鲁科版（2019）选择性必修第二册 第2章 电磁感应及其应用 单元测试卷（含解析）

鲁科版（2019）选择性必修第二册《第2章电磁感应及其应用》单元测试卷
一、单选题
1.如图所示，匀强磁场中固定一水平金属棒，金属棒两端点、刚好是绝缘椭圆轨道的两焦点，磁场方向垂直于椭圆面向外，一根金属丝绕过绝缘笔与、相接，金属丝处于拉直状态，且绝缘笔刚好能沿椭圆轨道运动。在绝缘笔沿椭圆轨道从到带动金属丝运动过程中，关于金属棒和金属丝的说法正确的是( )
A. 感应电流方向始终是
B. 感应电流方向始终是
C. 金属丝始终有扩张趋势
D. 金属棒所受安培力方向先向上，后向下
2.如图为电吉他中电拾音器的基本结构。磁体附近的金属弦被磁化，在金属弦振动过程中线圈会产生感应电流，经电路放大后传送到音箱发出声音，下列说法正确的是( )
A. 拾音器的工作原理是利用了电流的磁效应现象
B. 取走磁体，电吉他也能正常工作
C. 减少线圈匝数，可减小线圈中的感应电动势
D. 弦振动过程中，线圈中的电流方向不变
3.穿过一个单匝闭合线圈的磁通量随时间变化的规律如图所示，下列说法正确的是( )
A. 时间内线圈中产生的瞬时电动势在均匀增加
B. 时刻和时刻线圈中产生的瞬时电动势的方向相同
C. 时刻线圈中产生的瞬时电动势为
D. 时刻线圈中产生的瞬时电动势为
4.中国中车发布了当前世界上时速公里的高速磁浮交通系统，该系统的悬浮原理如图甲所示，牵引原理如图乙所示俯视图，图乙中在水平面上，边长为的正方形区域内存在竖直方向的匀强磁场，相邻区域内磁感应强度方向相反、大小均为，质量为的矩形金属线框处于匀强磁场中，当匀强磁场沿直线向右以速度匀速运动时，金属线框能达到的最大速度为。已知金属线框的总电阻为，边与导轨平行且长为，金属线框运动过程中受到的阻力恒为，则两者的速度差可表示为( )
A. B. C. D.
5.如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁，在磁铁正下方有一个固定在水平桌面上的闭合铜质线圈。将磁铁竖直向下拉至某一位置后放开，磁铁开始上下振动。下列说法正确的是( )
A. 磁铁振动过程中，线圈中电流的方向保持不变
B. 磁铁振动过程中，线圈对桌面的压力始终大于线圈的重力
C. 磁铁振动过程中，弹簧和磁铁组成系统的机械能守恒
D. 磁铁远离线圈时，线圈有扩张的趋势
6.如图所示，一匀强磁场区域宽，磁场方向垂直纸面向里，一边长为的正方形线框以垂直于磁场边界的恒定速度通过该磁场区域。在线框通过该磁场区域的过程中，线框速度方向始终与磁场边界垂直，线框刚进入磁场时开始计时，规定线框中电流逆时针方向为正方向，下列图线能正确反映该过程中电流强度随时间变化的规律的是( )
A. B.
C. D.
7.如图所示，是绕有两个线圈的闭合铁芯，一个线圈接电流计，另一个线圈接导轨，金属棒可沿导轨左右滑动，且始终处于匀强磁场中，导轨的电阻不计，在下列情况下，有电流从下向上通过电流计的是( )
A. 向右匀速运动时 B. 向左减速运动时 C. 向左加速运动时 D. 向右减速运动时
8.电磁炉是目前家庭常用的炊具，具有无明火、无污染、高效节能等优点。某同学依据电磁炉原理自己制作了一个简易电磁炉，其结构简图如图乙所示。在线圈上放置一盛有冷水的金属杯，接通交流电源，一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是( )
A. 家用电磁炉工作时，利用其面板产生的涡流来加热食物
B. 家用电磁炉的锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷的导热性能较差
C. 简易电磁炉工作时，利用自感产生的电流来加热水
D. 仅增大简易电磁炉所接交流电源的频率，可以缩短从开始加热到水达到沸腾的时间
9.如图所示，空间存在垂直纸面向里的有界匀强磁场，磁场区域宽度为，以磁场左边界为坐标原点建立轴。一边长为的正方形金属线框，在外力作用下以速度匀速穿过匀强磁场。从线框边刚进磁场开始计时，线框中产生的感应电流、线框边两端的电压随位移的变化图像正确的是( )
