2022秋新教材高中物理阶段验收评价二 第二章 电磁感应粤教版选择性必修第二册（Word版含答案）

阶段验收评价（二） 电磁感应
(本试卷满分：100分)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)
1．如图是一种充电鞋的结构示意图。当人走动时，会驱动磁性转子旋转，使线圈中产生电流，产生的电流进入鞋面上锂聚合物电池。这种充电鞋的工作原理是(　　)
A．电磁感应现象
B．电流的磁效应
C．磁极间的相互作用
D．通电线圈在磁场中受力转动
解析：选A　当人走动时，会驱动磁性转子旋转，使线圈中产生电流，该过程为电磁感应现象，与电流的磁效应、磁极间的相互作用、线圈的受力无关。故选项A正确，选项B、C、D错误。
2．如图甲、乙、丙、丁所示，关于感应电流的产生及方向，下列描述正确的是(　　)
A．在图甲中，导体ad向右切割磁感线时，回路中将产生沿abcda方向的感应电流
B．在图乙中，磁铁通过图示位置向下插入螺线管中时，导线中将产生沿ba方向的感应电流
C．在图丙中，将开关闭合，电路稳定后，电流表示数恒定且不为零
D．在图丁中，通有恒定电流的长直导线及闭合线圈在同一竖直平面内，线圈向上平移时，线圈中将产生abcda方向的感应电流
解析：选B　导体向右切割磁感线时，磁场的方向向下，由右手定则可知，回路中将产生沿adcba方向的感应电流，A错误；磁铁通过题图乙所示位置向下插入螺线管中时，螺线管内磁场向下增大，根据楞次定律可知，螺线管中产生向上的磁场，根据安培定则可知导线中将产生沿ba方向的感应电流，B正确；开关闭合，电路稳定后，线圈内的磁场不变，闭合回路中磁通量的变化量为零，根据感应电流产生的条件可知，电路中没有感应电流，所以电流表示数为零，C错误；通有恒定电流的长直导线和闭合线圈在同一竖直平面内，线圈向上平移时，线圈中的磁通量保持不变，磁通量的变化量为零，所以不产生感应电流，D错误。
3.如图所示，水平地面上方有正交的匀强电场E和匀强磁场B，电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向外，等腰三角形的金属框由底边呈水平位置开始沿竖直平面的电磁场由静止开始下降，下落过程中三角形平面始终在竖直平面内，不计空气阻力，a、b落到地面的顺序是(　　)
A．a先落地　　　　　　　　B．b先落地
C．a、b同时落地 D．无法判定
解析：选A　线框下落由右手定则判断a端聚集正电荷，在电场中受电场力向下，b端聚集负电荷，受电场力向上，a先落地。
4.磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置，比靠摩擦力刹车更稳定，如图所示为该新型装置的原理图(从后面朝前看)：过山车的两侧装有铜片，停车区的轨道两侧装有强力磁铁，当过山车进入停车区时，铜片与强力磁铁的相互作用能使过山车很快停下来。下列说法正确的是(　　)
A．磁力刹车利用了电流的磁效应
B．若将铜片换成有机玻璃片，也能达到相同的刹车效果
C．磁力刹车的过程中动能转化为电能，最终转化成热能
D．过山车的质量越大，进入停车区时由电磁作用引起的刹车的阻力越大
解析：选C　磁力刹车过程会产生涡流，属于电磁感应现象，并非是电流的磁效应，故A错误；磁力刹车装置有两个磁力很强的磁铁长条，当金属片(通常是铜或铜铝合金)切割磁感线时，会在金属片内部产生涡流，这将生成一个磁场来阻碍过山车的运动，由此可知，磁力刹车的过程中动能转化为电能，这种电能最终转化成了热能，故C正确；把铜片换成有机玻璃片，由于有机玻璃不导电，因此不能形成感应磁场，从而不会对过山车的运动有阻碍作用，故B错误；过山车的速度越大，进入停车区时由电磁作用引起的刹车的阻力越大，和质量无关，故D错误。
5.如图所示，导线OA长为l，在方向竖直向上，磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω沿图中所示方向绕通过悬点O的竖直轴旋转，导线OA与竖直方向的夹角为θ。则OA导线中的感应电动势大小和O、A两点电势高低情况分别是(　　)
A．Bl2ω　O点电势高
B．Bl2ω　A点电势高
C.Bl2ωsin2θ　O点电势高
D.Bl2ωsin2θ　A点电势高
