第2章 章末检测(二) 电磁感应-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第二册同步导学案配套PPT课件（粤教版）

章末检测(二)　电磁感应 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。 1.如图所示,甲是闭合铜线框,乙是有缺口的铜线框,丙是闭合的塑料线框,它们的正下方都放置一薄强磁铁。现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放(各线框下落过程中不翻转,忽略空气阻力),则以下说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 A.三者同时落地 B.甲、乙同时落地,丙后落地 C.甲、丙同时落地,乙后落地 D.乙、丙同时落地,甲后落地 答案:D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 甲是闭合铜线框,在下落过程中产生感应电流,所受的安培力阻碍它的下落,故所需的时间长;乙没有闭合回路,丙是塑料线框,故都不会产生感应电流,它们做自由落体运动,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 2.如图所示,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 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 3.如图所示,通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环,铜环平面与螺线管截面平行。当开关S接通的瞬间,两铜环的运动情况是(　　) A.同时向两侧推开 B.同时向螺线管靠拢 C.一个被推开,一个被吸引,但因电源正负极未知,无法具体判断 D.同时被推开或同时向螺线管靠拢,但因电源正负极未知,无法具体判断 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 通电前,穿过两个铜环的磁通量均为零,通电时,穿过两个铜环的磁通量突然增大,根据楞次定律,两铜环向两侧推开。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 4.(2024·广州第七十五中学高二期中)如图甲所示,光滑导轨水平放置在与水平方向成60°角斜向下的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示(规定斜向下为正方向),导体棒ab垂直导轨放置,除电阻R的阻值外,其余电阻不计,导体棒ab在水平外力作用下始终处于静止状态。规定a→b的方向为电流的正方向,水平向右的方向为外力的正方向,斜向右下方为安培力的正方向,则在0~t1时间内,能正确反映电阻R的热功率P、流过导体棒ab的电流i、导体棒ab所受水平外力F及安培力FA随时间t变化的图像正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 答案:C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 由法拉第电磁感应定律,有E==sin 60°,由题图乙知,B的变化率不变,即保持不变,则感应电动势保持不变,电路中电流不变,B错误;根据P=I2R,电阻R的热功率P恒定不变,A错误;根据楞次定律判断可知ab中感应电流从b到a,当B为负值时,安培力的方向垂直于磁感线斜向右下方,根据平衡条件可知,外力水平向左,为负值,大小为F=BILsin 60°∝B,B为正值时,外力水平向右,为正值,大小为F=BILsin 60°∝B,C正确;根据安培力FA=BIL可知,导体棒ab所受安培力FA随B的变化而变化,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 5.如图所示,xOy坐标系第一象限有垂直纸面向外的匀强磁场,第三象限有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小均为B,第二、四象限内没有磁场。一个围成四分之一圆弧形的导体环Oab,其圆心在原点O,开始时导体环在第四象限,从t=0时刻起绕O点在xOy坐标平面内逆时针匀速转动。若以逆时针方向的电流为正,下列表示环内感应电流i随时间t变化的图像,正确的是(　　) D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 在0~内,Oa切割磁感线运动,根据右手定则判断可知,导体环中感应电流的方向为顺时针方向,为负值;~内,Ob切割磁感线运动,根据右手定则判断可知,导体环中感应电流的方向为逆时针方向,为正值;~内,Oa切割磁感线运动,根据右手定则判断可知,导体环中感应电流的方向为逆时针方向,为正值;~T内,Ob切割磁感线运动,根据右手定则判断可知,导体环中感应电流的方向为顺时针方向,为负值。无论哪个半径切割磁感线,所产生的感应电动势 大小都相同,设角速度为ω,由感应电动势公式E=BL2ω和 欧姆定律可知感应电流的大小是不发生变化的。由此可 知A、B、C错误,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 6.如图所示,边长为L的正方形导线框质量为m,由距磁场H高处自由下落,其下边ab进入匀强磁场后,线框开始做减速运动,直到其上边cd刚刚穿出磁场时,速度减为ab边刚进入磁场时的一半,磁场的宽度也为L,则线框穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热为(重力加速度为g)(　　) A.2mgL　　　　　　　　 B.2mgL+mgH C.2mgL+mgH D.2mgL+mgH C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 设线框刚进入磁场时的速度为v1,刚穿出磁场时的速度v2= ① 线框自开始进入磁场到完全穿出磁场共下落高度为2L。 