绝密★启用前
2019沪科版高中物理选修3-2第3章《电磁感应与现代生活》测试题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。
第Ⅰ卷
一、单选题(共20小题，每小题3.0分,共60分)
1.关于涡流，下列说法中不正确的是( )
A．真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B．家用电磁灶锅体中的涡流是由恒定磁场产生的
C．阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动
D．铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流
2.关于线圈的自感系数，下面说法正确的是( )
A． 线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大
B． 线圈中电流等于零时，自感系数也等于零
C． 线圈中电流变化越快，自感系数越大
D． 线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定
3.如图所示，A是日光灯管、L是镇流器，如果按图示电路连接，关于日光灯的发光情况，下列说法正确的是( )
A． 只把S1接通，S2、S3不接通，日光灯就能发光
B． 把S1和S2接通后，S3不接通，日光灯就能正常发光
C． S3不接通，接通S1和S2后，再断开S2，日光灯就能正常发光
D． 当日光灯正常发光后，再接通S3，日光灯仍能发光
4.经过不懈的努力，法拉第终于在1831年8月29日发现了“磁生电”的现象，他把两个线圈绕在同一个软铁环上(如图所示)，一个线圈A连接电池与开关，另一线圈B闭合并在其中一段直导线附近平行放置小磁针．法拉第可观察到的现象有( )
A． 当合上开关，A线圈接通电流瞬间，小磁针偏转一下，随即复原
B． 只要A线圈中有电流，小磁针就会发生偏转
C．A线圈接通后其电流越大，小磁针偏转角度也越大
D． 当开关打开，A线圈电流中断瞬间，小磁针会出现与A线圈接通电流瞬间完全相同的偏转
5.物理学的基本原理在生产、生活中有着广泛的应用，下列列举的四种电器中，利用了涡流原理工作的是( )
A． 电饭煲
B． 微波炉
C． 电磁灶
D． 白炽灯泡
6.如图所示，线圈M和线圈P绕在同一铁芯上．设两个线圈中的电流方向与图中所标的电流方向相同时为正．当M中通入下列哪种电流时，在线圈P中能产生正方向的恒定感应电流( )
A．B．C．D．
7.如图所示，质量为M的足够长金属导轨abcd放在光滑的绝缘水平面上．一电阻为r、质量为m的导体棒PQ放置在导轨上，始终与导轨接触良好，PQbc构成矩形．棒与导轨间光滑、棒左侧有两个固定于水平面的光滑立柱．导轨bc段电阻为R，长为L，其他部分电阻不计．以ef为界，其左侧匀强磁场方向竖直向上，右侧匀强磁场水平向右，磁感应强度大小均为B.在t＝0时，一水平向左的拉力F垂直作用在导轨的bc边上，使导轨由静止开始做匀加速直线运动，加速度为a.则( )
A．F与t成反比
B．F与t2成正比
C． 当t达到一定值时，QP刚好对轨道无压力
D． 若F＝0，PQbc静止，ef左侧磁场均匀减小，当达到一定值时，QP刚好对轨道无压力
8.如图所示，通电直导线右边有一个矩形线框，线框平面与通电直导线共面，若使线框逐渐远离(平动)通电导线，则穿过线框的磁通量将( )
A． 保持不变
B． 逐渐增大
C． 逐渐减小
D． 不能确定
9.如图所示，固定的水平长直导线中通有电流I，矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行．线框由静止释放，在下落过程中( )
A． 穿过线框的磁通量保持不变
B． 线框中感应电流方向保持不变
C． 线框所受安掊力的合力为零
D． 线框的机械能不断增大
10.图为一架歼—15飞机刚着舰时的情景。已知该飞机机身长为l，机翼两端点C，D的距离为d，某次在我国近海海域训练中飞机降落时的速度沿水平方向，大小为v，该空间地磁场磁感应强度的水平分量为Bx，竖直分量为By.C，D两点间的电势差为U，下列分析正确的是( )
A．U＝Bxlv，C点电势低于D点电势
B．U＝Bxdv，C点电势高于D点电势
C．U＝Bylv，C点电势低于D点电势
D．U＝Bydv，C点电势高于D点电势
11.在边长为L的等边三角形区域abc内存在着垂直纸面向外的匀强磁场，一个边长也为L的等边三角形导线框def在纸面上以某一速度向右匀速运动，底边ef始终与磁场的底边界bc在同一直线上，如图所示．取沿顺时针的电流为正，在线框通过磁场的过程中，其感应电流随时间变化的图象是( )
A．B．C．D．
12.如图中画出的是穿过一个闭合线圈的磁通量随时间的变化规律，以下哪些认识是正确的( )