A. B.
C. D.
10.卡是一种基于芯片的智能卡，内部集成了处理器、存储器和加密模块等多个组件，正常工作电流约为，其天线为如图所示的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大，共匝，其边长分别为、和，正常工作时匀强磁场垂直穿过线圈，磁感应强度的变化率为，则卡工作时的功率约为( )
A. B. C. D.
11.年月我国首颗高精度地磁场探测卫星投入使用，该卫星将大幅提高我国地球磁场探测技术水平。地磁场的磁感线从地理南极出发，回到地理北极，磁感线分布如图所示。在地面上不太大范围内，地磁场都可以看成是匀强磁场。设在北京某处有一个半径为、总电阻为的单匝闭合线圈，初始状态线圈水平放置，线圈所在位置地磁场的磁感应强度大小为，方向与线圈面成。若以东西方向的直径为轴，从东向西看，把线圈逆时针转过，如图所示，则此过程通过回路截面的电荷量为( )
A. B.
C. D.
12.某空间中存在一个有竖直边界的方向水平的匀强磁场区域，现将一个如图所示的等腰梯形闭合导线圈，从图示位置沿垂直于磁场的方向以速度匀速拉过这个区域。磁场区域宽度为，取向右为力的正方向，图中能正确反映该过程线圈所受安培力随时间变化的是( )
A. B.
C. D.
13.如图所示，足够长的磁铁在空隙产生一个径向辐射状磁场，一个圆形细金属环与磁铁中心圆柱同轴，由静止开始下落，经过一段时间，速度达最大值，此过程中金属环面始终水平。已知金属环质量为、半径为、电阻为，金属环下落过程中所经过位置的磁感应强度大小均相等，重力加速度大小为，不计空气阻力，则( )
A. 在俯视图中，金属环中感应电流沿逆时针方向
B. 金属环中最大的感应电流大小为
C. 金属环下落过程中所受重力的冲量等于其动量变化量
D. 金属环下落速度为时的热功率为
14.高速铁路列车通常使用磁力刹车系统。磁力刹车工作原理可简述如下：将磁铁的极靠近一块正在逆时针方向旋转的圆形铝盘，使磁感线垂直铝盘向内，铝盘随即减速，如图所示。图中磁铁左方铝盘的甲区域虚线区域朝磁铁方向运动，磁铁右方铝盘的乙区域虚线区域朝离开磁铁方向运动。下列有关铝盘刹车的说法正确的是( )
A. 铝盘甲区域的感应电流产生垂直铝盘向里的磁场
B. 铝盘乙区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场
C. 磁铁与甲、乙两区域的感应电流之间的作用力，都会使铝盘减速
D. 若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，则磁铁对空洞铝盘的作用力更大
二、填空题
15.在磁感应强度均为的匀强磁场中，图甲、图乙、图丙三幅图中金属导体产生的感应电动势的大小分别为______、______、______。用、、、表示
16.如图所示，水平地面平面下有一根平行于轴且通有恒定电流的长直导线。、和为地面上的三点，点位于导线正上方，平行于轴，平行于轴。一闭合的圆形金属线圈，圆心在点，可沿不同方向以相同的速率做匀速直线运动，运动过程中线圈平面始终与地面平行。则点的磁感应强度______选填“大于”“小于”或“等于”点的磁感应强度，线圈从到过程的感应电动势______选填“大于”“小于”或“等于”从到过程的感应电动势。
17.如图所示，一线圈处于一均匀增强的磁场中，线圈匝数为，横截面积为，线圈电阻为，磁感应强度随时间的变化率为，磁场方向水平向右且与线圈平面垂直，电容器的电容为，两个电阻的阻值均为。则电容器上极板带______选填“正电”或“负电”，电容器所带的电荷量为______。
18.如图所示，线圈竖直放在绝缘的地面上，两端与灵敏电流计相连。电流计中通过由到的电流时，指针向右偏转。则条形磁铁从线圈内拔出的过程中，请判断：
