人教版物理选修3-2 第四章电磁感应章末训练（含解析）

第四章
电磁感应
过关卷
（考试时间：90分钟
试卷满分：100分）
注意事项：
1．本试卷分第I卷（选择题）和第II卷（非选择题）两部分。答卷前，考生务必将自己的班级、姓名、学号填写在试卷上。
2．回答第I卷时，选出每小题答案后，将答案填在选择题上方的答题表中。
3．回答第II卷时，将答案直接写在试卷上。
第I卷（选择题)
一、单选题（共12小题，每小题4分，共48分。）
1．如图所示，两个线圈A、B套在一起，线圈A中通有电流，方向如图所示。当线圈A中的电流突然增强时，线圈B中的感应电流方向为（
）
A．无感应电流
B．沿逆时针方向
C．沿顺时针方向
D．先沿顺时针方向，再沿逆时针方向
2．老师做了一个物理小实验让学生观察：一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆克绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，同学们看到的现象是（
）
A．磁铁插向左环，横杆发生转动
B．磁铁插向右环，横杆发生转动
C．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都不发生转动
D．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都发生转动
3．穿过同一闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图象分别如图中的①~④所示，下列关于回路中感应电动势的论述正确的是
A．图①回路产生恒定不变的感应电动势
B．图②回路产生的感应电动势一直在变大
C．图③回路0~t1时间内产生的感应电动势小于t1~t2时间内产生的感应电动势
D．图④回路产生的感应电动势先变小再变大
4．如图所示，边长为l的单匝正方形线圈放在光滑水平面上，其有一半处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中。第一次保持磁场不变，使线圈在水平向右的拉力作用下，以恒定速度v向右运动；第二次保持线圈不动，使磁感应强度大小发生变化。若线圈的总电阻为R，则有（
）
A．若要使两次产生的感应电流方向相同，则第二次时磁感应强度大小必须逐渐增大
B．若要使两次产生的感应电流大小相同，则第二次时磁感应强度大小随时间必须均匀变化，且变化率
C．第一次时，在线圈离开磁场的过程中，水平拉力做的功为
D．第一次时，在线圈离开磁场的过程中，通过线圈某一横截面的电荷量为
5．如图所示，E为电池，L是电阻可忽略不计、自感系数足够大的线圈，D1、D2是两个规格相同且额定电压足够大的灯泡，S是控制电路的开关．对于这个电路，下列说法正确的是(　　)
A．刚闭合开关S的瞬间，通过D1电流大于通过D2的电流
B．刚闭合开关S的瞬间，通过D1电流小于通过D2的电流
C．闭合开关S待电路达到稳定，D1熄灭，D2比原来更亮
D．闭合开关S待电路达到稳定，再将S断开，D1、D2均闪亮一下再熄灭
6．如图所示，相距为L的两条足够长的光滑平行不计电阻的金属导轨与水平面夹角为θ，处于方向垂直导轨平面向下且磁感应强度为B的匀强磁场中。将金属杆ab垂直放在导轨上，杆ab由静止释放下滑距离x时速度为v。已知金属杆质量为m，定值电阻以及金属杆的电阻均为R，重力加速度为g，导轨杆与导轨接触良好。则下列说法正确的是（
）
A．此过程中流过导体棒的电荷量q等于
B．金属杆ab下滑x时加速度大小为gsinθ－
C．金属杆ab下滑的最大速度大小为
D．金属杆从开始运动到速度最大时，
杆产生的焦耳热为mgxsinθ－
7．如图，线圈固定于分布均匀的磁场中，磁场方向垂直线圈平面，若磁感应强度变化使线圈中产生感应电流且逐渐变小，则磁感应强度B随时间t变化可能是图中的（
）
A．
B．
C．
D．
8．如图所示，固定平行导轨间有磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向里的匀强磁场，导轨间距为l且足够长，左端接阻值为R的定值电阻，导轨电阻不计．现有一长为2l的金属棒垂直放在导轨上，在金属棒以O点为轴沿顺时针方向以角速度ω转过60°的过程中（金属棒始终与导轨接触良好，电阻不计）（　　）
