人教版高中物理选修二 第2章 电磁感应 单元检测（word版含答案）

人教版高中物理选修二 第2章 电磁感应 单元检测
一、单项选择题（共6小题）
1. 利用所学物理知识，可以初步了解安检中常用的一种手持金属探测器的工作原理及 相关问题。这种手持金属探测器工作时，因其内部的探测器线圈内通有一定频率（该频率可 在固定的频率范围内调节）的正弦交变电流，产生迅速变化的磁场。如果该种探测器附近有 金属物品，在金属物品中会感应出涡流，涡流的磁场反过来影响探测器线圈中的电流，引发 探测器蜂鸣报警。金属物品中感应出的涡流越大对探测器线圈中的电流的影响越大，金属物 品中感应出涡流的大小与正弦交变电流的频率以及被检测金属物品的尺寸和导电的性能有 关。关于该种金属探测器，下列说法中正确的是
A. 金属物品中产生的涡流的变化频率与探测器线圈中的交变电流的频率可能不同
B. 当探测器中通有的交变电流频率不在工作频率范围内时，被检测金属物品中就不产 生感应电流
C. 探测器线圈中通低频率的正弦交变电流更容易检测出尺寸小、电阻率大的金属物品
D. 该种金属探测器能检测有无金属物品，但不能准确区分金属的种类
2. 随着新能源轿车的普及，无线充电技术得到进一步开发和应用，一般给大功率电动汽车充电时利用的是电磁感应原理。如图所示，由地面供电装置（主要装置有线圈和电源）将电能传送至电动汽车底部的感应装置（主要装置是线圈），该装置使用接收到的电能对车载电池进行充电，供电装置与车身接收装置之间通过磁场传送能量，由于电磁辐射等因素，其能量传输效率只能达到 左右。无线充电桩一般采用平铺式放置，用户无须下车、无须插电即可对电动汽车进行充电。目前，无线充电桩可以允许的充电有效距离一般为 ，允许的错位误差一般为 左右。下列说法正确的是
A. 无线充电桩的优越性之一是在百米开外也可以对电动汽车快速充电
B. 车身感应装置线圈中感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
C. 车身感应装置线圈中感应电流的磁场总是与地面供电装置线圈中电流的磁场方向相反
D. 若线圈均采用超导材料则能量的传输效率有望达到
3. 如图所示，水平地面上放有一半圆形铝框，处在水平向外的非匀强磁场中，场中各点的磁感应强度为 ， 为该点到地面的距离， 为常数， 为一定值，铝框平面与磁场垂直，直径 水平，不计空气阻力，在铝框由静止释放下落的过程中，下列说法正确的是
A. 铝框回路中的磁通量不变，感应电流为零
B. 回路中感应电流沿逆时针方向
C. 铝框下落的加速度大小一定小于重力加速度
D. 直径 受安培力向上，半圆弧 受安培力向下，铝框下落加速度大小可能等于
4. 如图，长为 的直导线折成边长相等，夹角为 的 形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为 。当在该导线中通以电流强度为 的电流时，该 形通电导线受到的安培力大小为
A. B. C. D.
5. 如图所示，相距为 的两水平线 和 分别是垂直于纸面向里的匀强磁场的边界，磁场的磁感应强度大小为 ，正方形线框 的边长为 （），质量为 ，电阻为 。将线框在磁场上方 处由静止释放， 边刚进入磁场和穿出磁场时的速度恰好相等。重力速度为 ，不计空气阻力。在线框全部穿过磁场的过程中，下列说法正确的是