穿过线圈的磁通量将______选填“增大”“减小”或“不变”；
灵敏电流计的指针会向______选填“左”或“右”偏转；
地面对线圈的支持力______选填“大于”“小于”或“等于”线圈的重力。
19.某飞机正在地球北半球飞行，机翼保持水平，飞行高度不变，已知北半球地磁场的竖直分量向下，由于地磁场的作用，飞机两侧金属机翼末端之间存在电势差。设飞行员左方机翼末端处的电势为，右方机翼末端处的电势为，若飞机从西往东飞，则 ______选填“”“”或“”，若飞机从南往北飞，则 ______选填“”“”或“”。
20.如图所示，一足够长通电直导线固定在光滑水平面上，一质量为的硬质金属环在该平面上运动，初速度大小为，方向与导线的夹角为，则该金属环最多产生______的热量。
三、计算题
21.如图所示，有一对足够长的倾斜光滑导轨，倾角，间距，导轨电阻不计整个导轨处在垂直轨道平面向下的匀强磁场中，磁感应强度导轨上端接一阻值的定值电阻，有一质量，，长度也是的金属棒放在导轨上，从静止释放，与导轨接触良好，．
求金属棒能达到的最大速度
当金属棒下滑距离时已达到最大速度，求此过程中整个回路产生的热量．
22.如图为法拉第圆盘发电机的示意图，铜质圆盘安装在水平铜轴上，两铜片、分别与转动轴和圆盘的边缘接触。圆盘处于水平向右的匀强磁场中，圆盘平面与磁感线垂直，从左向右看，圆盘以角速度沿顺时针方向匀速转动。已知匀强磁场的磁感应强度大小为，圆盘半径为，定值电阻的阻值为。
判断通过电阻 的电流方向及这个发电机的电动势；
如果圆盘不转动，使磁场的磁感应强度以规律变化为常数，请判断圆盘上是否产生了感应电流？是否有电流通过电阻 ？
23.在研究自感现象时，自感系数较大的线圈一般都有直流电阻，某同学利用如图甲所示的电路采用伏安法测定线圈的直流电阻，在实验测量完毕后，将电路拆去时应______
A.先断开开关 先断开开关C.先拆去电流表 先拆去电阻
如图乙所示是甲同学研究自感现象的实验电路图，并用电流传感器显示出在时断开开关前后一段时间内各时刻通过线圈的电流如图丙。已知电源电动势，内阻不计，灯泡的阻值为，电阻的阻值为。
、开关断开时，流过灯泡的电流方向______左到右、右到左，该同学观察到的现象为______，
、线圈的直流电阻为______断电瞬间线圈的自感电动势为______。
24.如图所示的电路是研究断电自感现象的常用电路，线圈的直流电阻为，灯泡的电阻可视为恒定，大小为，且，电源电动势为，内阻为，设图中箭头所示的方向为电流的正方向。将开关闭合，待电路达到稳定后，设通过线圈的电流为，通过灯泡的电流为，和的大小未知。然后在时刻将开关断开，求：
开关断开的瞬间通过自感线圈的电流的大小用、、和表示；
流过灯泡的电流随时间变化的图象是图中的哪一个？
开关断开的瞬间自感线圈中的自感电动势的大小，并判断其正极在左端还是右端。
25.如图所示，光滑平行金属导轨的水平部分处于经直向下的匀强磁场中，磁感应强度。两导轨间距为，导轨足够长。金属棒和的质量分别为、，电阻分别为、。棒静止于导轨水平部分，现将棒从高处自静止沿弧形导轨下滑，通过点进入导轨的水平部分，已知两棒在运动过程中始终保持与导轨垂直且接触良好，两棒始终不相碰。重力加速度。求：
棒刚进入磁场时，棒的加速度大小
从棒进入磁场到棒匀速运动的过程中，流过棒的电荷量
从棒进入磁场到棒匀速运动的过程中，棒中产生的焦耳热。
答案和解析
1.【答案】
【解析】在绝缘笔沿椭圆轨道从到带动金属丝运动过程中，的面积先增大后减小，磁感应强度不变，根据磁通量的公式可知，磁通量先增加后减少，由楞次定律可知感应电流方向先沿顺时针后沿逆时针，故AB错误；