A．通过定值电阻的电流方向由b到a
B．金属棒刚开始转动时，产生的感应电动势最大
C．通过定值电阻的最大电流为
D．通过定值电阻的电荷量为
9．如图a所示在光滑水平面上用恒力F拉质量m的单匝均匀正方形铜线框，边长为a，在1位置以速度v0进入磁感应强度为B的匀强磁场并开始计时t＝0，若磁场的宽度为b（b＞3a），在3t0时刻线框到达2位置速度又为v0并开始离开匀强磁场．此过程中v﹣t图象如图b所示，则（　　）
A．t＝0时，线框右侧边MN的两端电压为Bav0
B．在t0时刻线框的速度为
C．线框完全离开磁场的瞬间位置3速度一定比t0时刻线框的速度大
D．线框从1位置进入磁场到完全离开磁场位置3过程中，线框中产生的电热为2Fb
10．如图甲所示，等离子气流（由高温高压的等电量的正、负离子组成）由左方连续不断地以速度v0
射入P1
和P2
两极板间的匀强磁场中，ab直导线与P1
、P2
相连接，线圈A与直导线cd相连接，线圈A内存在如图乙所示的变化磁场，且磁感应强度B的正方向规定为向左，则下列叙述正确的是（　　）
A．0～1s内ab、cd导线互相排斥
B．1～2s内ab、cd导线互相吸引
C．2～3s内ab、cd导线互相排斥
D．3～4s内ab、cd导线互相吸引
11．如图所示，在水平面上放置间距为L的平行金属导轨MN、PQ，导轨处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小随时间的变化规律为B＝kt（k为常数，k>0）。M、N间接一阻值为R的电阻，质量为m的金属杆ab垂直导轨放置，与导轨接触良好，其接入轨道间的电阻为R，与轨道间的动摩擦因数为μ，Pb＝Ma＝L（不计导轨电阻，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g），从t＝0到ab杆刚要运动的这段时间内（　　）
A．通过电阻R的电流方向为M→P
B．回路的感应电流I＝
C．通过电阻R的电量q＝
D．ab杆产生的热功率P＝
12．如下图甲所示，一边长L＝0.5
m，质量m＝0.5
kg的正方形金属线框，放在光滑绝缘的水平面上，整个装置处在方向竖直向下、磁感应强度B＝0.8
T的匀强磁场中．金属线框的一个边与磁场的边界MN重合，在水平拉力作用下由静止开始向右运动，经过t＝0.5
s线框被拉出磁场．测得金属线框中的电流I随时间变化的图象如图乙所示，在金属线框被拉出磁场的过程中．下列说法正确的是（
）
A．通过线框导线截面的电量0.5C
B．该金属框的电阻0.80Ω
C．水平力F随时间t变化的表达式F＝2＋0.4t(单位为“N”)
D．若把线框拉出磁场水平拉力做功1.10
J，则该过程中线框产生的焦耳热为0.1
J
第II卷（非选择题)
二、实验题（满分15分）
13．（6分）如图为“探究电磁感应现象”的实验中所用器材的示意图.
(1)请用笔画线代替导线，将所缺导线补接完整；
(2)电路连接完整后，某同学闭合开关时发现灵敏电流计的指针向左偏了一下，
则他将滑线变阻器的滑动端P向左滑动时，电流计指针向_____偏转（选填“左”或“右”）
(3)某同学在完成实验后未断开开关，也未把A、B两线圈和铁芯分开放置，
在拆除电路时突然被电击了一下，则被电击是在拆除___(选填“A”或“B”)线圈所在电路时发生的。要避免电击发生，在拆除电路前应___(选填“断开开关”或“把A、B线圈分开放置”)
14．（9分）(1)如图所示的是“研究电磁感应现象”的实验装置．
①将图中所缺导线补接完整__________
.
②如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后线圈A迅速从线圈B中拔出时，电流计指针将___________（选填
“向右偏”、“向左偏”或“不偏转”）.
(2)某学生选用匝数可调的可拆变压器来“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验时，原线圈接在学生电源上，用多用电表测量副线圈的电压.
