电磁感应单元检测含详细答案.docx

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电磁感应单元检测含详细答案

2018-2019学年人教版高二物理选修3-2第四章电磁感应单元练习

一、单选题

1.下面关于电磁感应现象的说法中，正确的是（）

A.只要穿过闭合电路中的磁通量不为零，闭合电路中就一定有感应电流产生

B.穿过闭合电路中的磁通量减少，则闭合电路中感应电流减小

C.穿过闭合电路中的磁通量变化越快，则闭合电路中感应电动势越大

D.穿过闭合电路中的磁通量越大，则闭合电路中的感应电动势越大

2.

矩形线圈ABCD位于通电直导线附近，如图所示，线圈和导线在同一平面内，且线圈的两个边与导线平行，下列情景中线圈中有感应电流的一组是（　　）

①当线圈在平面内远离导线移动时

②当导线中的电流I逐渐增大或减小时

③当线圈以导线为轴转动时

④当线圈以CD为轴转动时

⑤当线圈在平面内向下移动时

A.①②③B.①②④C.①③⑤D.③④⑤

3.

如图所示，光滑固定金属导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放于导轨上，形成一个闭合回路。

当一条形磁铁从高处下落接近回路的过程中，下列说法正确的是（　　）

A.P、Q将保持不动

B.P、Q将相互远离

C.磁铁的加速度小于g

D.磁铁的加速度仍为g

4.如图所示，一个边长为2L的等腰直角三角形ABC区域内，有垂直纸面向里的匀强磁场，其左侧有一个用金属丝制成的边长为L的正方形线框abcd，线框以水平速度v匀速通过整个匀强磁场区域，设电流逆时针方向为正

则在线框通过磁场的过程中，线框中感应电流i随时间t变化的规律正确的是

A.

B.

C.

D.

5.如图所示，单匝金属线圈半径为r1，电阻为R，内部存在一圆形区域匀强磁场，磁场区域半径为r2，磁感应强度随时间的变化为B=kt（k＞0），磁场方向垂直纸

面向外，下列说法正确的是（　　）

A.线圈中感应电流的方向为逆时针方向

B.线圈具有收缩趋势

C.线圈中感应电流的大小为

D.线圈中感应电动势的大小为πkr12

6.

如图为地磁场磁感线的示意图，在北半球地磁场的竖直分量向下，飞机在我国上空匀速巡航，机翼保持水平，飞行高度不变，由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差，设飞行员在右方机翼末端处的电势为φ1，左方机翼末端处的电势为φ2．则以下说法正确的是（　　）

A.若飞机从东往西飞，则φ1比φ2高

B.若飞机从西往东飞，则φ1比φ2高

C.若飞机从南往北飞，则φ1比φ2高

D.若飞机从北往南飞，则φ2比φ1高

7.如图所示，金属棒ab、金属导轨和螺线管组成闭合回路，金属棒ab在匀强

磁场B中沿导轨向右运动，则（）

A.ab棒不受安培力作用B.ab棒所受安培力的方向向右

C.ab棒中感应电流的方向由b到aD.螺线管产生的磁场，A端为N极

8.

如图所示，先后以速度v1和v2匀速把一矩形线圈拉出有界的匀强磁场区域，v2=2v1，在先后两种情况下（  ）

A.线圈中的感应电流之比I1：

I2=2：

1

B.作用在线圈上的外力大小之比F1:

F2=1:

2

C.线圈中产生的焦耳热之比Q1:

Q2=2:

1

D.通过线圈某一截面的电荷量之比q1:

q2=1:

2

二、多选题

9.

如图所示，足够长的光滑U形导轨宽度为L，其所在平面与水平面的夹角为α，上端连接一个阻值为R的电阻，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面向上．现有一质量为m、有效电阻为r的金属杆沿框架由静止下滑，设磁场区域无限大，当金属杆下滑达到最大速度v时，运动的位移为x，则（）

A.金属杆下滑的最大速度

B.在此过程中电阻R产生的焦耳热为

C.在此过程中金属杆做的是匀加速运动

D.在此过程中通过电阻R的电荷量为

10.将一条形磁铁从相同位置插入到闭合线圈中的同一位置，第一次缓慢插入，第二次快速插入，两次插入过程中不发生变化的物理量是（）

A.磁通量的变化量B.磁通量的变化率

C.感应电流的大小D.流过导体某横截面的电荷量

11.穿过一个电阻为2Ω的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均匀地减少8Wb，则（）

A.线圈中感应电动势一定是每秒减少8V

B.线圈中感应电动势一定是8V

C.线圈中感应电流一定是每秒减少4A

D.线圈中感应电流一定是4A

12.

