人教版选修32 第四章 电磁感应 单元测试.docx

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人教版选修32第四章电磁感应单元测试

第四章电磁感应

命题报告

知识点

简单

中等

较难

1.电磁感应现象楞次定律

1、2、4

6、11

2.法拉第电磁感应定律

5

7、10、12

14

3.自感、互感

3

4.综合应用

8、9

13、15、16

时间：

60分钟　满分：

100分

一、选择题（本大题共10小题，每小题4分，共40分．在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题目要求，有的有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的不得分）

1．（多选）下列现象中，属于电磁感应现象的是（　　）

A．小磁针在通电导线附近发生偏转

B．通电线圈在磁场中转动

C．因闭合线圈在磁场中转动而产生的电流

D．接通电路时，与线圈串联的灯泡逐渐亮起来

【解析】　电磁感应现象是指“磁生电”的现象，而小磁针在通电导线附近发生偏转和通电线圈在磁场中转动，反映了磁场力的性质，所以A、B不是电磁感应现象，C、D是电磁感应现象．

【答案】　CD

图1

2．如图1所示，矩形闭合金属框abcd的平面与匀强磁场垂直，若ab边受竖直向上的磁场力作用，则可知金属框的运动情况是（　　）

A．向左平动进入磁场

B．向右平动退出磁场

C．沿竖直方向向上平动

D．沿竖直方向向下平动

【解析】　因为ab边受到的安培力的方向竖直向上，所以由左手定则就可以判断出金属框中感应电流的方向是abcda，金属框中的电流是由ad边切割磁感线产生的．所以金属框向左平动进入磁场．

【答案】　A

图2

3．如图2所示，L是自感系数很大的理想线圈，a、b为两只完全相同的小灯泡，R0是一个定值电阻，则下列有关说法中正确的是（　　）

A．当S闭合瞬间，a灯比b灯亮

B．当S闭合待电路稳定后，两灯亮度相同

C．当S突然断开瞬间，a灯比b灯亮些

D．当S突然断开瞬间，b灯立即熄灭

【解析】　S闭合瞬间，a、b同时亮，b比a亮；稳定后，a灯不亮；S断开瞬间，a灯比b灯亮．

【答案】　C

图3

4．（多选）如图3所示，线圈内有条形磁铁，将磁铁从线圈中拔出来时（　　）

A．φa>φb

B．φa<φb

C．电阻中电流方向由a到b

D．电阻中电流方向由b到a

【解析】　线圈中磁场方向向右，磁铁从线圈中拔出时，磁通量减少，根据楞次定律，线圈中产生感应电动势，右端为正极，左端为负极，所以电阻中电流方向由b到a，故φb>φa.B、D项正确．

【答案】　BD

5．（多选）单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转动轴垂直于磁场．若线圈所围面积的磁通量随时间变化的规律如图4所示，则（　　）

图4

A．线圈中0时刻感应电动势最小

B．线圈中C时刻感应电动势为零

C．线圈中C时刻感应电动势最大

D．线圈从0至C时间内平均感应电动势为0.4V

【解析】　感应电动势E＝

，而磁通量变化率是Φt图线的切线斜率，当t＝0时Φ＝0，但

≠0.若求平均感应电动势，则用ΔΦ与Δt的比值去求．

【答案】　BD

6．（2014·洛阳一中高二检测）如图5所示，一个铜质圆环，无初速度地自位置Ⅰ下落到位置Ⅱ，若圆环下落时其轴线与磁铁悬线重合，圆环面始终水平．位置Ⅰ与位置Ⅱ的高度差为h，则运动时间（　　）

图5

A．等于

　　　　B．大于

C．小于

D．无法判定

【解析】　由于电磁阻尼，阻碍铜质圆环的下落，所以下落时间大于自由下落时间

.

【答案】　B

图6

7．如图6所示是著名物理学家费曼设计的一个实验，在一块绝缘板中部安装一个线圈，并接有电源，板的四周有许多带负电的小球．将整个装置悬挂起来．当接通开关瞬间，整个圆盘将（自上而下看）（　　）

A．顺时针转动一下

B．逆时针转动一下

C．顺时针不断转动

D．逆时针不断转动

【解析】　开关接通瞬间，穿过带电小球所在圆盘向下的磁通量突然增加，由楞次定律知，带电小球所在圆盘将产生逆时针方向（从上往下看）的感应电动势（确切讲，应为逆时针方向电场），从而使带负电的小球受到顺时针方向的电场力．由于该变化是瞬间的，故选A.