①下列操作正确的是
________
A．原线圈接直流电压，电表用直流电压挡
B．原线圈接直流电压，电表用交流电压挡
C．原线圈接交流电压，电表用直流电压挡
D．原线圈接交流电压，电表用交流电压挡
②该学生继续做实验，在电源电压不变的情况下,先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压增大；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压_________（选填“增大”、“减小”或“不变”）.
三、解答题（满分37分，其中15题12分，16题13分，17题15分，每小题需写出必要的解题步骤，只有答案不得分）
15．（11分）如图，两平行金属导轨间的距离
L=0.4
m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，在导轨所在空间内，分布着磁感应强度
B=0.5
T、方向垂直于导轨平面的匀强磁场．金属导轨的一端接有电动势
E=6.0
V、内阻
r=0.5Ω的直流电源．现把一个质量
m=0.05
kg
的导体棒
ab垂直放在金属导轨上，导体棒静止．导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻
R=2.5
Ω，金属导轨电阻不计，g取
10
m/s2．已知
sin37°=0.6，cos37°=0.8，求：
（1）通过导体棒的电流大小；
（2）导体棒受到的安培力大小；
（3）导体棒受到的摩擦力大小．
16．（12分）如图甲所示，导体框架abcd水平固定放置，ab平行于dc且bc边长L＝0.20
m，框架上有定值电阻R＝9Ω(其余电阻不计)，导体框处于磁感应强度大小B1＝1.0
T、方向水平向右的匀强磁场中．有一匝数n＝300匝、面积S＝0.01
m2、电阻r＝1Ω的线圈，通过导线和开关K与导体框架相连，线圈内充满沿其轴线方向的匀强磁场，其磁感应强度B2随时间t变化的关系如图乙所示．B1与B2互不影响．
(1)
求0～0.10
s线圈中的感应电动势大小E；
(2)
t＝0.22
s时刻闭合开关K，若bc边所受安培力方向竖直向上，判断bc边中电流的方向，并求此时其所受安培力的大小F；
(3)
从t＝0时刻起闭合开关K，求0.25
s内电阻R中产生的焦耳热Q.
17．（14分）如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻．一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直．整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下．导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦．
(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图．
(2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小．
(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值．
参考答案
1、【答案】C
【解析】当线圈A中通有不断增大的逆时针方向的电流时，知穿过线圈B的磁通量垂直向外，且增大，根据楞次定律，线圈B产生与A的电流的方向相反，即顺时针方向的电流，故C正确，ABD错误；
故选C。
2、【答案】B
【解析】左环没有闭合，在磁铁插入过程中，不产生感应电流，故横杆不发生转动．右环闭合，在磁铁插入过程中，产生感应电流，横杆将发生转动，故B正确，ACD错误．
3、【答案】D
