天津市新人教版物理2012届高三单元测试：9 电磁感应

天津市新人教版物理高三单元测试9
《电磁感应》
一．选择题（共15题）
1．如图所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一个磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ.在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是( )
A.ab向右运动，同时使θ减小
B.使磁感应强度B减小，θ角同时也减小
C.ab向左运动，同时增大磁感应强度B
D.ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°)
2.如图所示，为早期制作的发电机及电动机的示意图，A盘和B盘分别是两个可绕固定转轴转动的铜盘，用导线将A盘的中心和B盘的边缘连接起来，用另一根导线将B盘的中心和A盘的边缘连接起来.当A盘在外力作用下转动起来时，B盘也会转动.则下列说法中错误的是( )
A.不断转动A盘就可以获得持续的电流，其原因是将整个铜盘看成沿径向排列的无数根铜条，它们做切割磁感线运动，产生感应电动势
B.当A盘转动时，B盘也能转动的原因是电流在磁场中受到力的作用，此力对转轴有力矩
C.当A盘顺时针转动时，B盘逆时针转动
D.当A盘顺时针转动时，B盘也顺时针转动
3.如图所示，L为一自感系数很大的有铁芯的线圈，电压表与线圈并联接入电路，在下列哪种情况下，有可能使电压表损坏(电压表量程为3 V)( )
A.开关S闭合的瞬间 B.开关S闭合电路稳定时
C.开关S断开的瞬间 D.以上情况都有可能损坏电压表
4．边长为L的正方形导线框在水平恒力F作用下运动，穿过方向如图所示的有界匀强磁场区域．磁场区域的宽度为d（d>L）．已知ab边进入磁场时，线框的加速度恰好为零．则线框进入磁场的过程和从磁场另一侧穿出的过程相比较，正确的是
A．金属框中产生的感应电流方向相反
B．金属框所受的安培力方向相反
C．进入磁场过程通过导线横截面的电量少于穿出磁场过程 通过导线横截面的电量
D．进入磁场过程的发热量少于穿出磁场过程的发热量
5.在图(a)、(b)、(c)中除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动，(a)图中的电容器C原来不带电，设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计.图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面(即纸面)向下的匀强磁场中，导轨足够长，今给导体棒ab一个向右的初速度v0，导体棒的最终运动状态是( )
A.三种情况下，导体棒ab最终都是匀速运动
B.图(a)、(c)中ab棒最终将以不同的速度做匀速运动；图(b)中ab棒最终静止
C.图(a)、(c)中，ab棒最终将以相同的速度做匀速运动
D.三种情况下，导体棒ab最终均静止
6．如图所示，在水平面内固定一个“U”形金属框架，框架上置一金属杆ab，不计它们间的摩擦，在竖直方向有匀强磁场，则 （ ）
A．若磁场方向竖直向上并增大时，杆ab将向右移动
B．若磁场方向竖直向上并减小时，杆ab将向右移动21世纪教育网
C．若磁场方向竖直向下并增大时，杆ab将向右移动
D．若磁场方向竖直向下并减小时，杆ab将向右移动
7.(2011·韶关模拟)如图是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔出，线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流.各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中表示正确的是( )
8.电阻R、电容器C与一线圈连成闭合回路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图所示，现使磁铁开始下落，在N极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是( )
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A.从a到b，上极板带正电
B.从a到b，下极板带正电
C.从b到a，上极板带正电
D.从b到a，下极板带正电
9.如图所示，一根长导线弯成“n”形，通以直流电I，正中间用不计长度的一段绝缘线悬挂一金属环C，环与导线处于同一竖直平面内，在电流I增大的过程中，下列叙述错误的是( )
A.金属环C中无感应电流产生
B.金属环C中有沿逆时针方向的感应电流产生
C.悬挂金属环C的竖直线拉力变大
D.金属环C仍能保持静止状态
10．如图所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向如图.左线圈连着平行导轨M和N，导轨电阻不计，在导轨垂直方向上放着金属棒ab，金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场中，下列说法中正确的是 ( )
A.当金属棒向右匀速运动时，a点电势高于b点，c点电势高于d点
B.当金属棒向右匀速运动时，b点电势高于a点，c点与d点等电势
C.当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点