C.根据“增缩减扩”，可知金属丝先有收缩趋势后有扩张趋势，故C错误；
D.金属棒中的感应电流先向左后向右，根据左手定则可知，金属棒所受安培力方向先向上后向下，故D正确。
故选：。
2.【答案】
【解析】拾音器由磁铁和线圈组成，钢弦被磁化，具有磁性，弹动钢弦，相当于线圈切割磁感线，产生对应音频电流，利用了电磁感应原理，故A错误；
B.取走磁体，就没有磁场，振弦不能切割磁感线产生电流，电吉他将不能正常工作，故B错误；
C.根据法拉第电磁感应定律，减少线圈的匝数可以减小线圈中的感应电动势，故C正确；
D.弦振动过程中，螺线管磁通量有增加过程，有减小过程，所以线圈中电流方向变化，故D错误。
故选：。
3.【答案】
【解析】由题图可以看出，时间内图线斜率不变，即不变，结合法拉第电磁感应定律的表达式，可知线圈中产生的瞬时电动势不变，故A错误；
B.在本题中，图线斜率的正负表示线圈中产生的感应电动势的方向，时刻图线斜率为正值，时刻图线斜率为负值，则这两个时刻线圈中产生的瞬时电动势的方向相反，故B错误；
C.时刻线圈中产生的瞬时电动势等于此时刻图线斜率的绝对值，则时刻线圈中产生的瞬时电动势，故C正确；
D.时刻穿过线圈的磁通量为，但图线的斜率不为，瞬时电动势不为，故D错误。
故选：。
4.【答案】
【解析】磁场以速度向右匀速运动时，金属线框能达到的最大速度为，此时金属框相对于磁场的运动速度大小为，回路中产生的感应电动势等于、边分别产生感应电动势之和，即有
根据闭合电路欧姆定律可得，此时金属框中产生的感应电流大小为
金属框的两条边和都受到安培力作用，边长等于说明和边处于的磁场方向一直相反，电流方向也相反，根据左手定则可知，它们所受安培力方向一致，所以金属框受到的安培力大小为
当金属框速度最大时，安培力与摩擦力平衡，由平衡条件可得
联立解得，故A正确，BCD错误。
故选：。
5.【答案】
【解析】磁铁向下振动过程中，穿过线圈的磁通量向下增大，磁铁向上振动过程中，穿过线圈的磁通量向下减小，由楞次定律可知，线圈中电流的方向会变化，故A错误；
B.磁铁振动过程中，由“来拒去留”的规律，可知磁铁向下振动过程中，线圈对桌面的压力大于重力，磁铁向上振动过程中，线圈对桌面的压力小于重力，故B错误；
C.磁铁振动过程中，由于线圈中产生了感应电流，即有电能产生，由能量守恒定律，可知弹簧和磁铁组成系统的机械能会一直减小，故C错误；
D.磁铁靠近线圈时，由“增缩减扩”的规律，可知线圈有收缩的趋势，故D正确；
故选：。
6.【答案】
【解析】线框进入磁场过程，时间为：，根据楞次定律判断可知感应电流方向是逆时针方向，为正；
感应电流大小为：，则知不变；
线框完全在磁场中运动过程：磁通量不变，没有感应产生，经历时间为：
线框穿出磁场过程，时间为：，感应电流方向是顺时针方向，为负，
感应电流大小为：，则知不变。
综上所述可知，C正确、ABD错误。
故选：。
7.【答案】
【解析】、当向右匀速运动时，根据法拉第电磁感应定律，可知右边线圈会产生恒定的感应电流，铁芯内部的磁场恒定，左边的线圈中不会产生感应电流，故A错误；
、金属棒向右加速运动时，由右手定则判断可知，棒中产生向上的感应电流，而且感应电流增大，电流产生的磁感应强度增大，穿过右侧线圈磁场向下，磁通量增大，由楞次定律可知，通过的电流向上；同理当金属棒向左减速运动时，通过的电流向上；当金属棒向左减速运动时，通过的电流向下，故B正确，CD错误；
故选：。
8.【答案】
【解析】家用电磁炉工作时，通过金属杯的磁通量发生变化，金属杯产生的涡流，利用涡流来加热食物或者水，是互感现象，AC错误；
B.家用电磁炉的锅用铁而不用陶瓷材料，主要是因为陶瓷不能产生涡流，金属锅能产生涡流，B错误；
