高中物理人教版选修3-2 能力提升训练：第4章电磁感应 Word版含解析

第4章能力提升训练
（时间：90分钟　分值：100分）
一、单项选择题（本题共10小题，每小题3分，共30分.在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求）
1.下列说法正确的是（　　）
A.奥斯特发现了电流磁效应；法拉第发现了电磁感应现象
B.闭合电路在磁场中做切割磁感线运动，电路中一定会产生感应电流
C.线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大
D.涡流的形成不遵循法拉第电磁感应定律
解析：由物理学史可知A正确；B项中做切割磁感线运动且使磁通量变化才产生感应电流，故B错误；C项中，感应电动势与磁通量变化率成正比，故C错误；涡流也是感应电流，也遵循法拉第电磁感应定律，D项错误.
答案：A
2.如图所示，一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上，细线从一水平金属圆环中穿过.现将环从位置Ⅰ释放，环经过磁铁到达位置Ⅱ.设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分别为FT1和FT2，重力加速度大小为g，则（　　）
A.FT1>mg，FT2>mg　　 B.FT1C.FT1>mg，FT2mg
解析：当圆环经过磁铁上端时，磁通量增加，根据楞次定律可知磁铁要把圆环向上推，又根据牛顿第三定律可知圆环要给磁铁一个向下的磁场力，因此有FT1>mg.当圆环经过磁铁下端时，磁通量减少，根据楞次定律可知磁铁要把圆环向上吸，又根据牛顿第三定律可知圆环要给磁铁一个向下的磁场力，因此有FT2>mg，所以只有A正确.
答案：A
3.如图所示，通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环，铜环平面与螺线管截面平行，当开关S接通一瞬间，两铜环的运动情况是（　　）
A.同时向两侧推开
B.同时向螺线管靠拢
C.一个被推开，一个被吸引，但因电源正负极未知，无法具体判断
D.同时被推开或同时向螺线管靠拢，但因电源正负极未知，无法具体判断
解析：通电前，穿过两个铜环的磁通量均为零，通电时，穿过两个铜环的磁通量突然增大，根据楞次定律，两铜环向两侧推开.
答案：A
4.如图所示，边长为l的正方形导体框匀速地从磁场左边穿过磁场运动到磁场右边，磁场的宽度为d，线框的速度为v.若l＜d，则线框中存在感应电流的时间为（　　）
A. B.
C. D.
解析：线框从开始进到完全进入，从开始出到完全出来的过程，线框中存在感应电流.所以线框中存在感应电流的时间t＝＋＝，故选项B正确.
答案：B
5.如图所示，闭合金属导线框放置在竖直向上的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度的大小随时间变化.下列说法正确的是（　　）
①当磁感应强度增大时，线框中的感应电流可能减小　②当磁感应强度增大时，线框中的感应电流一定增大　③当磁感应强度减小时，线框中的感应电流一定增大　④当磁感应强度减小时，线框中的感应电流可能不变
A.只有②④正确 B.只有①③正确
C.只有②③正确 D.只有①④正确
解析：I＝，而由法拉第电磁感应定律E＝n得E与B的增大还是减小无关，而与磁通量的变化率有关.
答案：D
6.材料、粗细相同，长度不同的电阻丝做成ab、cd、ef三种形状的导线，分别放在电阻可忽略的光滑金属导轨上，并与导轨垂直，如图所示，匀强磁场方向垂直导轨平面向内.外力使导线水平向右做匀速运动，且每次外力所做功的功率相同，已知三根导线在导轨间的长度关系是LabA.ab运动速度最大
B.ef运动速度最大
C.三根导线每秒产生的热量不同
D.因三根导线切割磁感线的有效长度相同，故它们产生的感应电动势相同
解析：三根导线长度不同，故它们连入电路的阻值不同，有Rab答案：B
7.铁路上使用一种电磁装置向控制中心传输信号以确定火车的位置.能产生匀强磁场的磁铁被安装在火车首节车厢下面，如图甲所示（俯视图）.当它经过安放在两铁轨间的线圈时，便会产生一电信号，被控制中心接收.当火车通过线圈时，若控制中心接收到的线圈两端的电压信号如图乙所示，则说明火车在做（　　）
图甲　　　　 　　图乙
A.匀速直线运动
B.匀加速直线运动
C.匀减速直线运动
D.加速度逐渐增大的变加速直线运动
答案：B
8.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
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.