A． 第0.6 s末线圈中的感应电动势是4 V
B． 第0.9 s末线圈中的瞬时电动势比0.2 s末的小
C． 第1 s末线圈的瞬时电动势为零
D． 第0.2 s末和0.4 s末的瞬时电动势的方向相同
13.如图所示，上下不等宽的平行导轨，EF和GH部分导轨间的距离为L，PQ和MN部分的导轨间距为3L，导轨平面与水平面的夹角为30°，整个装置处在垂直于导轨平面的匀强磁场中．金属杆ab和cd的质量均为m，都可在导轨上无摩擦地滑动，且与导轨接触良好，现对金属杆ab施加一个沿导轨平面向上的作用力F，使其沿斜面匀速向上运动，同时cd处于静止状态，则F的大小为( )
A．mg
B．mg
C．mg
D．mg
14.如图所示，铜质金属环从条形磁铁的正上方由静止开始下落，在下落过程中，下列判断正确的是( )
A． 金属环在下落过程中的机械能守恒
B． 金属环在下落过程中动能的增加量小于其重力势能的减少量
C． 金属环的机械能先减小后增大
D． 磁铁对桌面的压力始终大于其自身的重力
15.如图所示，PQRS为一正方形导线框，它以恒定速度向右进入以MN为边界的匀强磁场中，磁场方向垂直线框平面，MN线与线框的边成45°角，E、F分别为PS和PQ的中点．关于线框中的感应电流( )
A． 当E点经过边界MN时，感应电流最大
B． 当P点经过边界MN时，感应电流最大
C． 当F点经过边界MN时，感应电流最大
D． 当Q点经过边界MN时，感应电流最大
16.如图所示，水平地面上方有正交的匀强电场和匀强磁场，电场竖直向下，磁场垂直纸面向外．直径处于水平位置的半圆形铝框，沿竖直平面由静止开始下落．不计阻力，a、b两端落到地面的次序是( )
A．a先于b
B．b先于a
C．a、b同时落地
D． 无法判定
17.如图所示，电路中的A、B是两个完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈，C是电容很大的电容器．当开关S断开与闭合时，A、B灯泡发光情况是( )
A． S刚闭合后，B灯亮一下又逐渐变暗，A灯逐渐变亮
B． S刚闭合后，A灯亮一下又逐渐变暗，B灯逐渐变亮
C． S闭合足够长时间后，A灯泡和B灯泡一样亮
D． S闭合足够长时间后再断开，B灯立即熄灭，A灯逐渐熄灭
18.如图所示，MN右侧一正三角形匀强磁场区域，上边界与MN垂直．现有一与磁场边界完全相同的三角形导体框，垂直于MN匀速向右运动．导体框穿过磁场过程中感应电流随时间变化的图象可能是 (取逆时针电流为正)( )
A．B．C．D．
19.著名物理学家弗曼曾设计过一个实验，如图所示．在一块绝缘板上，中部安一个线圈，并接有电源，板的四周有许多带负电的小球，整个装置被支撑起来．忽略各处的摩擦，当电源接通的瞬间，下列关于圆盘的说法中正确的是( )
A． 圆盘将逆时针转动
B． 圆盘将顺时针转动
C． 圆盘不会转动
D． 无法确定圆盘是否会动
20.如图所示，闭合线圈abcd从高处自由下落一段时间后垂直于磁场方向进入一有界磁场，从ab边刚进入磁场到cd边刚进入磁场的这段时间内，下列说法正确的是( )
A．a端的电势高于b端
B．ab边所受安培力方向为水平向左
C． 线圈可能一直做匀速运动
D． 线圈可能一直做匀加速直线运动
第Ⅱ卷
二、计算题(共4小题，每小题10.0分,共40分)
21.如图所示，电阻为R的长直螺线管，其两端通过电阻可忽略的导线相连接．一个质量为m的小条形磁铁A从静止开始落入其中，经过一段距离后以速度v做匀速运动．假设小磁铁在下落过程中始终沿螺线管的轴线运动且无翻转．
(1)定性分析说明：小磁铁的磁性越强，最后匀速运动的速度就越小；
(2)小磁铁做匀速运动时在回路中产生的感应电动势约为多少？
22.如图所示，一对光滑的平行金属导轨(电阻不计)固定在同一水平面内，导轨足够长且间距为L，左端接有阻值为R的电阻，一质量为m、长度为L的金属棒MN放置在导轨上，棒的电阻为r，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，棒在水平向右的外力作用下，由静止开始做加速运动，保持外力的功率为P不变，经过时间t导体棒最终做匀速运动．求：
(1)导体棒匀速运动时的速度是多少？
(2)t时间内回路中产生的焦耳热是多少？
23.如图所示，有两根足够长、不计电阻、相距L的平行光滑金属导轨cd、ef与水平面成θ角固定放置，底端接一阻值为R的电阻，在轨道平面内有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直轨道平面斜向上．现有一平行于ce、垂直于导轨、质量为m、电阻不计的金属杆ab，在沿轨道平面向上的恒定拉力F作用下，从底端ce由静止沿导轨向上运动，当ab杆速度达到稳定后，撤去拉力F，最后ab杆又沿轨道匀速回到ce端．已知ab杆向上和向下运动的最大速度相等．求：拉力F和杆ab最后回到ce端的速度v.
