2016-2017学年高二物理鲁科版选修3-2章末检测：第1章 电磁感应（含解析）

(时间：90分钟，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，只有一个选项正确)
1．了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要．以下符合物理学史实的是(　　)
A．科拉顿发现了电流热效应的规律
B．法拉第总结出了点电荷间相互作用的规律
C．奥斯特发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕
D．牛顿将斜面实验的结论合理外推，间接证明了自由落体运动是匀变速直线运动
解析：选C.焦耳通过实验直接得到了电流热效应的规律——焦耳定律，选项A错误；库仑在前人研究的基础上通过扭秤实验总结出点电荷间相互作用的规律——库仑定律，选项B错误；奥斯特通过实验发现了电流的磁效应，拉开了电与磁相互关系的序幕，选项C正确；伽利略将斜面实验的结论合理外推，间接证明了自由落体运动是匀变速直线运动，选项D错误．
2．电磁感应现象揭示了电和磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了许多电气设备．下列用电器中，没有利用电磁感应原理的是(　　)A．动圈式话筒　　　　　
B．自动取款机
C．磁带录音机
D．白炽灯泡
解析：选D．动圈式话筒、自动取款机、磁带录音机都应用了电磁感应原理．只有选项D中白炽灯泡没有利用电磁感应原理．
3．如图所示，一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内，螺线管的中心线正好和线圈的一条直径MN重合．要使线圈a中产生感应电流，可采用的方法有(　　)
A．将螺线管在线圈a所在平面内转动
B．使螺线管上的电流发生变化
C．使线圈以MN为轴转动
D．使线圈以与MN垂直的一条直径为轴转动
解析：选D．A、B、C中线圈a中磁通量始终为零，没有发生变化，无法产生感应电流．
4．研究表明，地球磁场对鸽子辨别方向起到重要作用．鸽子体内的电阻大约为1
000
Ω，当它在地球磁场中展翅飞行时，两翅会切割磁感线，产生感应电动势．这样，鸽子体内灵敏的感受器即可根据感应电动势的大小来判别其飞行方向．若磁场的大小为5×10－5
T，鸽子翼展长度约0.5
m，当鸽子以20
m/s的速度飞翔时，两边翅膀间的感应电动势约为(　　)
A．50
mV
B．5
mV
C．0.5
mV
D．0.5
V
解析：选C.鸽子翼展长度大约为0.5
m，根据E＝Blv，得E＝5×10－5×0.5×20
V＝5×10－4
V＝0.5
mV，故C正确．
5．用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导体线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图所示．在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和U
D．下列判断正确的是(　　)
A．UaB．UaC．Ua＝Ub＝Uc＝Ud
D．Ub解析：选B．线框进入磁场过程中产生的电动势分别为Ea＝Eb＝BLv，Ec＝Ed＝2BLv，由于单位长度电阻相等，则有：Ua＝Ea＝BLv，Ub＝Eb＝BLv，Uc＝Ec＝BLv，Ud＝Ed＝BLv，所以Ua6.如图所示，接有理想电压表的三角形导线框abc，在匀强磁场中向右运动，问：框中有无感应电流？b、c两点间有无电势差？电压表有无读数？(　　)
A．无、无、无
B．无、有、有
C．无、有、无
D．有、有、有
解析：选C.因闭合回路内磁通量无变化，故无感应电流，电压表也无读数，但bc有效切割磁感线，b、c两点间有电势差．
7.半径为R的圆形线圈，两端A、D接有一个平行板电容器，线圈垂直放在随时间均匀变化的匀强磁场中，如图所示，则要使电容器所带电荷量Q增大，可以采取的措施是(　　)
A．增大电容器两极板间的距离
B．增大磁感应强度的变化率
C．减小线圈的半径D．改变线圈所在平面与磁场方向间的夹角
解析：选B．Q＝CU，由C＝知，增大极板距离d，电容C减小，因此Q也减小，故A错误；由U＝E＝n＝nS，分析可得增大磁感应强度变化率或增大线圈在垂直磁场方向的投影面积，可增大A、D间电压，从而使Q增大，所以B正确，C、D错误．
二、多项选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题意)