A. 边刚进入磁场时， 两端的电压
B. 产生的热量
C. 产生的热量
D. 线框最小速度
6. 两平行金属板相距为 ，电势差为 ，一电子质量为 ，电荷量为 ，从 点沿垂直于极板的方向射出，最远到达 点，然后返回，如图所示，，则此电子具有的初动能是
A. B. C. D.
二、双项选择题（共4小题）
7. 如图所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直。导轨上有两根可沿导轨自由移动的金属棒 、 ，与导轨接触良好。金属棒 、 的运动速度分别是 、 ，若闭合导体回路中有感应电流通过，则可能
A. B. C. D. 无法确定
8. 在北半球上，地磁场竖直分量向下.飞机在我国上空匀速巡航，机翼保持水平，飞行高度不变。由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差，设飞行员左方机翼末端处的电势为 ，右方机翼末端处电势为 ，则
A. 若飞机从西往东飞， 比 高 B. 若飞机从东往西飞， 比 高
C. 若飞机从南往北飞， 比 高 D. 若飞机从北往南飞， 比 高
9. 如图所示的电路中，三个相同的灯泡 ，， 和电感 和 与直流电源连接，电感的电阻忽略不计．电键 从闭合状态突然断开时，下列判断正确的有
A. 先变亮，然后逐渐变暗 B. 先变亮，然后逐渐变暗
C. 先变亮，然后逐渐变暗 D. 、 都逐渐变暗
10. 如图1，两根光滑平行导轨水平放置，间距为 ，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为 。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从 时刻起，棒上有如图2 的变化电流 、周期为 ，电流值为 ，图1中 所示方向为电流正方向。则金属棒
A. 位移随时间周期性变化
B. 速度随时间周期性变化
C. 受到的安培力随时间周期性变化
D. 受到的安培力在一个周期内做正功
三、填空题（共1小题）
11. 上网查阅资料，按照接受太阳能辐射量的大小，全国大致可分为五类地区。
（）我国青藏高原，甘肃北部和新疆南部属于一类地区，全年日照时间为 ，太阳辐射量为 。
（）上海地区属于 地区，北京地区属于 地区。
四、解答题（共4小题）
12. 如图所示，边长为 、匝数为 的正方形金属线框，它的质量为 、电阻为 ，用细线把它悬挂于一个有界的匀强磁场边缘。金属框的上半部处于磁场内，下半部处于磁场外，磁场随时间的变化规律为 。求：
（1）线框中的电流强度为多大
（2） 时刻线框受的安培力多大
13. 如图所示，质量为 的足够长的平行金属导轨 放在光滑的绝缘水平面上，导轨的宽度为 。一电阻不计、质量为 的金属棒 放置在导轨上，并始终与导轨接触良好， 构成矩形。金属棒 与导轨间动摩擦因数为 ，其左侧有两个固定于水平面的立柱。开始时， 左侧导轨的总电阻为 ，右侧导轨单位长度的电阻为 。以 为界，其左侧匀强磁场的方向竖直向上，右侧匀强磁场的方向水平向左，磁感应强度大小均为 。在 时，一水平向左的拉力 垂直作用于导轨的 边上，使导轨由静止开始做匀加速直线运动，加速度大小为 。重力加速度为 。
（1）求回路中产生的感应电动势及感应电流随时间变化的表达式。
（2）经过多少时间拉力 达到最大值，拉力 的最大值为多少
14. 如图（），质量 、宽度 的足够长金属导轨 放在光滑的绝缘水平面上。一电阻不计，质量 的导体棒 放置在导轨上，始终与导轨接触良好， 构成矩形。棒与导轨间动摩擦因数 ，棒左侧有两个固定于水平面的立柱。开始时 左侧导轨的总电阻 ，右侧导轨单位长度的电阻 。以 为界，其左侧匀强磁场方向竖直向上，右侧匀强磁场水平向左，磁感应强度大小均为 。在 时，一水平向左的拉力 垂直作用在导轨的 边上，使导轨由静止开始做加速度 的匀加速直线运动，重力加速度 取 。求：
（1） 时， 中电流 的大小和方向；
（2） 时， 对金属导轨施加摩擦力 的大小；
（3）在图（）中定性画出拉力 随时间 的变化关系图象。要求标出相关数据，并作出说明。
15. 如图所示， 、 、 和 、 、 为两根平行的金属导轨，间距 。其中 、 和 、 部分倾斜，且与水平面间的夹角 ， 、 和 、 部分水平且光滑，并且斜面部分和水平部分均足够长。在导轨的上端接有一个标有“”的灯泡，导轨的水平部分存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小 。现有一质量 ，电阻 的导体棒 从倾斜导轨的某处由静止开始下滑（倾斜导轨的动摩擦因数 ），当棒刚好进入磁场时灯泡正好正常发光。不计连接灯泡的导线和导轨的电阻，且棒始终与导轨保持良好接触并垂直于导轨。已知 ，， 取 。求：
（1）棒进入磁场时的速度 ；
（2）棒在倾斜导轨上滑动的距离 ；
（3）棒在运动的整个过程中产生的焦耳热 。
五、实验题（共1小题）
16. 在“探究影响感应电流方向的因素”实验中，已知当电流从灵敏电流计 左端流入时，指针向左偏转。将灵敏电流计 与线圈 连接，线圈上导线绕法如图所示。