24.如图，匀强磁场垂直铜环所在的平面，导体棒a的一端固定在铜环的圆心O处，另一端紧贴圆环，可绕O匀速转动．通过电刷把铜环、环心与两竖直平行金属板P、Q连接成如图所示的电路，R1、R2是定值电阻．带正电的小球通过绝缘细线挂在两板间M点，被拉起到水平位置；合上开关K，无初速度释放小球，小球沿圆弧经过M点正下方的N点到另一侧．
已知：磁感应强度为B；a的角速度大小为ω，长度为l，电阻为r；R1＝R2＝2r，铜环电阻不计；P、Q两板间距为d；带电的小球质量为m、电量为q；重力加速度为g.求：
(1)a匀速转动的方向；
(2)P、Q间电场强度E的大小；
(3)小球通过N点时对细线拉力FT的大小．
答案
1.【答案】B
【解析】高频感应炉是用涡流来熔化金属对其进行冶炼的，炉内放入被冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，这时被冶炼的金属中产生涡流就能被熔化．故A正确；电磁灶利用高频电流在电磁灶内部线圈中产生磁场，当含铁质锅具放置炉面时，铁磁性锅体被磁化，锅具即切割交变磁感线而在锅具底部产生交变的涡流，恒定磁场不会产生涡流，故B错误；阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，当金属板从磁场中穿过时，金属板板内感应出的涡流会对金属板的运动产生阻碍作用．故C正确；在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象，要损耗能量，不用整块的硅钢铁芯，其目的是为了减小涡流，故D正确．本题选择错误的，故选B.
2.【答案】D
【解析】自感系数是由线圈的大小、形状、圈数、有无铁芯等因素决定的，故B、C错，D对；自感电动势不仅与自感系数有关，还与电流变化快慢有关，故A错．
3.【答案】C
【解析】接通S1后，220 V电压不能使灯A发光，A项错误；S1、S2接通后交流电虽然通过镇流器线圈，但线圈中产生的自感电动势不能加在灯管A两端，故不能产生高压使灯管发光，B项错误；C项中当断开S2瞬间镇流器产生很大的自感电动势，且电动势方向与原电压方向一致，形成的瞬间高压加在A灯两端使日光灯正常发光(断开S2就替代了起辉器这个自动开关)，C项正确；日光灯正常发光后，如果接通S3，使镇流器短路，则失去了降压限流作用，日光灯会因电流过大而烧坏，D项错误．
4.【答案】A
【解析】法拉第最后才领悟到，磁生电是一种在变化、运动过程中才能产生的效应．最后他将引起电流的原因归为五类：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体．
5.【答案】C
【解析】电饭煲利用电流的热效应，不是利用电磁感应原理，故A错误；微波炉是利用变化的电磁场，产生电磁波．故B错误；电磁灶是利用电磁感应原理产生涡流，将电能最终转化成内能，故C正确； 白炽灯泡利用电流的热效应，不是利用电磁感应原理，故D错误．
6.【答案】D
【解析】线圈M中的电流均匀增加，则磁场均匀增加，产生的磁场通过线圈P，根据E＝NS，知线圈P中产生恒定的电流，根据楞次定律，在P中产生的感应电流方向与图示电流方向相反．故A错误．线圈M中电流不变，在线圈P中产生恒定的磁场，不产生感应电流．故B错误．线圈M中的电流不是均匀变化的，则产生的磁场也不均匀变化，根据法拉第电磁感应定律，在线圈P中产生变化的电流．故C错误．线圈M中的电流均匀减小，则磁场均匀减小，产生的磁场通过线圈P，根据E＝NS，知线圈P中产生恒定的电流，根据楞次定律，在P中产生的感应电流方向与图示电流方向相同．故D正确．
7.【答案】C
【解析】导轨由静止开始做匀加速直线运动，相当于bc做切割磁感线运动，对导轨，由牛顿第二定律得：
