第二章++电磁感应+培优测试卷+-2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册(word版含答案)

第二章 电磁感应
一、单选题
1．法拉第最初发现电磁感应现象的实验装置如图所示，闭合铁芯上绕有、两个线圈，线圈与铁芯绝缘，线圈与直流电源相接，通过观察小磁针的偏转情况可判断线圈中是否有电流产生。下列说法正确的是（　　）
A．保持开关处于闭合状态，小磁针发生偏转
B．当开关闭合的瞬间，小磁针发生偏转
C．当开关断开的瞬间，小磁针不发生偏转
D．无论开关怎样改变，小磁针都不会发生偏转
2．如图所示，金属导线框每边长，每边电阻均为，线框平面与纸面平行，有界匀强磁场磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里。现用外力使线框以的速度匀速进入磁场，则进入磁场的过程中，c、d两点间的电压是（　　）
A． B． C． D．
3．美媒称，中国第三艘航母（第二艘国产航母）正在建造当中，很可能体现出优于前两艘航母的技术进步，新航母很可能比两艘“前辈”更大，并配备电磁弹射系统，允许更大，更重的飞机携带更多武器，执行更远距离任务，航母上飞机弹射起飞所利用的电磁驱动原理如图所示，当固定线圈上突然通过直流电流时，线圈左侧的金属环被弹射出去，则下列说法正确的是（　　）
A．若将金属环置于线圈的右侧，环将不能弹射出去
B．金属环向左运动过程中将有扩大趋势
C．若将电池正、负极调换后，金属环不能向左弹射
D．合上开关S的瞬间，从左侧看环中产生沿逆时针方向的感应电流
4．在生产和生活中，有时候需要利用涡流效应，有时候需要避免涡流效应，下列关于涡流应用的说法中不正确的是（　　）
A．真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B．家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的
C．阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，能减小涡流
5．单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场，若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则O~D过程中以下描述错误的是（　　）
A．线圈中O时刻感应电动势最大
B．线圈中D时刻感应电动势为零
C．线圈中D时刻感应电动势最大
D．线圈中O至D时间内平均感应电动势为0.4V
6．如图所示是法拉第在1831年做电磁感应实验的示意图，分析这个实验，下列说法中正确的是（　　）
A．闭合开关S的瞬间，电流表G中有的感应电流
B．断开开关S的瞬间，电流表G中有的感应电流
C．闭合开关S后，滑动变阻器滑动触头向左移动，电流表G中有的感应电流
D．闭合开关S后，滑动变阻器滑动触头向右移动，电流表G中有的感应电流
7．如图所示，竖直平面内有一金属圆环，半径为a，总电阻为R（指拉直时两端的电阻），磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面，环的最高点A用铰链连接长度为2a、电阻为的导体棒AB，AB由水平位置紧贴环面摆下，当摆到竖直位置时，B点的线速度为v，则这时AB两端的电压大小为（　　）
A． B． C． D．Bav
8．如图所示的电路中，，，三灯亮度相同，电源为，的交流电源，以下叙述中正确的是（　　）
A．改接，的交流电源时，灯变暗，灯变亮，灯亮度不变
B．改接，的交流电源时，灯变亮，灯变亮，灯亮度不变
C．改接的直流电源时，灯熄灭，灯变亮，灯变暗
D．改接的直流电源时，灯熄灭，灯变亮，灯亮度不变
9．如图甲所示，固定的光滑平行导轨（电阻不计）与水平面的夹角为，导轨足够长且间距L=0.5m，底端接有阻值为R=4Ω的电阻，整个装置处于垂直于导轨斜向上的匀强磁场中，一质量m=1kg、电阻r=1Ω、长度也为L的导体棒MN在沿导轨向上的拉力F作用下由静止开始运动，导轨足够长，拉力F与导体棒速率倒数的关系如图乙所示。已知g取10m/s2，则（　　）
A．v=5m/s时拉力大小为7N
B．v=5m/s时拉力的功率为140W
C．匀强磁场的磁感应强度的大小为2T
D．当导体棒的加速度a=8m/s2时，导体棒受到的安培力的大小为2N
