章末综合检测(2) 电磁感应及其应用（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

章末综合检测(二)　电磁感应及其应用 (满分：100分) 一、选择题(本题共8小题，每小题6分，第1～5题只有一个符合题目要求，第6～8题有多个选项符合要求。全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 1．如下图所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管，则电路中(　　) A．始终有感应电流自a向b流过电流表G B．始终有感应电流自b向a流过电流表G C．先有a→G→b方向的感应电流，后有b→G→a方向的感应电流 D．将不会产生感应电流 C　解析：条形磁铁从左边进入螺线管的过程中，在螺线管内产生的磁场方向向右，穿过螺线管的磁通量不断增加，根据楞次定律，感应电流的方向是a→G→b。条形磁铁从螺线管中向右穿出的过程中，在螺线管中产生的磁场方向仍向右，穿过螺线管的磁通量不断减小，根据楞次定律，感应电流的方向是b→G→a。故C正确。 2．如图所示，固定的水平长直导线MN中通有向右的恒定电流I，矩形导线框ABCD在导线MN的正下方且与MN处于同一竖直平面内。线框ABCD在外力F作用下以恒定的速度竖直向上运动，且运动过程中AB边始终平行于MN，则在AB边运动到MN所在位置之前的过程中，下列说法正确的是(　　) A．穿过线框的磁通量保持不变 B．线框中感应电流的方向始终为A→B→C→D→A C．线框所受安培力的合力方向向下 D．外力F所做的功等于线框增加的机械能 C　解析：离直导线越近，磁感应强度越强，线框向上运动的过程中，穿过线框的磁通量逐渐增大，A错误；根据安培定则知MN下方的磁场方向垂直纸面向里，线框向上运动的过程中，穿过线框的磁通量增大，根据楞次定律结合安培定则知线框中感应电流的方向为A→D→C→B→A，B错误；根据左手定则知AB边所受的安培力方向向下，CD边所受的安培力方向向上，因为AB边所处位置的磁感应强度大，则AB边所受安培力大，所以线框所受安培力的合力方向向下，C正确；线框匀速向上运动，线框中产生感应电流，F做的功一部分转化为线框的机械能，一部分转化为电能，故外力F所做的功大于线框增加的机械能，D错误。 3.将一根绝缘硬质细导线顺次绕成如图所示的线圈，其中大圆面积为S1，小圆面积均为S2，垂直线圈平面方向有一随时间t变化的磁场，磁感应强度大小B＝B0＋kt，B0和k均为常量，则线圈中总的感应电动势大小为(　　) A．kS1 B．5kS2 C．k(S1－5S2) D．k(S1＋5S2) D　解析：由法拉第电磁感应定律可得大圆线圈产生的感应电动势E1＝＝＝kS1，每个小圆线圈产生的感应电动势E2＝＝kS2，由线圈的绕线方式和楞次定律可得大、小圆线圈产生的感应电动势方向相同，故线圈中总的感应电动势大小为E＝E1＋4E2＝k(S1＋5S2)，D正确，A、B、C错误。 4．如图所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R。金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小，ab始终保持静止，下列说法正确的是(　　) A．ab中的感应电流方向由b到a B．ab中的感应电流逐渐减小 C．ab所受的安培力保持不变 D．ab所受的静摩擦力逐渐减小 D　解析：磁感应强度均匀减小，磁通量减小，根据楞次定律和安培定则得，ab中的感应电流方向由a到b，故A错误；由于磁感应强度均匀减小，根据法拉第电磁感应定律E＝n可知感应电动势恒定，则ab中的感应电流不变，故B错误；根据安培力公式F＝BIL知，电流不变，B均匀减小，则安培力减小，故C错误；安培力和静摩擦力为一对平衡力，安培力减小，则静摩擦力减小，故D正确。故选D。 5．如图所示，一种延时继电器的示意图，铁芯上有两个线圈A和B。线圈A跟电源连接，线圈B两端连在一起构成一个闭合回路。在断开开关S的时候，弹簧K并不会立刻将衔铁D拉起使触头C离开，而是过一小段时间才执行这个动作。下列说法正确的是(　　) A．线圈B不闭合，仍会产生延时效应 B．将衔铁D换成铜片，延时效果更好 C．保持开关S闭合，线圈B中磁通量为零 D．断开开关S的瞬间，线圈B中的电流从上往下看为顺时针方向 D　解析：线圈B不闭合时，当S断开后，在线圈B中不会产生感应电流，铁芯上不会有磁性，则不会产生延时效应，A错误；因铜不是磁性材料，则将衔铁D换成铜片，会将失去延时效果，B错误；保持开关S闭合，线圈B中磁通量不变，但不为零，C错误；断开开关S的瞬间，穿过线圈B的磁通量向下减小，根据楞次定律可知，线圈B中的电流从上往下看为顺时针方向，D正确。 6.