D.仅增大简易电磁炉交流电的频率，通过金属杯的磁通量变化率增大，感应电动势增大，感应电流增大，电功率增大，可以缩短水达到沸腾的时间，D正确。
故选D。
9.【答案】
【解析】进入磁场的过程中，，完全进入磁场的过程中，边的电势差，出磁场的过程中，边的电势差，故D正确。
10.【答案】
【解析】由图可知，每匝线圈相当于一个电源，匝线圈为串联关系，根据法拉第电磁感应定律可得
已知，，，，代入上式解得：
卡工作时的功率为，故ABD错误，C正确。
故选：。
11.【答案】
【解析】线圈从图示位置开始，以直径为轴转过的过程中，穿过线圈的磁通量变化量为
根据法拉第电磁感应定律得
根据闭合电路欧姆定律得
通过线圈的电荷量为
联立上式有
，故A正确，BCD错误。
故选：。
12.【答案】
【解析】根据楞次定律知：感应电流总要阻碍导体和磁场间的相对运动，所以线圈所受安培力一直向左，为负值。
设线圈的电阻为，线框切割磁感线的有效长度为，则安培力大小为，方向向左。
在这段时间内，有效长度从开始均匀增大到，所以增大，且图像斜率的绝对值增大；
在这段时间内，有效长度始终等于，所以大小不变；
在这段时间内，有效长度从开始均匀增大到，所以增大，且图像斜率的绝对值增大．
综上所述，图正确，故A正确，BCD错误。
故选：。
13.【答案】
【解析】、根据右手定则，在圆环上取一段分析可知环中感应电流沿顺时针方向，故A错误；
B、当重力等于安培力时，环下落的速度最大，此时感应电流最大，根据：，所以最大电流为，故B正确；
C、环下落过程中受重力和安培力作用，做加速运动直到速度最大，加速过程中由动量定理可知，，那么重力的冲量大于其动量变化，故C错误；
D、从静止开始到速度为，根据功能关系和动能定理有：，两边同除以时间可以得到：，即热功率小于重力的功率，故D错误。
故选：。
14.【答案】
【解析】A.铝盘甲区域中的磁通量增大，由楞次定律可知，甲区域感应电流方向为逆时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向外，故A错误；
B.铝盘乙区域中的磁通量减小，由楞次定律可知，乙区域感应电流方向为顺时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向里，故B错误；
C.由“来拒去留”可知，磁铁与感应电流之间有相互阻碍的作用力，则会使铝盘减速，故C正确；
D.若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，这样会导致涡流产生的磁场减弱，则磁铁对空洞铝盘所产生的减速效果明显低于实心铝盘，故D错误。
15.【答案】
【解析】图甲产生的感应电动势为，乙图中的感应电动势为，丙图中的感应电动势为。
故答案为：，，。
16.【答案】等于 小于
【解析】由于水平地面下的导线为通有恒定电流的长直导线，且平行于轴，而也平行于轴，所以点与点的磁感应强度大小相等，方向相同。线圈从到过程和从到过程，穿过线圈的磁通量变化量相同，而到和点的距离，又速率相同，可知从到和的时间满足，根据法拉第电磁感应定律可知，线圈从到过程产生的感应电动势小于从到过程产生的感应电动势。
故答案为：等于，小于。
17.【答案】正电
【解析】由楞次定律可知，线圈中感应电流的磁场方向向左。由安培定则易知电容器上极板带正电；通过线圈的电流大小，又，故电容器所带的电荷量。
故答案为：正电，。
根据楞次定律和法拉第电磁感应定律以及电容的定义式列式求解。
考查楞次定律和法拉第电磁感应定律以及电容的定义式，会根据题意进行准确分析解答。
18.【答案】减小； 左； 小于
【解析】条形磁铁从线圈内拔出的过程中，穿过线圈的磁通量将减小；
