高中物理人教版 阶段检测题选修3-2　 电磁感应 单元检测 Word版含解析

一、选择题(本题共10小题，每小题6分，共60分.1～5为单选题，6～10为多选题)
1．(2019·广东湛江一中模拟)如图，在一根竖直放置的铜管的正上方某处从静止开始释放一个强磁体，在强磁体沿着铜管中心轴线穿过铜管的整个过程中，不计空气阻力，那么(　　)
A．由于铜是非磁性材料，故强磁体运动的加速度始终等于重力加速度
B．由于铜是金属材料，能够被磁化，使得强磁体进入铜管时加速度大于重力加速度，离开铜管时加速度小于重力加速度
C．由于铜是金属材料，在强磁体穿过铜管的整个过程中，铜管中都有感应电流，加速度始终小于重力加速度
D．由于铜是金属材料，铜管可视为闭合回路，强磁体进入和离开铜管时产生感应电流，在进入和离开铜管时加速度都小于重力加速度，但在铜管内部时加速度等于重力加速度
解析：选C.铜是金属材料，但不能被磁化．铜管可视为闭合回路，强磁体穿过整个铜管的过程中，铜管始终切割磁感线，在管中运动的过程中管中都有感应电流，强磁体受到向上的磁场力，加速度始终小于重力加速度，C正确．
2．(2019·广东江门调研)如图所示为游乐场中过山车的“磁力刹车装置”．在过山车两侧安装铜片，停车区的轨道两侧安装强力磁铁，当过山车进入停车区时，铜片与强力磁铁的相互作用使过山车能很快地停下，下列说法中错误的是(　　)
A．过山车进入停车区时其动能转化成电能
B．过山车进入停车区的过程中两侧的铜片中会产生感应电流
C．把铜片换成有机玻璃片，也能达到相同的刹车效果
D．过山车进入停车区的过程中铜片受到的安培力使过山车减速
解析：选C.磁力刹车制动器是由一个或两个磁力很强的钕磁铁长条．当金属片(通常是铜或铜铝合金)切割磁感线时，会在金属内部产生涡流，这将生成一个磁场来反抗运动．由此产生的制动力与速度成正比，金属片在磁场内移动，同时产生热能，因C选项中玻璃片不是金属，达不到同样的刹车效果，C错误．
3．(2019·贵州盘县四中模拟)如图所示，一个金属圆盘安装在竖直的转动轴上，置于蹄形磁铁之间，两块铜片A、O分别与金属盘的边缘和转动轴接触．若使金属盘按图示方向(俯视顺时针方向)转动起来，下列说法正确的是(　　)
A．电阻R中有Q→R→P方向的感应电流
B．电阻R中有P→R→Q方向的感应电流
C．穿过圆盘的磁通量始终没有变化，电阻R中无感应电流
D．调换磁铁的N、S极同时改变金属盘的转动方向，R中感应电流的方向也会发生改变
解析：选B.圆盘转动时，相当于A、O间的半径切割磁感线产生感应电动势，该半径与R构成闭合回路，电路中产生感应电流，由右手定则可知，通过电阻R的感应电流方向为：P→R→Q，故A、C错误，B正确；调换磁铁的N、S极同时改变金属盘的转动方向，半径的转动方向与磁场方向同时变为相反方向，由右手定则可知，R中感应电流的方向不变，故D错误．
4．(2019·青岛调研)如图甲，A、B为两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置．若A线圈中通有如图乙所示的变化电流i，则下列说法正确的是(　　)
A．t1到t2时间内B线圈电流方向与A线圈内电流方向相反
B．t1到t3时间内B线圈电流方向一直没有发生变化
C．t1时刻两线圈间作用力最大
D．t2时刻两线圈间作用力最大
解析：选B.在t1到t2时间内，若设逆时针(从左向右看)方向为正，则线圈A电流方向逆时针且大小减小，所以根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B方向向左的磁通量大小减小，由楞次定律可知，线圈B的电流方向为逆时针方向，因此A、B中电流方向相同，出现相互吸引现象，故A错误；由上可知在t1到t2时间内，线圈B的电流方向逆时针方向，在t2到t3时间内，线圈A电流方向顺时针且大小增大，所以根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B方向向右的磁通量大小增大，由楞次定律可知，线圈B的电流方向为逆时针方向，所以在t1到t3时间内B线圈电流方向一直没有发生变化，故B正确；由题意可知，在t1时刻，线圈A中的电流最大，而磁通量的变化率是零，所以线圈B感应电流也是零，因此两线圈间作用力为零，故C错误；在t2时刻，线圈A中的电流为零，而磁通量的变化率是最大的，所以线圈B感应电流也是最大，但A、B间的相互作用力为零，故D错误．