如图甲所示，正方形导线框固定在匀强磁场中，磁感线方向与导线框所在平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示，其中B0、t0均为已知量。

已知导线框的边长为L，总电阻为R，则下列说法中正确的是（　　）

A.t0时刻，αb边受到的安培力大小为

B.0～t0时间内，导线框中电流的方向始终为badcb

C.0～t0时间内，导线框产生的热量为

D.0～t0时间内，通过导线框的电荷量为

13.如图所示的电路中，电感L的自感系数很大，电阻可忽略，D为理想二极管，则下列说法正确的有（  ）

A.当S闭合时,L1立即变亮,L2逐渐变亮

B.当S闭合时,L1一直不亮,L2逐渐变亮

C.当S断开时,L2立即熄灭

D.当S断开时,L1突然变亮,然后逐渐变暗至熄灭

三、计算题

14.如图所示，光滑金属直轨道MN和PQ固定在同一水平面内，MN、PQ平行且足够长，两轨道间的宽度L=0.50m．平行轨道左端接一阻值R=0.50Ω的电阻．轨道处于磁感应强度大小B=0.40T，方向垂直导轨平面向下的匀强磁场中．一导体棒ab垂直于轨道放置．导体棒在垂直导体棒且水平向右的外力F作用下向右匀速运动，速度大小v=5.0m/s，导体棒与轨道始终接触良好并且相互垂直．不计轨道和导体棒的电阻，不计空气阻力．求

（1）通过电阻R的电流大小I；

（2）作用在导体棒上的外力大小F；

（3）导体棒克服安培力做功的功率P安．

15.如图所示，一个匝数n=100、边长L=0.1m的正方形导线框abcd，以v=1m/s的速度向右匀速进入磁感应强度B=0.5T的匀强磁场，在运动过程中线框平面始终与磁场垂直，已知线框的总电阻R=25Ω．求在进入磁场的整个过程中

（1）导线中感应电流的大小；

（2）ab边所受安培力的大小；

（3）线框中产生的热量．

16.如图，在水平桌面上固定有宽度为d、电阻可忽略的U形导轨；均匀磁场的方向垂直于U形导轨平面，磁感应强度大小随时间的变化关系为B=B0（1+kt），式中B0、k为大于零的常量。

在与导轨左端相距l处放置垂直于导轨的光滑导体棒，并用外力将其固定。

导体棒的质量为m，阻值为R，与导轨接触良好。

（1）求回路中感应电流的大小；

（2）在t=t0时撤去外力，求撤去外力后瞬间导体棒加速度的大小

答案和解析

1.【答案】C

【解析】

【分析】

产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化；闭合电路中的感应电动势遵守法拉第电磁感应定律，磁通量变化越快，感应电动势越大；感应电流与感应电动势之间的关系同样遵守欧姆定律。

解答本题关键要掌握产生感应电流的条件和法拉第电磁感应定律，知道磁通量变化率反映磁通量变化的快慢。

【解答】  

A.穿过闭合电路中的磁通量不为零时，若磁通量不发生变化，闭合电路中没有感应电流产生，故A错误；

B.穿过闭合电路中的磁通量减少，磁通量的变化率不一定减少，根据法拉第电磁感应定律则知：

感应电动势不一定减少，感应电流就不一定减少，故B错误；

C.D根据法拉第电磁感应定律则知：

感应电动势的大小与磁通量变化率成正比，与磁通量没有直接关系，所以磁通量越大，感应电动势不一定越大；而磁通量变化越快，磁通量变化率就越大，则闭合电路中感应电动势越大，故D错误，C正确。

故选C。

2.【答案】B

【解析】

解：

①当线圈在平面内远离导线移动时，穿过线圈的磁通量，产生感应电流；

②当导线中的电流I逐渐增大或减小时，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流；

③当线圈以导线为轴转动时，穿过线圈的磁通量不变，则不会产生感应电流；

④当线圈以CD为轴转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流；

⑤当线圈在平面内向下移动时，穿过线圈的磁通量不变，则不会产生感应电流。

所以产生感应电流的有①②④，故B正确，ACD错误。

故选：

B。

当通过线圈的磁通量发生变化时，线圈中将会产生感应电流。

根据楞次定律判断感应电流的方向。

解决本题的关键掌握右手螺旋定则判断电流周围的磁场方向，掌握感应电流的产生条件。

3.【答案】C

【解析】

解：

A、当一条形磁铁从高处下落接近回路时，穿过回路的磁通量增加，根据楞次定律：

感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，可知，P、Q将互相靠拢，回路的面积减小一点，使穿过回路的磁场减小一点，起到阻碍原磁通量增加的作用，故A错误，B错误；

