选项A错误，B正确；
CD．根据楞次定律“来拒去留”可知，检测线圈所受安培力的方向一直向北，选项CD错误。
故选B。
6．D
【详解】
在K断开前，自感线圈L中有向右的电流，断开K后瞬间，R2的电流要减小，于是R2中产生自感电动势，阻碍自身电流的减小，但电流还是逐渐减小为零；原来跟R2并联的灯泡R1，由于电源的断开，向右的电流会立即消失。但此时它却与R2形成了串联的回路，R2中维持的正在减弱的电流恰好从灯泡R1中流过，方向由右经过灯泡到左侧；因此，灯泡不会立即熄灭，而是渐渐熄灭，灯泡中的电流的方向与原电流方向相反；由于
，所以通过灯泡和线圈的电流关系为
，通过小灯泡的电流不可能再增大，所以小灯泡不可能闪亮一下，而是先突然变得比原来暗，然后逐渐熄灭。
故选D。
7．C
【详解】
CD．由楞次定律可知，变化的磁场产生的感生电场沿顺时针方向，小球带正电，小球的所受电场力沿顺时针方向，与小球的运动方向相反，涡旋电场力对小球做负功，则小球先沿逆时针方向减速运动，当小球速度减到0后，涡旋电场力对小球做正功，小球沿顺时针方向加速运动，所以C正确；D错误；
AB．由于小球在水平面做圆周运动，环对小球的弹力及洛伦兹力的合力提供向心力，由于小球的速度先减小后增大，及磁感应强度的变化，则小球对环的压力与洛伦兹力不一定始终增大，所以AB错误；
故选C。
8．A
【详解】
在0到1秒内磁感应强度B随时间t的均匀增加，则由法拉第电磁感应定律得感应电动势恒定不变，则电流也不变。再由楞次定律可得感应电流方向逆时针，则根据左手定则可得导体棒受到的安培力的方向为向左，大小恒定，所以棒受到的静摩擦力方向为向右，即为正方向。且大小
f=F安=BIL
大小不变；而在1秒到2秒内磁感应强度大小不变，则线圈中没有感应电动势，所以没有感应电流，则也没有安培力。因此棒不受静摩擦力。在2到3秒内磁感应强度B随时间t的均匀减小，则由法拉第电磁感应定律得感应电动势恒定不变，则电流也不变。再由楞次定律可得感应电流方向顺时针，则根据左手定则可得导体棒受到的安培力的方向为向右，大小恒定，所以棒受到的静摩擦力方向为向左，即为负方向。且大小
f=F安=BIL
大小不变。
故选A。
9．AD
【详解】
A．MN刚扫过金属杆时，由右手定则可确定回路中产生逆时针的感应电流，故A正确；
B．MN刚扫过金属杆时，杆所受到的安培力大小为
，
，
解得
故B错误；
C．从MN刚扫过金属杆到PQ刚离开金属杆过程中通过金属杆的电荷量为
故C错误；
D．结合B选项分析，PQ刚要离开金属杆时，电阻R的电功率为
故D正确。
故选AD。
10．AC
【详解】
AB．内部电阻越小，电流越大，安培力越大，阻尼现象越明显，
B错误A正确；
CD．减震过程中会产生电流，内部有电阻，就会产生焦耳热，
D错误C正确。
故选AC。
11．AC
【详解】
A．若线框能够匀速进入磁场，则
解得
选项A正确；
B．若线框能够匀速进入磁场，则
解得
选项B错误；
C．若线框完全进入磁场后做匀速运动，则
解得
即运动的速度
选项C正确；
D．线框在进入磁场的过程中，因有向上的安培力对线框做负功，则线框减少的重力势能转化成了线框的动能以及电能，选项D错误。
故选AC。
12．BC
【详解】
A．金属框进入磁场的过程中由于电流恒为
则安培力
金属框的重力沿斜面向下的分力为
当进入磁场的长度时，安培力大于金属框重力沿斜面向下的分力，拉力方向沿斜面向下；当时，安培力小于金属框重力沿斜面向下的分力，拉力方向沿斜面向上，故A错误；
B．金属框进入磁场的过程中，所受到的安培力为
该图像所围成的面积即为安培力所做的功，有
根据能量守恒，金属框完全进入磁场，所以金属框进入磁场的过程中产生的电热为
故B正确；
C．金属框完全进入磁场时的速度为，有
解得
金属框进入磁场的过程中，根据功能关系可得
解得平行斜面方向的力F做功
故C正确；
D．若金属框刚完全进入磁场后立即撤去力F，如果金属框将开始做匀加速直线运动，则电流强度发生变化、安培力发生变化、加速度发生变化，故不可能出现匀加速运动的情况，故D错误。
故选BC。
13．(1)下端；(2)
【详解】
(1)绳系卫星在地球赤道上空由西往东方向运行，赤道上空的地磁场方向向北，根据右手定则，感应电动势的方向由A指向B，故B点(下端)的电势较高。
(2)金属缆绳在切割地磁场，产生感应电动势，为
14．(1)0.8V；(2)0.8N
【详解】
(1)由题意可知当线框切割磁感线是产生的电动势为
(2)因为线框匀速运动故所受拉力等于安培力，有
根据闭合电路欧姆定律有
结合(1)联立各式代入数据可得
F=0.8N
15．（1）电磁感应现象；（2）见解析
【详解】
（1）这种继电器的延时功能是物理学中的电磁感应现象；
（2）不具有延时功能。因为在S1断开时，线圈A产生的磁场立即减为零，此时线圈B的磁通量虽发生了变化，但S2处于断开状态，线圈B中不会产生感应电流，所以线圈B不会产生磁场，装置不会产生延时效果；
16．(1)1A，电流方向从N流向M；(2)2W；(3)6.25J
【详解】
(1)棒产生的感应电动势为
根据闭合电路欧姆定律得
电流方向从N流向M。
(2)因导体棒沿导轨向右匀速运动，导轨光滑，则拉力的功率等于整个电路的电功率，为
(3)由动能定理得
解得