F－F安＝Ma，且F安＝，v＝at，
所以F＝Ma＋，
由此可知A、B错误；由左手定则可知，导体棒PQ所受安培力方向向上，由导体棒受力情况可知，
当mg＝，即t＝时，QP刚好对轨道无压力，C正确；若F＝0，PQbc静止，ef左侧磁场均匀减小，由楞次定律可知，通过QP的电流方向为P到Q，利用左手定则可确定QP所受安培力方向向下，所以，无论多长时间都不会使QP刚好对轨道无压力，D错误；故选C.
8.【答案】C
【解析】通电直导线产生稳定的磁场，离导线越远磁场越弱，磁感线越稀疏，故当线框远离通电导线时，穿过线框的磁感线的条数越来越少，所以磁通量逐渐减小，故只有选项C正确．
9.【答案】B
【解析】由通电直导线周围磁感线的分布规律可知，线框下落过程中穿过其中的磁感线越来越少，故磁通量在不断变小，故A错；下落时穿过线框的磁通量始终减小，由楞次定律可知感应电流的方向保持不变，故B正确；线框上下两边受到的安培力方向虽相反，但上边所处位置的磁感应强度始终大于下边所处位置的磁感应强度，故上边所受的安培力大于下边所受的安培力，其合力不为零，故C错；由能量守恒可知下落时一部分机械能会转化为线框通电发热产生的内能，故线框的机械能减少，D错．
10.【答案】D
【解析】我国疆域处于北半球，北半球地磁场的竖直分量方向向下，当飞机如图所示飞行时，机翼CD切割地磁场的竖直分量，由右手定则可知，正电荷集中在C端，所以C端电势较高，C，D两点的电势差UCD＝Bylv，所以D选项正确．
11.【答案】B
【解析】线框进入磁场后，切割的有效长度为：l＝vttan 60°，切割产生的感应电动势为：E＝Blv＝Bv2ttan 60°，所以感应电流为：I＝，从开始进入磁场到d与a重合之前，电流与t是成正比的，由楞次定律判得线框中的电流方向是顺时针的，此后线框切割的有效长度均匀减小，电流随时间变化仍然是线性关系，由楞次定律判得线框中的电流方向是逆时针的，综合以上分析可知B正确，A、C、D错误．
12.【答案】A
【解析】由法拉第电磁感应定律知：感应电动势E＝可知：
0．3～0.8 s：E＝＝＝－4 V，负号表示方向与正方向相反，A正确；图象的斜率表示电动势的大小，由图象知第0.9 s末线圈中的瞬时电动势比0.2 s末的大，B错误；第1 s末线圈的磁感强度为零，但磁通量的变化率不为零，电动势不为零，C错误；第0.2 s末和0.4 s末的图象斜率一正一负，瞬时电动势的方向相反，D错误．
13.【答案】A
【解析】设ab杆向上切割磁感线时，产生感应电流大小为I，受到安培力大小为：F安＝BIL
对于cd来说，由平衡条件有：BI·3L＝mgsin 30°对于ab杆来说，由平衡条件有：F＝mgsin 30°＋BIL，综上可得：F＝mg，故A正确．
14.【答案】B
【解析】金属环在下落过程中，除中间一时刻穿过环内的磁通量变化率为零，不产生感应电流外，其他时间都有电能产生，故在下落过程中，机械能不守恒，有一部分机械能转化为电能．而在无电流产生的那一时刻，磁铁对桌面的压力等于其自身受到的重力．故B对，A、C、D错．
15.【答案】B
【解析】当P点经过边界MN时，有效切割长度最长，感应电动势最大，所以感应电流最大．
16.【答案】A
【解析】下落时虽然只有感应电动势没有安培力，但正电荷向a端运动、负电荷向b端运动，a端受电场力向下，加速度大，先落地．
17.【答案】B
【解析】S刚闭合后，灯泡A与线圈L并联，由于电感阻碍电流增大，所以A灯亮一下，然后逐渐熄灭；B灯与电容器并联，由于电容器充电，所以B灯逐渐变亮．故B正确，A错误．S闭合足够长时间后，C中无电流，相当于断路，L相当于短路，所以B很亮，故C、D错误，故选B.