C、由于磁铁受到向上的安培力作用，所以合力小于重力，磁铁的加速度一定小于g。

故C正确，D错误。

故选：

C。

当一条形磁铁从高处下落接近回路时，穿过回路的磁通量增加，根据楞次定律：

感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，分析导体的运动情况。

本题直接用楞次定律判断电磁感应现象中导体的运动方向，抓住导体总是反抗原磁通量的变化是关键。

4.【答案】B

【解析】

【分析】

解答本题的关键是正确利用几何关系弄清线框向右运动过程中有效切割长度的变化，然后根据法拉第电磁感应定律求解，注意感应电流方向的正负。

图象具有形象直观特点，通过图象可以考查学生综合知识掌握情况，对于图象问题学生在解答时可以优先考虑排除法，通过图象形式、是否过原点、方向等进行排除。

【解答】

在0～t时间内，bc边进入磁场，切割有效长度不变，根据楞次定律可以判断电流逆时针，为正值，大小不变；在t～2t时间内ad边进入磁场，bc边开始穿出磁场，有效长度从零开始逐渐增大，感应电动势从零开始逐渐增大，电流从零开始逐渐增大，根据楞次定律可以判断电流顺时针，为负值；在2t～3t时间内ad边开始穿出磁场，有效长度从逐渐减小到零，感应电动势逐渐减小到零，电流逐渐减小到零，根据楞次定律可以判断电流顺时针，为负值，符合题意的图像是B图，ACD不符合题意。

​故选B。

5.【答案】C

【解析】

解：

A、磁感应强度随时间的变化为B=kt（k＞0），磁场方向垂直纸面向外，穿过线圈的磁通量增大，则线圈内有感应电流，根据楞次定律，则有顺时针的电流，故A错误；

B、虽因线圈中顺时针方向感应电流，且磁场方向垂直纸面向外，但线圈处没有磁场，因此不受到磁场力作用，则没有收缩或扩张趋势，故B错误；

CD、保持半径不变，使磁场随时间按B=kt变化，依据法拉第电磁感应定律，则有：

E=

•πr22=kπr22，因此线圈中的电流为I=

=

，故C正确，D错误；

故选：

C。

根据楞次定律来判定感应电流方向；

依据左手定则来判定线圈的受力情况；

根据法拉第电磁感应定律，结合闭合电路欧姆定律表达式，即可求解。

考查产生感应电流的条件，理解楞次定律的内容，掌握法拉第电磁感应定律，及闭合电路欧姆定律的内容。

6.【答案】D

【解析】

解：

当飞机在北半球飞行时，由于地磁场的存在，且地磁场的竖直分量方向竖直向下，在电源内，感应电动势的方向与感应电流的方向是相同的，由低电势指向高电势，由右手定则可判知，在北半球，不论沿何方向水平飞行，都是飞机的左方机翼电势高，右方机翼电势低，即总有ϕ2比ϕ1高，故ABC错误，D正确；

故选：

D。

由于地磁场的存在，当飞机在北半球水平飞行时，两机翼的两端点之间会有一定的电势差，相当于金属棒在切割磁感线一样。

由右手定则可判定电势的高低。

本题要了解地磁场的分布情况，掌握右手定则。

对于机翼的运动，类似于金属棒在磁场中切割磁感线一样会产生电动势，而电源内部的电流方向则是由负极流向正极的。

7.【答案】C

【解析】

解：

A、ab棒向右切割磁感线，导体棒中要产生感应电流，则ab棒在磁场中会受到安培力作用，故A错误；

B、根据楞次定律可知，感应电流总是起到阻碍的作用，故安培力的方向与导体棒运动的方向相反，应当向左，故B错误；

C、根据右手定则判断可知：

流过金属棒ab的电流方向为从b流向a．故C正确；

D、根据右手定则，ab中的电流的方向向上，此电流流过螺旋管时，线圈外侧的电流方向向下，根据安培定则可知，B端的磁场方向为N极．故D错误．

故选：

C

回路中的一部分切割磁感线时，导体棒中要产生感应电流，而电流在磁场中就一定会有安培力；根据楞次定律可以判断ab棒所受安培力的方向，根据安培定则判断螺线管产生的磁场方向．