【答案】　A

8．（2014·北京朝阳区高二检测）如图7所示，一刚性矩形铜制线圈从高处自由下落，进入一水平的匀强磁场区域，然后穿出磁场区域，（　　）

图7

A．若线圈进入磁场过程是匀速运动，则离开磁场过程一定是匀速运动

B．若线圈进入磁场过程是加速运动，则离开磁场过程一定是加速运动

C．若线圈进入磁场过程是减速运动，则离开磁场过程一定是加速运动

D．若线圈进入磁场过程是减速运动，则离开磁场过程一定是减速运动

【解析】　若线圈进入磁场过程是匀速运动，完全进入磁场区域一定做加速运动，则离开磁场过程所受安培力大于重力，一定是减速运动，选项A错误；若线圈进入磁场过程是加速运动，则离开磁场过程可能是加速运动，也可能是匀速运动，也可能是减速运动，选项B错误；若线圈进入磁场过程是减速运动，则离开磁场过程一定是减速运动，选项C错误D正确．

【答案】　D

图8

9．（多选）如图8所示，矩形线圈是闭合的，在外力作用下，匀速向右通过宽为d（大于线圈边长）的匀强磁场时，设穿过线圈的磁通量为Φ，感应电流为I，线圈所受磁场力为F，通过线圈导线横截面的电荷量为q，则描述此过程中以上各物理量的变化的图象如选项图所示，其中正确的是（　　）

【解析】　线圈穿过磁场的过程中，速度不变，其他各物理量的变化分析如下：

（1）进入磁场的过程中，磁通量Φ＝BS＝Bl·vt（l为切割磁感线的边长），可见磁通量Φ正比于时间t；从全部进入磁场到出磁场之前的过程中，Φ最大且保持不变；离开磁场的过程中，Φ均匀减小，故A对．

（2）感应电流I感＝

，进入磁场与离开磁场的过程中，I感的大小相等方向相反，均为恒定电流；全部在磁场中平移时，无感应电流，故B对．（3）进入与离开磁场的过程中，安培力大小F安＝BI感l不变；全部在磁场中平移时，不受安培力，故C错．（4）进入与离开磁场的过程中，通过导线横截面的电荷量q＝I感t＝

t，可见电荷量随时间均匀增加；全部在磁场中时，无感应电流，故D错．

【答案】　AB

图9

10．（2013·天津高考）如图9所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd，ab边长大于bc边长，置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN.第一次ab边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为Q1，通过线框导体横截面的电荷量为q1；第二次bc边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为Q2，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则（　　）

A．Q1>Q2，q1＝q2B．Q1>Q2，q1>q2

C．Q1＝Q2，q1＝q2D．Q1＝Q2，q1>q2

【解析】　根据法拉第电磁感应定律E＝Blv、欧姆定律I＝

和焦耳定律Q＝I2Rt，得线圈进入磁场产生的热量Q＝

·

＝

，因为lab>lbc，所以Q1>Q2.根据E＝

，I＝

及q＝IΔt得q＝

，故q1＝q2.选项A正确，选项B、C、D错误．

【答案】　A

二、填空题（本题共3小题，共18分．把答案填在题中的横线上）

11．（6分）如图10所示为“研究电磁感应现象”的实验装置．

图10

（1）将图中所缺的导线补接完整．

（2）如果在闭合开关时发现灵敏电流表的指针向右偏了一下，那么合上开关后可能出现的情况有：

①将原线圈迅速插入副线圈时，灵敏电流表指针将________；

②原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，灵敏电流表指针将________．

【解析】　

（2）依照楞次定律及灵敏电流表的指针偏转方向与流过它的电流方向的关系来判定，则①向右偏转一下；②向左偏转一下．

【答案】　

（1）如图所示

（2）①向右偏转一下

②向左偏转一下

图11

12．（6分）如图11所示，空间存在垂直于纸面的匀强磁场，在半径为a的圆形区域内部及外部，磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B.一半径为b，电阻为R的圆形导线环放置在纸面内，其圆心与圆形区域的中心重合．当内、外磁场同时由B均匀地减小到零的过程中，通过导线截面的电荷量q＝________．

【解析】　由题意知：

Φ1＝B|π（b2－2a2）|，Φ2＝0，

所以ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝πB|b2－2a2|，

由q＝

，得q＝

.

【答案】　

图12

13．（6分）如图12所示，在水平金属导轨上接有阻值为R＝0.1Ω的电阻，金属杆ab与导轨组成一闭合矩形电路，两条导轨间距离l1＝40cm，矩形中导轨长l2＝50cm，导轨区域处于与水平面成30°角的匀强磁场中，磁感应强度随时间的变化规律是B＝（2＋0.2t）T．若t＝10s时，ab仍静止，导轨与ab的电阻不计，则这时流经ab的电流为________，ab所受摩擦力为________．

【解析】　Φ＝Bsin30°·l1l2＝（2＋0.2t）×

×0.4×0.5Wb＝（0.2＋0.02t）Wb，E＝

＝0.02V，I＝

＝

A＝0.2A，10s时ab棒所受安培力F＝BIl1＝（2＋0.2×10）×0.2×0.4N＝0.32N，由棒受力图（如图所示）和平衡条件可得，ab棒所受摩擦力为Ff＝Fsin30°＝0.16N.