D.当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于c点
11．(2011·皖南八校联考)如图所示，一半圆形铝框处在水平向外的非匀强磁场中，场中各点的磁感应强度为By＝，y为该点到地面的距离，c为常数，B0为一定值．铝框平面与磁场垂直，直径ab水平，(空气阻力不计)铝框由静止释放下落的过程中(　　)
A．铝框回路磁通量不变，感应电动势为0
B．回路中感应电流沿顺时针方向，直径ab两点间电势差为0
C．铝框下落的加速度大小一定小于重力加速度g
D．直径ab受安培力向上，半圆弧ab受安培力向下，铝框下落加速度大小可能等于g21世纪教育网
12．一长直铁芯上绕有一固定线圈M，铁芯右端与一木质圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合金属环N，N可在木质圆柱上无摩擦移动．M连接在如图所示的电路中，其中R为滑动变阻器，E1和E2为直流电源，S为单刀双掷开关．下列情况中，可观测到N向左运动的是(　　)
A．在S断开的情况下，S向a闭合的瞬间
B．在S断开的情况下，S向b闭合的瞬间
C．在S已向a闭合的情况下，将R的滑动头向c端移动时
D．在S已向a闭合的情况下，将R的滑动头向d端移动时
13.（2011·上海高考物理·T20）如图，磁场垂直于纸面，磁感应强度在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布。一铜制圆环用丝线悬挂于点，将圆环拉至位置后无初速释放，在圆环从摆向的过程中
(A)感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针
(B)感应电流方向一直是逆时针
(C)安培力方向始终与速度方向相反
(D)安培力方向始终沿水平方向
14．如图所示，平行于y轴的导体棒以速度v向右匀速直线运动，经过半径为R、磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域，导体棒中的感应电动势E与导体棒位置x关系的图象是 (　　)
15．如图所示，闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从如图10所示位置匀速向右拉出匀强磁场．若第一次用0.3 s拉出，外力所做的功为W1，通过导线横截面的电荷量为q1；第二次用0.9 s拉出，外力所做的功为W2，通过导线横截面的电荷量为q2，则(　　)
A．W1C．W1>W2，q1＝q2 D．W1>W2，q1>q2
二．计算题（共7题）
16.如图所示，间距=0.3m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内，在水平面a1b1b2a2区域内和倾角=的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B1=0.4T、方向竖直向上和B2=1T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场.电阻R=0.3、质量m1=0.1kg、长为 的相同导体杆K、S、Q分别放置在导轨上，S杆的两端固定在b1、b2点，K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好.一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质滑轮自然下垂，绳上穿有质量m2=0.05kg的小环.已知小环以a=6 m/s2的加速度沿绳下滑，K杆保持静止，Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动.不计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长.取g=10 m/s2，sin=0.6，cos=0.8.求
（1）小环所受摩擦力的大小；
（2）Q杆所受拉力的瞬时功率.
17.（2011·大纲版全国·T24）如图，两根足够长的金属导轨ab、cd竖直放置，导轨间距离为L电阻不计。在导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平，且与导轨接触良好。已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为g。求：
(1)磁感应强度的大小：
(2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率。
18．半径为a的圆形区域内有均匀磁场，磁感应强度为B=0.2 T，磁场方向垂直纸面向里，半径为b的金属圆环与磁场同心地放置，磁场与环面垂直，其中a=0.4 m，b = 0.6 m，金属环上分别接有灯L1、L2，两灯的电阻均为R0 = 2 Ω，一金属棒MN与金属环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计.
(1)若棒以v0=5 m/s的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑动到圆环直径OO′的瞬时(如图所示)，MN中的电动势和流过灯L1的电流.
(2)撤去中间的金属棒MN将右面的半圆环OL2O′以OO′为轴向上翻转90°,若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为=T/s，求L2的功率.
