2020届人教版高中物理选修3-2第四章《电磁感应》测试卷word版含解析

第四章《电磁感应》测试卷
一、单选题(共12小题)
1.如图所示为一种早期发电机原理示意图，该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成，两磁极相对于线圈平面对称．在磁极绕转轴匀速转动过程中，磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧运动(O是线圈中心)，则磁铁从O到Y运动过程，经过电流表的电流方向为(　　)

A． 由E经电流表流向F C． 先由E经电流表流向F，再由F经电流表流向E
B． 由F经电流表流向E D． 先由F经电流表流向E，再由E经电流表流向F
2.自然界的电、热和磁等现象是相互联系的，许多物理学家为探寻它们之间的联系做出了卓越的贡献，以下说法不符合史实的是：(　　)
A． 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联系
B． 伏特发现了电流热效应的规律，定性地给出了电能和热能之间的转化关系
C． 法拉第发现了电磁感应现象，进一步完善了电与磁现象的内在联系
D． 法拉第提出了场的概念，并用电场线和磁感线形象地描述电场和磁场
3.如图所示，闭合导线环和条形磁铁都可以绕水平的中心轴OO′自由转动，开始时磁铁和圆环都静止在竖直平面内．若条形磁铁突然绕OO′轴，N极向纸里、S极向纸外转动，在此过程中，圆环将(　　)

A． 产生逆时针方向的感应电流，圆环上端向里、下端向外随磁铁转动
B． 产生顺时针方向的感应电流，圆环上端向外、下端向里转动
C． 产生逆时针方向的感应电流，圆环并不转动
D． 产生顺时针方向的感应电流，圆环并不转动
4.如图甲所示，光滑导轨水平放置在竖直方向的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B随时间的变化规律如图乙所示(规定向下为正方向)，导体棒ab垂直导轨放置，除电阻R的阻值外，其余电阻不计，导体棒ab在水平外力F的作用下始终处于静止状态．规定a→b的方向为电流的正方向，水平向右的方向为外力的正方向，则在0～2t0时间内，能正确反映流过导体棒ab的电流与时间或外力与时间关系的图线是(　　)




A．
B．
C．
D．



5.如图所示，一个闭合的矩形金属框abcd与一根绝缘轻杆B相连，轻杆上端O点是一个固定转轴，转轴与线框平面垂直，线框静止时恰位于蹄形磁铁的正中央，线框平面与磁感线垂直．现将线框从静止释放，在左右摆动过程中，线框受到磁场力的方向是(　　)

A． 向左摆动的过程中，受力方向向左；向右摆动的过程中，受力方向向右
B． 向左摆动的过程中，受力方向向右；向右摆动的过程中，受力方向向左
C． 向左摆动的过程中，受力方向先向左后向右；向右摆动的过程中，受力方向先向右后向左
D． 摆动过程中始终不受力
6.如图所示，正方形线圈abcd位于纸面内，边长为L，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为(　　)




A．
B．
C．BL2
D．NBL2



7.如图所示，矩形线圈放置在水平薄木板上，有两块相同的蹄形磁铁，四个磁极之间的距离相等，当两块磁铁匀速向右通过线圈时，线圈仍静止不动，那么线圈受到木板的摩擦力方向是(　　)




A． 先向左，后向右
B． 先向左、后向右、再向左
C． 一直向右
D． 一直向左



8.关于电磁感应现象，下列说法中正确的是(　　)
A． 电磁感应现象最先是由奥斯特通过实验发现的
B． 电磁感应现象说明了在自然界中电一定能产生磁
C． 电磁感应现象是由于线圈受磁场力的作用而产生的
D． 电磁感应现象是指闭合回路满足一定的条件产生感应电流的现象
9.图中半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场中，绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，电阻两端分别接盘心O和盘边缘，则通过电阻R的电流强度的大小和方向是(　　)




A． 由c到d，I＝
B． 由d到c，I＝
C． 由c到d，I＝
D． 由d到c，I＝



10.如图所示的电路中，A1和A2是完全相同的两只灯泡，线圈L的电阻可以忽略，下面说法中正确的是(　　)




A． 合上开关S接通电路时，A1和A2同时亮
B． 合上开关S接通电路时，A2先亮，A1后亮
C． 断开开关S切断电路时，A2先灭，A1后灭
D． 断开开关S切断电路时，A1先灭，A1后灭