8．一圆形闭合线圈放在随时间均匀变化的磁场中，线圈平面和磁场方向垂直．若想使线圈中的感应电流增强1倍，下述方法不可行的是(　　)
A．使线圈匝数增加1倍
B．使线圈面积增加1倍
C．使线圈匝数减少一半
D．使磁感应强度的变化率增大1倍
解析：选ABC.线圈匝数增加1倍，感应电动势和线圈电阻都增加1倍，感应电流不变，A不对；线圈面积增加1倍，电阻也变化，则感应电流不能增强1倍，B不对；同理，C也不对；只有D正确．
9．如图所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路．虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直．从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论正确的是(　　)
A．感应电流方向不变
B．CD段直线始终不受安培力
C．感应电动势最大值E＝Bav
D．感应电动势平均值＝πBav
解析：选ACD．在闭合电路进入磁场的过程中，通过闭合电路的磁通量逐渐增大，感应电流的方向不变，A正确．CD段通电导体在磁场中受到安培力的作用，B不正确．当半圆闭合回路进入磁场一半时，等效切割长度最大为a，这时感应电动势最大为E＝Bav，C正确．感应电动势平均值＝＝＝πBav，D正确．
10．如图所示，闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场．若第一次用0.3
s时间拉出，外力所做的功为W1，通过导线截面的电荷量为q1；第二次用0.9
s时间拉出，外力所做的功为W2，通过导线截面的电荷量为q2，则(　　)
A．W1B．W1>W2
C．q1＝q2
D．q1>q2
解析：选BC.设线框长为l1，宽为l2，第一次拉出速度为v1，第二次拉出速度为v2，则v1＝3v2.匀速拉出磁场时，外力所做的功恰等于克服安培力所做的功，有W1＝F1·l1＝BI1l2l1＝，同理W2＝，故W1>W2，选项B正确；又由于线框两次拉出过程中，磁通量的变化量相等，即ΔΦ1＝ΔΦ2，由q＝ΔΦ/R，得q1＝q2，选项C正确．
11.如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜球在A点由静止释放，向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是(　　)
A．A、B两点在同一水平线上
B．A点高于B点
C．A点低于B点D．铜球最后将在磁场内做等幅摆动
解析：选BD．铜球在进入和穿出磁场的过程中，球中会有涡流产生，有一些机械能转化为电能(最终转化为内能)，所以A点应高于B点，故选项B正确．完全在磁场中运动时，无感应电流，没有能量转化，故D正确．
12．如图，足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0<θ<90°)，其中MN与PQ平行且间距为L，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计．金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab棒接入电路的电阻为R，当流过ab棒某一横截面的电量为q时，棒的速度大小为v，则金属棒ab在这一过程中(　　)
A．运动的平均速度大小为v
B．下滑的位移大小为
C．产生的焦耳热为qBLv
D．受到的最大安培力大小为mgsin
θ
解析：选BD．流过ab棒某一截面的电量q＝·t＝·t＝，ab棒下滑的位移s＝，其平均速度＝，而棒下滑过程中做加速度减小的加速运动，故平均速度不等于v，A错误B正确；由能量守恒mgssin
θ＝Q＋mv2，产生的焦耳热Q＝mgssin
θ－mv2＝mg·sin
θ－mv2，C错误；当mgsin
θ＝时v最大，安培力最大，即F安m＝mgsin
θ，D正确．
三、填空题(本题共1小题，共8分．按题目要求作答)
13．某同学在探究感应电流产生的条件时，做了如下实验：
探究Ⅰ：如图甲所示，先将水平导轨、导体棒AB放置在磁场中，并与电流表组成一闭合回路．然后进行如下操作：
①AB与磁场保持相对静止；
②让导轨与AB一起平行于磁感线(上下)运动；
③让AB在水平方向上运动(切割磁感线)．
探究Ⅱ：如图乙所示，将螺线管与电流表组成闭合回路．然后进行如下操作：
①把条形磁铁放在螺线管内不动．
②把条形磁铁插入螺线管．
③把条形磁铁拔出螺线管．
