选择性必修第二册2.2法拉第电磁感应定律 练习 （word版含答案）

选择性必修第二册 2.2 法拉第电磁感应定律
一、单选题
1．某同学在做探究性实验中，将的两个相同的磁电式电流表A、B放置水平桌面，用导线将两表连接起来，如图所示。他用手顺时针轻轻拨动电表A的指针后放手，发现电表 A、B的指针都发生了偏转。下列关于两个电表受到的安培力说法正确的是（ ）
A．电表A、B受到的安培力均做负功
B．电表A、B受到的安培力均做正功
C．电表A受到的安培力做正功，电表B受到的安培力做负功
D．电表A受到的安培力做负功，电表B受到的安培力做正功
2．如图甲所示，带缺口的刚性金属圆环在纸面内固定放置，在圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于纸面正对固定放置的平行金属板P、Q连接。圆环内有垂直于纸面变化的磁场，变化规律如图乙所示（规定磁场方向垂直于纸面向里为正方向）。图中可能正确表示P、Q两极板间电场强度E（规定电场方向由Q板指向P板为正方向）随时间t变化情况的是（　　）
A． B．
C． D．
3．闭合回路中的磁通量随时间t变化的图像分别如①②③④所示，关于回路中产生的感应电动势的下列说法正确的是（ ）
A．图①的回路中感应电动势恒定不变
B．图②的回路中感应电动势变大
C．图③的回路中时间内的感应电动势大于时间内的感应电动势
D．图④的回路中感应电动势先变大再变小
4．将一段导线绕成如图甲所示的闭合回路，并固定在水平面内。回路的ab边置于磁感应强度大小为、方向竖直向下的匀强磁场I中，回路的圆环区域内有竖直方向的磁场II，以竖直向下为磁场II的正方向，其磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示，导线的总电阻为R，圆环面积为S，ab边长为L，则下列说法正确的是（　　）
A．在0~时间内，通过ab边的电流方向先从b→a再从a→b
B．在0~时间内，流过ab边的电荷量为
C．在0~T时间内，ab边受到的安培力大小始终为
D．在0~T时间内，ab边受到的安培力方向先向右再向左
5．半径为的圆形磁场区域如图所示，左侧磁场方向垂直纸面向外，右侧磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小均为。导体棒长为，与圆磁场的直径重合。当导体棒以角速度绕其中点在纸面内顺时针转动时，导体棒两端的电势差为（　　）
A．0 B． C． D．
6．如图所示，间距为L，电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端用一阻值为R的电阻连接，导轨上横跨一根质量为m，电阻也为R的金属棒，金属棒与导轨接触良好。整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。现使金属棒以初速度沿导轨向右运动，滑行一段距离d后停下来。下列说法正确的是（　　）
A．金属棒在导轨上做匀减速运动
B．整个过程中电阻R上产生的焦耳热为
C．金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为
D．整个过程中金属棒克服安培力做功为时
7．闭合导线框的质量可以忽不计，将它从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场。若第一次用时间t拉出，外力所做的功为W1，外力的功率为P1，通过导线横截面的电荷量为q1；第二次用时间3t拉出，外力所做的功为W2，外力的功率为P2，通过导线横截面的电荷量为q2，则（　　）
A．W1=W2，P1=P2，q1C．W1=3W2，P1=9P2，q1=q2 D．W1=W2，P1=9P2，q1=q2
8．科学家们曾设想存在磁单极子，即一些仅带有N极或S极单一磁极的磁性物质。假设在P点有一个固定的N极单一磁极子，在其周围形成均匀辐射磁场，磁感线如图所示。当质量为m、半径为R的导体圆环通有恒定的电流时，恰好能静止在该磁单极子正上方，环心与P点的距离为H，且圆环平面恰好沿水平方向。已知距磁单极子r处的磁感应强度大小为，其中k为已知常量，重力加速度为g。下列选项正确的是（　　）
A．圆环静止时电流的方向为逆时针方向（俯视）
B．圆环静止时磁场对环的安培力使其有沿半径方向扩张的趋势
C．圆环静止时可由题中条件求出环中电流的大小为
D．若将圆环竖直向上平移一小段距离后由静止释放，开始下落后环中电流会先变大
9．如图甲所示，面积为0.2m2的100匝线圈处在匀强磁场中，线圈电阻r=4Ω，磁场方向垂直于线圈平面向里，已知磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示，定值电阻R=6Ω。下列说法正确的是（　　）
A．线圈中产生的感应电动势均匀增大
B．线圈有扩张的趋势
C．点电势比点电势低
D．内通过电阻的电荷量为
