第2章电磁感应及其应用综合复习训练（含解析）2023——2024学年高物理鲁科版（2019）选择性必修第二册

第2章 电磁感应及其应用 综合复习训练
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．下列物理量中，属于矢量且单位用国际单位制中的基本单位表示正确的是（　　）
A．磁通量 B．磁感应强度
C．电场强度 D．自感系数
2．如图所示，竖直向上的匀强磁场中水平放置两足够长的光滑平行金属导轨，导轨的左侧接有电容器，不计电阻的金属棒ab静止在导轨上，棒与导轨垂直。时，棒在重物的牵引下开始向右运动，时，重物落地且不反弹，则棒的速度大小v、电容器所带的电荷量q、棒中安培力的冲量大小I、棒克服安培力做的功W与时间t的关系图像正确的是（　　）
A． B．
C． D．
3．如图所示，在光滑绝缘水平面上，一矩形线圈以一定的初速度穿越匀强磁场区域，已知磁场区域宽度大于线圈宽度，则线圈进、出磁场的两个过程中（　　）
A．平均加速度相等
B．克服安培力做功相等
C．速度的变化量相同
D．通过线圈的电荷量不相等
4．如图所示，电键S原来断开，电源及线圈、导线电阻均不计，电路中电流大小为I，现在闭合电键S将一个电阻短路，于是线圈中有自感电动势产生，该自感电动势（　　）
A．有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I
B．有阻碍电流增大的作用，最后电流增大到2I
C．有阻碍电流减小的作用，最后电流由I减小为零
D．有阻碍电流变化的作用，因而电流保持为I不变
5．如图所示，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，OC导体捧长为2l，O端位于圆心，棒的中点A位于磁场区域的边缘，现使导体棒绕O点在纸面内以角速度ω逆时针匀速转动，O、A、C点电势分别为、、，OC两端产生的感应电动势为E，则（　　）
A．
B．
C．
D．
6．电磁炉利用电磁感应产生的涡流，使锅底发热从而加热食物，下列有关说法正确的是（　　）
A．锅底中涡流的强弱与磁场变化的频率有关
B．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作
C．环保绝缘材料制成的锅底都可以利用电磁炉来烹饪食物
D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递减少热损耗
7．如图所示，将绝缘导线绕在柱形铁块上，导线内通以交变电流，铁块内就会产生感应电流，即涡流。当线圈内部空间的磁感线方向竖直向上，在铁块内产生（自上而下观察）沿虚线顺时针方向的涡流方向时，下列说法正确的是（　　）
A．绝缘导线中的电流正在减小
B．绝缘导线中的电流由b流向a
C．为减小涡流，可以增大交变电流的频率
D．为减小涡流，可以把铁块沿纵向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来
8．如图所示为某种售货机硬币识别系统简图。虚线框内存在磁场，从入口A进入的硬币沿斜面滚落，通过磁场区域后，由测速器测出速度大小，若速度在某一合适范围，挡板B自动开启，硬币就会沿斜面进入接收装置；否则挡板C开启，硬币进入另一个通道拒绝接收。下列说法不正确的是（　　）
A．磁场能使硬币的速度增大得更慢
B．如果没有磁场，则测速器示数会更小一些
C．硬币进入磁场的过程会受到来自磁场的阻力
D．由于磁场的作用，硬币的机械能减小
二、多选题