解析：选D　导线OA切割磁感线的有效长度等于OA在垂直磁场方向上的投影长度，即l′＝l·sin θ，产生的感应电动势E＝Bl′2ω＝Bl2ωsin2θ，由右手定则可知A点电势高，所以D正确。
6．在甲、乙、丙图中，除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动，图甲中的电容器C原来不带电。设导体棒、导轨的电阻和直流电源的内阻均可忽略，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)向下的匀强磁场中，导轨足够长。今给导体棒ab一个向右的初速度v0，在图甲、乙、丙三种情形下导体棒ab的最终运动状态是(　　)
A．三种情形下导体棒ab最终均做匀速运动
B．图甲、丙中，ab棒最终将以不同的速度做匀速运动；图乙中，ab棒最终静止
C．图甲、丙中，ab棒最终将以相同的速度做匀速运动；图乙中，ab棒最终静止
D．三种情形下导体棒ab最终均静止
解析：选B　题图甲中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流，从而使电容器充电，当电容器C两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棒向右做匀速运动；题图乙中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流，通过电阻R转化为内能，当ab棒的动能全部转化为内能时，ab棒静止；题图丙中，导体棒先受到向左的安培力作用做减速运动，速度减为零后再在安培力作用下向左做加速运动，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。所以B项正确。
7.如图所示，在一固定水平放置的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁，从离地面高h处，由静止开始下落，最后落在水平地面上。磁铁下落过程中始终保持竖直方向，并从圆环中心穿过圆环，而不与圆环接触。若不计空气阻力，重力加速度为g，下列说法中正确的是(　　)
A．在磁铁下落的整个过程中，圆环中的感应电流方向先逆时针后顺时针(从上向下看圆环)
B．磁铁在整个下落过程中，所受圆环对它的作用力先竖直向上后竖直向下
C．磁铁在整个下落过程中，它的机械能不变
D．磁铁落地时的速率一定等于
解析：选A　由题图可知，在磁铁下落过程中，穿过圆环的磁场方向向下，在磁铁靠近圆环时，穿过圆环的磁通量变大，在磁铁远离圆环时穿过圆环的磁通量减小，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流先沿逆时针方向，后沿顺时针方向，故A正确；由楞次定律可知，感应电流总是阻碍磁铁和圆环的相对运动，在磁铁靠近圆环的过程中为阻碍磁铁的靠近，圆环对磁铁的作用力竖直向上，在磁铁穿过圆环远离圆环的过程中，为阻碍磁铁的远离，圆环对磁铁的作用力竖直向上，则在整个过程中，圆环对磁铁的作用力始终竖直向上，故B错误；在磁铁下落过程中，圆环中产生感应电流，圆环中有电能产生，磁铁在整个下落过程中，磁铁有部分机械能转化为电能，由能量守恒定律可知，磁铁的机械能减少，故C错误；磁铁做自由落体运动时，v2＝2gh，磁铁落地时的速度v＝，由于磁铁下落时能量有损失，磁铁落地速度一定小于，故D错误。
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)
8．水力发电站和火力发电站都采用旋转磁极式发电机，但是发电机的结构一般不同。水力发电站常采用图甲所示原理的发电机，A、B、C、D均为线圈；火力发电站常采用图乙所示原理的发电机，A、B、C、D均为沿轴方向的导线。当图中固定有磁铁的转子顺时针匀速旋转到图示位置时，某同学在两图中标示了电流方向，下列说法正确的是(　　)
A．图甲中A、C线圈电流标示方向正确
B．图甲中B、D线圈电流标示方向正确
C．图乙中A、B导线电流标示方向正确
D．图乙中C、D导线电流标示方向正确