10．用如图所示的电路来研究反电动势，水平金属导轨通过开关和电池相连，匀强磁场的磁感应强度B竖直向下，当开关闭合后，光滑导体棒由静止开始运动，与导轨始终接触良好，导体棒最终以垂直导棒的速度v匀速运动，电池的电动势为E，回路的总电阻始终为R，导轨的间距为L，导棒与金属导轨的夹角始终为53°，，下列说法正确的是（　　）
A．导体棒两端的感应电动势的方向为a→b
B．电源的电动势与导棒速度的关系为
C．当导体棒的速度为u时，反电动势为，回路中的电流为
D．当反电动势为，回路的电流为I时，能量转化关系为
11．空间中存在竖直向下的匀强磁场，有两根相互平行的金属导轨（足够长）水平放置，如图所示（俯视图）。导轨上静止放置着两金属棒AB、CD，某时刻在AB棒上施加一恒力F，使AB棒向左运动，导轨对金属棒的摩擦力不计，金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，下列说法正确的是（　　）
A．回路中有顺时针方向的电流
B．磁场对金属棒AB的作用力向左
C．金属棒CD一直做加速直线运动
D．金属棒AB先做加速度减小的加速运动，之后做匀速直线运动
12．如图所示，两宽度均为a的水平匀强磁场，磁感应强度的大小等，两磁场区域间距为4a。一个边长为a的正方形金属线框从磁场上方距离为a处由静止自由下落，匀速通过上方匀强磁场区域，之后又通过下方匀强磁场区域。已知下落过程中线框平面始终在竖直平面内，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　）
A．线框通过上、下两个磁场的过程中产生的电能相等
B．线框通过上、下两个磁场的过程中流过线框的电荷量不相等
C．线框通过下方磁场的过程中加速度的最大值与重力加速度的大小相等
D．线框通过上、下两个磁场的时间相等
二、多选题
13．如图甲所示为固定在匀强磁场中的正三角形导线框，磁场的方向与导线框所在平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示。规定垂直纸面向里为磁场的正方向，逆时针方向为线框中感应电流的正方向，水平向左为安培力的正方向，关于线框中的电流I与边所受的安培力F随时间t变化的图象（不考虑2s末和4s末线框中的电流及边的受力情况），下列选项正确的是（ ）
A． B．
C． D．
14．如图所示，光滑斜面的倾角为，斜面上放置一矩形导体线框abcd，ab边的边长为，bc边的边长为，线框的质量为m，电阻为R，线框通过绝缘细线绕过光滑的定滑轮与一重物相连，重物质量为，斜面上ef线（平行底边）的右方有垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度为B，如果线框从静止开始运动，进入磁场的最初一段时间是做匀速运动的，且线框的ab边始终平行于底边，则下列说法正确的是（　　）
A．线框进入磁场前运动的加速度为
B．线框进入磁场时匀速运动的速度为
C．线框做匀速运动的总时间为
D．该匀速运动过程中产生的焦耳热为
15．如图所示，两足够长且电阻不计的光滑金属导轨在同一水平面平行放置，虚线CD垂直于导轨，CD右边区域有竖直向上的匀强磁场B。两金属杆a、b长度与导轨宽度相等，在导轨上始终与导轨垂直且接触良好。杆a不计电阻，质量为m，杆b电阻为R，质量为2m，杆b初始位置距离虚线CD足够远。杆a从CD左边某位置以初速度vo开始向右运动，第一次杆b固定，第二次杆b自由静止。两次相比较（　　）
A．杆a最后的速度，两次都为零
B．杆a所受安培力，两次的最大值相等
C．整个过程中杆b产生的焦耳热，第一次的小于第二次的
D．整个过程中通过杆b的电荷量，第一次的大于第二次的
三、填空题
16．如图所示，先后以恒定的速度v1和v2把一个正方形金属线框水平拉出有界匀强磁场区域，且v1＝2v2，则在先后两种情况线框中的感应电动势之比E1∶E2＝_______；感应电流之比I1∶I2＝_______；产生的热量之比Q1∶Q2＝_______；通过线框某截面的电荷量之比q1∶q2＝________。
17．如图是一种风速仪示意图，试回答下列问题：
（1）有水平风吹来时磁体如何转动？（自上往下看）____________。（填“顺时针”或“逆时针”）
（2）当条形磁体转到图示位置（与线圈轴线平行）时，电流计的示数________________（填“最大”或“最小”）
四、解答题
18．如图所示，固定于水平桌面上的光滑金属柜架cdef处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，abcd构成一个边长为l的正方形，棒的电阻为r，其余部分电阻不计.开始时磁感应强度为B0，从t=0时刻起，磁感应强度均匀增大，每秒增量为k；同时给棒施加水拉力使棒保持静止。