9．两根足够长的平行金属导轨固定在倾斜角为的斜面上，导轨电阻不计，间距为，在导轨ef和gh之间有宽度为d、方向垂直轨道平面向下的匀强磁场Ⅰ，gh线上方有垂直于轨道平面向上、磁感应强度大小为的匀强磁场Ⅱ。两根质量均为0.1kg、电阻均为的导体棒间隔为d，如图垂直导轨放置，导体棒a与gh间距为d。现同时将两根导体棒由静止释放，发现当α棒刚进入磁场Ⅰ时，两根导体棒立即开始匀速运动，b棒刚要出磁场Ⅰ时沿斜面向下的加速度为。不计一切摩擦，两棒在下滑过程中，与导轨始终接触良好，已知，重力加速度g取。下列说法正确的是（　　）
A．题中
B．磁场Ⅰ的磁感应强度
C．b棒离开磁场Ⅰ时，a棒与ef的距离为
D．从静止释放到b棒离开磁场Ⅰ的过程中，b棒产生的焦耳热为0.2J
10．如图，绝缘细线的下端悬挂着一金属材料做成的空心心形挂件，该挂件所在空间水平直线MN下方存在匀强磁场，其磁感应强度B的方向垂直挂件平面，且大小随时间均匀增大。若某段时间内挂件处于静止状态，则该段时间内挂件中产生的感应电流大小i、细线拉力大小F随时间t变化的规律可能是（　　）
A． B．
C． D．
11．如图所示，足够长的光滑平行金属导轨与水平面成角放置，导轨电阻不计，其顶端接有一电阻，底端静止一金属棒。整个装置处于方向垂直于导轨平面向下的匀强磁场中，为了使金属棒沿导轨上滑，磁感应强度开始随时间均匀变化，当金属棒运动到a处时磁感应强度开始保持不变。金属棒运动刚到a处时的速度大小为，继续滑行一段距离到达最高点b后，再返回到a处时的速度大小为。重力加速度为g，则（　　）
A．金属棒从导轨底端上滑到a的过程中，磁感应强度随时间在均匀增大
B．金属棒上滑经过ab段的加速度小于下滑经过ab段的加速度
C．金属棒上滑经过ab段和下滑经过ab段过程中，通过R的电荷量之比为1∶1
D．金属棒从a处上滑到b到再返回到a处的总时间等于
12．如图所示，在水平桌面上有一金属圆环，在它圆心正上方有一条形磁铁（极性如图所示），当条形磁铁下落时，可以判定（　　）
A．环中将产生俯视逆时针的感应电流 B．环对桌面的压力将增大
C．环有面积减少的趋势 D．磁铁将受到竖直向下的电磁作用力
三、实验题
13．甲、乙、丙三位同学分别利用如图所示的装置进行电磁感应现象的探究。
(1)如图a，甲同学在断开开关时发现灵敏电流计指针向右偏转，下列操作中同样能使指针向右偏转的有_______。
A．闭合开关
B．开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动
C．开关闭合时将A线圈从B线圈中拔出
D．开关闭合时将A线圈倒置再重新插入B线圈中
(2)如图b所示，乙同学在研究电磁感应现象时，将一线圈两端与电流传感器相连，强磁铁从长玻璃管上端由静止下落，电流传感器记录了强磁铁穿过线圈过程中电流随时间变化的图像，时刻电流为0，如图c所示。下列说法正确的是（　　）
A．在时刻，穿过线圈的磁通量的变化率为0
B．在到时间内，强磁铁的加速度大于重力加速度
C．强磁铁穿过线圈的过程中，受到线圈的作用力先向上后向下
D．在到的时间内，强磁铁重力势能的减少量等于其动能的增加
(3)丙同学设计了如图d所示的实验装置，其中R为光敏电阻（其阻值与光照强度呈负相关），轻质金属环A用轻绳悬挂，与长直螺线管共轴（A线圈平面与螺线管线圈平面平行），并位于螺线管左侧。当光照增强时，从左向右看，金属环A中电流方向为 （选填“顺时针”或“逆时针”），金属环A将 （选填“向左”或“向右”）运动。
14．几位同学利用如图所示装置探究影响感应电流方向的因素
(1)如图，请补齐连线。
(2)连接好电路，甲同学在断开开关时发现灵敏电流计指针向右偏转，下列操作中能使指针向左偏转的有________。
A．闭合开关时
B．开关闭合后将滑动变阻器的滑片向右滑动时
C．开关闭合后将B线圈从线圈中拔出时
(3)连接好电路，闭合开关，把B线圈从同样高度插到副线圈中同样的位置处，第一次快插，第二次慢插，两情况下线圈中产生的感应电动势的大小关系是 （选填“>”“<”或“=”）。
