第二章 电磁感应 章末综合检测（Word版含答案）

人教版（2019）选择性必修第二册 第二章 章末综合检测
一、单选题
1．将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是(　　)
A．穿过线圈的磁通量大小与线圈的匝数无关
B．感应电动势的大小与线圈的匝数无关
C．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大
D．感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同
2．如图所示，同轴的两个平行导线圈M、N. M中通有如图所示的交变电流，则（ ）
A．在t1到t2时间内导线圈M、N 互相排斥
B．在t1时刻M、N 间相互作用的磁场力为零
C．在t2到t3时间内导线圈M、N 互相吸引
D．在t1时刻M、N 间相互作用的磁场力最大
3．关于涡流、电磁阻尼和电磁驱动，下列说法不正确的是（　　）
A．电表线圈骨架用铝框是利用了电磁阻尼
B．真空冶炼炉是利用涡流产热使金属熔化
C．变压器的铁芯用互相绝缘的硅钢片叠成，是利用了电磁驱动
D．交流感应电动机利用了电磁驱动
4．超导是当今科技研究的热点之一．当一块磁体靠近超导体时，超导体会产生强大的电流，从而对磁体有排斥作用，这种排斥力可以使磁体悬浮于空中，如图所示．关于磁体悬浮，下列说法中正确的是
A．磁体悬浮时，超导体使磁体处于失重状态
B．磁体靠近时，超导体中有电流，磁体悬浮时，超导体中无电流
C．磁体悬浮时，超导体中电流产生的磁场方向与磁体的磁场方向相同
D．磁体悬浮时，将其翻转180°后超导体中电流产生的磁场方向与磁体的磁场方向相反
5．一质量为m、电阻为r的金属杆ab，以一定的初速度v0从一光滑平行金属导轨底端向上滑行，导轨平面与水平面成30°角，两导轨上端用一电阻R相连，如图所示，磁场垂直斜面向上，导轨的电阻不计，金属杆始终与导轨接触良好，金属杆向上滑行到某一高度之后又返回到底端时的速度大小为v，则金属杆在滑行过程中（　　）
A．向上滑行与向下滑行的时间相等
B．向上滑行与向下滑行时电阻R上产生的热量相等
C．向上滑行与向下滑行时通过金属杆的电荷量相等
D．向上滑行与向下滑行时金属杆克服安培力做的功相等
6．某一阻值为R的导体，通过的电流大小为I时，在时间t内产生的热量为Q；若保持I、R不变，通电时间变为2t，则产生的热量为（　　）
A．4Q B．2Q C． D．
7．如图甲、乙、丙中，除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动，甲图中的电容器C原来不带电。设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计，图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面（即纸面）向里的匀强磁场中，导轨足够长。现给导体棒ab一个向右的初速度v0，在图甲、乙、丙三种情形下关于导体棒ab的运动状态，下列说法正确的是（　　）
A．图甲中，ab棒先做匀减速运动，最终做匀速运动
B．图乙中，ab棒先做加速度越来越大的减速运动，最终静止
C．图丙中，ab棒先做初速度为v0的变减速运动，然后反向做变加速运动，最终做匀速运动
D．三种情形下导体棒ab最终都匀速运动
8．如图所示，电源的电动势为E，内阻忽略不计。A、B是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数较大的线圈，直流电阻不计。关于这个电路的说法中正确的是（　　）
A．闭合开关瞬间，A、B同时变亮
B．闭合开关一会后，B比A亮
C．开关由闭合至断开，在断开瞬间，电流自右向左通过A灯
D．开关由闭合至断开，在断开瞬间，A灯闪亮一下再熄灭
二、多选题
9．对下列电学仪器的叙述正确的是
A．图甲中，电容器外壳上所标的电压是电容器的击穿电压
B．图乙中，验电器金属杆上端固定一个金属球，是为了防止出现尖端放电现象
C．图丙中，金属电阻温度计常用纯金属做成，是利用了纯金属的电阻率几乎不受温度的影响