由题意得mgH=m ② 由能量守恒定律得 m+mg·2L=m+Q ③ 由①②③得Q=2mgL+mgH,故选项C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 7.如图甲所示,水平绝缘传送带正在输送一闭合正方形金属线框,在输送中让线框随传送带通过一固定的匀强磁场区域,磁场方向竖直向下,磁场边界MN、PQ与传送带运动方向垂直,其间距为2d。已知传送带以恒定速度v0运动,线框质量为m,边长为d,线框与传送带间的动摩擦因数为μ,且在传送带上始终保持线框左、右两边平行于磁场边界,线框右边进入磁场到线框右边离开磁场过程中,其速度v随时间t变化的图像如图乙所示,重力加速度大小为g,则(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 A.线框进出磁场过程中感应电流方向相同 B.线框穿过磁场过程中受到的摩擦力方向不变 C.整个线框刚好离开磁场时的速度大小为 D.整个线框穿过磁场过程中安培力对线框做的功为4μmgd 答案:B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 由楞次定律可知线框进入磁场过程中感应 电流方向为逆时针(俯视),出磁场过程中感 应电流方向为顺时针(俯视),故A错误;滑动 摩擦力方向与相对运动方向相反,由v-t图像可知线框右边进入磁场到右边恰离开磁场过程中速度小于传送带速度,所受滑动摩擦力方向水平向右,线框出磁场过程与进入磁场过程中初速度相同,受力情况相同,所以运动情况相同,即出磁场过程中速度由v0一直减小至v1,所以出磁场过程中所受滑动摩擦力方向水平向右,故线框穿过磁场过程中受到的摩擦力方向不变,故B正确;由B项分析知线框刚好离开磁场时的速度为v1,线框 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 恰完全进入磁场至右边恰好出磁场过程中线框做匀加速直线运动,有-=2μgd,解得v1=,故C错误;线框穿过磁场的整个过程中初、末速度为v0、v1,整个过程中摩擦力不变,所以由动能定理可得 W安+μmg×3d=m-m,解得W安=-4μmgd,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。 8.如图所示,电阻R1=3 Ω,R2=6 Ω,线圈的直流电阻不计。电源电动势E=5 V,内阻r=1 Ω,开始时开关S闭合,则(　　) A.断开S前,电容器带电荷量为零 B.断开S前,电容器电压为 V C.断开S的瞬间,电容器a极板带正电 D.断开S的瞬间,电容器b极板带正电 AC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 流过线圈的电流不变时,电容器相当于短路,S断开的瞬间,电感线圈又相当于电源向外供电。断开S前,L相当于无电阻的导线,则电容器两端电压为0,从而电容器的电荷量为零,A项正确,B项错误;断开S瞬间,由于L的自感作用,L中仍然存在向左的电流,L与C构成了回路,则L中的电流要向C充电,使a极板带正电,b极板带负电,故C项正确,D项错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 9.如图所示,光滑绝缘水平面上存在方向竖直向下的有界(边界竖直)匀强磁场,一直径与磁场区域宽度相同的闭合金属圆形线圈在平行于水平面的拉力作用下,在水平面上沿虚线方向匀速通过磁场。下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 A.线圈进入磁场和离开磁场的过程中流过某一横截面的电荷量不相等 B.该拉力的方向水平向右 C.线圈通过磁场区域的过程中,线圈中的感应电流大小始终不变 D.线圈通过磁场区域的过程中,线圈中的感应电流先沿逆时针方向,后沿顺时针方向 答案:BD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 线圈进入磁场过程中以及离开磁场的过程中,总磁通量的变化量大小相同,根据Q=t=t=·t=,可知线圈进入磁场和离开磁场的过程中流过某一横截面的电荷量相等,故A错误;结合楞次定律可知,线圈所受的安培力会阻碍线圈相对磁场的运动,因线圈所受的安培力始终水平向左,则该拉力的方向水平向右,故B正确;线圈切割磁感线的有效长度示意图如图 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 有效长度发生变化,根据E=BLv可知,感应电动势会发生变化,总电阻保持不变,则感应电流会变化,故C错误;线圈进入磁场过程中,垂直于线圈平面的磁通量变大,根据楞次定律可知线圈中的感应电流产生的磁场应垂直于纸面向外,根据安培定则可知线圈中感应电流为逆时针方向,同理可知,线圈离开磁场的过程中线圈中的感应电流为顺时针方向,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 10.两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直,边长为0.1 m、总电阻为0.005 Ω的正方形导线框abcd位于纸面内,cd边与磁场边界平行,如图(a)所示。已知导线框一直向右做匀速直线运动,cd边于t=0时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图(b)所示(感应电流的方向为顺时针时,感应电动势取正)。