铜盘安装在水平的铜轴上，它的边缘正好在两磁极之间，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触，闭合开关S，给铜盘一个初动能，铜盘转动方向和所处磁场如图所示，不计一切摩擦和空气阻力，下列说法正确的是(　　) A．通过圆盘平面的磁通量不变 B．通过电阻R的电流方向向下 C．断开开关S，圆盘将减速转动 D．断开开关S，圆盘将匀速转动 AC　解析：由于磁感线的条数不变，故铜盘转动过程中，穿过铜盘的磁通量不变，A正确；根据右手定则可知，电流从D点流出，因此通过电阻R的电流方向向上，B错误；因为不是整个圆盘都在磁场中，所以在圆盘中会形成回路，圆盘会受安培力作用，所以断开开关S，圆盘将减速转动，C正确，D错误。 7．下列措施是为了防止涡流的危害的有(　　) A．电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅 B．磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上 C．变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成 D．变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层 CD　解析：电磁炉是采用电磁感应原理，在金属锅上产生涡流，使锅体发热从而加热食物的，属于涡流的应用，故A不符合题意；磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，起到电磁阻尼作用，是为了利用电磁感应，故B不符合题意；变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止，故C符合题意；变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止，故D符合题意。 8．如图甲所示，一个圆形线圈的匝数n＝100匝，线圈面积S＝0.2 m2，线圈的电阻r＝1 Ω，线圈外接一个阻值R＝4 Ω的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是(　　) A．在0～4 s内穿过线圈的磁通量变化量为0.04 Wb B．前4 s内通过电阻R的电量为0.8 C C．0～4 s 内电阻R的功率为0.2 W D．0～6 s整个电路中产生的热量为6.4 J AB　解析：在0～4 s内磁感应强度变化量ΔB＝0.2 T。穿过线圈的磁通量变化量为ΔΦ＝ΔB·S＝0.2×0.2 Wb＝0.04 Wb，A正确；由法拉第电磁感应定律，产生的感应电动势E1＝n＝1 V，感应电流I1＝＝0.2 A，前4 s内通过电阻R的电量为q＝I1t1＝0.8 C，B正确；0～4 s时间内电阻R两端电压为U＝IR＝0.8 V，电阻R的功率为P＝UI＝0.16 W，C错误；4～6 s内磁感应强度变化量ΔB＝0.4 T。穿过线圈的磁通量变化量为ΔΦ＝ΔB·S＝0.4×0.2 Wb＝0.08 Wb，产生的感应电动势E2＝n＝4 V，感应电流I2＝＝0.8 A，0～6 s整个电路中产生的热量为Q＝Q1＋Q2＝E1I1t1＋ E2I2t2＝1×0.2×4 J＋4×0.8×2 J＝7.2 J，D错误。 二、非选择题(本题共6小题，共52分) 9.(6分)如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有半径为r的光滑半圆形导体框， Oc为一能绕O在框架上滑动的导体棒，Oa之间连一电阻R，导体框架与导体棒的电阻均不计，若使Oc以角速度ω逆时针匀速转动，则通过电阻R的电流方向________(填“向左”或“向右”)，导体棒O端电势________(填“大于”或“小于”)c端的电势，回路中的感应电流大小为________。 答案：向右　大于　 解析：根据右手定则可知，电流方向为由O经R到a，即向右通过电阻R。 根据右手定则可知，Oc等效为电源时，O为正极，c为负极，O点电势较高。 根据动生电动势公式可知 E＝BL＝Br＝ 根据欧姆定律可知 I＝＝。 10.(6分)如图所示，水平放置的两平行金属板相距为d，金属板与两平行金属导轨相连，导轨间距为L，匀强磁场与导轨平面垂直，磁场的磁感应强度为B，由于导轨上有一导体棒ab在运动，导致平行板板间有一质量为m，电荷量为q的带负电的液滴处于静止状态。则导体ab的速度大小为________，方向为________。 答案：　向右 解析：质量为m，电荷量为q的带负电的液滴处于静止状态，有q＝mg，电场强度的方向竖直向下，则上板电势高于下板，则U＝BLv，所以v＝＝，根据右手定则，a点的电势高于b点，知ab棒向右运动。 11．