第二章 电磁感应 单元测试题（Word版含解析）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册
第二章
电磁感应
单元测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．无线充电是近年发展起来的新技术，无线充电技术与变压器相类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。如图甲所示，充电基座接上220V，50Hz家庭用交流电（电压变化如图乙所示），受电线圈接上一个理想二极管给手机电池充电。下列说法正确的是（　　）
A．乙图中的E0的大小为220V
B．基座线圈和受电线圈通过互感实现能量传递
C．在t1时刻，受电线圈中的电动势达到最大
D．手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失
2．下列关于各物理量的单位，说法正确的是（　　）
A．动摩擦因数μ的单位是N
B．劲度系数k的单位是N·m
C．相对介电常数的单位是Ω-1
D．自感系数L的单位是
3．如图所示，光滑平行金属导轨和都处于同一水平面内，P和Q之间连接一电阻R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，现垂直于导轨放置一根导体棒，用一水平向右的力F拉动导体棒，以下关于导体棒中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是（　　）
A．感应电流方向是
B．感应电流方向是
C．安培力为0
D．安培力方向水平向右
4．下列关于电磁感应说法正确的是（　　）
A．只要磁通量发生变化，就会产生感应电流
B．感应电流激发的磁场总是阻碍线圈中磁通量的变化
C．穿过闭合回路磁通量为零时，感应电流也为零
D．穿过闭合回路磁通量最大时，感应电流也一定最大
5．如图甲，两金属圆环固定在同一绝缘平面内。外圆环通以如图乙所示的电流。规定内圆环a端电势高于b端时，a、b间的电压Uab为正，下列Uab-t图像可能正确的是（　　）
A．
B．
C．
D．
6．如图所示，铝管竖直置于水平桌面上，小磁体从铝管正上方由静止开始下落，在磁体穿过铝管的过程中，磁体不与管壁接触，且无翻转，不计空气阻力。下列选项正确的是（　　）
A．铝管中将产生竖直方向的感应电流
B．磁体重力势能减少量和动能增加量的差值等于产生的内能
C．磁体加速向下运动时处于失重状态，因此铝管对桌面的压力将逐渐减小
D．若将铝管换成塑料管，磁体在管中运动时，管对桌面的压力等于铝管和磁体的重力之和
7．如图所示，关于x轴对称的正方形闭合金属线圈水平放置在坐标系面内，线圈的边与y轴重合，匝数为N，边长为L，电阻为R。一金属直导线垂直于z轴放在x轴正上方，通有沿x轴负方向的电流。现让线圈沿图示方向绕x轴以角速度匀速转动，在线圈由图示位置开始转动90°的过程中，用冲击电流计测得流过线圈导线横截面的电荷量为q。则在此过程，线圈中（　　）
A．感应电流方向为
B．感应电流的平均值为
C．感应电动势的平均值为
D．磁通量的变化量为
8．在两条间距为l、足够长光滑平行水平导轨所在空间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，质量为m、电阻为R的铜棒ab垂直跨放在导轨上，同种材料的铜棒cd横截面积是ab的两倍，长度与ab相同，cd静止在ab左侧，如图所示，两棒相距，与导轨始终垂直且接触良好。若给ab棒一个水平向右的初速度，导轨电阻不计，则下列说法正确的是（　　）
A．两棒受到的安培力总是大小相等
B．两棒的电功率总是相等
C．通过ab的最大电荷量为
D．cd的最大电功率为
9．物理是来源于生活，最后应用服务于生活，下列有关物理知识的说法正确的是（　　）
A．超高压电工穿绝缘衣比穿金属衣安全
B．高大建筑上的避雷针是利用尖端放电的原理
C．交通法规定乘客必须系好安全带，是为了减少惯性带来的伤害
D．灵敏电流表在运输时总要用导线把两个接线柱连在一起，是利用电磁驱动
10．在如图甲所示的电路中，螺线管匝数n=1500匝，横截面积S=20cm2。螺线管导线电阻r=1Ω，R1=4Ω，R2=5Ω，C=30。在一段时间内，穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按如图乙所示的规律变化。下列说法正确的（　　）
A．闭合S，稳定后电容器上极板带正电
B．螺线管中产生的感应电动势为1.2V
C．闭合S，稳定后电路中电流
D．断开S后，流经R2的电量为1.8×10-5C
11．如图甲所示，在磁场区域内有一正方形闭合金属线框。匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示，时磁场方向垂直于纸面向外。规定金属线框中的感应电流逆时针方向为正，边受安培力方向向右为正。则金属线框中的感应电流I及边受安培力F随时间t的变化图像正确的是（　　）
