第二章 电磁感应 单元测试（word解析版）

2021-2022学年人教版（2019）选择性必修
第二册
第二章电磁感应
单元测试（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．如图所示的电路中，和是两个相同的灯泡，线圈自感系数足够大，电阻可以忽略不计。下列说法中正确的是（　　）
A．合上开关时，先亮，后亮，最后一样亮
B．合上开关时，和同时亮
C．断开开关时，闪亮一下再熄灭
D．断开开关时，流过的电流方向向右
2．老师做了一个物理小实验让学生观察∶图中，AB都是很轻的铝环，环B是闭合的，环A是不闭合的。A、B环都固定在一根可以绕O点自由转动的水平细杆上，开始时整个装置静止，同学们看到的现象是（　　）
A．无论磁铁插向A环还是B环，横杆都发生转动
B．条形磁铁N极环靠近A环时，A环靠近磁铁
C．条形磁铁N极环靠近B环时，B环向磁铁这侧运动
D．条形磁铁S极环远离B时，B环向磁铁这侧运动，但追不上磁铁
3．如图所示的电路中，A1和A2是两个相同的灯泡，线圈L自感系数足够大，电阻可以忽略不计。下列说法中正确的是（　　）
A．合上开关S时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮
B．合上开关S时，A1和A2同时亮
C．断开开关S时，A2闪亮一下再熄灭
D．断开开关S时，流过A2的电流方向向右
4．如图所示，电感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，LA、LB是两个相同的灯泡，且在下列实验中不会烧毁，电阻R2阻值约等于R1的两倍，则（　　）
A．闭合开关S时，LA、LB同时达到最亮，且LB更亮一些
B．闭合开关S时，LA、LB均慢慢亮起来，且LA更亮一些
C．断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB马上熄灭
D．断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭
5．如图甲所示，光滑的水平桌面上固定着一根绝缘的长直导线，可以自由移动的矩形导线框abcd靠近长直导线静止放在桌面上。当长直导线中的电流按图乙所示的规律变化时（图甲所示电流的方向为正方向），则t1到t2时间内线框（　　）
A．向右做加速运动
B．向左做加速运动
C．向右做减速运动
D．向左做减速运动
6．如图所示，虚线右侧存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外，电阻为R的正方形金属线框的右边与磁场边界重合。在外力作用下，金属线框由静止开始以垂直于磁场边界的恒定加速度a进入磁场区域，t1时刻线框全部进入磁场。则感应电流i（以逆时针方向为正方向）、线框电功率P、外力F的大小以及通过线框横截面的电荷量q随时间t变化的关系正确的是（　　）
A．
B．
C．
D．
7．光滑金属导轨宽L＝0.5m，电阻不计，均匀变化的磁场充满整个轨道平面，如图甲所示，磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图乙所示。金属棒ab的电阻为2Ω，垂直固定在导轨上静止不动，且与导轨左端距离l＝0.2m，则（　　）
A．1s末回路中的电动势为0.1V
B．1s末回路中的电流为0.5A
C．2s内回路产生的电热为0.1J
D．2s末，ab所受安培力大小为0.5N
8．随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的视线。小到手表手机，大到电脑、电动汽车，都已经实现了无线充电从理论研究到实际应用的转化。如图所示为某无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图。关于无线充电，下列说法正确的是（　　）