19．位于竖直平面内的矩形平面导线框abdc，ab长L1＝1.0 m，bd长L2＝0.5 m，线框的质量m＝0.2 kg，电阻R＝2 Ω.其下方有一匀强磁场区域，该区域的上、下边界PP′和QQ′均与ab平行．两边界间距离为H，H>L2，磁场的磁感应强度B＝1.0 T，方向与线框平面垂直。如图27所示，令线框的dc边从离磁场区域上边界PP′的距离为h＝0.7 m处自由下落．已知线框的dc边进入磁场以后，ab边到达边界PP′之前的某一时刻线框的速度已达到这一阶段的最大值．问从线框开始下落，到dc边刚刚到达磁场区域下边界QQ′的过程中，磁场作用于线框的安培力所做的总功为多少？(g取10 m/s2)
20．如右图所示，两根平行金属导轨固定在同一水平面内，间距为l，导轨左端连接一个电阻R.一根质量为m、电阻为r的金属杆ab垂直放置在导轨上．在杆的右方距杆为d处有一个匀强磁场，磁场方向垂直于轨道平面向下，磁感应强度为B.对杆施加一个大小为F、方向平行于导轨的恒力，使杆从静止开始运动，已知杆到达磁场区域时速度为v，之后进入磁场恰好做匀速运动．不计导轨的电阻，假定导轨与杆之间存在恒定的阻力．求：
(1)导轨对杆ab的阻力大小Ff；
(2)杆ab中通过的电流及其方向；
(3)导轨左端所接电阻R的阻值．
21.如右图所示，两足够长的平行金属导轨水平放置，间距为L，左端接有一阻值为R的电阻；所在空间分布有竖直向上，磁感应强度为B的匀强磁场．有两根导体棒c、d质量均为m，电阻均为R，相隔一定的距离垂直放置在导轨上与导轨紧密接触，它们与导轨间的动摩擦因数均为μ.现对c施加一水平向右的外力，使其从静止开始沿导轨以加速度a做匀加速直线运动．(已知导体棒c始终与导轨垂直、紧密接触，导体棒与导轨的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，导轨的电阻忽略不计，重力加速度为g)
(1)经多长时间，导体棒d开始滑动；
(2)若在上述时间内，导体棒d上产生的热量为Q，则此时间内水平外力做的功为多少？
22（2011·上海）电阻可忽略的光滑平行金属导轨长S=1.15m，两导轨间距L=0.75 m，导轨倾角为30°，导轨上端ab接一阻值R=1.5Ω的电阻，磁感应强度B=0.8T的匀强磁场垂直轨道平面向上。阻值r=0.5Ω，质量m=0.2kg的金属棒与轨道垂直且接触良好，从轨道上端ab处由静止开始下滑至底端，在此过程中金属棒产生的焦耳热。(取)求：
(1)金属棒在此过程中克服安培力的功；
(2)金属棒下滑速度时的加速度．
(3)为求金属棒下滑的最大速度，有同学解答如下：由动能定理，……。由此所得结果是否正确？若正确，说明理由并完成本小题；若不正确，给出正确的解答。
[来源:21世纪教育网]
答案：
1．【答案】选A.
【详解】设此时回路面积为S，据题意，磁通量Φ=BScosθ,对A，S增大，θ减小，cosθ增大，则Φ增大，A正确.对B，B减小，θ减小，cosθ增大，Φ可能不变，B错.对C，S减小，B增大，Φ可能不变，C错.对D，S增大，B增大，θ增大，cosθ减小，Φ可能不变,D错.故只有A正确.21世纪教育网
2．【答案】选D.
【详解】将图中铜盘A所在的一组装置作为发电机模型，铜盘B所在的一组装置作为电动机模型，这样就可以简单地把铜盘等效为由圆心到圆周的一系列“辐条”，处在磁场中的每一根“辐条”都在做切割磁感线运动，产生感应电动势，进而分析可知D错误,A、B、C正确.
3．【答案】选C.
【详解】开关S闭合瞬间,L在电路中相当于断路，电压表两端的电压为3 V,所以A错；S闭合电路稳定时，L在电路中相当于短路，电压表两端的电压几乎为0，所以B错；开关S断开的瞬间，两端产生很高的电动势，可能损坏电压表.所以C正确.
4．答案：AD
5．【答案】选B.