A．
B．
C．
D．
12．家用日光灯电路如图示，S为启动器，A为灯管，L为镇流器，说法正确的是（　　）
A．镇流器的作用是将交流电变为直流电
B．日光灯正常发光时，启动器的两个触片是分开的
C．日光灯发出柔和的白光是由汞原子受到激发后直接辐射的
D．在日光灯的启动阶段，镇流器能提供一个瞬时高压，使灯管开始工作
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．如图所示，有两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ固定在水平面内，导轨间的距离为d，导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，两根质量相同的金属杆1、2间隔一定的距离摆放在导轨上。现使杆1以初速度v0开始向右运动，两杆在运动过程中不会相撞且始终与导轨垂直并接触良好。已知杆1、2的电阻均为R，导轨的电阻及空气阻力均忽略不计。当杆1的速度为时，求∶
（1）杆2的速度大小；
（2）杆2受到的安培力大小和整个回路中的瞬时电功率。
14．两根间距为l的光滑的长直金属导轨MN、M′N′平行置于同一水平面内，不计导轨电阻。M、M′处接有阻值为R的电阻。质量为m、长度为l、阻值为r的金属棒AB垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中。AB在外力作用下向右以速度v匀速运动且与导轨保持良好接触。求：
（1）在AB运动距离为x的过程中，通过金属棒AB横截面的电量q；
（2）某时刻撤去外力，从撤去外力到金属棒AB停下来的过程中，电阻R产生的焦耳热Q。
15．如图所示，单匝线圈内磁场有理想边界，当磁场以B=（2-2t）T的规律变化时，有一质量为10-5kg的带电粒子静止于水平放置的平行板电容器中间，电容器两板间的距离为0.02m
，线圈的面积为0.1m2。求：重力加速度为g=10m/s2
（1）线圈产生的感应电动势大小和方向（顺时针或逆时针）
（2）带电粒子的电荷量。
16．如图所示，倾角为60°的倾斜平行轨道与竖直面内的平行圆形轨道平滑对接，轨道之间距离为L，圆形轨道的半径为r。在倾斜平行轨道上部区域有磁感应强度为B的垂直于轨道向上的匀强磁场，圆形轨道末端接有一阻值为R的定值电阻。质量为m的金属棒从距轨道最低点C的高度为H处由静止释放，已知金属棒在离开磁场区域前已经匀速运动，当金属棒运动到最低点C时对轨道的压力为，不计摩擦，不计导轨、金属棒的电阻，求：
（1）金属棒通过轨道最低点C的速度大小。
（2）金属棒中产生的感应电动势的最大值。
（3）金属棒整个下滑过程中定值电阻R上产生的热量。
（4）金属棒通过圆形轨道最高点D时轨道对它的弹力的大小。
参考答案
1．B
【详解】
A．充电基座接上有效值为220V的交流电，E0为最大值，为，A错误；
B．基座线圈和受电线圈通过互感实现能量传递，B正确；
C．在t1时刻，基座线圈电动势瞬时值最大，但变化率为零，磁场的变化率为零，故受电线圈中的电动势为零，C错误；
D．手机和基座无需导线连接，通过互感实现充电，但有一定的磁损耗、焦耳热损失等，故这样传递能量有一定损失，D错误。
故选B。
2．D
【详解】
A．动摩擦因数μ没有单位，A错误；
B．根据
劲度系数k的单位是N/m，B错误；
C．相对介电常数，没有单位，C错误；
D．根据
可推导出L的单位还可以写作
D正确。
故选D。
3．A
【详解】
根据右手定则可知，感应电流方向是；根据左手定则可知，安培力方向水平向左。
故选A。
4．B
【详解】
A．穿过回路的磁通量发生变化，但回路不闭合，则不会有感应电流产生，A错误；
B．根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍线圈原来磁通量的变化，B正确；
C．穿过闭合回路磁通量为零时，可能此时磁通量的变化率最大，因此感应电流却最大，C错误；
D．穿过闭合回路磁通量最大时，可能此时磁通量的变化率最小，因此感应电流却最小，D错误。
故选B。
5．C
【详解】
由乙图可知，0~0.25T0，外圆环电流逐渐增大且逐渐减小，根据安培定则，外圆环内部磁场方向垂直纸面向里，磁场逐渐增强且逐渐减小，根据楞次定律可知，内圆环a端电势高，所以Uab>0，根据法拉第电磁感应定律
可知，Uab逐渐减少，t=0.25T0时
所以
则
同理可知，0.25T0故选C。
6．B
【详解】
A.
铝管中将产生水平方向的感应电流，A错误；
B.
根据能量守恒定律，磁体的机械能减少，管的内能增加，增加的内能等于磁体减少的机械能，所以，磁体重力势能减少量和动能增加量的差值等于产生的内能，B正确；
C.
磁体加速向下运动时受到的磁场力向上，且逐渐增大，根据牛顿第三定律，铝管受到的磁场力向下逐渐增大，因此铝管对桌面的压力将逐渐增大，C错误；
D.