10．如图所示，一导体圆环位于纸面内，O为圆心。环内两个圆心角为90°的扇形区域内分别有匀强磁场，两磁场磁感应强度的大小相等，方向相反且均与纸面垂直。导体杆OM可绕O转动，M端通过滑动触点与圆环良好接触。在圆心和圆环间连有电阻R。杆OM以匀角速度逆时针转动，时恰好在图示位置。规定从b到a流经电阻R的电流方向为正，圆环和导体杆的电阻忽不计，则杆从开始转动一周的过程中，电流随变化的图象是（　　）
A． B．
C． D．
11．一个质量为m的条形磁体，磁体长为l，在磁体下方h处固定一总电阻为R的矩形线框，磁体由静止释放，当磁体上端离开线框时，速度为v，不计空气阻力，这个过程中，线框产生的焦耳热为（　　）
A．mgh B． C． D．
12．如图所示，在光滑的水平面上，有一竖直向下的匀强磁场，分布在宽度为L的区域内，现有一边长为l（lA．1：1 B．2：1 C．3：1 D．4：1
13．如图所示。在有明显边界PQ的匀强磁场外有一个与磁场垂直的正方形闭合线框。一个平行线框的力将此线框匀速地拉进磁场。设第一次速度为v，第二次速度为2v，则（　　）
A．两次拉力做的功之比为 B．两次电路的功率之比为
C．线框产生的热量之比为 D．流过线框横截面的电量之比为
14．如图所示，平行光滑金属导轨、倾斜放置，导轨平面倾角为，导轨上端接有阻值为的定值电阻，导轨间距为，整个导轨处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。一个质量为、电阻也为的金属棒放在导轨上，以大小为的初速度向上滑动，开始时金属棒的加速度大小为（为重力加速度），从开始到金属棒上升到最高处通过电阻的电荷量为，不计导轨的电阻，金属棒运动过程中始终与导轨垂直并接触良好，导轨足够长，则错误的选项是（　　）
A．匀强磁场的磁感应强度大小为
B．开始时，金属棒克服安培力的瞬时功率和克服重力的瞬时功率相等
C．金属棒沿导轨向上运动的最大距离为
D．从开始到运动到最高点的过程中，电阻中产生的焦耳热为
15．如图，U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上，ab和dc边平行，和bc边垂直。ab、dc足够长，整个金属框电阻可忽。一根具有一定电阻导体棒MN置于金属框上，用水平恒力F向右拉动金属框，运动过程中，装置始终处于竖直向下的匀强磁场中，MN与金属框保持良好接触，且与bc边保持平行。经过一段时间后（　　）
A．金属框的速度大小趋于恒定值
B．金属框的加速度大小一直变大
C．导体棒所受安培力的大小趋于恒定值
D．导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值
二、填空题
16．法拉第电磁感应定律
（1）内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的_________成正比。
（2）公式：E=n，其中n为线圈的匝数。
（3）在国际单位制中，磁通量的单位是_________，感应电动势的单位是_________。
17．如图所示，把一个用匀质电阻丝围成的线框从一匀强磁场中匀速拉出（线框原来全在磁场中），第一次拉出的速率是v，第二次拉出速率是2v，其它条件不变，则前后两次安培力功率之比是____，通过导线某一横截面的电量之比为____。
18．一个200匝、面积为20 cm2的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面垂直，若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T。在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量是______Wb；磁通量的平均变化率是________Wb/s；线圈中的感应电动势的大小是________V。
19．类比是研究问题的常用方法。如图甲所示，、是竖直放置的足够长、光滑的平行长直导轨，其间距为L。是跨接在导轨上质量为m的导体棒，定值电阻的阻值为R。空间存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。已知电容器（起初不带电）的电容为C，重力加速度为g。导体棒下落过程中始终保持水平且与导轨接触良好，不计导轨和导体棒的电阻及空气阻力。
（1）情境1：从零时刻开始，开关S接通1，同时释放导体棒，其速率v随时间t的变化规律可用方程（①式）描述，求导体棒下落的最大速率vm( )，及①式中的k。( )
（2）情境2：从零时刻开始，开关S接通2，若导体棒保持大小为的速度下落，则电容器充电的电荷量q随时间t的变化规律，与情境1中物体速率v随时间t的变化规律类似。类比①式，写出电容器充电电荷量q随时间t变化的方程( )；并在图乙中定性画出图线。( )
（3）分析情境1和情境2中电路的有关情况，完成表格中的填空。
情境1 情境2
通过导体棒电流最大值的计算式 ________ ________