四、解答题
15．如图所示，平行光滑金属导轨间距为L，处在竖直向上的匀强磁场中，两导体棒ab、cd垂直导轨平行放置，与导轨始终接触良好，其中棒ab质量为m，棒cd质量为2m，两棒接入电路的电阻均为。开始时cd棒锁定在轨道上，对ab棒施加水平向右的恒定拉力F，经时间t其速度达到最大值v，此时解除对cd的锁定。导轨足够长且电阻不计，求：
（1）匀强磁场的磁感应强度大小；
（2）解除锁定前导体棒ab前进的距离及此过程中回路产生的焦耳热；
（3）在经过足够长时间后，两导体棒各做什么性质的运动？此时回路中的电流为多大？（两棒仍然处在匀强磁场中）
16．某半径为r的闭合导体圆环，电阻为R。将圆环垂直磁场方向置于一匀强磁场中，当磁感应强度大小B随时间t按照的规律均匀减小时（、均为已知量），求：
（1）圆环中的感应电动势E和感应电流I各为多大？
（2）在时刻圆环中张力T多大？
17．如图，两根足够长的金属导轨ab、cd竖直放置，导轨间距离为L，电阻不计。在导轨上端连接一个电阻为R的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平，且与导轨接触良好。已知某时刻后灯泡保持额定功率正常发光，重力加速度为g。求：
（1）小灯泡正常发光时导体棒的运动速率；
（2）小灯泡正常发光时功率的大小。
18．如图所示是两组固定的间距皆为d的平行金属导轨（倾角为30°的abce和光滑水平桌面上的fghj），两者在e、b两点绝缘但平滑连接。abce处于垂直导轨平面向上的匀强磁场中，ac间接一阻值为R的电阻。fh间接一恒流源（电流大小恒为I且方向如圆圈中箭头所示），fghj所在的正方形区域kpqn处于另一磁场中。正方形金属线框水平放置在fg、hj间，左侧紧靠pq。线框右侧水平导轨间有一个长度为的区域，处于竖直向下的磁感应强度为的匀强磁场中。将质量为m、电阻为R的导体棒A从倾斜导轨上某一位置静止释放，其在到达be前已达稳定速度。A始终与导轨垂直且接触良好，经过kpqn时磁场方向水平向左、磁感应强度大小（x为A到kn的距离）。已知线框质量为3m、边长为、自感系数为L，不计线框电阻；A与线框发生弹性碰撞后即撤出导轨区域。除kp、nq两段导轨动摩擦因数为外，其余部分皆光滑。求：
（1）倾斜导轨所处磁场的磁感应强度大小；
（2）A经过区域kpqn过程中摩擦产生的热量Q；
（3）线框出磁场时的速度大小。
19．新能源汽车时代一项重要的技术是动能回收系统。其原理如图甲所示，当放开加速踏板时，汽车由于惯性会继续前行，此时回收系统会让机械组拖拽发电机线圈，切割磁感线产生感应电流，当逆变器输入电压高于UC时，电机可以为电池充电，当电压低于UC时，动能回收系统关闭。将质量为M的电动汽车的动能回收系统简化为如图乙所示的理想模型，水平平行宽为L的金属导轨处于竖直方向的磁感应强度为B的匀强磁场中，金属板MN的质量等效为汽车的质量，金属棒在导轨上运动的速度等效为汽车速度，将动能回收系统的电阻等效为一外部电阻R。求：
（1）当逆变器输入电压等于UC时，汽车的速度vC；
（2）电动汽车以速度v（v>vC）开始制动时，由动能回收系统产生的加速度的大小a；
（3）电动汽车以n倍（n大于1）vC行驶时，突发情况采取紧急制动，动能回收系统开启时传统机械制动全程介入，传统机械制动阻力与车速成正比。速度降为vC时，动能回收系统关闭，传统机械制阻力变为车重的μ倍，重力加速度为g。若动能的回收率为，则
a．制动过程中被回收的动能；
b．制动过程电动汽车的总位移x。
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参考答案：
1．B
【详解】A．磁通量
可得磁通量的单位用基本单位表示应为