【解析】根据法拉第电磁感应定律我们知道感应电动势与磁通量的变化率成正比，即，结合数学知识我们知道：穿过闭合回路的磁通量随时间t变化的图象的斜率；A．图①中磁通量不变，无感应电动势，A错误；B．图②中磁通量随时间t均匀增大，图象的斜率k不变，也就是说产生的感应电动势不变，B错误；C．图③中回路在时间内磁通量随时间t变化的图象的斜率为k1，在时间内磁通量随时间t变化的图象的斜率为k2，从图象中发现：k1大于k2的绝对值。所以在时间内产生的感应电动势大于在时间内产生的感应电动势，C错误；D．图④中磁通量随时间t变化的图象的斜率先变小后变大，所以感应电动势先变小后变大，D正确。故选D。
4、【答案】B
【解析】A．根据右手定则可知，第一次时线框中的感应电流方向顺时针方向；若要使两次产生的感应电流方向相同，根据楞次定律，则第二次时磁感应强度大小必须逐渐减小，故A错误；B．根据切割感应电动势公式及闭合电路欧姆定律可得第一次时感应电流大小：，若要使两次产生的感应强度电流大小相同，根据法拉第电磁感应定律及闭合电路欧姆定律则有：，则第二次时磁感应强度大小随时间必须均匀变化，且变化率为：，故B正确；C．第一次时，在线圈离开磁场的过程中，水平拉力做的功为：，故C错误；D．第一次时，在线圈离开磁场的过程中，通过线圈某一横截面的电荷量为：，故D错误；故选B。
5、【答案】C
【解析】AB．S闭合瞬间，由于自感线圈相当于断路，所以两灯是串联，电流相等，故A
B错误；C．闭合开关S待电路达到稳定时，D1被短路，D2比开关S刚闭合时更亮，C正确；D．S闭合稳定后再断开开关，D2立即熄灭，但由于线圈的自感作用，L相当于电源，与D1组成回路，D1要闪亮一下再熄灭，故D错误。
6、【答案】A
【解析】A．根据、、可得，此过程中流过导体棒的电荷量为，故A正确；B．杆下滑距离时，则此时杆产生的感应电动势为，回路中的感应电流为，杆所受的安培力为，根据牛顿第二定律有，解得，故B错误；C．当杆的加速度时，速度最大，最大速度为，故C错误；D．杆从静止开始到最大速度过程中，设杆下滑距离为，根据能量守恒定律有总，又杆产生的焦耳热为杆总，所以得：杆，故D错误；故选A。
7、【答案】C
【解析】根据法拉第电磁感应定律可知，因此要使感应电流减小应使线圈中的磁通量的变化率减小，即图象中的斜率应减小，故C正确，A、B、D错误；
故选C。
8、【答案】D
【解析】金属棒以O点为轴沿顺时针方向转动，由右手定则可知，通过定值电阻的电流方向由a到b，故A错误；当金属棒转过60°时有效的切割长度最大，产生的感应电动势最大，感应电流最大．感应电动势最大值为：Em＝B?2l
＝B?2l?＝2Bl2ω，通过定值电阻的最大电流为：，故BC错误．通过定值电阻的电荷量为：q＝△t，平均感应电流为：，平均感应电动势为：，，解得：q＝，故D正确；．
9、【答案】BD
【解析】A.t＝0时，MN边切割磁感线相当于电源，线框右侧边MN的两端电压为外电压，感应电动势：E＝Bav0，外电压U外EBav0，故A项不合题意.B.根据图象可知在t0～3t0时间内，线框做匀加速直线运动，合力等于F，则在t0时刻线框的速度为v＝v0-a?2t0＝v0，故B项符合题意.C.因为t＝0时刻和t＝3t0时刻线框的速度相等，进入磁场和穿出磁场的过程中受力情况相同，故线框完全离开磁场时的速度与t0时刻的速度相等，故C项不合题意.D.因为t＝0时刻和t＝3t0时刻线框的速度相等，进入磁场和穿出磁场的过程中受力情况相同，故线框完全离开磁场时的速度与t0时刻的速度相等，进入磁场克服安培力做的功和离开磁场克服安培力做的功一样多.线框在位置1和位置2时的速度相等，从位置1到位置2过程中外力做的功等于克服安培力做的功，即有Fb＝Q，所以线框穿过磁场的整个过程中，产生的电热为2Fb，故D项符合题意.
10、【答案】BC
【解析】左侧实际上为等离子体发电机，将在ab中形成从a到b的电流，由图乙可知，0~2s内磁场均匀变化，根据楞次定律可知将形成从c到d的电流，同理2~4s形成从d到c的电流，且电流大小不变，故0~2s秒内电流同向，相互吸引，2~4s电流反向，相互排斥，故AD错误，BC正确.故选BC.