5.(2019·河南洛阳调研)如图所示，一光滑导轨水平放置，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，以导轨的顶点为原点建立直角坐标系，导轨满足方程y2＝ax，a为定值．一均匀导体棒垂直于x轴在外力作用下由坐标原点开始向x轴正方向匀速运动，运动过程中导体棒与导轨接触良好形成闭合回路，导轨电阻不计，则导体棒运动过程中产生的感应电动势E、回路电流I、通过导体棒横截面的电荷量q，外力做的功W随时间t变化规律图象正确的是(　　)
解析：选C.某时刻导体棒移动的距离为x＝vt，则此时的电动势E＝Bv·2y＝2Bv，选项A错误；设导体棒单位长度的电阻为r0，则t时刻的电流为：I＝＝＝，选项B错误；通过导体棒横截面的电荷量q＝It＝t，选项C正确；外力的功：W＝Fx＝F安x＝BI·2y＝B··2，选项D错误．
6．(2019·广西百校大联考)图示是研究性学习小组的同学设计的防止电梯坠落的应急安全装置，在电梯轿厢上安装上永久磁铁，电梯的井壁上铺设线圈，能在电梯突然坠落时减小对人员的伤害．关于该装置，下列说法正确的是(　　)
A．当电梯突然坠落时，该安全装置可起到阻碍电梯下落的作用
B．当电梯突然坠落时，该安全装置可使电梯停在空中
C．当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，闭合线圈A、B中电流方向相同
D．当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落
解析：选AD.若电梯突然坠落，将线圈闭合时，线圈内的磁感应强度发生变化，将在线圈中产生感应电流，感应电流会阻碍磁铁的相对运动，可起到应急避险作用，故A正确；感应电流会阻碍磁铁的相对运动，但不能阻止磁铁的运动，故B错误；当电梯坠落至如图位置时，闭合线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从上向下看是逆时针方向，B中向上的磁场增强，感应电流的方向从上向下看是顺时针方向，可知A与B中感应电流方向相反，故C错误；结合以上分析可知，当电梯坠落至如图位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落，故D正确．
7．(2019·武汉六中模拟)如图甲中abcd为导体做成的框架，其平面与水平面成θ角，质量为m的导体棒PQ与ab、cd接触良好，回路的电阻为R，整个装置放于垂直框架平面的变化的磁场中，磁感应强度B随时间变化规律如图乙，PQ始终静止，在时间0～t内，PQ受到的摩擦力f的大小变化可能是(　　)
A．f一直增大
B．f一直减小
C．f先减小后增大
D．f先增大后减小
解析：选AC.根据法拉第电磁感应定律可知在线圈中产生恒定的感应电流，开始导体棒PQ受到沿导轨向上的安培力，若开始安培力小于导体棒重力沿导轨向下的分力mgsin θ，则摩擦力为：f＝mgsin θ－F安，随着安培力的减小，摩擦力f逐渐逐渐增大，当安培力反向时，f＝mgsin θ＋F安，安培力逐渐增大，故摩擦力也是逐渐增大，故A正确，B错误；若安培力大于mgsin θ，则安培力为：f＝F安－mgsin θ，由于安培力逐渐减小，摩擦力逐渐减小，当F安＝mgsin θ时，摩擦力为零并开始反向变为：f＝mgsin θ－F安，随着安培力的变化将逐渐增大，所以摩擦力f将先减小后增大，故C正确，D错误．
8．(2019·湖南师大附中模拟)等腰直角三角形OPQ区域内存在匀强磁场．另有一等腰直角三角形导线框ABC以恒定的速度沿垂直于磁场方向穿过磁场，穿越过程中速度方向始终与AB边垂直且保持AC平行于OQ，关于线框中的感应电流，以下说法中正确的是(　　)
A．开始进入磁场时感应电流最大