但磁通量为标量。故A错误；
B．磁感应强度
可得磁感应强度的单位用用基本单位表示为
故B正确；
C．电场强度
可得电场强度的单位用基本单位表示为
故C错误；
D．自感系数
可得自感系数的单位用基本单位表示为
但自感系数为标量。故D错误。
故选B。
2．A
【详解】设重物质量m0，导体棒质量m，则在任意时刻，对导体棒和重物的整体，根据牛顿第二定律有
m0g-BIL=(m+m0)a
在极短一段时间Δt内，导体棒中的感应电流
Δq=CΔU
在Δt时间内，有
ΔU=ΔE=BLΔv
联立上式可得
则在重物落地之前导体棒一直做匀加速运动，重物落地后，因导体棒两端的电压等于电容器两板间的电压，则导体棒将匀速运动；
A．由以上分析可知，导体棒先做匀加速运动，后做匀速运动，选项A正确；
B．电容器所带的电荷量，开始时
随时间逐渐增加，当重物落地后导体棒匀速运动时，电容器两板间电压保持不变，选项B错误；
C．棒中安培力的冲量大小
则在重物落地之前，棒中安培力的冲量随时间均匀增加，选项C错误；
D．安培力的功
则在重物落地之前W-t图像为抛物线，重物落地后安培力为零，则安培力的功为零，选项D错误。
故选A。
3．C
【详解】CD．设线圈进入磁场前的速度为v0、完全进入磁场的速度为v、完全离开磁场的速度为v1，前后两边的长度为L1，上下两边的长度为L2，磁感应强度为B。取向右为正，根据动量定理可得：进入磁场过程中
其中
离开磁场过程中
其中
所以有
解得
故速度变化相同，通过线圈的电荷量相等，故C正确，D错误；。
A．进入磁场时线圈的平均速度较大，时间较小，速度变化相同，可知进入磁场时平均加速度较大，故A错误；
B．进入磁场过程中线圈平均速度较大，平均电流较大，则进入磁场时的安培力大于离开磁场过程中的安培力，位移相同，可知安培力做功不相等，故B错误。
故选C。
4．B
【详解】由于开关的闭合，使得电流增加，则线圈产生反感电动势，有阻碍电流的作用，但只是减缓电流的增大，由于电阻减半，所以最后电流慢慢增加到2倍。
故选B。
5．A
【详解】导体棒绕O点逆时针匀速转动时，导体棒切割磁感线，产生感应电动势，相当于电源，由右手定则可知，O点电势高于A点电势，即。 AC段不切割磁感线，不产生感应电动势，也没有电流产生，因此A、C两点是等电势，则有，因此有，导体棒绕O点转动，AO段中间位置的线速度为
则导体棒切割磁感线产生感应电动势大小为
故选A。
6．A
【详解】A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故A正确；
B．直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故B错误；
C．锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，故C错误；
D．电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制作，D错误。
故选A。
7．D
【详解】AB．依题意，当绝缘导线中的电流由a流向b且正在增加时，柱形铁块中磁场方向如图所示，且在增强，根据楞次定律可知，此时产生的涡流为顺时针方向。故AB错误；
CD．增大交变电流的频率，可增加涡流；在感应电动势的大小一定时要减小涡流，需要增大铁块电阻，根据电阻定律可知，可减小铁块的横截面积，故可以把铁块沿纵向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来。故C错误；D正确。
故选D。
8．B