18.【答案】C
【解析】据题意，由楞次定律可知，当导体框进入磁场过程中，穿过的磁通量增加，产生逆时针电流；离开磁场过程中，穿过导体框的磁通量减少，产生顺时针电流，故选项A、B排除；当离开磁场时，切割的有效长度变小，则产生的感应电流也变小，故D错误，C正确．
19.【答案】A
【解析】瞬间增强的磁场会在其周围产生一个顺时针的涡旋电场，负电荷受到逆时针方向的电场力，带动圆盘逆时针转动，而负电荷的这种定向运动则形成顺时针的环形电流．所以A选项正确．
20.【答案】C
【解析】此过程中ab边始终切割磁感线，ab边为电源，由右手定则可知电流为逆时针方向，由a流向b，电源内部电流从低电势流向高电势，故a端的电势低于b端，选项A错误；由左手定则可知ab边所受安培力方向竖直向上，选项B错误；如果刚进入磁场时安培力等于重力，则一直匀速进入，如果安培力不等于重力，则mg－＝ma，做变加速运动，选项C正确，D错误．
21.【答案】(1)根据楞次定律，小磁铁的磁性越强，通过导线环的磁通量的变化率越大，因此下落过程中在导线环中产生的感应电流越大，此感应电流产生的磁场也越强，从而对小磁铁的阻碍也越大，小磁铁向下运动的加速度越小，因此其极限速度就越小．
(2)
【解析】(1)根据楞次定律，小磁铁的磁性越强，通过导线环的磁通量的变化率越大，因此下落过程中在导线环中产生的感应电流越大，此感应电流产生的磁场也越强，从而对小磁铁的阻碍也越大，小磁铁向下运动的加速度越小，因此其极限速度就越小．
(2)设小磁铁做匀速运动时，下落距离h，在此过程中有mgh＝Q，
式中Q为小磁铁下落过程中螺线管中产生的焦耳热，
其大小为Q＝Δt
式中E是感应电动势，Δt是小磁铁通过距离h所需的时间，
由于小磁铁匀速运动，因此有
mgh＝·
联立可得E＝.
22.【答案】(1)v＝ (2)Q＝Pt－
【解析】(1)E＝BLv
I＝
F安＝BIL
P＝Fv
匀速运动时F＝F安
联立上面几式可得：v＝.
(2)根据动能定理：
WF－W安＝mv2，
WF＝Pt
Q＝－W安
可得Q＝Pt－
23.【答案】2mgsinθ
【解析】当ab杆沿导轨上滑达到最大速度v时，其受力如图所示：
由平衡条件可知：
F－F安＝mgsinθ①
又F安＝BIL②
而I＝③
联立①②③式得：F－－mgsinθ＝0④
同理可得，ab杆沿导轨下滑达到最大速度时：mgsinθ－＝0⑤
联立④⑤两式解得：F＝2mgsinθ
v＝.
24.【答案】(1)顺时针 (2)(3) 3mg－
【解析】(1)依题意，小球从水平位置释放后，能沿圆弧向下摆动，故小球受到电场力的方向水平向右，P板带正电，Q板带负电．由右手定则可知，导体棒a顺时针转动．
(2)导体棒a转动切割磁感线，由法拉第电磁感应定律得电动势大小：
ε＝＝Bl2ω①
由闭合电路欧姆定律：I＝②
由欧姆定律可知，PQ的电压为：UPQ＝IR2③
故PQ间匀强电场的电场强度大小：E＝④
联立①②③④，代入R1＝R2＝2r，可得：E＝⑤
(3)设细线长度为L，小球到达N点时速度为v，由动能定理可得：
mgL－EqL＝mv2⑥
又FT－mg＝⑦
由⑤⑥⑦得：FT＝3mg－⑧