（1）棒中的感应电流沿什么方向？水平拉力沿什么方向？
（2）求感应电流的大小；
（3）求水平拉力F与时间t的关系式。
19．如图所示，在倾角为θ＝37°的斜面上，固定一宽为L＝1.0m的平行金属导轨。现在导轨上垂直导轨放置一质量m＝0.4kg、电阻R0＝2.0Ω、长为1.0m的金属棒ab，它与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.5．整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度大小为B＝2T的匀强磁场中。导轨所接电源的电动势为E＝12V，内阻r＝1.0Ω，若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，滑动变阻器的阻值符合要求，其他电阻不计，取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8．现要保持金属棒在导轨上静止不动，求：
（1）金属棒所受安培力大小的取值范围；
（2）滑动变阻器接入电路中的阻值范围。
20．如图所示，将两根质量均为的金属棒a、b分别垂直地放在足够长的水平导轨和上，左右两部分导轨间距分别为0.5m和1m，左右两部分导轨间有磁感应强度，方向相反的匀强磁场，两棒电阻与棒长成正比，不计导轨电阻，金属棒b开始时位于图中位置，金属棒a在NQ位置，金属棒b用绝缘细线绕过光滑定滑轮和一物块c相连，c的质量，c开始时距地面的高度。物块c由静止开始下落，触地后不反弹，物块c触地时两棒速率之比，物块c下落过程中b棒上产生的焦耳热为20J，设导轨足够长且两棒始终在磁场中运动，，整个过程中导轨和金属棒接触良好，且导轨光滑，求：
（1）物块c触地时，b棒的速度大小；
（2）从b开始运动到c落地的过程中通过b棒的电荷量；
（3）从物块c触地后开始，到两棒匀速运动过程中系统产生的热量。
21．如图所示，在直角三角形ABC区域分布着磁感应强度大小为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里，总电阻为R的直角三角形金属导线框沿AB方向从A点以速度v匀速穿过磁场区域。如图所示，，，。求：
（1）时间内感应电流的方向；
（2）c、b两点间的电势差何时最大，并求出该最大值；
（3）穿过磁场过程中，求电流随时间变化的关系，并画出图像。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【解析】
【详解】
由电磁感应的规律可知，当开关S闭合或断开的瞬间，线圈M中的变化电流将激发一个变化的磁场，这个变化的磁场沿铁芯穿过线圈N，在线圈N中激发感应电流，感应电流产生的磁场将使小磁针发生偏转；开关S保持闭合状态时，线圈M中的稳定电流激发的稳定磁场，不能在线圈N中激发感应电流。
故选B。
2．B
【详解】
进入磁场的过程中，cd边切割磁感线，有
根据分压原理，有
故选B。
3．D
【详解】
A．若金属环放在线圈右侧，根据“来拒去留"可得，环将向右运动，A错误；
B．固定线圈上突然通过直流电流，穿过环的磁通量增大，根据楞次定律“增缩减扩”可知金属环被向左弹射的瞬间，还有缩小的趋势，B错误；
C．根据“来拒去留”，在线圈上突然通过直流电流时，环都会受到向左的力的作用，与电源的正负极无关，C错误；
D．线圈中电流为左侧流入，磁场方向为向右，在闭合开关的过程中，磁场变强，则由楞次定律可知，金属环的感应电流由左侧看为逆时针，D正确。
故选D。
4．B
【解析】
【详解】
A．真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在金属中产生涡流，从而产生大量的热量，熔化金属的，选项A正确，不符合题意；
B．家用电磁炉锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，选项B错误，符合题意；
C．根据楞次定律，阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，选项C正确，不符合题意；
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，能减小涡流，选项D正确，不符合题意。
故选B。
5．C
【解析】
【详解】
ABC．线圈中O时刻切线斜率最大，即磁通量的变化率为最大，则感应电动势最大；线圈中D时刻磁通量的变化率为零，则感应电动势为零，故AB正确，C错误；
D．根据法拉第电磁感应定律得
故D正确；