【详解】ABC．根据题意可知，硬币进入磁场和离开磁场时，穿过硬币的磁通量发生变化，硬币中产生感应电流，感应电流会阻碍硬币的相对运动，即硬币进入磁场的过程会受到来自磁场的阻力，若磁场阻力大于硬币重力沿斜面的分力，硬币将做减速运动，若磁场阻力等于硬币重力沿斜面的分力，硬币将匀速进入磁场，若磁场阻力小于硬币重力沿斜面的分力，硬币继续加速运动，但速度增加变慢，综上所述，磁场能使硬币的速度增大得更慢，如果没有磁场，则测速器示数会更大一些，故AC正确，不满足题意要求，B错误，满足题意要求；
D．根据题意可知，硬币进入磁场和离开磁场时，穿过硬币的磁通量发生变化，硬币中产生感应电流，感应电流会阻碍硬币的相对运动，对硬币做负功，使硬币的机械能减小，故D正确，不满足题意要求。
故选B。
9．BC
【详解】B．当a棒刚进入磁场I时，b棒在磁场Ⅱ中，两根金属棒均做匀速运动，受力相同，电流大小相同，速度相同，所以两个磁场的大小相同，磁场I的磁感应强度为
故B正确；
A．设a棒刚进入磁场Ⅰ时的速度为v0，根据动能定理可得
a棒匀速运动时电动势为
解得
，，
故A错误；
D．金属棒b在磁场Ⅱ中做匀速运动时产生的热量为
解得
设b棒刚要出磁场I时沿斜面向下的速度为v，由牛顿第二定律得
解得
b棒在磁场I中做变加速直线运动产生的热量为Q2，由动能定理得
解得
从静止释放到b棒离开磁场I的过程中，b棒产生的焦耳热为
故D错误；
C．设b穿过磁场I的时间为t2，根据动量定理得
解得
b棒离开磁场I时，a棒做匀加速直线运动，则
解得
故C正确。
故选BC。
10．AD
【详解】AB．根据电磁感应定律得感应电动势大小为
磁场均匀增大，则为定值，则电动势大小不变，挂件的电阻不变则感应电流不随时间改变。故A正确，B错误；
CD．根据楞次定律可知挂件中电流沿逆时针方向，则受到的安培力竖直向上，受力分析可知细线拉力
因为磁场均匀增大，电流大小不变，则图像为一条斜率为负的一次函数。故C错误，D正确。
故选AD。
11．ACD
【详解】A．根据楞次定律的推论“增缩减扩”可判断，开始时回路中磁通量在增大，磁感应强度随时间在均匀增大，故A正确；
B．金属棒在ab段滑动过程中，上滑时金属棒受到沿斜面向下的安培力
下滑时金属棒受到沿斜面向上的安培力
显然
故B错误；
C．在段上滑和下滑过程中的磁通量变化量大小相同，根据可知流经的电荷量相同，故C正确；
D．上滑时安培力的冲量为
同理可知下滑时安培力的冲量与之大小相等，方向相反，全程根据动量定理
得
故D正确。
故选ACD。
12．ABC
【详解】A．根据楞次定律可知，由于条形磁铁下部极性为N极，可以确定环中感应电流的方向是逆时针的，故A正确；
BC．磁铁向下移动，穿过环中的磁通量增大，根据楞次定律可知，环有面积减少的趋势和向后退的趋势，则环对桌面的压力将增大，故BC正确；
D．根据力的作用是相互的可知，磁铁将受到竖直向上的电磁作用力，故D错误。
故选ABC。
13．(1)CD
(2)A
(3) 逆时针 向左
【详解】（1）断开开关时，A线圈中电流迅速减小，则B线圈中磁通量减小，出现感应电流，使灵敏电流计指针向右偏转；为了同样使指针向右偏转，应减小B线圈中的磁通量或增加B线圈中反向的磁通量。
A．闭合开关，A线圈中的电流突然增大，则B线圈中的磁通量增大，A错误；
B．开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动，滑动变阻器接入电路阻值减小，A线圈中的电流增大，则B线圈中的磁通量增大，B错误；
C．开关闭合时将A线圈从B线圈中拔出，则B线圈中的磁通量减小，C正确；
D．开关闭合时将A线圈倒置，再重新插入B线圈中，则B线圈中反向的磁通量增加，D正确。
故选CD。
（2）A．时刻电流为0，说明感应电动势为零，由可知穿过线圈的磁通量的变化率为0，A正确；
B．由“来拒去留”可知在到时间内，强磁铁受到线圈向上的作用力，且初始阶段有小于重力，由
可知初始阶段强磁铁的加速度小于重力加速度，B错误；