A．从上往下看，发射线圈中电流逆时针增大时，接收线圈中电流沿逆时针方向
B．从上往下看，发射线圈中电流顺时针减小时，接收线圈中电流沿顺时针方向
C．从上往下看，发射线圈中电流顺时针增大时，接收线圈所受安培力的方向竖直向上
D．从上往下看，发射线圈中电流逆时针减小时，接收线圈所受安培力的方向竖直向上
9．如图所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ为其边界，OO′为其对称轴．一导线折成边长为L的正方形闭合回路abcd，回路在纸面内以恒定速度v0向左运动，当回路运动到关于OO′对称的位置时（　　）
A．穿过回路的磁通量不为零
B．回路中感应电动势大小为2BLv0
C．回路中感应电流的方向为逆时针方向
D．回路中ab边与cd边所受安培力方向相反
10．如图所示的电路中，三个灯泡、、的电阻关系为，电感L的直流电阻可忽略，D为理想二极管，电源内阻不计。闭合开关S，电路电流稳定后，再断开开关S，下列说法中正确的是（　　）
A．闭合开关S，立即变亮
B．闭合开关S，逐渐变亮
C．断开开关S前后，中有电流且方向相反
D．断开开关S后，立即熄灭，、均逐渐变暗
11．如图所示，单匝线圈ABCD在外力作用下以速度v向右匀速进入匀强磁场，第二次以速度2v匀速进入同一匀强磁场。则第二次与第一次进入过程中（　　）
A．线圈中感应电动势之比为1︰2
B．线圈中电流之比为2︰1
C．通过线圈的电量之比为1︰1
D．线圈中产生的热量之比为4︰1
12．如图甲，圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同的线圈Q，P和Q共轴，P中通有变化电流，电流随时间变化的规律如图乙所示，Q所受重力为G，两细线对Q的拉力和为F，下列说法正确的是（　　）
A．时刻
B．时刻
C．时刻
D．时刻
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．如图甲所示，圆形金属线圈的面积?
=
0.5m2，匝数?
=
100，电阳?
=
10Ω，线圈内磁场变化规律如图乙所示，且磁场方向垂直线圈平面内里。求：
（1）线圈中产生的感应电动势
E；
（2）在前
2s
时间内，通过线圈某一截面的电荷量
q。
14．如图，、为足够长的光滑平行的水平金属导轨，电阻，置于竖直向下的有界匀强磁场中，为磁场边界，磁场磁感应强度，导轨间距，质量的导体棒垂直置于导轨上且与导轨接触良好，导体棒接入电路的电阻为。时刻，导体棒在的水平拉力作用下从左侧某处由静止开始运动，时棒进入磁场继续运动，导体棒始终与导轨垂直。
（1）求导体棒时刻进入磁场瞬间的加速度a的大小及回路的电功率；
（2）若导体棒进入磁场瞬间立即撤去力F，求导体棒在运动过程中电阻R产生的焦耳热Q。
15．如图所示，在水平地面MN上方空间存在一垂直纸面向里、磁感应强度B=1T的有界匀强磁场区域，上边界EF距离地面的高度为H．正方形金属线框abcd的质量m=0.02kg、边长L=0.1m（L（1）若线框从h=0.45m处开始下落，求线框ab边刚进入磁场时的加速度大小；
（2）若要使线框匀速进入磁场，求h的大小；
16．如图所示，绝缘水平面上固定着两根电阻不计、足够长的平行金属导轨AB、CD，处于磁感应强度大小为B=0.5T、方向竖直向上的匀强磁场中，导轨间距L=1m。长度均为1m、电阻R均为1、质量均为m=0.5kg金属棒ab、cd分别垂直放置在水平导轨上，金属棒ab与水平导轨间的动摩擦因数，金属棒cd光滑。现给金属棒cd施加水平向右的拉力F=10N，使其在水平轨道上由静止开始运动，经过0.8s金属棒ab刚好开始运动。最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g=10m/s2。求：
（1）在0～0.8s内，金属棒cd运动的位移；
