高中物理教科版选修3-2 能力提升训练：第一章 电磁感应B Word版含解析

第一章检测(B)
(时间:90分钟　满分:100分)
一、选择题(本题包含10小题,每小题4分,共40分.在每小题给出的四个选项中,1~6题只有一个选项符合题目要求,7~10题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分)
1.在法拉第时代,下列验证“磁生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是(　　)
A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,然后观察电流表的变化
B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,然后观察电流表的变化
C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接.往线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表的变化
D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表的变化
答案:D
2.如图所示,金属环A用轻绳悬挂,与长直螺线管共轴,并位于其左侧,若变阻器滑片P向左移动,则金属环A将(　　)
A.向左运动并有收缩趋势
B.向左运动并有扩张趋势
C.向右运动并有收缩趋势
D.向右运动并有扩张趋势
答案:A
3.机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客时,探测线圈内通有交变电流,能产生迅速变化的磁场,当探测线圈靠近金属物体时,这个磁场能在金属物体内部产生涡电流,涡电流又会产生磁场,倒过来影响原来的磁场.如果能检测出这种变化,就可以判定探测线圈下面有金属物体了.以下用电器与金属探测器工作原理相似——利用涡流的是(　　)
答案:C
4.如图所示,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直.金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面.现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是(　　)
A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向
B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向
C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向
D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向
答案:D
5.(2018·全国Ⅱ)如图所示,在同一水平面内有两根平行长导轨,导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域,区域宽度均为l,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下,一边长为32l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动.线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是(　　)
答案:D
6.将一段导线绕成图甲所示的闭合电路,并固定在纸面内,回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中.回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ,以向里为磁场Ⅱ的正方向,其磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示.用F表示ab边受到的安培力,以水平向右为F的正方向,能正确反映F随时间t变化的图像是(　　)
解析:由题图乙可知0~T2时间内,磁感应强度随时间线性变化,即ΔBΔt=k(k是一个常数),圆环的面积S不变,由E=ΔΦΔt=ΔB·SΔt可知圆环中产生的感应电动势大小不变,则回路中的感应电流大小不变,ab边受到的安培力大小不变,从而可排除选项C、D;0~T2时间内,由楞次定律可判断出流过ab边的电流方向为由b至a,结合左手定则可判断出ab边受到的安培力的方向向左,为负值,故选项A错误,B正确.
答案:B
7.法拉第圆盘发电机的示意图如图所示.铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触.圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中.圆盘旋转时,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是(　　)
A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定
B.若从上向下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向流动
C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化
D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍
解析:根据右手定则,转动过程中产生电流的方向只与圆盘转动方向有关,C选项错误;当圆盘顺时针转动时,圆盘中电流方向应由P到圆心,通过电阻的电流方向为a→b,B选项正确;设圆盘半径为r,则圆盘产生的感应电动势大小为E=Br22ω,I=ER总∝ω,A选项正确;电流在R上产生的热功率P=I2R=ER总2·R∝ω2,角速度为原来的2倍,热功率应为原来的4倍,D选项错误.
答案:AB
8.如图所示,光滑平行金属导轨固定在水平面上,左端由导线相连,导体棒ab垂直静置于导轨上且与导轨构成回路.在外力F作用下,回路上方的条形磁铁(下端是N极)竖直向上做匀速运动.在匀速运动某段时间内外力F做功WF,安培力对导体棒做功W1,磁铁克服磁场力做功W2,重力对磁铁做功WG,回路中产生的焦耳热为Q,导体棒获得的动能为Ek.则下列选项正确的是(　　)
A.导体棒中的电流方向为a→b
B.W1=W2
C.W2-W1=Q
D.WF+WG=Ek+Q
解析:根据楞次定律,导体棒中的电流方向为a到b,选项A正确;根据能量守恒知,磁铁克服磁场力做的功转化为金属棒的动能和回路产生的焦耳热,所以W2-W1=Q,选项B错误,选项C正确;磁铁做匀速运动,对磁铁有WF+WG-W2=0,结合W2-W1=Q,及W1=Ek得WF+WG=Ek+Q,选项D正确.