B．产生的电动势属于动生电动势
C．开始进入磁场时感应电流沿顺时针方向
D．开始穿出磁场时感应电流沿顺时针方向
解析：选ABD.当线框进入磁场时切割磁感线，产生的动生感应电动势为：E＝BLv，导线框ABC的速度恒定，当有效的切割长度最大时，产生的感应电动势也最大，那么感应电流I＝＝也最大，开始进入磁场时感应电动势最大，此时感应电流最大，故A、B正确；由右手定则可判定，开始进入磁场时导体切割磁感线产生的感应电流方向为C到A，即感应电流沿逆时针方向，故C错误；由楞次定律可得开始穿出磁场时感应电流为A到C，即感应电流沿顺时针方向，故D正确．
9．两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直．边长为0.1 m、总电阻为0.005 Ω的正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场边界平行，如图(a)所示．已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t＝0时刻进入磁场．线框中感应电动势随时间变化的图线如图(b)所示(感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正)．下列说法正确的是(　　)
A．磁感应强度的大小为0.5 T
B．导线框运动速度的大小为0.5 m/s
C．磁感应强度的方向垂直于纸面向外
D．在t＝0.4 s至t＝0.6 s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1 N
解析：选BC.由E－t图象可知，线框经过0.2 s全部进入磁场，则速度v＝＝0.5 m/s，B正确；由法拉第电磁感应定律E＝BLv可知，B＝0.2 T，A错误；根据楞次定律，可知磁感应强度的方向垂直于纸面向外，C正确；在0.4～0.6 s时间内，导线框中感应电流I＝＝2 A，所受安培力F＝BIl＝0.04 N，D错误．
10．(2019·福建南平质检)如图所示，足够长的光滑水平轨道，左侧间距为0.4 m，右侧间距为0.2 m．空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为0.2 T．质量均为0.02 kg的金属棒M、N垂直导轨放置在轨道上，开始时金属棒M、N均保持静止，现使金属棒M以10 m/s的速度向右运动，两金属棒在运动过程中始终相互平行且与导轨保持良好接触，M棒总在宽轨上运动，N棒总在窄轨上运动．g取10 m/s2.下列说法正确的是(　　)
A．M棒刚开始运动时，回路中产生顺时针方向的电流(俯视)
B．M、N棒最终都以5 m/s的速度向右匀速运动
C．在两棒运动的整个过程中，电路中产生的焦耳热为0.5 J
D．在两棒运动的整个过程中，通过金属棒的电荷量为2 C
解析：选AD.根据右手定则可知回路的电流方向为顺时针(俯视)，故A正确；由E＝BLMvM－BLNvN可知：当电路稳定时，BLMvM－BLNvN＝0，由动量定理得BILM·Δt＝mv0－mvM，BILN·Δt＝mvN，解得：vM＝2 m/s，vN＝4 m/s，故B错误；根据能量守恒得：Q＝mv－mv－mv＝0.8 J，故C错误；由BILN·Δt＝mvN和q＝I·Δt得：q＝2 C，故D正确．
二、计算题(本题共2小题，共40分)
11．(20分)(2019·河北正定中学模拟)如图所示，倾角θ＝30°的绝缘光滑斜面向上，有一边界为矩形区域MNPQ磁场，边界MN为水平方向，MN与PQ之间距离为d＝0.2 m，以MN边界中点O为坐标原点沿斜面向上建立x坐标．已知磁场方向垂直于斜面向上，磁感应强度大小随坐标x位置变化，变化规律为B＝.现有n＝10匝的正方形线圈abcd，其边长l＝0.4 m，总质量m＝0.5 kg、总电阻R＝4 Ω，ab边与MN 重合；在沿斜面向上的拉力F作用下，以恒定的速度v＝1 m/s，沿 x轴正向运动．g取10 m/s2.求：
(1)线圈ab边运动到x＝0.1 m位置时，线圈受到的安培力FA.