11、【答案】AC
【解析】A．由楞次定律可知，通过电阻R的电流方向为M→P，故A正确；B．产生的感应电动势为E＝S＝kL2，根据欧姆定律可得电流为，故B错误；C．杆刚要运动时μmg－ktIL＝0，又因q＝It，联立可得，故C正确；D．根据功率公式，故D错误。故选AC。
12、【答案】BD
【解析】A、根据题图乙知，在t=0.5s时间内通过金属框的平均电流，于是通过金属框的电量，故A错误；B、由平均感应电动势，平均电流，通过金属框的电量，得，于是金属框的电????，故B正确；C、由图乙知金属框中感应电流线性增大，说明金属框运动速度线性增加，即金属框被匀加速拉出磁场，又知金属框在t=0.5s时间内运动距离L=0.5m，由得加速度；由图乙知金属框中感应电流随时间变化规律为i=kt，其中比例系数k=2.0A/s，于是安培力fA随时间t变化规律为，?由牛顿运动定律得F-fA=ma，所以水平拉力，代入数据得水平拉力随时间变化规律为??，故C错误；D、根据运动情况知金属框离开磁场时的速度?，由能量守恒知，此过程中金属框产生的焦耳热，故D正确；故选BD．
13、【答案】（1）
（2）右
（3）A
断开开关
【解析】(1)将电源、电键、变阻器、小螺线管串联成一个回路，再将电流计与大螺线管串联成另一个回路，电路图如图所示
(2)闭合开关，穿过副线圈的磁通量增大，灵敏电流表的指针向左偏一下；那么合上电键后，将滑线变阻器的滑片向左滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，原线圈电流变小，穿过副线圈的磁场方向不变，但磁通量变小，灵敏电流计指针将右偏转；
(3)在完成实验后未断开开关，也未把、两线圈和铁芯分开放置，在拆除电路时，线圈中的电流突然减少，从而出现断电自感现象，线圈中会产生自感电动势，进而突然会被电击了一下，为了避免此现象，则在拆除电路前应断开开关。
14、【答案】（1）见解析
（2）向左
（3）D
减小
【解析】探究电磁感应现象实验电路分两部分，电源、开关、滑动变阻器、原线圈组成闭合电路，灵敏电流计与副线圈组成另一个闭合电路．磁场方向不变，磁通量的变化不变时电流方向不变，电流表指针偏转方向相同，磁通量的变化相反时，电流表指针方向相反；副线圈上的感应电动势，是通过两个线圈间的互感现象产生的，所以原线圈上的电流应该是变化的，应为交流电流，电压为交流电压．副线圈上的感应电流（感应电动势）也应该是交流．
（1）①探究电磁感应现象实验电路分两部分，要使原线圈产生磁场必须对其通电，故电源、开关、滑动变阻器、原线圈组成闭合电路，灵敏电流计与副线圈组成另一个闭合电路，如图所示：
②闭合开关瞬间，通过线圈B的磁通量增大，感应电流磁场阻碍原磁场的增大，感应电流方向和圆电流方向相反，电流计向右偏，而把A从B中拔出来时，通过线圈的B的磁通量减小，感应电流的磁场要阻碍原磁场的减小，即感应电流方向和原电流方向相同，故电流计向左偏转．
（2）变压器的工作原理是互感现象，故原线圈接交流电压，输出电压也是交流电压，故电表用交流电压挡，故ABC错误，D正确；
（2）根据变压比公式，保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压减小；
15、【答案】（1）2.0A；（2）0.4N；（3）0.1N
【解析】（1）导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路，根据闭合电路欧姆定律有：
（2）导体棒受到的安培力大小：
F=BIL=0.5×2×0.4=0.4N
根据左手定则，方向平行斜面向上；
（3）导体棒所受重力沿斜面向下的分力
F1=mgsin37?=0.3N，
由于F1小于安培力，故导体棒受沿斜面向下的摩擦力f；
根据共点力平衡条件，有：
mgsin37?+f=F
解得：f=0.1N
16、【答案】(1)30V；(2)1.2
N
(3)
24.3
J
【解析】(1)
由法拉第电磁感应定律得
代入数据得
(2)
由左手定则得电流方向为b→c
代入数据得
由闭合电路的欧姆定律得
安培力大小F＝I2LB1＝1.2
N
(3)
由法拉第电磁感应定律得
17、【答案】(1)
(2)
（3）
【解析】（1）AB杆下滑过程中某时刻的受力示意图；
（2）当AB加速下滑时，感应电动势为：
E=Blv
AB杆中的电流为：
I=E/R=Blv/R
安培力：
F=BIl
加速度为：
（3）当A=0时，即GSinθ=F时，AB杆的速度可以达到最大值
所以