下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 A.磁感应强度的大小为0.5 T B.导线框运动速度的大小为0.5 m/s C.磁感应强度的方向垂直于纸面向外 D.在t=0.4 s至t=0.6 s至这段时间内,导线框所受的安培力大小为0.1 N 答案:BC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 由E-t图像可知,线框经过0.2 s全部进入磁场,则速度v== m/s=0.5 m/s,选项B正确;E=0.01 V,根据E=BLv可知,B=0.2 T,选项A错误;线框进磁场过程中,感应电流方向为顺时针,根据右手定则可知,原磁场的磁感应强度的方向垂直于纸面向外,选项C正确;在t=0.4 s至t=0.6 s这段时间内,导线框中的感应电流I== A=2 A,所受的安培力大小为F=BIL=0.04 N,选项D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 三、非选择题:本题共5小题,共54分。 11.(7分)(2024·中山华侨中学高二期末)我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和遵循的物理规律。以下是实验探究过程的一部分。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (1)如图甲所示,当磁铁的N极向下运动时,发现电流表指针偏转,若要探究线圈中产生感应电流的方向,必须知道__________________________ 　 。  (1)如题图甲所示,当磁铁的N极向下运动时,发现电流表指针偏转,若要探究线圈中产生感应电流的方向,必须知道电流表指针偏转方向与电流方向间的关系。 电流表指针偏转方向与电流 方向间的关系 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)如图乙所示,实验中发现闭合开关时,电流表指针向右偏转。电路稳定后,若向左移动滑片,此过程中电流表指针向　　　　偏转,若将线圈A抽出,此过程中电流表指针向　　　　偏转。(均选填“左”或“右”)  右 左 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)如题图乙所示,实验中发现闭合开关时,穿过线圈B的磁通量增加,电流表指针向右偏;电路稳定后,若向左移动滑片,通过线圈A的电流增大,磁感应强度增大,穿过线圈B的磁通量增大,电流表指针向右偏转;若将线圈A抽出,穿过线圈B的磁通量减少,电流表指针向左偏转。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (3)某同学按图丙完成探究实验,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,则被电击是在拆除线圈　　　　(选填“A”或“B”)所在电路时发生的,分析可知,线圈 　　　　(选填“A”或“B”)产生了断电自感。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”)。  A A 断开开关 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (3)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,在拆除线圈A所在电路时,线圈A中的电流突然减小,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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 12.(9分)学习了法拉第电磁感应定律E∝后,为了定量验证在磁通量变化量相同时,感应电动势E与时间Δt成反比,甲、乙两位同学共同设计了如图所示的一个实验装置:线圈和光电门传感器固定在长木板的轨道上,强磁铁和挡光片固定在可运动的小车上。每当小车在轨道上运动经过光电门时,光电门会记录下挡光片的挡光时间Δt,同时触发接在线圈两端的电压传感器记录下在这段时间内线圈中产生的平均感应电动势E。利用小车末端的弹簧将小车以不同的速度从轨道的最右端弹出,就能得到一系列的感应电动势E和挡光时间Δt。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (1)观察和分析该实验装置可看出,在实验中,每次测量的Δt时间内,磁铁相对线圈运动的距离都相同,从而实现了控制　　　　　　　　　　不变。  (1)为了定量验证感应电动势E与时间Δt成反比,我们应该控制磁通量的变化量ΔΦ不变,所以在实验中,每次测量的Δt时间内,磁铁相对线圈运动的距离都相同,从而实现了控制通过线圈的磁通量的变化量不变。 磁通量变化量ΔΦ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)在得到测量数据之后,为了验证E与Δt成反比,甲、乙两位同学分别采用两种办法处理数据。甲同学采用计算法:算出 　　　　　　　　　　　　　　　　,若该数据基本相等,则验证了E与Δt成反比;乙同学用作图法:用纵坐标表示感应电动势E,用横坐标表示　　　　　　　　　　,利用实验数据,在坐标系中描点连线,若图线是过坐标原点的倾斜直线,则也可验证E与Δt成反比。  感应电动势E与挡光时间Δt的乘积 挡光时间的倒数 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)为了验证E与时间Δt成反比,甲同学采用计算法:算出感应电动势E和挡光时间Δt的乘积,若该数据基本相等,则验证了E与Δt成反比;第二种是作图法:在直角坐标系中作感应电动势E与挡光时间的倒数关系图线,若图线是过坐标原点的倾斜直线,则也可验证E与Δt成反比。