11.如图甲所示，在竖直平面内有四条间距相等的水平虚线L1、L2、L3、L4，在L1与L2、L3与L4之间均存在着匀强磁场，磁感应强度的大小为1 T，方向垂直于竖直平面向里．现有一矩形线圈abcd，宽度cd＝L＝0.5 m，质量为0.1 kg，电阻为2 Ω，将其从图示位置(cd边与L1重合)由静止释放，速度随时间变化的图象如图乙所示，t1时刻cd边与L2重合，t2时刻ab边与L3重合，t3时刻ab边与L4重合，t2－t3之间的图线为与t轴平行的直线，t1－t2之间和t3之后的图线均为倾斜直线，已知t1－t2的时间间隔为0.6 s，整个运动过程中线圈始终位于竖直平面内．(重力加速度g取10 m/s2)则(　　)


A． 在0－t1时间内，通过线圈的电荷量为2.5 C C． 线圈的长度ad＝1 m
B． 线圈匀速运动的速度为8 m/s D． 0－t3时间内，线圈产生的热量为4.2 J
12.如图所示，间距为L、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端用一阻值为R的电阻连接，导轨上横跨一根质量为m、电阻也为R的金属棒，金属棒与导轨接触良好．整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中．现使金属棒以初速度v沿导轨向右运动，若金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为q.下列说法正确的是(　　)

A． 金属棒在导轨上做匀减速运动
B． 整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为
C． 整个过程中金属棒克服安培力做功为mv2
D． 整个过程中电阻R上产生的焦耳热为mv2
二、填空题(共3小题)
13.在如图所示的电路中，两个灵敏电流表G1和G2的零点都在刻度盘中央，当电流从“＋”接线柱流入时，指针向右摆；电流从“－”接线柱流入时，指针向左摆．在电路接通后再断开的瞬间，灵敏电流表G1的指针向________摆，G2的向________摆．(填“左”或“右”)

14.半径为r、电阻为R的n匝圆形线圈在边长为l的正方形abcd外，匀强磁场充满并垂直穿过该正方形区域，如下图甲所示．当磁场随时间的变化规律如图乙所示时，则穿过圆形线圈磁通量的变化率为________，t0时刻线圈产生的感应电流为________．

15.把一个面积为S，总电阻为R的圆形金属环平放在水平面上，磁感强度为B的匀强磁场竖直向下，当把环翻转180°的过程中，所用时间为t，则金属环中产生的平均感应电动势为________，流过环某一横截面的电量为________．
三、实验题(共1小题)
16.在研究电磁感应现象的实验中所用的器材如图所示．它们是：
①电流计　②直流电源　③带铁芯的线圈A
④线圈B　⑤电键　⑥滑动变阻器

(1)试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线)．
(2)怎样才能使线圈B中有感应电流产生？试举出三种方法．
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________.
四、计算题(共3小题)
17.如图，两条相距l的光滑平行金属导轨位于同一水平面(纸面)内，其左端接一阻值为R的电阻，一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上．在电阻、导轨和金属棒中间有一面积为S的区域，区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场，磁感应强度大小B1随时间t的变化关系为B1＝kt，式中k为常量；在金属棒右侧还有一匀强磁场区域，区域左边界MN(虚线)与导轨垂直，磁场的磁感应强度大小为B0，方向也垂直于纸面向里．某时刻，金属棒在一外加水平恒力的作用下从静止开始向右运动，在t0时刻恰好以速度v0越过MN，此后向右做匀速运动．金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好，它们的电阻均忽略不计．求

(1)在t＝0到t＝t0时间间隔内，流过电阻的电荷量的绝对值；
(2)在时刻t(t>t0)穿过回路的总磁通量和金属棒所受外加水平恒力的大小．
18.如图，线框由裸导线组成，cd、ef两边竖直放置且相互平行，导体棒ab水平放置并可沿cd、ef无摩擦滑动，导体棒ab所在处为匀强磁场B2＝2 T，已知ab长l＝0.1 m，整个电路总电阻R＝5 Ω.螺线管匝数n＝4，螺线管横截面积S＝0.1 m2.在螺线管内有图示方向磁场B1，若＝10 T/s均匀增加时，导体棒恰好处于静止状态，试求：(g＝10 m/s2)