【详解】图(a)中，ab棒以v0向右运动的过程中，电容器开始充电，充电后ab棒就减速，ab棒上的感应电动势减小，当ab棒上的感应电动势与电容器两端电压相等时，ab棒上无电流，从而做匀速运动；图(b)中，由于电阻R消耗能量，所以ab棒做减速运动，直至停止；图(c)中，当ab棒向右运动时，产生的感应电动势与原电动势同向，因此作用在ab棒上的安培力使ab棒做减速运动，速度减为零后，在安培力作用下向左加速运动，向左加速过程中，ab棒产生的感应电动势与原电动势反向，当ab棒产生的感应电动势与原电动势大小相等时，ab棒上无电流，从而向左匀速运动，所以B正确.
6．答案：BD
7．答案：选C、D.
【详解】先根据楞次定律“来拒去留”判断线圈的N极和S极.A中线圈上端为N极，B中线圈上端为N极，C中线圈上端为S极，D中线圈上端为S极，再根据安培定则确定感应电流的方向，A、B错误，C、D正确.
8．【答案】选D.
【详解】在N极接近线圈上端的过程中,通过线圈的磁感线方向向下，磁通量增大，由楞次定律可判定流过线圈的电流方向向下，外电路电流由b流向a，同时线圈作为电源，下端应为正极，则电容器下极板电势高，带正电.21世纪教育网
9．【答案】选A.
【详解】电流I增大的过程中，穿过金属环C的磁通量增大，环中出现逆时针的感应电流，故A错，B正确；可以将环等效成一个正方形线框，利用“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”得出环将受到向下的斥力且无转动，所以悬挂金属环C的竖直拉力变大，环仍能保持静止状态，C、D正确.
10．【答案】选B、D.
【详解】(1)金属棒匀速向右运动切割磁感线时，产生恒定感应电动势，由右手定则判断电流由a→b，b点电势高于a点，c、d端不产生感应电动势，c点与d点等势，故A错、B正确.
(2)金属棒向右加速运动时，b点电势仍高于a点，感应电流增大，穿过右边线圈的磁通量增大，所以右线圈中也产生感应电流，由楞次定律可判断电流从d流出，在外电路d点电势高于c点，故C错，D正确.
11．【答案】　C
【详解】　由题意知，y越小，By越大，下落过程中，磁通量逐渐增加，A错误；由楞次定律判断，铝框中电流沿顺时针方向，但Uab≠0，B错误；直径ab受安培力向上，半圆弧ab受安培力向下，但直径ab处在磁场较强的位置，所受安培力较大，半圆弧ab的等效水平长度与直径相等，但处在磁场较弱的位置，所受安培力较小，这样整个铝框受安培力的合力向上，故C正确D错误．
12．【答案】C
【详解】由楞次定律第二种描述可知：只要线圈中电流增强，即穿过N的磁通量增加，则N受排斥而向右运动，只要线圈中电流减弱，即穿过N的磁通量减少，则N受吸引而向左运动，故选项C正确．
14．【答案】A
【详解】在x＝R左侧，设导体棒与圆的交点和圆心的连线与x轴正方向成θ角，则导体棒切割有效长度L＝2Rsinθ，电动势与有效长度成正比，故在x＝R左侧，电动势与x的关系为正弦图象关系，由对称性可知在x＝R右侧与左侧的图象对称．故选A.
15．【答案】C
【详解】设线框长为L1，宽为L2，第一次拉出速度为v1，第二次拉出速度为v2，则v1＝3v2.匀速拉出磁场时，外力所做的功恰等于克服安培力所做的功，有
W1＝F1L1＝BI1L2L1＝B2LL1v1/R，
同理W2＝B2LL1v2/R，故W1>W2；21世纪教育网
又由于线框两次拉出过程中，磁通量的变化量相等，即
ΔΦ1＝ΔΦ2，由q＝It＝t＝t＝＝得：q1＝q2故正确答案为选项C.
16.【答案】（1）；（2）.