探究Ⅲ：如图丙所示，螺线管A、滑动变阻器、电源、开关组成一个回路；A放在螺线管B内，B与电流表组成一个闭合回路．然后进行如下操作：
①闭合和断开开关瞬时．
②闭合开关，A中电流稳定后．
③闭合开关，A中电流稳定后，再快速改变滑动变阻器的阻值．
可以观察到：[请在(1)(2)(3)中填写探究中的序号]
(1)在探究Ⅰ中，________闭合回路会产生感应电流．
(2)在探究Ⅱ中，________闭合回路会产生感应电流．
(3)在探究Ⅲ中，________闭合回路会产生感应电流．
(4)从以上探究中可以得到的结论是：当____________________时，闭合回路中就会产生感应电流．
解析：在探究Ⅰ中，③会产生感应电流，在探究Ⅱ中，②③会产生感应电流，在探究Ⅲ中，①③会产生感应电流．由上可知，穿过闭合回路的磁通量有变化是产生感应电流的条件．
答案：(1)③　(2)②③　(3)①③
(4)穿过闭合回路的磁通量发生变化
四、计算题(本题共3小题，共34分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
14．(9分)如图所示，水平放置的平行金属导轨，相距l＝0.50
m，左端接一电阻R＝0.20
Ω，磁感应强度B＝0.4
T的匀强磁场方向垂直于导轨平面，导体棒ab垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，当ab以v＝4.0
m/s的速度水平向右匀速滑动时，求：
(1)ab棒中感应电动势的大小；
(2)回路中感应电流的大小；
(3)维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小．
解析：(1)根据法拉第电磁感应定律，ab棒中的感应电动势E＝Blv＝0.4×0.50×4.0
V＝0.80
V(3分)
(2)感应电流大小为I＝＝
A＝4.0
A(3分)
(3)ab棒所受安培力F安＝BIl＝0.4×4.0×0.50
N＝0.8
N，故外力F的大小也为0.8
N(3分)
解析：(1)0.80
V　(2)4.0
A　(3)0.8
N
15．(10分)如图所示，A是一面积为S＝0.2
m2、匝数为n＝100匝的圆形线圈，处在均匀磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，磁感应强度随时间变化规律为B＝(6－0.02t)
T，开始时外电路开关S断开，已知R1＝4
Ω，R2＝6
Ω，电容器电容C＝30
μF，线圈内阻不计，求：
(1)S闭合后，通过R2的电流大小；
(2)S闭合一段时间后又断开，在断开后流过R2的电荷量．
解析：由B＝(6－0.02t)
T知，圆形线圈A内的磁场先是向里均匀减小，后是向外均匀增大，画出等效电路图如图所示．
(1)E＝n＝n||S(2分)
由题意知||＝0.02
T/s(1分)
故E＝100×0.02×0.2
V＝0.4
V(1分)
由I＝，得IR2＝I＝
A＝0.04
A．(2分)
(2)S闭合后，电容器两端电压
UC＝U2＝IR2＝0.04×6
V＝0.24
V(1分)
电容器带电量Q＝CUC＝30×10－6×0.24
C
＝7.2×10－6
C(2分)
断开S后，放电电荷量为Q＝7.2×10－6
C．(1分)
答案：(1)0.04
A　(2)7.2×10－6
C
16.(15分)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．在导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡．整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度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．已知某时刻后两灯泡保持正常发光．重力加速度为g.求：
(1)磁感应强度的大小；
(2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率．
解析：(1)设小灯泡的额定电流为I0，有
P＝IR①(2分)
由题意知，在金属棒沿导轨竖直下落到某时刻后，两小灯泡保持正常发光，流经MN的电流为
I＝2I0②(2分)
此时金属棒MN所受的重力和安培力大小相等，下落的速度达到最大值，有
mg＝BLI③(3分)
联立①②③式得
B＝.④(2分)
(2)设灯泡正常发光时，导体棒的速度为v，由电磁感应定律与欧姆定律得
E＝BLv⑤(2分)
E＝RI0⑥(2分)
联立①②④⑤⑥式得
v＝.(2分)
答案：(1)　(2)