由于本题选择错误的，故选C。
6．C
【解析】
【详解】
AB．闭合或断开开关S的瞬间，线圈B中的磁通量不变，电流表G中没有感应电流通过，故AB错误；
CD．闭合开关S后，滑动变阻器滑动触头向左移动，线圈A中的电流减小，根据安培定则可知线圈B中的磁通量向下减小，根据楞次定律可知电流表G中有的感应电流；滑动变阻器滑动触头向右移动，根据安培定则可知线圈B中的磁通量向下增大，根据楞次定律可知电流表G中有的感应电流，故C正确，D错误。
故选C。
7．C
【解析】
【详解】
导体棒AB摆到竖直位置时，产生的感应电动势为
此时圆环两部分并联，并联电阻为
则这时AB两端的电压大小为
故ABD错误，C正确。
故选C。
8．D
【解析】
【详解】
AB．三个支路电压相同，当交流电频率变大时，电感的感抗增大，电容的容抗减小，电阻所在支路对电流的阻碍作用不变，所以流过灯泡所在支路的电流变大，流过灯泡所在支路的电流变小，流过灯泡所在支路的电流不变，故灯泡变亮，灯泡变暗，灯泡亮度不变，AB错误；
CD．改接的直流电源时，电容器隔直流，电感线圈通低频，所以灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变，C错误，D正确。
故选D。
9．C
【解析】
【详解】
AB．由题图乙可知
时，拉力
拉力的功率
故AB错误；
C．由题图乙可知，导体棒的最大速度
此时拉力最小
由
，
解得
故C正确；
D．由题图乙得
根据
，
当
时，可得
解得
故此时安培力的大小
故D错误。
故选C。
10．B
【解析】
【详解】
A．当回路中有感应电流，根据右手定则，从上向下看，流过导体棒的感应电流沿逆时针方向，即导体棒两端的感应电动势沿逆时针方向，故A错误；
B．当导体棒以速度v匀速运动时，导体棒不受安培力，回路中没有感应电流，感应电动势与电源的电动势等大反向，即
可得
故B正确；
C．当导体棒的速度为u时，反电动势
回路中的电流为
故C错误；
D．当反电动势为，回路电流为I时，由
改写为
进一步可得
故D错误。
故选B。
11．C
【解析】
【详解】
A．由右手定则可知，回路中有逆时针方向的电流，故A错误；
B．根据左手定则可知，磁场对金属棒AB的作用力向右，故B错误；
CD．金属棒CD受到水平向左的安培力，做加速运动，切割磁感线，产生顺时针方向的感应电流，两金属棒产生的感应电流方向相反，设回路总电阻为R，可得
由于刚开始金属棒速度v1较大，故回路总电流沿逆时针方向，对AB由牛顿第二定律可得
随着两金属棒的加速，速度差逐渐增大到某一值后保持不变，故金属棒先做加速度减小的加速运动，之后做匀加速直线运动；
对金属棒CD由牛顿第二定律可得
可知金属棒CD的加速度先增大后再保持不变，故金属棒CD一直做加速直线运动。故C正确，D错误。
故选C。
12．C
【详解】
A．线框匀速通过上方磁场，加速一段距离后，将减速通过下方磁场，两次通过磁场时，克服安培力做功不同，所以产生的电能不相等。A错误；
B．根据电流公式得
所以两次通过磁场流过的电荷量相等。B错误；
C．进入上方磁场时，速度为
受力分析有
进入下方磁场时，其速度为
受力分析有
解得
C正确；
D．因为线框减速通过下方磁场的过程，最小速度不小于通过上方磁场时的速度，所以通过下方磁场时的时间较短。D错误。
故选C。
13．AD
【解析】
【详解】
AB．0~2 s时间内，磁场垂直纸面向里且均匀增大，Φ均匀增大，由楞次定律可知线框中的感应电流沿逆时针方向，且是恒定的正值；2~3 s、3~4 s线框中的感应电流沿顺时针方向，且是恒定的负值，大小变为0~2 s时间内电流的5倍；4~6 s时间内，B垂直纸面向外且均匀减小，Φ均匀减小，线框中的感应电流沿逆时针方向，且是恒定的正值，故选项A正确，B错误；
CD．0~2 s时间内，感应电流恒定，B均匀增大，安培力随B均匀增大，根据左手定则可知边所受安培力方向向右，为负值；2~3 s时间内，感应电流恒定，B均匀减小，安培力随B均匀减小，边所受安培力方向向左，为正值，且2 s末安培力突变为原来的5倍；3~4 s时间内，感应电流恒定，B均匀增大，安培力随B均匀增大，边所受安培力方向向右，为负值；4~6 s时间内，感应电流恒定，B均匀减小，安培力随B均匀减小，边所受安培力方向向左，为正值，故选项C错误，D正确。
故选AD。
14．AD
【解析】
【详解】
A．由牛顿第二定律得
解得线框进入磁场前运动的加速度为
A正确；
B．由平衡条件
又
联立解得线框进入磁场时匀速运动的速度为
B错误；
C．线框做匀速运动的总时间为
C错误；
D．由能量守恒定律，该匀速运动过程中产生的焦耳热等于系统重力势能的减小量，则