答案：C
9.在如图所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，E为电源，S为开关.关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序，下列说法正确的是（　　）
A.合上开关，a先亮，b逐渐变亮；断开开关，a、b同时熄灭
B.合上开关，b先亮，a逐渐变亮；断开开关，a先熄灭，b后熄灭
C.合上开关，b先亮，a逐渐变亮；断开开关，a、b同时熄灭
D.合上开关，a、b同时亮；断开开关，b先熄灭，a后熄灭
解析：合上开关S后，电流由零突然变大，电感线圈产生较大的感应电动势，阻碍电流的增大，故Ib>Ia，随电流逐渐增大至稳定过程，电感的阻碍作用越来越小，故合上开关，b先亮，a逐渐变亮；开关S断开后，由于电感L产生自感电动势，灯a、b回路中电流要延迟一段时间再熄灭，且同时熄灭，故选C.
答案：C
10.如图所示，用丝线悬挂一个金属环，金属环套在一个通电螺线管上，并处于螺线管正中央位置.如通入螺线管中的电流突然增大，则（　　）
A.圆环会受到沿半径向外拉伸的力
B.圆环会受到沿半径向里挤压的力
C.圆环会受到向右的力
D.圆环会受到向左的力
解析：无论通入螺线管的电流是从a流向b还是从b流向a，电流增大时，穿过金属环的磁通量必增加.由于穿过金属环的磁通量由螺线管内、外两部分方向相反的磁通量共同决定，其等效磁场方向由管内磁场方向决定.根据楞次定律，环内感应电流的磁场要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，即要阻碍穿过环的磁通量的增加，因此有使环扩张的趋势，从而使环受到沿半径向外拉伸的力.
答案：A
二、多项选择题（本题共4小题，每小题6分，共24分.在每小题给出的四个选项中有多项符合题目要求，全部选对得6分，漏选得3分，错选或不选得0分）
11.今将磁铁缓慢或者迅速地插入一闭合线圈中（始末位置相同），试对比在上述两个过程中，相同的物理量是（　　）
A.磁通量的变化量
B.磁通量的变化率
C.线圈中产生的感应电流
D.流过线圈导线截面的电荷量
解析：由ΔΦ＝Φ2－Φ1和题意知，A选项正确.因Δt1和Δt2不等，故不同，B选项错误，由E＝n知，感应电动势不相等，故C选项错误；由q＝n知D选项正确.
答案：AD
12.如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来.若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有 （　　）
A.增加线圈的匝数
B.提高交流电源的频率
C.将金属杯换为瓷杯
D.取走线圈中的铁芯
解析：当线圈上通交流电时，金属杯由于发生电磁感应现象，杯中有感应电流，对水加热，若要增大感应电流，则需要增大感应电动势或者减小杯体的电阻.增加线圈的匝数，使得穿过金属杯的磁场增强，感应电动势增大，选项A正确；提高交流电的频率，使得磁通量的变化率增大，感应电动势增大，选项B正确；若将金属杯换为瓷杯，则不会产生感应电流，选项C错误；取走线圈中的铁芯，磁场会大大减弱，感应电动势减小，选项D错误.
答案：AB
13.单匝线圈所围的面积为0.1 m2，线圈电阻为1 Ω.规定线圈中感应电流I的正方向从上往下看是顺时针方向，如图甲所示.磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示.则以下说法正确的是（　　）
图甲　　　　　　　图乙　　　
A.在时间0～5 s内，I的最大值为0.01 A
B.在第4 s时刻，I的方向为逆时针
C.前2 s内，通过线圈某截面的总电荷量为0.01 C
D.第3 s内，线圈的发热功率最大
解析：E＝n＝n·S，由题图乙知，在0～5 s内，0时刻最大，此时E＝0.01 V，所以I＝＝0.01 A，A正确；在第4 s时刻，B处于减少过程中，由楞次定律得I的方向为逆时针，B正确；前2 s内，q＝·Δt＝·Δt＝Δt＝n＝0.01 C，C正确；第3 s内，B不变，I＝0，D错误.
答案：ABC
14.如图所示，平行金属导轨光滑并且固定在水平面上，导轨一端连接电阻R，其他电阻不计，垂直于导轨平面有一匀强磁场，磁感应强度为B，当一质量为m的金属棒ab在水平恒力F作用下由静止向右滑动 （　　）
A.棒从静止到最大速度过程中，棒的加速度不断增大
B.棒从静止到最大速度过程中，棒克服安培力所做的功等于棒的动能的增加量和电路中产生的内能
C.棒ab做匀速运动阶段，外力F做的功等于电路中产生的内能
D.无论棒ab做何运动，它克服安培力做的功一定等于电路中产生的内能
解析：金属棒所受的安培力F安＝，又a＝，可知金属棒的速度增大时，安培力增大，则加速度减小，故选项A错误；根据能量转化和守恒定律，可知无论棒ab做何运动，克服安培力做的功等于电路中产生的内能.棒从静止到最大速度过程中，外力F做的功等于棒的动能的增加量和电路中产生的内能之和，故选项B错误，D正确；当ab棒匀速运动时，F安＝F，外力做的功全部转化为电路中的电能，则外力F做的功等于电路中产生的内能.故选项C正确.