答案:ACD
9.如图所示,金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时,线圈c中将有感应电流产生(　　)
A.向右做匀速运动
B.向左做匀速运动
C.向右做减速运动
D.向右做加速运动
解析:若c中有感应电流产生,则穿过线圈c的磁通量必然在变化,这就要求螺线管中的电流在变化,而这又要求导体棒ab产生的感应电动势在变化,由E=BLv,导体棒一定在做变速运动,选项C、D正确.
答案:CD
10.如图所示,固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d,其右端接有阻值为R的电阻,整个装置处在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中.一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置,且与两导轨保持良好接触,杆与导轨之间的动摩擦因数为μ.现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离l时,速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直).设杆接入电路的电阻为r,导轨电阻不计,重力加速度大小为g.则此过程(　　)
A.杆的速度最大值为(F-μmg)RB2d2
B.流过电阻R的电荷量为BdlR+r
C.恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量
D.恒力F做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量
解析:当杆的速度达到最大时,安培力F安=B2d2vR+r,杆受力平衡,故F-μmg-F安=0,所以v=(F-μmg)(R+r)B2d2,选项A错误;流过电阻R的电荷量为q=It=ΔΦR+r=BdlR+r,选项B正确;根据动能定理,恒力F、安培力、摩擦力做功的代数和等于杆动能的变化量,由于摩擦力做负功,所以恒力F、安培力做功的代数和大于杆动能的变化量,选项C错误,选项D正确.
答案:BD
二、填空题(本题包含2小题,共20分)
11.(16分)用下图所示的器材进行研究电磁感应现象的实验.
(1)为了能明显地观察到实验现象,请在如图所示的实验器材中,选择必要的器材,在图中用实线连接成相应的实物电路图;
(2)将原线圈插入副线圈中,闭合开关,副线圈中感应电流与原线圈中电流的绕行方向　　　　(选填“相同”或“相反”);?
(3)将原线圈拔出时,副线圈中感应电流与原线圈中电流的绕行方向　　　　(选填“相同”或“相反”).?
答案:(1)如图所示
(2)相反　(3)相同
12.(4分)一种测量血管中血流速度仪器的原理如图所示,在动脉血管左右两侧加有匀强磁场,上下两侧安装电极并连接电压表,设血管直径是2.0 mm,磁感应强度为0.080 T,电压表测出的电压为0.10 mV,则血流速度大小为　　　　 m/s(取两位有效数字).?
解析:由E=Blv得v=EBl=0.10×10-30.080×2.0×10-3 m/s≈0.63 m/s.
答案:0.63
三、计算题(本题包含4小题,共40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得分.有数值计算的题,答案中必须写明数值和单位)
13.(8分)如图所示,线圈abcd每边长l=0.20 m,线圈质量m1=0.10 kg、电阻R=0.10 Ω,重物质量为m2=0.14 kg.线圈上方的匀强磁场磁感应强度B=0.5 T,方向垂直线圈平面向里,磁场区域的宽度为h=0.20 m.重物从某一位置下降,使ab边进入磁场开始做匀速运动,求线圈做匀速运动的速度.
解析:线圈在匀速上升时受到的安培力F安、绳子的拉力F和重力m1g相互平衡,即F=F安+m1g①
重物受力平衡:F=m2g②
线圈匀速上升,在线圈中产生的感应电流I=ER=BlvR ③
线圈受到向下的安培力F安=BIl④
联立①②③④式解得v=(m2-m1)gRB2l2=4 m/s.
答案:4 m/s
14.(10分)如图甲所示,质量m=6.0×10-3 kg、边长L=0.20 m、电阻R=1.0 Ω的正方形单匝金属线框abcd,置于倾角α=30°的绝缘斜面上,ab边沿水平方向,线框的上半部分处在垂直斜面向上的匀强磁场中,磁感应强度B随时间t按图乙所示的规律周期性变化,若线框在斜面上始终保持静止,g取10 m/s2.试求:
(1)在0~2.0 ×10-2 s时间内线框中产生的感应电流的大小;
(2)在t=1.0×10-2 s时线框受到斜面的摩擦力.