D．图丁中，灵敏电流表在运输过程中常用导线把接线柱连在一起，是利用了电磁感应的原理
10．如图甲所示，在边长为L的正方形abcd虚线区域内，分布着方向垂直水平面向外的均匀磁场，电阻为R的圆形导体框放置在绝缘水平面上，其圆心O点与ab边的中点重合，导体框恰好有一半处于磁场中、磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示，其中B0、t0都是已知量。由于水平面粗糙，圆形导体框一直处于静止状态，下列说法正确的是（　　）
A．0~2t0时间内通过圆形导体框任一横截面的电荷量为
B．t0时刻通过导体框的电流大小为
C．2.5t0时刻，水平面对导体框的摩擦力大小为
D．0~3t0时间内，圆形导体框中产生的焦耳热为
11．如图所示，两光滑平行金属导轨MN与PQ，其间距为L，质量为m，电阻为r的直导线ab垂直跨在导轨上，且与导轨接触良好，整个装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。电路中电容器电容为C，定值电阻阻值为R，其它电阻不计。现给直导线ab一水平向右的初速度，当电路稳定后，直导线ab以速度v向右匀速运动，则（　　）
A．电容器两端的电压小于
B．电容器所带电荷量为
C．电阻两端的电压为
D．直导线的初速度为
12．如图所示，平行金属导轨与水平面间的夹角为θ，导轨电阻不计，并与阻值为R的定值电阻相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面，磁感应强度大小为B，有一质量为m、长为l的导体棒从ab位置获得平行于斜面的、大小为v的初速度向上运动，最远到达的位置，滑行的距离为s，导体棒的电阻也为R，与导轨之间的动摩擦因数为μ，则（　　）
A．上滑过程中导体棒受到的最大安培力为
B．上滑过程中通过电阻R的电量为
C．上滑过程中导体棒克服安培力做的功为
D．上滑过程中导体棒损失的机械能为
三、实验题
13．如图图甲所示，一个电阻为R的金属圆环放在磁场中，磁场与圆环所在的平面垂直，穿过圆环的磁通量随时间变化的图象如图乙所示，图中的最大磁通量Φ0和变化的周期T都是已知量．求：
(1)在一个周期T内通过金属环某一横截面的电荷量．
(2)在一个周期T内金属环中产生的热量．
(3)圆环中所产生的交流电的电流有效值．
14．用如图所示器材研究电磁感应现象和判定感应电流方向.
(1)用笔画线代替导线将实验电路补充完整____________.
(2)能使电流表指针偏转的操作是________.
A．开关闭合瞬间
B．开关闭合后快速移动滑动变阻器滑片
C．开关断开后快速移动滑动变阻器滑片
D．开关断开瞬间
四、解答题
15．如图所示，光滑平行导轨MN、M′N′固定在水平面内，左端MM′接有一个R=2Ω的定值电阻，右端与均处于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP、N′P′平滑连接于N、N′点，且半圆轨道的半径均为r=0.5m，导轨间距L=1m，水平轨道的AMN′A′的矩形区域内有竖直向下的匀强磁场，磁场区域的宽度d=1m，一个质量为m=0.2kg，电阻R0=0.5Ω，长也为1m的导体棒ab放置在水平导轨上距磁场左边界S处，在与棒垂直、大小为2N的水平恒力F的作用下从静止开始运动，导体棒运动过程中始终与导轨垂直并与导轨接触良好，导体棒进入磁场后做匀速运动，当导体棒运动至NN′时撤去F，结果导体棒ab恰好能运动到半圆形轨道的最高点PP′，重力加速度g=10m/s2．求：
(1)匀强磁场磁感应强度B的大小及S的大小；
(2)若导体棒运动到AA′时时撤去拉力，试判断导体棒能不能运动到半圆轨道上，如果不能说明理由，如果能，试判断导体棒沿半圆轨道运动时会不会离开轨道；
(3)在(2)问中最终电阻R中产生的焦耳热．
16．如图所示，两条足够长的光滑平行金属导轨所在平面与水平面的夹θ＝，间距d＝0.5m．导轨处于磁感应强度B＝2T、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中．导轨上端连接一阻值R＝2Ω的电阻，垂直导放置的质量m＝0.5kg、电阻r＝1Ω的金属棒ab在水平外力F的作用下沿导轨匀速向下运动，电压表的示数为U＝2V，导轨电阻不计，重力加速度g取10m/s2，sin＝0.6，cos＝0.8，求：