【详解】（1）以小环为研究对象，由牛顿第二定律
①
代入数据得②
（2）设流过杆K的电流为，由平衡条件得
③
对杆Q，根据并联电路特点以及平衡条件得
④
由法拉第电磁感应定律的推论得
⑤
根据欧姆定律有
⑥
且⑦
瞬时功率表达式为 ⑧
联立以上各式得 ⑨
17.【详解】⑴设灯泡额定电流为，有
………………①
灯泡正常发光时，流经MN的电流
………………②
速度最大时，重力等于安培力
………………③
由①②③解得………………④
⑵灯泡正常发光时
………………⑤
………………⑥
联立①②④⑤⑥得
………………⑦
18．【答案】(1)0.8 V 0.4A
(2)1.28×10-2W
【详解】(1)棒滑过圆环直径OO′的瞬时，MN中的电动势E1=B·2av0=0.2×0.8×5 V=0.8 V (3分)
等效电路如图所示，流过灯L1的电流I1==0.4A (3分)
19．【答案】－0.8 J
【详解】本题中重力势能转化为电能和动能，而安培力做的总功使重力势能一部分转化为电能，电能的多少等于安培力做的功．
依题意，线框的ab边到达磁场边界PP′之前的某一时刻线框的速度达到这一阶段速度最大值，以v0表示这一最大速度，则有
E＝BL1v0
线框中电流　I＝＝
作用于线框上的安培力　F＝BL1I＝
速度达到最大值条件是　F＝mg
所以v0＝＝4 m/s.
dc边继续向下运动过程中，直至线框的ab边达到磁场的上边界PP′，线框保持速度v0不变，故从线框自由下落至ab边进入磁场过程中，由动能定理得：
mg(h＋L2)＋W安＝mv
W安＝mv－mg(h＋L2)＝－0.8 J
ab边进入磁场后，直到dc边到达磁场区下边界QQ′过程中，作用于整个线框的安培力为零，安培力做功也为零，线框只在重力作用下做加速运动，故线框从开始下落到dc边刚到达磁场区域下边界QQ′过程中，安培力做的总功即为线框自由下落至ab边进入磁场过程中安培力所做的功
W安＝－0.8 J
负号表示安培力做负功．
20．【答案】　(1)F－　(2)　方向　a→b　(3)2－r[来源:21世纪教育网]
【详解】(1)杆进入磁场前做匀加速运动，有
F－Ff＝ma①
v2＝2ad②
解得导轨对杆的阻力
Ff＝F－.③
(2)杆进入磁场后做匀速运动，有F＝Ff＋FA④21世纪教育网
杆ab所受的安培力
FA＝IBl⑤
解得杆ab中通过的电流
I＝⑥
杆中的电流方向自a流向b.⑦21世纪教育网
(3)杆ab产生的感应电动势
E＝Blv⑧
杆中的感应电流
I＝⑨
解得导轨左端所接电阻阻值
R＝2－r.⑩
21．【答案】(1)　(2)＋6Q
【详解】(1)设导体棒d刚要滑动的瞬间，流过d的电流为I，c的瞬时速度为v
电动势E＝BLv①
流过d的电流
I＝×②
d受到的安培力大小为
FA＝BIL③
对d受力分析后，得
FA＝μmg④
c的运动时间为
t＝⑤
综合①、②、③、④、⑤并代入已知得
t＝⑥
v＝.⑦
(2)导体棒d上产生的热量为Q，则整个电路上产生的热量为
Q′＝6Q⑧
c发生的位移为
x＝at2⑨
外力做的功为
W＝mv2＋μmgx＋Q′⑩
由⑥、⑦、⑧、⑨、⑩并代入已知得
W＝＋6Q.
22．【答案】⑴0.4J ⑵3.2m/s2 ⑶正确，27. 4m/s
【详解】（1）下滑过程中安培力的功即为在电阻上产生的焦耳热，由于，因此
∴
（2）金属棒下滑时受重力和安培力
由牛顿第二定律
∴
(3)此解法正确。
金属棒下滑时受重力和安培力作用，其运动满足
上式表明，加速度随速度增加而减小，棒作加速度减小的加速运动。无论最终是否达到匀速，当棒到达斜面底端时速度一定为最大。由动能定理可以得到棒的末速度，因此上述解法正确。
∴