(1)通过导体棒ab的电流大小？
(2)导体棒ab质量m为多少？
19.如图所示，在宽度为0.4 m无限长的水平导轨上垂直放置一阻值为1 Ω的金属棒PQ，导轨处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为2 T，金属棒PQ以v＝5 m/s的速度向右做匀速运动，在导轨A、B两点间接电阻R1、R2、R3的阻值均为4 Ω，电容器的电容为30 μF，电流表的内阻不计，求：

(1)判断PQ上的电流方向；
(2)PQ棒产生的感应电动势；
(3)电流表的示数；
(4)电容器所带的电荷量．



答案解析
1.【答案】A
【解析】磁极绕转轴从O到Y匀速转动，穿过线圈平面的磁通量向上并减小，根据楞次定律可知线圈中产生逆时针方向的感应电流，电流由E经G流向F，故A正确．
2.【答案】B
【解析】1820年，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联系，故A正确；焦耳发现了电流热效应的规律，定性地给出了电能和热能之间的转化关系，故B错误；1831年，英国科学家法拉第发现了电磁感应现象，揭示了磁现象与电现象之间的联系，故C正确；英国物理学家法拉第引入了“电场”和“磁场”的概念，并用画电场线和磁感线的方法来描述电场和磁场，为经典电磁学理论的建立奠定了基础，故D正确．
3.【答案】A
【解析】磁铁转动时，环中穿过环向里的磁通量增加，根据楞次定律，环中产生逆时针方向的感应电流．磁铁转动时，为阻碍磁通量的变化，导线环与磁铁同向转动，所以选项A正确．
4.【答案】D
【解析】在0～t0时间内磁通量为向上减少，t0～2t0时间内磁通量为向下增加，两者等效，且根据B－t图线可知，两段时间内磁通量的变化率相等，根据楞次定律可判断0～2t0时间内均产生由b到a的大小不变的感应电流，选项A、B均错误．在0～t0可判断所受安培力的方向水平向右，则所受水平外力方向向左，大小F＝BIL随B的减小呈线性减小；在t0～2t0时间内，可判断所受安培力的方向水平向左，则所受水平外力方向向右，大小F＝BIL随B的增加呈线性增加，选项D正确．
5.【答案】B
【解析】从阻碍相对运动的角度来看，由于磁通量的变化是由线框和磁场做相对运动引起的，因此感应电流的磁场总是阻碍线框相对磁场的运动．要阻碍相对运动，磁场对线框因产生感应电流而产生的作用力——安培力，一定和相对运动的方向相反，即线框向左摆动时受力方向向右，线框向右摆动时受力方向向左．B正确．
6.【答案】B
【解析】当abcd有一半处在磁感应强度为B的匀强磁场中时，磁通量为Φ＝B·L2＝，B对．
7.【答案】D
【解析】根据楞次定律的“阻碍变化”知“来拒去留”，当两磁铁靠近线圈时，线圈要阻碍其靠近，线圈有向右移动的趋势，受木板的摩擦力向左，当磁铁远离时，线圈要阻碍其远离，仍有向右移动的趋势，受木板的摩擦力方向仍是向左的，故D正确．
8.【答案】D
【解析】电磁感应现象指的是磁生电的现象，C错；奥斯特是发现电生磁的科学家，A错；要让电生磁是需要满足一定条件的，例如运动的导体、运动的磁体，变化的电流，变化的磁场，在磁场中运动的导体，所以B错．
9.【答案】C
【解析】由右手定则可判断出R中电流由c到d，电动势＝Br＝Br2ω，电路中电流I＝.
10.【答案】B
【解析】合上开关S接通电路时，两支路电流增加，所以灯泡A2马上亮起来，而在A1支路中线圈L上会产生自感电动势，阻碍电流的增加，所以使得电灯A1慢慢亮起来，选项B正确；而当断开开关S切断电路时，电路中的电流减小，所以支路A2中的电流立即消失，但是A1支路由于L中的自感电动势阻碍电流的减少，此电流会在A1→L→A2中重新形成回路，所以会使得A1、A2两灯慢慢的一起熄灭．选项C、D错．
11.【答案】B
【解析】t2－t3时间内，线圈做匀速直线运动，而E＝BLv2，F＝，F＝mg，解得v2＝＝8 m/s，选项B正确；线圈在cd边与L2重合到ab边与L3重合的过程中一直做匀加速运动，则ab边刚进磁场时，cd边也刚进磁场，设磁场宽度为d，则3d＝v2t－gt2，解得d＝1 m，则ad边的长度为2 m，选项C错误；在0－t3时间内，由能量守恒定律，有Q＝5mgd－mv＝1.8 J，选项D错误；在0－t1时间内，通过线圈的电荷量q＝＝＝0.25 C，选项A
错误．
12.【答案】C
【解析】因为金属棒向右运动时受到向左的安培力作用，且安培力随速度的减小而减小，所以金属棒向左做加速度减小的减速运动；根据E＝＝，q＝IΔt＝Δt＝，解得x＝；
整个过程中金属棒克服安培力做功等于金属棒动能的减少量mv2；整个过程中电路中产生的热量等于机械能的减少量mv2，电阻R上产生的焦耳热为mv2.
13.【答案】右　左
【解析】电路稳定后断开S，通过电阻这一支路的电流立即消失，由于电感器对电流的变化有阻碍作用，会阻碍其减小，通过电感器的电流并且通过电阻．所以含有电感器的支路的电流从“＋”接线柱流入，G1指针向右摆．含有电阻的支路电流从“－”接线柱流入，G2指针向左摆．
14.【答案】l2　n
【解析】磁通量的变化率为＝S＝l2
根据法拉第电磁感应定律得t0时刻线圈中的感应电动势
E＝n＝nl2
再根据闭合电路欧姆定律得感应电流I＝n＝n.
15.【答案】　
【解析】当把环翻转180°的过程中，穿过圆环的磁通量变化量的大小为ΔΦ＝2BS；
根据法拉第电磁感应定律得，感应电动势的平均值为：E＝＝，
感应电流的平均值为：＝＝，
流过环某一横截面的电量为：q＝t＝.
16.【答案】(1)如图所示