(1)金属棒的速度大小；
(2)画出金属棒的受力分析图并求出水平外力F；
(3)金属棒沿导轨下滑x＝1m的过程中，电阻R上产生的热量．
17．将一根阻值的导线弯成一个n=10匝圆形线圈，放置在磁感应强度的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直，如图甲所示，此时线圈的面积，现同时向两侧拉动线圈，使线圈的面积在时间内减小为原来的一半，如图乙所示。在上述变化过程中，求：
(1)用楞次定律分析产生的感应电流方向（写出分析步骤、过程）；
(2)线圈中感应电动势的平均值；
(3)通过导线横截面的电荷量。
18．质量为m=0.5kg的小球，从地面以速率v0=10m/s向上抛出，与距地面高h=3.2m的天花板相碰，碰后又落回抛出点，且落回时速率，设小球与天花板碰撞时间为0.2s，求小球与天花板碰撞过程中，天花板给小球的平均作用力F大小(不计空气阻力，g=10m/s2)。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【解析】
【详解】
A. 根据可知，穿过线圈的磁通量大小与线圈的匝数无关，选项A正确；
B.由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势E与线圈匝数成正比，故B错误；
C.由法拉第电磁感应定律可知，磁通量越大，感应电动势不一定越大，故C错误；
D.由楞次定律可知，磁通量增大，感应电流磁场方向与原磁场方向相反，磁通量减小，感应电流磁场方向与原磁场方向相同，因为不知磁通量是变大还是变小，因此无法判断感应电流磁场方向与原磁场方向间的关系，故D错误．
2．B
【解析】
【详解】
试题分析：在t1到t2时间内导线圈M，电流大小减小，则线圈N产生磁通量减小，则线圈M产生感应电流方向与线圈N相同，则出现相互吸引现象，故A错误；在t1时刻线圈M的磁通量的变化率为零，则线圈N中没有感应电流，所以M、N间没有相互作用的磁场力，故B正确；在t2到t3时间内导线圈M，电流大小增大，则线圈N产生磁通量增大，则线圈M产生感应电流方向与线圈N相反，则出现相互排斥现象，故C错误；在t2时刻线圈M的磁通量的变化率为最大，而线圈M中没有电流，所以M、N间没有相互作用的磁场力，故D错误；故选B.
考点：楞次定律；安培力
【名师点睛】此题考查楞次定律的应用，解题时要把两通电导线环等效为磁铁，由安培定则判断出磁铁的极性，根据磁铁磁极间的相互作用即可正确解题，也可以通过“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”的原理判断.
3．C
【解析】
【详解】
A．常用铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，起电磁阻尼作用，故A正确；
B．高频感应炉是用涡流来熔化金属对其进行冶炼的，炉内放入被冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，这时被冶炼的金属中产生涡流就能被熔化，故B正确；
C．在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象，要损耗能量，不用整块的硅钢铁芯，其目的是为了减小涡流，故C错误；
D．交流感应电动机利用电磁驱动使得线圈转动，故D正确．
4．D
【解析】
【详解】
A.排斥力可以使磁体悬浮于空中，所以超导体对磁体的力与磁体的重力平衡，而非失重状态；故A错误.
B.磁体靠近时，因电磁感应在超导体中产生感应电流；悬停时需要排斥的磁力向上说明超导体中依然有电流；故B错误.
C.超导体中电流产生的磁场方向与磁体的磁场方向相反，才产生了排斥力，故C错误；
D.磁体悬浮时总是产生排斥的磁力作用，根据楞次定律可知与磁体的极性无关；则将其翻转180°后超导体中电流产生的磁场方向与磁体的磁场方向相反；故D正确.