（2）在0～0.8s内，金属棒ab上产生的焦耳热
（3）定性画出金属棒cd由静止开始运动至达到稳定状态的速度-时间（v-t）图象。
参考答案
1．A
【详解】
AB．合上开关时，先亮，由于线圈自感的阻碍，逐渐变亮，最后一样亮，A正确，B错误；
CD．正常发光时两灯泡电流相同，亮度相同，故断开开关时，两灯泡均逐渐熄灭，流过的电流方向向右，流过的电流方向向左，CD错误。
故选A。
2．D
【详解】
AB．当条形磁铁N极靠近A环时，A环中不产生感应电流，磁铁对A环没有安培力作用，A环将静止不动，故AB错误；
C．条形磁铁N极环靠近B环时，穿过B环的磁通量增加，B环闭合产生感应电流，磁铁对B环产生安培力，阻碍两者相对运动，B环将远离磁铁，故C错误；
D．条形磁铁N极环远离B环时，穿过B环的磁通量减小，B环闭合产生感应电流，磁铁对B环产生安培力，阻碍两者相对运动，B环将靠近磁铁，但追不上磁铁，故D正确。
故选D。
3．A
【详解】
AB．合上开关S时，灯A2立即发光。通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律线圈产生的感应电动势与原来电流方向相反，阻碍电流的增大，电路的电流只能逐渐增大，灯A1逐渐亮起来。当电流逐渐稳定时，线圈不产生感应电动势，通过两灯的电流相等，亮度相同，故A正确，B错误；
CD．稳定后断开开关S时，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，线圈L、灯A2与灯A1构成闭合回路放电，两灯都过一会儿熄灭，由于两灯泡完全相同，线圈的电阻又不计，则灯A2不会出现闪亮一下，且流过灯A2的电流方向向左，故CD错误。
故选A。
4．D
【详解】
AB．由于灯泡LA与线圈L和R1串联，灯泡LB与电阻R2串联，当S闭合瞬间，通过线圈的电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增加，所以LB比LA先亮，AB错误；
CD．由于LA所在的支路电阻阻值较小，故稳定时电流较大，即LA更亮一些，当S断开瞬间，线圈产生自感电动势，两灯组成的串联电路中，电流从线圈中原电流开始减小，即从IA减小，故LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭，C错误，D正确。
故选D。
5．C
【详解】
由图可知，在t1到t2，时间内，导线的电流为正向在减小，产生的磁场在减小，根据楞次定律可知，导线框的感应磁场与原磁场的方向相同，由右手螺旋定则可得，电流的方向为abcda，直导线的电流和线框的da边的电流方向相同，它们互相吸引，但是由于在0到t1时间内，导线的电流为正向在增大，产生的磁场在增大，根据楞次定律可知，它们互相排斥，导线框已经向右运动，有了初速度，所以此时线框向右做减速直线运动，但不是匀减速运动，故选C。
6．C
【详解】
A．线框做匀加速运动，其速度
感应电动势
感应电流
i与t成正比，根据右手定则可知感应电流方向为顺时针，故A错误；
B．线框的电功率
P-t图像的开口向上，故B错误；
C．线框进入磁场过程中受到的安培力
由牛顿第二定律得
得
F-t图象是不过原点的倾斜直线，故C正确；
D．线框的位移
电荷量
q-t图象应是开口向上的抛物线，故D错误。
故选C。
7．A
【详解】
A．由图乙知
由法拉第电磁感应定律，感应电动势为
故A正确；
B．回路中的感应电流为
故B错误；
C．2s内回路产生的电热为
故C错误；
D．2s末，B＝2T，ab所受的安培力为
故D错误。
故选A。
8．BC
【详解】
AB．从上往下看，发射线圈中电流逆时针增大时，根据楞次定律知接收线圈中电流方向沿顺时针方向，发射线圈中电流顺时针减小时，接收线圈中电流方向沿顺时针方向。故A错误；B正确；
CD．从上往下看，发射线圈中电流顺时针增大时，根据楞次定律、左手定则和安培定则知接收线圈所受安培力的方向竖直向上，同理发射线圈中电流逆时针减小时，接收线圈所受安培力的方向竖直向下。故C正确；D错误。