C．由“来拒去留”可知强磁铁穿过线圈的过程中，受到线圈的作用力始终向上，C错误；
D．在到的时间内，强磁铁重力势能的减少量等于其动能的增加量加上线圈产生的内能，D错误。
故选A。
（3）[1]根据安培定则，螺线管内部磁场向右，金属环中的磁场向右，当光照增强时，热敏电阻的阻值减小，回路电流增大，金属环的磁通量增大，根据增反减同，感应电流的磁场向左，根据安培定则，从左向右看，金属环A中电流方向为逆时针；
[2]金属环A是逆时针电流，螺线管是顺时针的电流，反向电流相互排斥，金属环将向左运动。
14．(1)
(2)A
(3)>
【详解】（1）电路连线如图：
（2）甲同学在断开开关时发现灵敏电流计指针向右偏转，说明当穿过线圈A的磁通量减小时指针右偏，则：
A．闭合开关时，穿过线圈A的磁通量增加，则指针左偏，故A正确；
B．开关闭合后将滑动变阻器的滑片向右滑动时，电流减小，则穿过线圈A的磁通量减小，指针右偏，故B错误；
C．开关闭合后将B线圈从A线圈中拔出时，穿过线圈A的磁通量减小，指针右偏，故C错误；
故选A。
（3）补齐连线并闭合开关后，把B线圈从同样高度插到副线圈中同样的位置处，第一次快插，第二次慢插，因快插时磁通量的变化率较大，则感应电动势较大，则两情况下A线圈中产生的感应电动势的大小关系是>。
15．（1）；（2）；；（3）两导体棒各做匀加速运动；此时回路中的电流为
【详解】（1）当ab棒的速度最大时，则力F与安培力平衡，则
解得
（2）解除锁定前对导体棒ab有动量定理
联立解得
由能量关系可知，此过程中回路产生的焦耳热
（3）解除对cd的锁定后，cd做加速运动，回路的电流将减小，ab受安培力减小，ab也将做加速运动，当经过相当长的时间后，电路中电流稳定不变，安培力不变，则两棒的加速度不变且相等，根据
可知两棒速度差不变，则对cd棒
对ab棒
解得
16．（1），；（2）
【详解】（1）根据法拉第电磁感应定律，圆环中的感应电动势为
其中
解得
感应电流I为
（2）取圆环上长度为的一段，安培力使得圆环由扩张的趋势，则安培力沿半径向外，该小段圆环所受张力T，如图所示
该圆弧所对圆心角为，两侧张力T夹角为，由平衡条件可得
由几何关系可知
当很小时
解得
即
根据
联立，解得
时刻，磁感应强度为
解得
17．（1）；（2）
【详解】（1）金属棒下落过程中，当灯泡保持额定功率正常发光时，可知此时金属棒匀速下落，速度达到最大，则有金属棒所受安培力大小等于重力，则有
其中
联立解得导体棒的运动速率
（2）由题意可知，当灯泡保持额定功率正常发光时，灯泡两端的电压等于电动势，则有小灯泡正常发光时功率的大小为
18．（1）；（2）；（3）若，则线框向左出磁场，速度大小为；若，则线框向右出磁场，速度大小为
【详解】（1）导体棒在到达be前已达稳定速度，根据受力平衡可得
又
，
联立解得
（2）A经过区域kpqn过程中，受到的支持力为
受到的摩擦力为
可知阻力与满足线性关系，则摩擦生热为
（3）根据动能定理可得
解得导体棒离开区域kpqn时的速度为
导体棒与线框发生弹性碰撞，则有
解得弹性碰撞后，框的速度为
根据
可得
则有
可得线框受到的安培力为
若线框刚好从右侧穿过磁场，则有
解得
若，则线框向左出磁场，速度大小为；
若，则线框向右出磁场，根据动能定理可得
解得
19．（1）；（2）；（3）a．；b．
【详解】（1）由
可得汽车速度
（2）感应电动势为
电流为
安培力为
则由动能回收系统产生的加速度的大小
（3）a．制动过程中被回收的动能
b．动能回收系统开启过程中有
其中
联立可得
既
可得
动能回收系统关闭后有
则
制动过程电动汽车的总位移
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页