5．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．由于不断产生电能，棒的机械能不断减少，上滑过程与下滑过程经过同一位置时上滑的速度较大，所以上滑阶段的平均速度大于下滑阶段的平均速度，而上滑阶段的位移与下滑阶段的位移大小相等，所以上滑过程的时间比下滑过程短，故A错误。
B．上滑过程中，导体棒经过同一位置安培力较大，所以上滑过程中安培力的平均值较大，克服安培力做功较多，回路产生的总热量较多，则向上滑行时电阻R上产生的热量较多，故B错误。
C．电量
由于上行与下行过程中磁通量变化量大小相等，故上滑阶段和下滑阶段通过R的电荷量相同，故C正确；
D．金属杆克服安培力做的功等于回路产生的热量，则知向上滑行时金属杆克服安培力做的功较多，故D错误。
故选C。
6．B
【解析】
【详解】
根据焦耳定律可知
若保持I、R不变，通电时间变为2t，则产生的热量为
故选B。
7．C
【解析】
【详解】
A．题图甲中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流而使电容器充电，由于充电电流不断减小，安培力减小，则导体棒做变减速运动，当电容器C极板间电压与导体棒产生的感应电动势相等时，电路中没有电流，ab棒不受安培力，向右做匀速运动，故A错误；
B．题图乙中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流，导体棒受向左的安培力而做减速运动，随速度的减小，电流减小，安培力减小，加速度减小，最终ab棒静止，故B错误；
C．题图丙中，导体棒先受到向左的安培力作用向右做变减速运动，速度减为零后再在安培力作用下向左做变加速运动，当导体棒产生的感应电动势与电源的电动势相等时，电路中没有电流，ab棒向左做匀速运动，故C正确；
D．由以上分析可知，故D错误。
故选C。
8．C
【解析】
【详解】
AB．闭合开关瞬间，A立刻亮，但是由于线圈阻碍L和B支路电流的增加，使得B逐渐亮起来，由于两个支路的直流电阻相等，则最后B与A一样亮，选项AB错误；
CD．开关由闭合至断开，在断开瞬间，原来通过A灯的电流立即消失；由于线圈阻碍电流减小，产生自感电动势，且在L、B和A之间形成新的回路，则电流自右向左通过A灯，由于电路稳定时AB两灯电流相同，则在开关断开瞬间，A灯逐渐熄灭，但不会闪亮一下，选项C正确，D错误。
故选C。
9．BD
【解析】
【详解】
A．电容器外壳上标的电压是工作电压，又叫额定电压，这个数值比击穿电压低．故A错误．
B．验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，这是为了防止尖端放电，故B正确；
C．金属电阻温度计常用纯金属做成，是利用了纯金属的电阻率随温度的变化而变化制成的，故C错误；
D．灵敏电流表在运输的时候应该用导线把两个接线柱连一起，可以对指针（与线圈在一起）的振动起到一定的阻尼作用．故D正确；
故选BD．
考点：电容器；尖端放电；金属的电阻；灵敏电流表
【名师点睛】解答此题要知道：电容器外壳上标的电压是工作电压；当表面越尖时，电场强度越强，则越容易出现尖端放电；金属电阻温度计是利用电阻随温度的变化而变化制成的；灵敏电流表在运输的时候应该用导线把两个接线柱连一起．
10．AC
【解析】
【详解】
AB．由图甲可知线圈的有效面积为
在0~2t0时间内，由法拉第电磁感应定律感应电动势的大小为
电流
电荷量
得
选项A正确，B错误；
C．2t0~3t0时间内，由法拉第电磁感应定律感应电动势大小为
电流
2.5t0时刻导体框所受安培力大小为
由于导体框一直处于静止状态，摩擦力与安培力平衡，可知选项C正确；
D．在0~3t0时间内导体框产生的焦耳热为
Q=R·2t0+Rt0
可得
选项D错误。
故选AC。
11．BD
【解析】
【详解】
ABC．以速度v向右做匀速运动时，导线产生的感应电动势恒定，电容器不充电也不放电，电路中无电流，故电阻两端电压为零，根据闭合电路欧姆定律得知，电容器两板间的电压为
则电容器所带电荷量
AC错误B正确；
D．设直导线的初速度为，根据动量定理可得
其中
解得
D正确。
故选BD。
12．ACD
【解析】
【详解】
A．上滑过程中开始时导体棒的速度最大，受到的安培力最大为
故A正确；
B．上滑过程中的平均电流
上滑过程中通过电阻R的电量为
联立得
故B错误；
C．根据能量守恒得
上滑过程中电流做功产生的热量为
上滑过程中导体棒克服安培力做的功等于产生的热量为
故C正确；
D．上滑过程中导体棒的动能减小，重力势能增加，导体棒损失的机械能为
故D正确。
故选ACD。
13．(1) q=0　 (2) (3)
【解析】
【详解】
（1）于一个周期T内穿过金属环的磁通量变化，所以通过金属环某一横截面的电荷量
（2）0～T/3时间内和2T/3～T时间内，感应电动势大小均为：
T/3～2T/3时间内感应电动势为0
一个周期内产生的热量为：
（3）由有效值的定义可知，有效值为
14． ABD
【解析】
【分析】
(1)注意在该实验中有两个回路，一个由线圈L2和电流计串联而成，另一个由电键、滑动变阻器、电压、线圈L1串联而成．(2)要使线圈中产生感应电流，则穿过线圈的磁通量要发生变化．而线圈处于通电导线提供的磁场，所以可根据开关的或滑片的移动来判定磁通量的变化．
【详解】
(1)将大线圈和电流计串联形成一个回路，将开关、滑动变阻器、电源、小线圈串联成另一个回路即可，实物图如图所示：
(2)A、当闭合开关瞬间，电流从无到有，则细线圈有磁场，导致粗线圈的磁通量增大，从而产生感应电流；故A正确.