(2)线圈穿过磁场区域过程中拉力F 做的总功W.
解析：(1)在x＝0.1 m处，磁感应强度B1＝0.5 T
由电磁感应定律，则有：E＝nBlv＝2 V
根据闭合电路欧姆定律，则有：I1＝＝＝0.5 A
那么线圈受到的安培力大小FA＝nBI1l＝＝1 N.
(2)线圈经过磁场区域分成三个阶段，第一阶段ab边在切割磁场，第二阶段线圈没有切割磁场，第三阶段线圈cd切割磁场
由动能定理，可得：W＋WG＋WA＝0
h＝(d＋l)sin θ＝0.3 m
WG＝mgh＝－1.5 J
由上可得，线圈受到安培力：
FA＝＝2－10x(N)是变力
由FA－x图象可知，
则有WA＝－×2×0.2×2 J＝－0.4 J
解得：W＝－WG－WA＝(1.5＋0.4) J＝1.9 J.
答案：(1)1 N　(2)1.9 J
12．(20分)(2019·河南焦作联考)如图所示，固定的绝缘斜面倾角为θ＝30°，质量为m＝1 kg的均匀细金属棒ab(仅画出a端)和质量为M＝2 kg的均匀细金属棒cd(仅画出c端)用两根不可伸长的柔软轻导线构成回路abcd，并通过固定在斜面顶端的两个光滑绝缘小定滑轮连接使两金属棒水平，导线平行斜面．已知在虚线右侧有磁感应强度为B＝1 T的匀强磁场，方向垂直斜面向上，回路总电阻为R＝0.5 Ω，两金属棒的长度均为L＝0.5 m，ab棒与斜面间的动摩擦因数为μ＝，重力加速度为g＝10 m/s2，cd棒始终未触地，ab棒始终未到滑轮处．
(1)将两金属棒由静止释放，求释放瞬间的加速度大小；
(2)求两金属棒最终稳定时的速度大小；
(3)如果从静止释放到达到稳定的时间为t＝6.2 s，那么在此过程中，金属棒cd下降的距离为多少．
解析：(1)设金属棒释放瞬间细导线上的拉力为T，对金属棒cd，由牛顿第二定律得Mg－T＝Ma
对金属棒ab，由牛顿第二定律得：
T－mgsin θ－μFN＝ma
又FN＝mgcos θ
联立解得a＝2.5 m/s2.
(2)两金属棒最终稳定后以共同速度做匀速运动，设此时速度为v
ab棒运动产生的感应电动势E＝BLv
由闭合电路欧姆定律得I＝
由安培力公式可知F＝BIL
稳定运动后对cd棒有Mg＝T1
对ab棒有T1＝mgsin θ＋μmgcos θ＋F
联立解得v＝15 m/s.
(3)设金属棒cd下降的距离为x，则对两金属棒由动量定理得
Mgt－T·t＝Mv
T·t－mgtsin θ－μmgtcos θ－F安t＝mv
又F安＝BI′L＝
联立解得x＝3 m.
答案：(1)2.5 m/s2　(2)15 m/s　(3)3 m