该题要掌握楞次定律、右手定则、安培定则及左手定则，关键要明确什么情况下用什么定则．

8.【答案】B

【解析】

【分析】

由法拉第电磁感应定律得出电流之比；由安培力公式可到安培力之比；由速度之比得出时间之比结合电流之比和焦耳定律得到焦耳热之比；由通过截面的电荷量的公式

，可知电荷量之比。

本题采用比例法，根据物理规律用相同的物理量表示出所求的量，再求比例，是常用的方法。

【解答】

A.根据

，得感应电流

，可知感应电流与速度成正比，所以感应电流之比为：

，故A错误；

B.匀速运动时，作用在线圈上的外力大小等于安培力大小，根据

，可知安培力与电流成正比，则知

，故B正确；

C.因

，可知时间比为2：

1，根据

，知热量之比为1：

2，故C错误；

D.根据

，因磁通量的变化相等，可知通过某截面的电荷量之比为1：

1，故D错误。

故选B。

9.【答案】AB

【解析】

【分析】

金属杆下滑达到最大速度v0时做匀速直线运动，根据安培力与速度的关系式和平衡条件求解最大速度．根据能量守恒定律求解焦耳热；根据

求解电量。

对于电磁感应问题研究思路常常有两条：

一条从力的角度，重点是分析安培力作用下导体棒的平衡问题，根据平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解；解答本题要注意将磁感应强度在垂直速度方向进行分解。

【解答】

A.金属杆达最大速度时做匀速直线运动，处于平衡状态，由平衡条件得：

，感应电流：

，解得：

，故A正确；

B.根据能量守恒定律可得在此过程中电路中产生的焦耳热为

，电阻R产生的焦耳热为：

，故B正确；

C.在此过程中，根据

和牛顿第二定律得：

mgsinα-F安=ma，速度增大时，安培力增大，加速度减小，故导体棒做加速度减小的变加速运动，故C错误；

D.根据电荷量的计算公式可得

，所以在此过程中流过电阻R的电荷量为

，故D错误。

故选AB。

10.【答案】AD

【解析】

【分析】

根据产生感应电流的条件分析有无感应电流产生，再根据法拉第电磁感应定律分析感应电动势的大小，由欧姆定律分析感应电流的大小，再由q=It可确定导体某横截面的电荷量等于磁通量的变化与电阻的比值。

​本题考查对电磁感应现象的理解和应用能力。

感应电流产生的条件：

穿过闭合回路的磁通量发生变化，首先前提条件电路要闭合．磁通量的变化率与感应电动势有关，感应电流的大小与感应电动势大小有关，而通过横截面的电荷量却与通过线圈的磁通量变化及电阻阻值有关。

【解答】

解：

A.当条形磁铁插入线圈的瞬间，穿过线圈的磁通量增加，产生感应电流．条形磁铁第一次缓慢插入线圈时，磁通量增加慢．条形磁铁第二次迅速插入线圈时，磁通量增加快，但磁通量变化量相同．故A正确；

B.根据法拉第电磁感应定律第二次线圈中产生的感应电动势大，则磁通量变化率也大，故B错误；

C.根据法拉第电磁感应定律第二次线圈中产生的感应电动势大，再欧姆定律可知第二次感应电流大，即I2＞I1，故C错误；

D.根据法拉第电磁感应定律分析感应电动势的大小，由欧姆定律分析感应电流的大小．再由q=It可确定导体某横截面的电荷量等于磁通量的变化与电阻的比值，由于磁通量变化量相同，电阻不变，所以通过导体横截面的电荷量不变，故D正确；

故选AD。

11.【答案】BD

【解析】

【分析】

线圈中磁通量均匀减小，根据法拉第电磁感应定律知，感应电动势为一定值，根据闭合电路欧姆定律求出感应电流的大小。

​解决本题的关键掌握法拉第电磁感应定律

，以及会运用闭合电路欧姆定律求感应电流。

【解答】

AB.由法拉第电磁感应定律知，

，故A错误，B正确；

CD.根据闭合电路欧姆定律知，

，电流大小不发生变化，故C错误，D正确。

故选BD。

12.【答案】AC

【解析】

【分析】

根据法拉第电磁感应定律进行分析明确感应电流的变化情况，根据F=BIL求解安培力大小，根据平均电动势可求得平均电流，再由q=It可求得电荷量，根据焦耳定律求解导线框产生的热量。