（1）将磁铁 极向下从线圈 上方竖直插入 时，灵敏电流计 的指针将 偏转（选填“向左”、“向右”或“不”）。
（2）当条形磁铁从图中虚线位置向右远离 时， 点电势 点电势（填“高于”、“等于”或“低于”）。
答案
1. D
2. B
【解析】题中给出无线充电桩可以允许的充电有效距离一般为 ，在百米开外无法充电，故A项错误；无线充电桩是通过改变地面供电装置的电流使电动汽车底部的感应装置产生感应电流，根据楞次定律可知，车身感应装置线圈中感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，故B项正确；由于不知道地面供电装置的电流是增大还是减小，故车身感应装置线圈中感应电流的磁场不一定总是与地面供电装置线圈中电流的磁场方向相反，故C项错误；由于电磁辐射等因素，传输效率不可能达到 ，故D项错误。
3. C
【解析】铝框下落，回路中的磁通量增大，根据楞次定律和安培定则，可得感应电流沿顺时针方向，选项A、B均错误；直径 受到的安培力方向向上，半圆弧 受到的安培力方向向下，且两安培力的合力向上，则铝框的加速度大小一定小于重力加速度 ，选项C正确、D错误。
4. C
【解析】导线在磁场内有效长度为 ，故该 形通电导线受到安培力大小为 ，选项C正确．
5. D
【解析】设 边刚进入磁场时速度为 ，由动能定理有 ， 边产生的感应电动势 ，又 ，解得 ，选项A错误；从 边进入磁场到 边刚出磁场边界的过程中，线框做加速度为 的匀加速直线运动，由动能定理有 ，解得 ，选项D正确；由题意可知，从 边进入磁场到 边进入磁场的过程中，线框做减速运动，由动能定理有 ，解得 ，根据运动的对称性可得，线框从 边穿出磁场到全部穿出磁场的过程中产生的热量也为 ，故整个运动过程中线框产生的热量 ，选项B、C均错误。
6. D
【解析】电子从 点运动到 点，因受电场力作用，速度逐渐减小。
根据题意和题图判断，电子仅受电场力，不计重力。
这样，我们可以用能量守恒定律来研究问题，即 。
因 ，，故 。所以D正确。
7. A， B
【解析】只要金属棒 、 的运动速度不相等，穿过闭合导体回路的磁通量就会发生变化，闭合导体回路中就会产生感应电流，故选项A、B正确；
而 时，虽然 、 都做切割磁感线运动，但穿过闭合导体回路的磁通量并没有变化，故闭合导体回路中没有感应电流产生，故选项C、D错误。
8. A， C
【解析】若飞机从西往东飞，磁场竖直分量向下，手心向上，拇指指向飞机飞行方向，四指指向左翼末端，故 ，A选项正确.
同理，飞机从东往西飞，仍是 ，B选项错误.
同理，从南往北、从北往南飞，都是 ，故C选项正确，D选项错误.
9. A， D
10. B， C
【解析】根据左手定则知，导体棒开始所受的安培力方向水平向右，根据 知，安培力在第一个 内做匀加速直线运动，在第二个 内，安培力方向水平向左，大小不变，做匀减速直线运动，根据运动的对称性知，一个周期末速度为零，金属棒的速度方向未变。知金属棒一直向右移动，先向右做匀加速直线运动，再向右做匀减速运动，速度随时间周期性变化，而位移一直增大，故A错误、B正确；
因为电流周期性变化，则安培力也周期性变化，故C正确；
在一个周期内，动能的变化量为零，则安培力在一个周期内做功为零，故D错误。
11. ；；四类；三类
12. （1）
【解析】根据法拉第电磁感应定律得： ①
②
③
联立①②③解得感应电流为： ④
（2）
【解析】根据法拉第电磁感应定律得： ①
②
③
联立①②③解得感应电流为： ④
安培力大小公式为： ⑤
将④代入⑤解得：，
根据左手定则可知，安培力方向向下。
13. （1） ；
【解析】导轨的 边运动时切割磁感线产生的感应电动势 。由于导轨做初速度为零的匀加速直线运动，则 ，。由闭合电路欧姆定律可知，回路中通过的感应电流 ，其中 。
解得 ，。
（2）
【解析】运动中导轨所受安培力的大小为 。
所受滑动摩擦力的大小为 。
对 在竖直方向由物体的平衡条件有 ，其中 。
对导轨，由牛顿第二定律有 。
解得 。
将 化为 可知，由数学知识可得当 ，即 时， 取最大值，即 。
14. （1） ；由 指向
【解析】 时，，，
，
电动势 ，
，由 指向 。
（2）
【解析】安培力 ，
受五个力，如图竖直方向平衡：，滑动摩擦力 。
（3） 任意 时刻的安培力 ，
滑动摩擦力 ，
导轨水平方向受到三个力，如图
牛顿定律：，
解出 ，
当 时， 最大，且 ，
绘出的 图象如图所示。
15. （1）
【解析】因棒进入磁场时灯泡正常发光，则通过灯泡和导体棒 的电流 ，
此时棒产生的电动势 ，
所以回路中的电流 ，
灯泡的电阻 ，联立解得 。
（2）
【解析】下滑过程中，对棒由动能定理得
。
解得 。
（3）
【解析】由能量守恒，棒进入磁场时的动能将全部转化为整个回路的焦耳热，因此棒最终将静止在磁场中。所以有 ，。
16. （1） 向左
（2） 高于
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