若将铝管换成塑料管，磁体在管中运动时，不产生感应电流，磁体与管无作用力，管对桌面的压力等于铝管的重力，D错误。
故选B。
7．C
【详解】
A．由右手螺旋定则可知，导线下方的磁场时垂直直面穿出，当线圈从图示位置转动90°后，磁通量向外变大，由楞次定律可得感应电流的方向为abcda，故A错误；
B．转动90°，则时间
又
得出
故B错误；
C．由B可知
则
故C正确；
D．由
联立可得
故D错误。
故选C。
8．AD
【详解】
A．、组成回路，电流相等，处在同一磁场中，因此安培力等大反向，故A正确；
B．横截面积是的两倍，因此电阻为，由
可知的电功率是的两倍，故B错误；
C．由于两棒安培力等大反向，系统所受合外力为零，动量守恒，最终两棒速度相等为v，即有
其中的质量
由动量定理对有
而通过棒的电荷量
解得
故C错误；
D．棒的电功率
当、时有最大值，且
故D正确。
故选AD。
9．BC
【详解】
A．超高压电工穿金属衣可以形成静电屏蔽所以更安全，故A错误；
B．高大建筑上的避雷针是利用尖端放电的原理，故B正确；
C．交通法规定乘客必须系好安全带，是为了放置急刹车时，人具有惯性继续向前运动，进而减少惯性带来的伤害，故C正确；
D．将电流表的短路后，表头的电磁阻尼变大，可以降低因为震动而导致的表针转动幅度，故D错误。
故选BC。
10．BD
【详解】
A．据楞次定律，当穿过螺线管的磁通量增加时，螺线管下部可以看成电源的正极，则电容器下极板带正电，故A错误；
B．由法拉第电磁感应定律可得，螺线管内产生的电动势为
故B正确；
C．电流稳定后，电流为
故C错误；
D．电键断开后流经电阻R2的电荷量为
故D正确。
故选BD。
11．BC
【详解】
AB．在0~1s内，由于B-t图像的斜率不变，则不变，根据
可知，感应电流不变，根据楞次定律可知，电流方向逆时针，为正方向电流；同理可知，在1~2s内，感应电流不变，电流方向顺时针，为负方向电流；选项A错误，B正确；
CD．ab边受安培力，根据F=BIL可知，在0~0.5s内，F=（B0-kt）IL，则F逐渐减小，且根据左手定则可知，安培力为向左，负方向；同理可知，在0.5~1s内，安培力向右正方向增加；在1~1.5s内，安培力向右正方向减小；在1.5~2s内，安培力向左负方向增加；选项C正确，D错误。
故选BC。
12．BD
【详解】
A．镇流器在启动时产生瞬时高压，在正常工作时起降压限流作用，不能将交流电转化为直流电，故A错误；
B．电路接通后，启辉器中的氖气停止放电（启辉器分压少、辉光放电无法进行，不工作），U形片冷却收缩，两个触片分离，故B正确；
C．灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动。在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光，故C错误；
D．在日光灯的启动阶段，镇流器能提供一个瞬时高压，使灯管开始工作，故D正确；
故选BD。
13．(1)；(2)，
【详解】
(1)以水平向右为正方向，金属杆1、2组成的系统水平方向受力平衡，可用动量守恒定律
解得
(2)回路中的电动势为
总电流为
杆2受到的安培力大小为
整个回路中的瞬时电功率为
14．（1）；（2）
【详解】
（1）设AB上产生的感应电动势为E，回路中的电流为I，AB运动距离x所用时间为t，则有
E＝Blv①
I＝②
t＝③
q＝It④
由①②③④解得
q＝⑤
（2）撤去力F后，导体棒AB在安培力的作用下做减速运动，直到速度为零．根据能量转化与守恒定律，导体棒的动能全部转化为电路上的焦耳热Q总
⑥
电路中，r与R为串联关系，所以R上产生的焦耳热Q与电路总焦耳热Q总有关系：
⑦
故
⑧
15．（1）0.2V，方向顺时针；（2）
【详解】
（1）根据题意
磁感应强度的变化率为
根据法拉第电磁感应定律
根据楞次定律，线圈内产生的感应电动势方向为顺时针方向；
（2）线圈相当于，电容器下极板接高电势，下极板带正电，粒子静止，则电场力等于重力，有
代入数据解得
16．（1）；（2）；（3）；（4）
【详解】
（1）设金属棒通过轨道最低点C的速度为，轨道对金属棒的支持力为，金属棒对轨道的压力为，由牛顿第二定律可知
由牛顿第三定律可知
解得
（2）由于磁场区域足够大，金属棒在重力和安培力作用下加速运动，当安培力等于重力沿倾斜轨道向下的分力时，速度最大，此时金属棒中产生的感应电动势最大，由
解得感应电动势的最大值
（3）根据能量守恒定律，在金属棒整个下滑的过程中电阻器R上产生的热量等于金属棒损失的机械能，有
解得
（4）金属棒由C点运动到D点，根据机械能守恒，有
金属棒通过圆形轨道最高点D时，设轨道对金属棒竖直向下的压力为，由牛顿第二定律有
联立解得