本题考查法拉第电磁感应定律的定律的应用，要注意求解电荷量时要用到法拉第电磁感应定律求解平均值，而求解电流做功时要用到功能关系或焦耳定律进行分析求解。

【解答】

A.由法拉第电磁感应定律得，导线框的感应电动势为：

，通过导线框的感应电流大小为：

，t0时刻，ab边所受磁场和用力大小为：

，故A正确；

B.根据楞次定律，可知，0～t0时间内，导线框中电流的方向始终为abcda，故B错误；

C.导线框中电流做的功为：

，因此导线框产生的热量为为：

，故C正确；

D.时间t0内，通过导线框某横截面的电荷量为：

，故D错误。

故选AC。

13.【答案】BD

【解析】

【分析】

当开关接通和断开的瞬间，流过线圈的电流发生变化，产生自感电动势，阻碍原来电流的变化，根据自感现象的规律，以及二极管具有单向导电性进行分析。

对于线圈要抓住双重特性：

当电流不变时，它是电阻不计的导线；当电流变化时，产生自感电动势，相当于电源；同时运动注意二极管的作用。

【解答】

AB.闭合开关的瞬间，由于二极管具有单向导电性，所以无电流通过L1，由于线圈中自感电动势的阻碍，L2灯逐渐亮，故A错误，B正确；

CD.闭合开关，待电路稳定后断开开关，线圈L产生自感电动势，两灯串联，所以L1突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭，故C错误，D正确。

故选BD。

14.【答案】解：

（1）导体棒ab切割磁感线E=BLv=1.0V

由闭合电路的欧姆定律

（2）导体棒ab受到安培力F安=BIL=0.4N

由于导体棒ab匀速运动，满足：

F=F安

所以，作用在导体棒上的外力F=0.4N

（3）导体棒克服安培力的功率P安=F安v=2W

答：

（1）通过电阻R的电流大小2A；

（2）作用在导体棒上的外力大小0.4N；

（3）导体棒克服安培力做功的功率2W．

【解析】

（1）由题，导线ab做匀速运动，已知速度大小v，由E=BLv求出感应电动势大小，再由闭合电路欧姆定律可求出通过电阻的电流大小；

（2）根据安培力公式可求出其大小，再由受力平衡可确定外力的大小．

（3）在水平方向上，导线受到拉力和安培力，根据功率的公式可求出安培力的功率．

本题是导体在导轨上运动类型，根据法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力公式结合研究．同时运用力的功率公式．

15.【答案】解：

（1）ab边切割磁感线产生的感应电动势：

E=nBLv，

导线中的感应电流：

I=

=

=

=0.2A；

（2）ab边所受安培力：

F安=nBIL=100×0.5×0.2×0.1=1N；

（3）线框进入磁场的过程中，所用时间：

t=

=

=0.1s，

产生的热量：

Q=I2Rt=0.22×25×0.1=0.1J；

答：

（1）导线中感应电流的大小为0.2A；

（2）ab边所受安培力的大小为1N；

（3）线框中产生的热量为0.1J．

【解析】

（1）由E=BLv求出感应电动势，由欧姆定律求出电流；

（2）由安培力公式求出安培力；

（3）由电功率公式求出电功率．

本题考查了求电流、安培力、产生的焦耳热等问题，应用E=BLv、欧姆定律、电功率公式即可正确解题，解题时要注意线圈匝数．

16.【答案】解：

（1）由B=B0（1+kt），得：

=B0k

根据法拉第电磁感应定律得：

E=

=

S=B0kdl

感应电流的大小为：

I=

=

（2）在t=t0时，导体棒所受的安培力大小为：

F=BId=B0（1+kt0）•

撤去外力后瞬间导体棒加速度的大小为：

a=

=

答：

（1）回路中感应电流的大小是

；

（2）在t=t0时撤去外力，撤去外力后瞬间导体棒加速度的大小是

。

【解析】

（1）回路的面积不变，磁场在变化，根据法拉第电磁感应定律求得感应电动势，再由欧姆定律求感应电流的大小。

（2）根据安培力公式F=BIL求得t=t0时导体棒所受的安培力大小，再由牛顿第二定律求加速度的大小。

解决本题的关键要掌握法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律和安培力公式F=BIL，要知道回路中磁通量均匀变化时，产生的感应电动势和感应电流是恒定不变的。