D正确。
故选AD。
15．BD
【解析】
【详解】
A．当b固定时，杆a最后速度为0，当b自由时，杆a最后速度为 ，由动量守恒定律可得
解得
所以A错误；
B．两次的杆a都做减速运动，开始时切割磁感线速度最大，产生的感应电动势最大小，感应电流最大，安培力最大，有
所以杆a所受安培力，两次的最大值相等，则B正确；
C．当b固定时，产生的焦耳热为
当b自由时，产生的焦耳热为
所以C错误；
D．当b固定时，通过的电荷量为q1，由动量定理可得
又
解得
当b自由时，通过的电荷量为q2，由动量定理可得
又
解得
则整个过程中通过杆b的电荷量，第一次的大于第二次的，所以D正确。
故选BD。
16． 2：1 2：1 2：1 1：1
【解析】
【详解】
感应电动势之比
感应电流之比
产生的热量之比
通过线框某截面的电荷量之比
17． 逆时针 最小
【解析】
【详解】
（1）由图，根据塑料杯口的朝向，可知装置受到逆时针方向的风力才能转动，故有水平风吹来时磁体将逆时针方向转动．（自上往下看）
（2）当条形磁体转到图示位置（与线圈轴线平行）时，此时穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小，可知感应电动势最小，电流计的示数最小．
18．（1）棒中的感应电流由b指向a，水平拉力水平向右；（2）；（3）
【解析】
【详解】
（1）棒中的感应电流由b指向a，水平拉力水平向右。
（2）由闭合电路欧姆定律
由法拉第电磁感应定律
由题意有
而
联立以上式解得
（3）由平衡条件
由安培力公式
由题意得
联立解得
19．（1）N≤F≤8N；（2）0≤R≤30Ω
【解析】
【详解】
（1）当金属棒刚好达到向上运动的临界状态时，金属棒受到的摩擦力为最大静摩擦力，方向平行斜面向下，对金属棒受力分析，如图甲所示，此时金属棒所受安培力最大，设为F1，则有
垂直斜面方向
FN＝F1sinθ＋mgcosθ
沿斜面方向
F1cosθ＝mgsinθ＋Ffmax
又
Ffmax＝μFN
以上三式联立并代入数据可得
F1＝8N
当金属棒刚好达到向下运动的临界状态时，金属棒受到的摩擦力为最大静摩擦力，方向平行斜面向上，其受力分析如图乙所示，此时金属棒所受安培力最小，设为F2，则有
FN′＝F2sinθ＋mgcosθ
F2cosθ＋Ffmax′＝mgsinθ
Ffmax′＝μFN′
以上三式联立并代入数据可得
F2＝N
所以金属棒受到的安培力的取值范围为N≤F≤8N。
（2）因磁场与金属棒垂直，所以金属棒受到的安培力为
F＝BIL
因此有
I＝
由安培力的取值范围可知电流的取值范围为A≤I≤4A
设电流为I1＝A时滑动变阻器接入电路中的阻值为R1，由闭合电路欧姆定律，有
E－I1r＝I1（R0＋R1）
代入数据可得
R1＝30Ω
设电流为I2＝4A时滑动变阻器接入电路中的阻值为R2，由闭合电路欧姆定律，有
E－I2r＝I2（R0＋R2）
代入数据可得
R2＝0
所以滑动变阻器接入电路中的阻值范围为0≤R≤30Ω。
20．（1）8m/s；（2）1.6C；（3）28.8J
【解析】
【详解】
（1）金属棒a、b的有效长度分别为L和2L，电阻分别为R和2R，金属棒a、b串联，在任何时刻电流均相等，b棒产生的焦耳热Q2＝20 J，根据焦耳定律
Q＝I2Rt
得a棒上产生的焦耳热为
Q1＝10 J
根据能量守恒定律有
根据题意有
va∶vb＝1∶2
解得
va＝4 m/s，vb＝8 m/s
（2）对a，由动量定理
又
解得
a与b串联，相同时间通过的电量相等，所以从b开始运动到c落地的过程中通过b棒的电荷量为1.6C。
（3）物块c触地后，a棒向左做加速运动，b棒向右做减速运动，两棒最终匀速运动时电路中电流为零，即两棒切割磁感线产生的感应电动势大小相等，设磁感应强度大小为B，则
BLva′＝B·2Lvb′
得
va′＝2vb′
对两棒分别应用动量定理，有
解得
联立以上各式解得
va′＝6.4 m/s，vb′＝3.2 m/s
根据能量守恒定律，从物块c触地到两棒匀速运动的过程中系统产生的热量为
代入数据，解得
Q3＝28.8 J
21．（1）逆时针方向；（2）见解析；（3）见解析
【解析】
【详解】
（1）由楞次定律可知，时间段内金属导线框中感应电流的方向为逆时针方向。
（2）由闭合电路欧姆定律可知，当时，金属导线框全部处在磁场中，此时c、b两点的电势差最大
（3）时间段
时间段，金属导线框全部在磁场内部，磁通量不变
时间段
作图如图所示
答案第1页，共2页
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