(2)①闭合开关　②断开开关
③开关闭合时移动滑动变阻器滑片
【解析】(1)使线圈A与电键、直流电源、滑动变阻器串联，线圈B与电流计连成闭合回路；
(2)只要能使穿过线圈B的磁通量发生变化，就可以使线圈B中产生感应电流．
17.【答案】(1)|q|＝　(2)Φ1＝B0lv0(t－t0)＋kSt　F＝(B0lv0＋kS)
【解析】在金属棒未超过MN之前，t时刻穿过回路的磁通量为Φ＝ktS①
设在从t时刻到t＋Δt的时间间隔内，回路磁通量的变化量为ΔΦ，
流过电阻R的电荷量为Δq
根据法拉第电磁感应定律有ε＝－②
根据欧姆定律可得i＝③
根据电流的定义可得i＝④
联立①②③④可得|Δq|＝Δt⑤
根据⑤可得在t＝0到t＝t0的时间间隔内，流过电阻R的电荷量q的绝对值为|q|＝⑥
(2)当t>t0时，金属棒已越过MN，由于金属棒在MN右侧做匀速运动，有F＝F安⑦
式中F是外加水平恒力，F安是匀强磁场施加的安培力，设此时回路中的电流为I，F安的大小为F安＝B0Il⑧
此时金属棒与MN之间的距离为s＝v0(t－t0)⑨
匀强磁场穿过回路的磁通量为Φ′＝B0ls⑩
回路的总磁通量为Φ1＝Φ＋Φ′?
式中Φ仍如①式所示，由①⑨?可得在时刻t(t>t0)穿过回路的总磁通量为Φ1＝B0lv0(t－t0)＋kSt?
在t到t＋Δt的时间间隔内，总磁通量的改变ΔΦt为ΔΦt＝(B0lv0＋kS)Δt?
由法拉第电磁感应定律可得，回路感应电动势的大小为εt＝||?
由欧姆定律有I＝?
联立⑦⑧???可得F＝(B0lv0＋kS).
18.【答案】(1)0.8 A　(2)0.016 kg
【解析】(1)螺线管产生的感应电动势：
E＝n＝nS＝4×10×0.1 V＝4 V
I＝＝0.8 A
(2)ab所受的安培力
F＝B2Il＝2×0.8×0.1 N＝0.16 N
导体棒静止时有F＝mg
得m＝0.016 kg.
19.【答案】(1)Q到P　(2)4 V　(3)0.8 A　(4)9.6×10－6C
【解析】(1)由右手定则判定金属棒上电流方向：Q到P
(2)根据公式可得E＝BLv＝4 V
(3)根据闭合回路欧姆定律可得I＝＝0.8 A
(4)根据欧姆定律可得UC＝IR3＝3.2 V　Q＝CUC＝9.6×10－5C.