B、闭合开关后快速移动滑动变阻器的滑片，导致细线圈的电流变化，则粗线圈的磁通量变化从而产生感应电流；故B正确；
C、断开开关后，即使变阻器的滑动头移动，粗线圈没有磁通量也谈不上变化，所以不会产生感应电流，故C错误；
D、当开关闭合后断开瞬间，则细线圈的电流从有到无，导致粗线圈的磁通量减小，从而产生感应电流；故D正确；
故选ABD.
【点睛】
穿过线圈的磁通量，可以假想成穿过线圈磁感线的条数，则当条数发生变化时，必有感应电动势出现．而条数的变化可以电流变化，也可以线圈运动，也可以开关通断．
15．(1) , (2)不会离开半圆轨道(3)
【解析】
【分析】
（1）金属棒在磁场中匀速运动，则所受的拉力F与安培力平衡；金属导体棒恰好能运动到半圆轨道的最高点，则重力等于向心力；结合动能定理以及机械能守恒定律列式可求解B和s的大小；
（2）若导体棒运动到AA′时撤去拉力，物块以v1=5m/s的速度进入磁场，假设物块能穿过磁场区域，根据动量定理列式求解穿过磁场的速度即可判断；导体棒能进入半圆轨道，根据圆周运动恰能经过最高点的临界条件判断能否达到最高点；
（3）根据动量定理求解导体棒向左穿过磁场后的速度；根据能量守恒定律求解定值电阻上的焦耳热．
【详解】
（1）设金属棒在磁场中匀速运动的速度为v1，则导体棒产生的电动势：E=BLv1
回路的电流
根据力的平衡：F=BIL；
设金属导体棒恰好能运动到半圆轨道的最高点时速度大小为v2，根据牛顿第二定律可知：mg=m
根据机械能守恒定律：
解得B=1T，v1=5m/s
根据动能定理：
解得s=1.25m
（2）若导体棒运动到AA′时撤去拉力，物块以v1=5m/s的速度进入磁场，假设物块能穿过磁场区域，穿过磁场区域时的速度大小为v3，根据动量定理有：
即
解得v3=3m/s
假设成立，导体棒能运动到半圆轨道上；
设导体棒在半圆轨道上运动时不会离开轨道，设导体棒在半圆轨道上上升的最大高度为h，根据机械能守恒定律：
解得h=0.45m
由于h（3）在（2）问中，根据机械能守恒定律可知，导体棒从圆弧轨道上下滑后，以大小为v4=3m/s的速度再次进入磁场，设导体棒向左穿过磁场后的速度v5，根据动量定理：
解得v5=1m/s
整个过程中由能量守恒关系可知，回路中产生的焦耳热：
则定值电阻R上的热量为：
16．(1)3m/s (2) 2.5N，方向水平向右 (3)J
【解析】
【详解】
(1)根据欧姆定律可得：I
根据闭合电路欧姆定律可得：E＝I(R+r)
感应电动势E＝Bdv
解得：v＝3m/s；
(2)对金属棒受力分析如图所示
根据平衡条件可得：
mgsinθ＝BId+Fcosθ
解得：
F＝2.5N
方向水平向右；
(3)根据焦耳定律可得：
QR＝I2Rt
t
解得：
QRJ．
17．(1)见解析；(2)；(3)
【解析】
【详解】
(1)第一步，通过线圈的磁通量垂直纸面向里；
第二步，因线圈面积减小，由磁通量公式可知磁通量减小；
第三步，要阻碍磁通量变化感应电流产生的磁场垂直纸面向里；
第四步，由安培定则可知感应电流方向为顺时针（俯视观察）。
(2)由法拉第电磁感应电流可得
(3)由闭合电路欧姆定律可得回路中平均电流
通过导线横截面的电荷量
18．20N
【解析】
【分析】
【详解】
设小球与天花板碰前速度为v1，碰后速度为v2，小球上升过程
下降过程
解得
碰撞过程，取竖直向下为正方向，根据动量定理
解得天花板给小球的平均作用力
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