导体棒克服安培力做功W与回路产生焦耳热Q的比较 W________Q（选填“>”、“<”或“=”） W______Q（选填“>”、“<”或“=”）
三、解答题
20．如图所示，两根平行光滑金属导轨和放置在水平面内，其间距，磁感应强度的匀强磁场垂直导轨平面向下。两导轨之间连接的电阻，在导轨上有一金属棒，其接入电路的电阻，金属棒与导轨垂直且接触良好。在棒上施加水平拉力使其以速度向右匀速运动，设金属导轨足够长。求：
（1）金属棒产生的感应电动势；
（2）通过电阻R的电流大小和方向；
（3）水平拉力的大小F；
21．如图，两根电阻不计、互相平行的光滑金属导轨竖直放置，相距；在水平虚线间有与导轨所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度，磁场区域的高度，导体棒a的质量ma未知、电阻；导体棒b的质量、电阻，它们分别从图中M、N处同时由静止开始在导轨上向下滑动，b匀速穿过磁场区域，且当b刚穿出磁场时a正好进入磁场并匀速穿过，取，不计a、b棒之间的相互作用，导体棒始终与导轨垂直且与导轨接触良好，求：
（1）b棒穿过磁场区域过程所用的时间；
（2）a棒刚进入磁场时两端的电势差；
（3）棒a的质量；
（4）从静止释放到a棒刚好出磁场过程中a棒产生的焦耳热。
22．如图所示，倾斜平行金属导轨与间的距离为，导轨平面与水平面间的夹角，足够长的水平平行导轨与间的距离为L，两组导轨间由导线相连并固定，图中虚线以下的倾斜导轨和水平导轨均处于垂直导轨平面向下的匀强磁场中（图中未画出），两磁场磁感应强度大小为B，导体棒b垂直放置在水平导轨上，现将导体棒a从虚线上方距虚线处垂直于导轨由静止释放，两根匀质导体棒质量均为m，接入电路中的电阻均为R，不计其他各处电阻，导体棒a未到两组导轨连接处时已达到稳定状态。已知倾斜导轨虚线以上部分和水平导轨均光滑，导体棒a与倾斜导轨虚线以下部分间的动摩擦因数，导体棒与导轨接触良好，，重力加速度为g。求：
（1）导体棒b在磁场中运动的最大加速度；
（2）导体棒a在倾斜导轨上达到稳定状态时导体棒b的速度大小；
（3）导体棒a经过两组导轨连接处（无能量损失）之后通过导体棒a的电荷量及导体棒a上产生的热量。
23．如图所示（俯视图），在绝缘的水平桌面上有三个相邻的矩形区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，区域Ⅰ、Ⅱ的宽度均为d=0.64m，区域Ⅲ的宽度足够大，M、M1、M2均为分界线。区域Ⅰ中无磁场；区域Ⅱ中有磁感应强度大小为B（值未知）、方向竖直向上的匀强磁场；区域Ⅲ中有磁感应强度大小B′=B、方向竖直向下的匀强磁场。在绝缘的桌面上固定放置两根与分界线垂直的平行金属导轨，导轨间距L=0.1m，左端接一电阻R=0.6Ω。一质量m=1kg，长度l=0.1m，电阻r=0.2Ω的导体棒AC在水平向右的恒力F作用下从分界线M处由静止开始沿导轨方向向右运动，AC以速度v0匀速通过区域Ⅱ，通过区域Ⅱ的时间t1=0.4s。已知AC与导轨间的动摩擦因数μ=0.1，取g=10m/s2，AC始终与导轨垂直且接触良好，导轨电阻不计。
（1）求区域Ⅱ内匀强磁场的磁感应强度的大小B；
（2）若AC从进入区域Ⅲ开始，经过时间t2=0.96s时，速度刚好达到2v0，求在AC由静止开始到速度为2v0的全过程中，AC中产生的电热QAC。
24．如图，两条平行的长直金属细导轨KL、PQ固定于同一水平面内，它们之间的距离为d，电阻可忽不计，ab和cd是两根质量分别为m1、m2的金属细杆，杆与导轨垂直，且与导轨良好接触，并可沿导轨无摩擦地滑动。两杆的电阻均为R，导轨和金属细杆都处于垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场中，大小为B。在杆cd的中点施加一水平恒力F，两杆都从静止开始运动，直至流过两杆中的电流不再变化，求：
（1）两杆的初始加速度分别为多少；
（2）两杆的加速度如何变化，最终的加速度分别为多少；
（3）两杆速度差的最大值为多少；
（4）当流过两杆中电流不再变化时，再经过时间t，回路中产生的热量为多少。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
2．C
3．C
4．C
5．C
6．C
7．C
8．D
9．D
10．C
11．C
12．C
13．C
14．C
15．C
16． 磁通量的变化率 韦伯（Wb） 伏（V）
17． 1：4 1：1
18． 8×10－4 1.6×10－2 3.2
19． = >
20．（1）；（2），从M通过R流向P；（3）
21．（1）；（2）；（3）；（4）
22．（1）；（2）；（3）；
23．（1）10T；（2）0.16J
24．（1）；；（2）cd杆的加速度逐渐减小；ab杆的加速度逐渐增大；最后两杆的加速度相同，最终两杆加速度均为；（3）；（4）或
答案第1页，共2页
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