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 13.(11分)如图所示,正方形闭合线圈边长为0.2 m,质量为0.1 kg,电阻为0.1 Ω,在倾角为30°的斜面上的砝码质量为0.4 kg,匀强磁场磁感应强度为0.5 T,不计一切摩擦,砝码沿斜面下滑线圈开始进入磁场时,它恰好做匀速运动。(g取10 m/s2) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (1)求线圈匀速上升的速度。 答案:(1)10 m/s　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (1)设绳子的拉力大小为F 对砝码:F=m1gsin 30°=2 N 对线圈:F=m2g+F安 又F安= 代入数据得v=10 m/s。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)线圈进入磁场的过程中产生多少焦耳热? 答案: (2)0.2 J 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)绳的拉力对线圈做的功为 W=FL=2×0.2 J=0.4 J 由能量守恒定律得 Q=W-m2gL=0.4 J-0.1×10×0.2 J=0.2 J。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 14.(12分)如图所示,凸字形硬质金属线框质量为m,相邻各边互相垂直,且处于同一竖直平面内,ab边长为l,cd边长为2l,ab与cd平行,间距为2l。匀强磁场区域的上下边界均水平,磁场方向垂直于线框所在平面。开始时,cd边到磁场上边界的距离为2l,线框由静止释放,从cd边进入磁场直到ef、pq边进入磁场前,线框做匀速运动,在ef、pq边离开磁场后,ab边离开磁场之前,线框又做匀速运动。线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q。线框在下落过程中始终处于原竖直平面内,且ab、cd边保持水平,重力加速度为g,求: 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (1)线框ab边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍; 答案:(1)4倍　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (1)设磁场的磁感应强度大小为B,cd边刚进入磁场时,线框做匀速运动的速度为v1,cd边上的感应电动势为E1,由法拉第电磁感应定律可得E1=2Blv1 设线框总电阻为R,此时线框中电流为I1,由闭合电路欧姆定律可得I1= 设此时线框所受安培力为F1,有F1=2I1lB 由于线框做匀速运动,故受力平衡,所以有mg=F1 联立解得v1= 设ab边离开磁场之前,线框做匀速运动的速度为v2,同理可得v2= 故可知v2=4v1。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)磁场上下边界间的距离H。 答案: (2)+28l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)线框自释放直到cd边进入磁场前,由机械能守恒定律可得2mgl=m 线框完全穿过磁场的过程中,由能量守恒定律可得 mg(2l+H)=m-m+Q 联立解得H=+28l。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 15.(15分)两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为L,导轨上放置两根导体棒a和b,俯视图如图甲所示。两根导体棒的质量均为m、电阻均为R,回路中其余部分的电阻不计,在整个导轨平面内,有磁感应强度大小为B的竖直向上的匀强磁场。导体棒与导轨始终垂直接触良好且均可沿导轨无摩擦地滑行,开始时,两棒均静止,间距为x0,现给导体棒a一水平向右的初速度v0,并开始计时,可得到如图乙所示的Δv-t图像(Δv表示两棒的相对速度,即Δv=va-vb)。 　甲　　　　　　　　乙 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (1)试证明:在0~t2时间内,回路产生的焦耳热Q与磁感应强度B无关; 答案:(1)见解析　 (1)t2时刻开始,两棒速度相等,由动量守恒定律有2mv=mv0 由能量守恒定律有Q=m-(2m)v2 解得Q=m 所以在0~t2时间内,回路产生的焦耳热Q与磁感应强度B无关。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)求t1时刻棒b的加速度大小; 答案: (2)　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)t1时刻有va-vb= 回路中的电流I== 此时棒b所受的安培力F=BIL 由牛顿第二定律得棒b的加速度大小 a1==。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (3)求t2时刻两棒之间的距离。 答案: (3)x0+ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (3)t2时刻,两棒速度相同,均为v= 0~t2时间内,对棒b,由动量定理有 BL·Δt=mv-0 根据法拉第电磁感应定律有= 根据闭合电路欧姆定律有= 而ΔΦ=BΔS=BL(x-x0) 解得t2时刻两棒之间的距离x=x0+。 $$