解析：选AC　题图甲中，A、B、C、D线圈中磁场均减弱，根据磁场减弱方向，结合楞次定律和安培定则，可知A、C线圈电流标示方向正确，B、D线圈电流标示方向错误，A正确，B错误；题图乙中，磁铁运动，导线切割磁感线产生电流，由右手定则可知，A、B导线电流标示方向正确，C、D导线电流标示方向错误，C正确，D错误。
9.如图所示的电路中，三个灯泡A、B、C完全相同，电感L自感系数很大，其直流电阻与定值电阻R的阻值相等，D为理想二极管(具有单向导电性)，下列判断正确的是(　　)
A．闭合开关S的瞬间，灯泡A和C同时亮
B．闭合开关S的瞬间，只有灯泡C亮
C．闭合开关S稳定后，灯泡A、C一样亮，B不亮
D．在电路稳定后，断开开关S的瞬间，灯泡B、C均要先亮一下再熄灭
解析：选BC　闭合开关的瞬间，由于二极管具有单向导电性，所以无电流通过B，由于线圈中自感电动势的阻碍，A灯逐渐亮，所以闭合开关S的瞬间，只有灯泡C亮，A错误，B正确；由于二极管具有单向导电性，电路稳定后也无电流通过B，B不亮，电感L的直流电阻与定值电阻R的阻值相等，因此电路稳定后A、C一样亮，C正确；电感L自感系数很大，其直流电阻与定值电阻R的阻值相等，所以在电路稳定后，A、C所在的两个支路的电流是相等的，断开开关S的瞬间，L由于产生自感电动势，相当于电源，反向放电灯泡B、C并联，所以B要先亮一下再熄灭，同时由于B与C并联，此时流过C的电流一定比电路稳定时的电流小，所以C不能闪亮一下，而是逐渐熄灭，D错误。
10．(2020·全国卷Ⅰ)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略。一根具有一定电阻的导体棒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趋于恒定值
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
解析：选BC　用水平恒力F向右拉动金属框，bc边切割磁感线产生感应电动势，回路中有感应电流I，bc边受到水平向左的安培力作用，设金属框的质量为M，加速度为a1，由牛顿第二定律有F－BIL＝Ma1；导体棒MN受到向右的安培力，向右做加速运动，设导体棒的质量为m，加速度为a2，由牛顿第二定律有BIL＝ma2。设金属框bc边的速度为v时，导体棒的速度为v′，则回路中产生的感应电动势为E＝BL(v－v′)，由闭合电路欧姆定律得I＝＝，F安＝BIL，可得金属框bc边和导体棒MN所受的安培力均为F安＝，二者加速度之差Δa＝a1－a2＝－＝－F安＋，随着所受安培力的增大，二者加速度之差Δa减小，当Δa减小到零时，＝·＋，之后金属框和导体棒的速度之差Δv＝v－v′＝，保持不变。由此可知，金属框的速度逐渐增大，金属框所受安培力趋于恒定值，金属框的加速度大小趋于恒定值，导体棒所受的安培力F安＝趋于恒定值，选项A错误，B、C正确；由于导体棒的速度小于金属框的速度，导体棒到金属框bc边的距离随时间的增大而增大，选项D错误。
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11．(7分)观察如图所示的实验装置，实验操作中，当导体棒AB沿着磁感线方向上下运动时，电流计指针________(选填“偏转”或“不偏转”)；当导体棒AB垂直磁感线方向左右运动时，电流计指针________(选填“偏转”或“不偏转”)；若流入电流计的电流从右接线柱进入，指针就往右偏转，则为使图中电流计指针往左偏转，导体棒AB应往________(选填“上”“下”“左”或“右”)运动。
解析：当导体棒AB沿着磁感线方向上下运动时，不切割磁感线，无感应电流产生，则电流计指针不偏转；当导体棒AB垂直磁感线方向左右运动时，切割磁感线，有感应电流产生，则电流计指针偏转；若流入电流计的电流从右接线柱进入，指针就往右偏转，则为使图中电流计指针往左偏转，即电流从左端流入，则根据右手定则可知，导体棒AB应往右运动。
答案：不偏转　偏转　右
12．(9分)在“探究电磁感应的产生条件”的实验中，先按如图甲所示连线，不通电时，灵敏电流计指针停在正中央，闭合开关S时，观察到灵敏电流计指针向左偏。然后按如图乙所示将灵敏电流计与线圈B连成一个闭合回路，将线圈A、电源、滑动变阻器和开关S串联成另一个闭合电路。
(1)图甲电路中，串联定值电阻R的主要作用是________。