故选BC。
9．BC
【分析】
考查电磁感应相关知识。
【详解】
A．当前位置，回路的磁通量正负相抵，恰好为零，A项错误；
B．cd边切割磁感线产生的感应电动势为BLv0，ab边切割磁感线产生的感应电动势也为BLv0，方向均为逆时针，故回路中感应电动势大小为2BLv0，B项正确；
C．根据右手定则判断回路中感应电流的方向为逆时针方向，C项正确；
D．由左手定则可知，回路中ab边与cd边所受安培力方向相同，均为向右，D项错误。
故选BC。
10．CD
【详解】
AB．开关S闭合瞬间，L2、L3均立即变亮，L1的电路中由于线圈对电流的阻碍作用，会逐渐亮，故A
B错误;
CD．开关S从闭合状态突然断开时，L1、L3均逐渐变暗，由于L2的电路中的二极管由单向导电性，电流不能从右向左通过二极管，所以L2立即熄灭，L3中电流方向与开始时相反，故CD正确。
故选CD。
11．BC
【详解】
A．切割磁感线产生的动生电动势E=BLv可知，第二次的速度为2v，第一次的速度为v，第二次与第一次线圈中感应电动势之比为2︰1，故A错误；
B．线圈中电流可知，第二次与第一次线圈中感应电动势之比为2︰1，电阻相同，线圈中电流之比为2︰1，故B正确；
C．通过线圈的电量
解得
第二次与第一次进入磁场的过程中相同，所以通过线圈的电量之比为1︰1，故C正确；
D．线圈中产生的热量
联立可得
所以线圈中产生的热量之比为2︰1，故D错误。
故选BC。
12．AD
【详解】
A．由楞次定律可知，线圈总是阻碍磁通量的变化，所以t1电流增大，磁通量变大，所以两线圈间有相互排斥作用，所以
A正确；
BD．t2与t4时刻，无电流变化，不会出现磁感应现象，两线圈间无相互作用，所以
B错误，D正确；
C．t3时刻电流减小，磁通量变小，所以两线圈间有相互吸引作用，因此
C错误。
故选AD。
13．（1）；（2）0.5C
【详解】
（1）由图乙结合数学知识可得
由法拉第电磁感应定律可得感应电动势
（2）设在
1s~2s
的时间间隔为
t，电流为
，q=It
联立解得
q=0.5C
14．（1），；（2）
【详解】
（1）根据牛顿第二定律
速度
感应电动势
电流
解得
回路功率
解得
（2）由能量守恒
R产生的热量
15．（1）2.5m/s2（2）0.8m
【详解】
(1)当线圈ab边进入磁场时，由自由落体规律
棒切割磁感线产生动生电动势
通电导体棒受安培力
由牛顿第二定律
解得
(2)匀速进磁场，由平衡知识
由
代入可解得
16．（1）24m；（2）107.5J；（3）见解析
【分析】
本题属于电磁感应与牛顿运动定律、动量、能量结合的综合题，考查学生分析综合、理解能力，难度较大。
【详解】
（1）对金属棒ab刚开始运动时，有
F安=Ff
且
Ff=μmg
解得
F安=1.25N
由F安=BIL且根据法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律可得
E=BLv
联立以上各式，解得
v=10m/s
在0～0.8s内，对金属棒cd根据动量定理可得
解得
q=t=6C
又
解得
x=24m
（2）在0～0.8s内，对金属棒cd根据动能定理可得
根据功能关系可知整个电路产生的焦耳热
在0～0.8s内，金属棒ab上产生的焦耳热
（3）开始一段时间，对于金属棒cd有
F-F安=ma
随着速度逐渐增大，加速度逐渐减小。当金属棒ab开始运动后，有
F安-μmg=ma1
金属棒αb开始做加速度逐渐增大的加速运动，但速度、加速度比金属棒cd要小，当二者加速度相等时，二者达到稳定状态。对金属棒cd、ab整体分析有
F-μmg=2ma2
且
F安-μmg=ma2
可知二者达到稳定状态的加速度
a2=8.75m/s2
F安=5.625N
画出金属棒cd由静止开始运动至达到稳定状态的速度-时间（v-t）图像如图所示。