条形磁铁从线圈内拔出的过程中，穿过线圈的磁通量向下且减小，根据楞次定律可知，线圈中感应电流产生的磁场的方向向下，线圈中产生从上到下的电流，则流过灵敏电流计的电流方向从到，指针会向左偏转；
根据“来拒去留”可知，线圈对磁铁有向下的作用力，由牛顿第三定律可知，磁铁对线圈有向上的作用力，则地面对线圈的支持力小于线圈的重力。
故答案为：减小；左；小于。
19.【答案】
【解析】当飞机在北半球飞行时，由于地磁场的竖直分量方向竖直向下，由右手定则可判知，在北半球，飞机不论沿何方向水平飞行，飞机机翼上都产生从右向左的感应电动势，所以左方机翼电势高，右方机翼电势低，即总有比高。
故答案为：；
20.【答案】
【解析】金属环周围有环形的磁场，金属环大致向右运动，磁通量减小，根据“来拒去留”可知，所受的安培力与运动方向相反，使金属环在垂直导线方向做减速运动，当垂直导线方向的速度减为零，只剩沿导线方向的速度，最后磁通量不变，最终导体环沿平行于导线方向做匀速直线运动。
由题意知，沿导线方向分速度：
根据能量守恒定律得：
代入数值解得：
故环中最多产生的电能
故答案为：。
21.【解析】当时，金属棒速度最大，则有


解得：
金属棒下滑过程中，根据能量守恒得：

解得：
22.【解析】根据右手定则可知，圆盘中电流由 流向，所以通过电阻 的电流方向为由流向。
将圆盘看成由无数细辐条并联组成，每根辐条产生的感应电动势相同。
设在 时间内，辐条转过的角度为，则，
在此过程中辐条扫过的面积为，
扫过面积对应的磁通量变化量为
根据法拉第电磁感应定律可得。
圆盘中产生了感应电流；但没有电流通过电阻。圆盘中产生涡旋电流，沿半径方向没有电势差，故没有电流通过电阻。
23.【答案】 右到左 灯泡闪亮后再熄灭
【解析】若先断开开关或先拆去电流表或先拆去电阻，由于的自感作用都会使和电压表组成回路，原先中有较大的电流通过，现在这个电流将通过电压表，造成电表损坏，所以实验完毕应先断开开关。
故选：
由楞次定律可知，断开开关后，线圈产生的感应电流向右，则通过灯泡的电流向左。
断开开关前，通过线圈的电流为，则断开开关后，通过线圈的最大电流为，断开开关前通过灯泡的电流所以灯泡闪亮一下后逐渐变暗。
断开开关后，通过线圈的最大电流为，所以断电瞬间线圈的自感电动势为：
故答案为：；、右到左，灯泡闪亮后再熄灭，、，
24.【答案】电路中的电流稳定后，与并联，则电路中的总电流：
根据并联电路的分流原理，可知流过线圈的电流：
由于线圈产生自感电动势，中电流在开关断开瞬间保持不变，即；
根据并联电路的分流特点，结合，可知电路中的电流稳定时，流过线圈的电流较大，即；
当电路中的电流稳定后再断开电键时，灯泡这一支路电流立即消失，因为线圈阻碍电流的减小，所以通过线圈的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，而且和构成回路，通过的电流也流过，所以变成反向，且逐渐减小。故ABC错误，D正确。
故选：
设自感电动势大小为，则：，解得：。
感应电流从右向左流过灯泡，可知自感电动势的正极在右端。
答：开关断开的瞬间通过自感线圈的电流的大小为；
流过灯泡的电流随时间变化的图象是图中的；
开关断开的瞬间自感线圈中的自感电动势的大小为，其正极在右端。
25.【解析】棒沿弧形轨道下滑过程，根据机械能守恒有：
棒进入磁场瞬间感应电动势：
根据闭合电路欧姆定律：
对棒：
根据牛顿第二定律：
解得
由左手定则，棒加速度的方向向右；
对、：由动量守恒定律得：
对棒，应用动量定理有
有
解得
、棒在水平面内运动过程，由能量转化与守恒定律：
根据焦耳定律有：
，
联立解得：。
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