答案：CD
三、实验题（10分）
15.在研究电磁感应现象的实验中，所需的实验器材如图所示.现已用导线连接了部分实验电路.
（1）请画实线作为导线从箭头1和2处连接其余部分电路.
（2）实验时，将线圈L1插入线圈L2中，闭合开关的瞬间，观察到检流计的指针发生偏转，这个现象揭示的规律是
____________________________________________________.
（3）某同学设想使线圈L1中电流逆时针（俯视）流动，线圈L2中电流顺时针（俯视）流动，可行的实验操作是　　　　.
A.抽出线圈L1
B.插入软铁棒
C.使变阻器滑片P左移
D.断开开关
解析：（1）将箭头1、线圈L1、箭头2依次连接起来组成闭合回路.线圈L2与检流计连接起来组成闭合回路.（2）闭合开关的瞬间，流过线圈L1的电流瞬间增大，产生的磁感应强度增大，穿过线圈L2的磁通量增大，线圈L2中产生感应电动势，有感应电流流过检流计；该实验表明“穿过闭合电路中的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流”.（3）要使两线圈中的电流方向相反，只需使线圈L1产生的磁通量逐渐增大，可行的方法有插入软铁棒或增大线圈L1中的电流（即使变阻器滑片P左移），选项B、C正确.
答案：（1）如图所示.
（2）穿过闭合电路中的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流
（3）BC
四、计算题（本题共3小题，共36分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位）
16.（10分）如图所示，用同样导线制成的圆环a和b所包围的面积之比为4∶1，直导线的电阻可忽略，将a环放在垂直于环面且均匀变化的匀强磁场内，b环放在磁场外，A、B两点间的电势差为U1；若将a环与b环的位置互换，A、B两点间的电势差为U2，则U1与U2的比值为多大？
解析：a、b环的面积之比为4∶1，所以周长之比为2∶1，即电阻之比为2∶1，当a环置于均匀变化的磁场中时，U1＝＝①
当b环置于均匀变化的磁场中时，
U2＝＝②
得＝＝.
即U1∶U2＝2∶1.
17.（12分）均匀导线制成的单匝正方形闭合线框abcd，每边长为L，总电阻为R，总质量为m.将其置于磁感应强度为B的水平匀强磁场上方h处，如图所示.线框由静止自由下落，线框平面保持在竖直平面内，且cd边始终与水平的磁场边界平行.当cd边刚进入磁场时：
（1）求线框中产生的感应电动势大小；
（2）求c、d两点间的电势差大小；
（3）若此时线框加速度恰好为零，求线框下落的高度h.
解析：（1）cd边刚进入磁场时，线框速度v＝，
线框中产生的感应电动势E＝BLv＝BL.
（2）此时线框中的电流I＝.
cd切割磁感线相当于电源，c、d两点间的电势差即路端电压，为
U＝I·R＝BL.
（3）安培力F安＝BIL＝，
根据牛顿第二定律，得mg－F安＝ma，
由a＝0，解得下落高度h＝.
18.（14分）如图所示，MN、PQ为间距L＝0.5 m足够长的平行导轨，NQ⊥MN.导轨平面与水平面间的夹角θ＝37°，NQ间连接有一个R＝5 Ω的电阻.有一匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B＝1 T.将一根质量为m＝0.05 kg的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻均不计.现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行.已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ＝0.5，当金属棒滑行至cd处时已经达到稳定速度，cd距离NQ为s＝2 m.试解答以下问题：（g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8）
（1）当金属棒滑行至cd处时回路中的电流多大？
（2）金属棒达到的稳定速度是多大？
（3）当金属棒滑行至cd处时回路中产生的焦耳热是多少？
（4）若将金属棒滑行至cd处的时刻记作t＝0，从此时刻起，让磁感应强度逐渐减小，可使金属棒中不产生感应电流，则磁感应强度B′应怎样随时间t变化（写出B′与t的关系式）？
解析：（1）达到稳定速度时，安培力F安＝BIL，
mgsin θ＝F安＋μmg cos θ，
I＝＝0.2 A.
（2）E＝BLv，I＝，v＝＝2 m/s.
（3）根据能量守恒得，重力势能减小转化为动能、摩擦产生的内能和回路中产生的焦耳热.
Q＝mgs sin θ－μmgs cos θ－mv2＝0.1 J.
（4）当回路中的总磁通量不变时，金属棒中不产生感应电流.此时金属棒将沿导轨做匀加速运动.
mgsin θ－μmgcos θ＝ma，
a＝gsin θ－μgcos θ＝2 m/s2，
BLs＝B′L，
B′＝＝ T.