解析:(1)0~2.0×10-2 s时间内,线框中产生的感应电动势为E1,感应电流为I1,方向由d→c
则E1=ΔΦ1Δt=ΔBΔt·L22
I1=E1R
代入数据解得E1=0.20 V,I1=0.20 A.
(2)t=1. 0×10-2 s,线框受到的安培力F1=B1I1L,方向沿斜面向下,结合图乙
代入数据得F1=4.0×10-3 N
设此时线框受到的摩擦力大小为Ff,则由线框在斜面静止得
mgsin α+F1-Ff=0
代入数据得Ff=3.4×10-2 N,摩擦力方向沿斜面向上.
答案:(1)0.20 A　(2)3.4×10-2 N　摩擦力方向沿斜面向上
15.(10分)如图所示,两固定的绝缘斜面倾角均为θ,上沿相连.两细金属棒ab(仅标出a端)和cd(仅标出c端)长度均为L,质量分别为2m和m;用两根不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路abdca,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平.右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上.已知两根导线刚好不在磁场中,回路电阻为R,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为μ,重力加速度大小为g,已知金属棒ab匀速下滑.求:
(1)作用在金属棒ab上的安培力的大小;
(2)金属棒运动速度的大小.
解析:(1)设导线的张力的大小为T,右斜面对ab棒的支持力的大小为N1,作用在ab棒上的安培力的大小为F,左斜面对cd棒的支持力大小为N2
对于ab棒,由力的平衡条件得2mgsin θ=μN1+T+F①
N1=2mgcos θ②
对于cd棒,同理有mgsin θ+μN2=T③
N2=mgcos θ④
联立①②③④式得F=mg(sin θ-3μcos θ)⑤
(2)由安培力公式得F=BIL⑥
这里I是回路abdca中的感应电流
ab棒上的感应电动势为E=BLv⑦
式中,v是ab棒下滑速度的大小
由欧姆定律得I=ER ⑧
联立⑤⑥⑦⑧式得v=(sin θ-3μcos θ)mgRB2L2 ⑨
答案:(1)mg(sin θ-3μcos θ)　(2)(sin θ-3μcos θ)mgRB2L2
16.(12分)如图所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距l=0.5 m,左端接有阻值R=0.3 Ω的电阻.一质量m=0.1 kg,电阻r=0.1 Ω的金属棒MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.4 T.棒在水平向右的外力作用下,由静止开始以a=2 m/s2的加速度做匀加速运动,当棒的位移x=9 m时撤去外力,棒继续运动一段距离后停下来,已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1.导轨足够长且电阻不计,棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触.求:
(1)棒在匀加速运动过程中,通过电阻R的电荷量q;
(2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2;
(3)外力做的功WF.
解析:(1)设棒匀加速运动所用时间为t,回路的磁通量变化率为ΔΦ,回路中的平均感应电动势为E,由法拉第电磁感应定律得E=ΔΦΔt,其中ΔΦ=Blx.设回路中的平均电流为I,由闭合电路的欧姆定律得I=ER+r.通过电阻R的电荷量为q=It,化简解得q=BlxR+r,代入数据得q=4.5 C.
(2)设撤去外力时棒的速度为v,对棒的匀加速运动过程,由运动学公式得v2=2ax.设棒在撤去外力后的运动过程中安培力做的功为W,由动能定理得W=0?12mv2.撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2=-W,联立解得Q2=1.8 J.
(3)由题意知,撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1,可得Q1=2Q2=3.6 J.在棒运动的整个过程中,由功能关系知WF=Q1+Q2,联立解得WF=5.4 J.
答案:(1)4.5 C　(2)1.8 J　(3)5.4 J