【答案】　0.2A　0.16N

三、计算题（本大题共3个小题，共42分．计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位．）

图13

14．（12分）如图13所示，长为L、电阻r＝0.3Ω、质量m＝0.1kg的金属棒CD垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，两导轨间距也是L，棒与导轨间接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有R＝0.5Ω的电阻，量程为0～3.0A的电流表串接在一条导轨上，量程为0～1.0V的电压表接在电阻R的两端，垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面．现以向右的恒定外力F使金属棒右移．当金属棒以v＝2m/s的速度在导轨平面上匀速滑动时，观察到电路中的一个电表正好满偏，而另一个电表未满偏，问：

（1）此满偏的电表是什么表？

说明理由．

（2）拉动金属棒的外力F多大？

【解析】　

（1）电压表满偏，若电流表满偏，则I＝3A，U＝IR＝1.5V，大于电压表量程．

（2）由功能关系F·v＝I2（R＋r），而I＝U/R，

所以F＝

，

代入数据得F＝

N＝1.6N.

【答案】　

（1）电压表满偏，理由见解析

（2）1.6N

图14

15．（14分）如图14所示，固定于水平桌面上的金属框架cdef处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，可无摩擦滑动．此时adeb构成一个边长为l的正方形，棒的电阻为r，其余部分电阻不计．开始时磁感应强度为B0.

（1）若从t＝0时刻起，磁感应强度均匀增大，每秒增量为k，同时保持棒静止．求棒中的感应电流．在图上标出感应电流的方向．

（2）在上述

（1）情况中，始终保持静止，当t＝t1s末时需加的垂直于棒的水平拉力为多少？

（3）若从t＝0时刻起，磁感应强度逐渐减小，当棒以恒定速度v向右做匀速运动时，可使棒中不产生感应电流，则磁感应强度应怎样随时间变化？

（写出B与t的关系式）

【解析】　

（1）据题意

＝k，在磁场均匀变化时，回路中产生的电动势为E＝

＝

·S＝kl2，由闭合电路欧姆定律知，感应电流为I＝

＝

.由楞次定律，判定感应电流为逆时针方向，图略．

（2）t＝t1s末棒静止，水平方向受拉力F外和安培力F安，F外＝F安＝BIl，又B＝B0＋kt1，故F外＝（B0＋kt1）

.

（3）因为不产生感应电流，由法拉第电磁感应定律E＝

，知ΔΦ＝0也就是回路内总磁通量不变，即B0l2＝Bl（l＋vt），解得B＝

.

【答案】　

（1）

　电流为逆时针方向

（2）（B0＋kt1）

　（3）B＝

16．（16分）（2014·天津宝坻中学检测）如图15甲所示，平行金属导轨竖直放置，导轨间距为L＝1m，上端接有电阻R1＝3Ω，下端接有电阻R2＝6Ω，虚线OO′下方是垂直于导轨平面的匀强磁场．现将质量m＝0.1kg、电阻不计的金属杆ab，从OO′上方某处垂直导轨由静止释放，杆下落0.2m过程中始终与导轨保持良好接触，加速度a与下落距离h的关系图象如图15乙所示．求：

图15

（1）磁感应强度B

（2）杆下落0.2m过程中通过金属杆的电荷量．

【解析】　

（1）当地重力加速度g＝10m/s2，则杆进入磁场时的速度v＝

＝1m/s

由图象知，杆进入磁场时加速度a＝－g＝－10m/s2

由牛顿第二定律得mg－F安＝ma

回路中的电动势E＝BLv

杆中的电流I＝

R并＝

F安＝BIL＝

得B＝

＝2T.

（2）杆在磁场中运动产生的平均感应电动势E＝

杆中的平均电流I＝

通过杆的电荷量q＝I·Δt＝

Δt＝

＝

＝0.15C.

【答案】　

（1）2T　

（2）0.15C

附加题（本题供学生拓展学习，不计入试卷总分）

17．（2014·浙江高考）某同学设计一个发电测速装置，工作原理如图16所示．一个半径为R＝0.1m的圆形金属导轨固定在竖直平面上，一根长为R的金属棒OA，A端与导轨接触良好，O端固定在圆心处的转轴上．转轴的左端有一个半径为r＝

的圆盘，圆盘和金属棒能随转轴一起转动．圆盘上绕有不可伸长的细线，下端挂着一个质量为m＝0.5kg的铝块．在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场，磁感应强度B＝0.5T．a点与导轨相连，b点通过电刷与O端相连．测量a、b两点间的电势差U可算得铝块速度．铝块由静止释放，下落h＝0.3m时，测得U＝0.15V．（细线与圆盘间没有滑动，金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计，重力加速度g＝10m/s2）

图16

（1）测U时，与a点相接的是电压表的“正极”还是“负极”？

（2）求此时铝块的速度大小；

（3）求此下落过程中铝块机械能的损失．

【解析】　

（1）正极

（2）由电磁感应定律得U＝E＝

ΔΦ＝

BR2Δθ

U＝

BωR2

v＝rω＝

ωR

所以v＝

＝2m/s.

（3）ΔE＝mgh－

mv2

ΔE＝0.5J.

【答案】　

（1）正极　

（2）2m/s　（3）0.5J