(8分)轻质细线吊着一质量为m＝0.42 kg、边长为L＝1 m、匝数n＝10的正方形线圈，其总电阻为r＝1 Ω。在线圈的中间位置以下区域分布着磁场，如图甲所示。磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间变化关系如图乙所示。(g＝10 m/s2) (1)判断线圈中产生的感应电流的方向是顺时针还是逆时针； (2)求线圈的电功率； (3)求在t＝4 s时轻质细线的拉力大小。 答案：(1)逆时针　(2)0.25 W　(3)1.2 N 解析：(1)由楞次定律知感应电流的方向为逆时针方向。 (2)由法拉第电磁感应定律得 E＝n＝n·L2＝0.5 V 则P＝＝0.25 W。 (3)I＝＝0.5 A，由题图乙可知， t＝4 s时，B＝0.6 T，F安＝nBIL F安＋FT＝mg 联立解得FT＝1.2 N。 12.(10分)如图所示，在范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场中，有一水平放置的光滑框架，宽度为l＝0.4 m，框架上放置一接入电路的电阻为1 Ω的金属杆cd，金属杆与框架垂直且接触良好，框架电阻不计，磁场的磁感应强度B＝0.2 T。t＝0时刻，cd杆在水平外力的作用下以恒定加速度a＝4 m/s2由静止开始向右沿框架做匀变速直线运动，问： (1)在0～2 s内平均感应电动势是多少？ (2)第2 s末，回路中的电流多大？ 答案：(1)0.32 V　(2)0.64 A 解析：(1)金属杆2 s内的位移x＝at2＝8 m 由法拉第电磁感应定律得 E＝＝＝ V＝0.32 V 。 (2)金属杆第2 s末的速度v′＝at＝8 m/s 此时回路中的感应电动势E′＝Blv′ 则回路中的电流为I＝＝ A＝0.64 A。 13．(10分)如图所示，两根平行光滑金属导轨MN和PQ放置在水平面内，其间距L＝0.2 m, 磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场垂直导轨平面向下。两导轨之间连接的电阻R＝4.8 Ω，在导轨上有一金属棒ab，其接入电路的电阻r＝0.2 Ω， 金属棒与导轨垂直且接触良好。在ab棒上施加水平拉力使其以速度v＝0.5 m/s向右匀速运动，设金属导轨足够长。求： (1)金属棒ab产生的感应电动势； (2)通过电阻R的电流大小和方向； (3)水平拉力的大小F； (4)金属棒a、b两点间的电势差。 答案：(1)0.05 V　(2)0.01 A　从M通过R流向P　(3)0.001 N　(4)0.048 V 解析：(1)设金属棒ab产生的感应电动势为E，则 E＝BLv，代入数值得E＝0.05 V。 (2)设通过电阻R的电流大小为I，则I＝ 代入数值得I＝0.01 A 由右手定则可得，通过电阻R的电流方向从M通过R流向P。 (3)F安＝BIL＝0.001 N 金属棒ab做匀速直线运动，则F＝F安＝0.001 N。 (4)设a、b两点间的电势差为Uab，则 Uab＝IR 代入数值得Uab＝0.048 V。 14．(12分)嫦娥五号成功实现月球着陆和返回，鼓舞人心。小明知道月球上没有空气，无法靠降落伞减速降落，于是设计了一种新型着陆装置。如图所示，该装置由船舱、间距为l的平行导轨、产生垂直船舱导轨平面的磁感应强度大小为B的匀强磁场的磁体和“∧”形刚性线框组成，“∧”形线框ab边可沿导轨滑动并接触良好。船舱、导轨和磁体固定在一起，总质量为m1，整个装置竖直着陆到月球表面前瞬间的速度大小为v0，接触月球表面后线框速度立即变为零。经过减速，在导轨下方缓冲弹簧接触月球表面前船舱已可视为匀速。已知船舱电阻为3r，“∧”形线框的质量为m2，其7条边的边长均为l，电阻均为r；月球表面的重力加速度为。整个运动过程中只有ab边在磁场中，线框与月球表面绝缘，不计导轨电阻和摩擦阻力。 (1)求着陆装置接触到月球表面后瞬间线框ab边产生的电动势E； (2)通过画等效电路图，求着陆装置接触到月球表面后瞬间流过“∧”形线框ab边的电流I0； (3)求船舱匀速运动时的速度大小v； (4)同桌小张认为在磁场上方、两导轨之间连接一个电容为C的电容器，在着陆减速过程中还可以回收部分能量，在其他条件均不变的情况下，求船舱匀速运动时的速度大小v′和此时电容器所带电荷量q。 答案：(1)Blv0　(2)　(3)　(4)　 解析：(1)导体切割磁感线，电动势E0＝Blv0。 (2)等效电路图如图所示。 并联总电阻R＝2r 电流I0＝＝。 (3)匀速运动时线框受到安培力 FA＝ 根据牛顿第三定律，质量为m1的部分受力F＝FA，方向竖直向上，匀速条件F＝ 得v＝。 (4)匀速运动时电容器不充放电，满足 v′＝v＝ 电容器两端电压为UC＝I×3r＝ 电荷量为q＝CUC＝。 学科网（北京）股份有限公司 $$