A．减小电源两端的电压，保护电源
B．增大电源两端的电压，保护开关
C．减小电路中的电流，保护灵敏电流计
D．减小电路中的电流，保护开关
(2)图乙中，S闭合后，将线圈A插入线圈B的过程中，灵敏电流计的指针将________(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。
(3)图乙中，S闭合后，线圈A放在线圈B中不动，在滑动变阻器的滑片P向左滑动的过程中，灵敏电流计指针将________(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。
(4)图乙中，S闭合后，线圈A放在线圈B中不动，在突然断开S时，灵敏电流计指针将________(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。
解析：(1)电路中串联定值电阻，目的是减小电流，保护灵敏电流计，故本题答案为选项C。
(2)由题知，当电流从灵敏电流计正接线柱流入时，指针向左偏转。题图乙中S闭合后，将线圈A插入线圈B的过程中，穿过线圈B的磁场向下，磁通量变大，由楞次定律可知，感应电流从灵敏电流计正接线柱流入电流计，则灵敏电流计的指针将向左偏转。
(3)线圈A放在线圈B中不动，穿过线圈B的磁场向下，将滑动变阻器的滑片向左滑动时，穿过线圈B的磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流从灵敏电流计正接线柱流入电流计，则灵敏电流计的指针将向左偏转。
(4)线圈A放在线圈B中不动，穿过线圈B的磁场向下，突然断开S时，穿过线圈B的磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流从灵敏电流计负接线柱流入电流计，则灵敏电流计的指针将向右偏转。
答案：(1)C　(2)向左　(3)向左　(4)向右
13．(11分)如图所示，一两端闭合的正方形线圈匝数n＝10，边长L＝10 cm，所用导线每米长的阻值R0＝2 Ω，一个范围足够大的匀强磁场与线圈平面垂直，当磁感应强度以0.5 T/s均匀增大时，在线圈导线中的电流有多大？
解析：根据法拉第电磁感应定律：E＝n＝nL2
线圈的电阻：R＝n·4LR0
根据闭合电路欧姆定律：I＝
联立并代入数据解得：I＝6.25×10－3 A。
答案：6.25×10－3 A
14.(12分)如图所示，设电源的电动势E＝10 V，内阻不计，L与R的电阻值均为5 Ω，两灯泡的电阻值均为RL＝10 Ω。初始时刻S闭合，且电路稳定工作。
(1)求断开S的瞬间灯泡L1两端的电压；
(2)画出断开S前后一段时间内通过L1的电流随时间的变化规律。
解析：(1)电路稳定工作时，由于a、b两点的电势相等，导线ab上无电流通过，因此通过L的电流
IL＝＝ A＝1 A
流过L1的电流IL＝＝ A＝0.5 A
断开S的瞬间，由于线圈中的电流要维持IL不变，而L与L1组成闭合回路，因此通过L1的最大电流为1 A，此时L1两端的电压U＝IL·RL＝10 V。
(2)断开S前，流过L1的电流恒为0.5 A，而断开S的瞬间，通过L1的电流突变为1 A，而方向也发生变化，然后渐渐减小到零，所以断开S前后一段时间内通过L1的电流I随时间t的变化规律如图所示(t0为断开S的时刻)。
答案：(1)10 V　(2)见解析图
15．(15分)(2020·江苏高考)如图所示，电阻为0.1 Ω的正方形单匝线圈abcd的边长为0.2 m，bc边与匀强磁场边缘重合。磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为0.5 T。在水平拉力作用下，线圈以8 m/s的速度向右穿过磁场区域。求线圈在上述过程中
(1)感应电动势的大小E；
(2)所受拉力的大小F；
(3)感应电流产生的热量Q。
解析：(1)感应电动势E＝Blv，
代入数据得E＝0.8 V。
(2)感应电流I＝，
拉力的大小等于安培力F＝BIl
解得F＝，代入数据得F＝0.8 N。
(3)运动时间t＝，焦耳定律Q＝I2Rt
解得Q＝，代入数据得Q＝0.32 J。
答案：(1)0.8 V　(2)0.8 N　(3)0.32 J