章末强化练(2) 电磁感应（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（粤教版2019）

章末强化练(二)　电磁感应 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．关于电磁感应现象，下列说法中正确的是(　　) A．导体在磁场中运动一定能产生感应电流 B．闭合线圈整个放在变化磁场中一定能产生感应电流 C．感应电流的磁场总跟原来的磁场方向相反 D．感应电流的磁场总是阻碍原来的磁通量的变化 D　[导体在磁场中如果沿磁场方向运动，没有切割磁感线，是不会产生感应电流的，并且选项没说明回路是否闭合，故A选项错误；如果线圈平面与磁感线方向平行，则有效面积为零，所以没有磁通量变化，不会产生感应电流，故B选项错误；根据楞次定律得知，当磁通量增加时，感应电流的磁场跟原来的磁场方向相反，当磁通量减小时，感应电流的磁场跟原来的磁场方向相同，故C错误；由楞次定律定义可知，D选项正确．] 2．在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采用双线并绕的方法，如图所示．其道理是(　　) A．当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消 B．当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消 C．当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消 D．以上说法都不对 C　[由于采用双线并绕的方法，当电流通过时，两股导线中的电流方向是相反的，不管电流怎样变化，任何时刻两股导线中的电流总是等大反向的，所产生的磁通量也是等大反向的，故总磁通量等于零，在该线圈中不会产生电磁感应现象，因此消除了自感，选项A、B、D错误，只有C正确．] 3．在实际生产中，有些高压直流电路含有自感系数很大的线圈，当电路中的开关S由闭合到断开时，线圈会产生很高的自感电动势，使开关S处产生电弧，危及操作人员的人身安全．为了避免电弧的产生，可在线圈处并联一个元件，下列方案可行的是(　　) D　[根据题意可以知道当开关断开瞬间时，线圈中产生很高的自感电动势，若不并联元件，则会产生电弧，因此：当并联电容器时，只能对电容器充电，仍不能解决电弧现象，故A错误；当并联发光二极管时，因为发光二极管有单向导电性，因此注意方向，B选项的二极管的接法与C选项的导线有一样的作用，当闭合S时，线圈被短路，无法正常工作，唯有D选项，既能避免产生电弧，又能不影响电路，所以D选项是正确的，B、C错误．] 4．闭合回路由电阻R与单匝导线框组成，其面积大小为S，内部磁场大小按B­t图线变化，方向如图，且B­t图线的斜率为k，则回路中(　　) A．感应电流的方向为逆时针方向 B．感应电流的电流强度越来越大 C．磁通量的变化率越来越大 D．产生的感应电动势大小为kS D　[由楞次定律可知，电流方向为顺时针，故A错误；由图像可知，磁感应强度随时间均匀增大，则由Φ＝BS可知，磁通量随时间均匀增加，故其变化率恒定不变，由法拉第电磁感应定律可知，E＝＝＝kS，感应电动势保持不变，电流强度不变，故B、C错误；D正确．] 5．如图所示电路中，当开关S断开瞬间(　　) A．流经R2的电流方向向右，流经L的电流方向向左 B．流经R2的电流方向向左，流经L的电流方向向右 C．流经R2和L的电流方向都向右 D．流经R2和L的电流方向都向左 A　[在S断开前，自感线圈L中有自右向左的电流，断开S后瞬间，L的电流要减小，于是L中产生自感电动势，阻碍自身电流的减小，但电流还是逐渐减小为零，原来跟L并联的电阻R2，由于电源的断开，向左的电流会立即消失，但此时它却与L形成了串联的回路，L中维持的正在减弱的电流恰好从电阻R2中流过，方向由左到右．] 6．如图所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有定值电阻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．电阻R的热功率不变 D　[磁感应强度均匀减小，穿过回路的磁通量均匀减小，根据楞次定律得知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，穿过回路的磁通量均匀减小，根据法拉第电磁感应定律E＝可知，回路产生的感应电动势恒定，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I不变，B均匀减小，则ab所受的安培力减小，故C错误；I不变，根据P＝I2R分析电阻R的热功率保持不变，故D正确．] 7．如图所示，将铜片悬挂在电磁铁的两极间，形成一个摆．在电磁铁线圈未通电时，铜片可以自由摆动，忽略空气阻力及转轴摩擦的作用．当电磁铁通电后，电磁铁两极间可视为匀强磁场，忽略磁边缘效应．关于通电后铜片的摆动过程，以下说法正确的是(　　) A．由于铜片不会受到磁铁的吸引，所以铜片向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度 B．铜片进入磁场的瞬间，铜片一定立即减速 C．铜片在进入和离开磁场时，由于电磁感应，均有感应电流产生 D．铜片进入磁场的过程是机械能转化为电能的过程，离开磁场的过程是电能转化为机械能的过程 C　[铜片进入磁场的过程和离开磁场的过程中穿过铜片的磁通量发生变化，在铜片中产生涡流，所以进入磁场的过程是机械能转化为电能的过程，离开磁场的过程也是机械能转化为电能的过程；由于机械能减小，所以铜片向右穿过磁场后，不能摆至原来的高度，故A、D错误；铜片进入磁场的过程中有感应电流，感应电流会阻碍铜片的相对运动，但由于在铜片进入磁场区域时，还受到重力和杆的拉力，不知道合力的情况，所以不能判断出铜片是否做减速运动，故B错误；铜片进入磁场的过程和离开磁场的过程中穿过铜片的磁通量发生变化，均有感应电流产生，故C正确．] 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．如图甲所示，“U”形金属导轨ABCD固定在绝缘水平面上，金属棒ab放在导轨上，刚好构成一个边长L＝1 m的正方形，整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化如图乙所示，金属棒始终不动，回路中的总电阻为2 Ω，则下列说法正确的是(　　) A．t＝1 s时，金属棒中的电流方向为从a到b B．t＝3.5 s时回路中的瞬时电功率比t＝4 s时回路中的瞬时电功率小 C．0～2 s内通过金属棒截面的电量为1 C D．金属棒受到的摩擦力最大值为4 N AC　[在t＝1 s时，通过闭合回路的磁通量正在向上增加，根据楞次定律“增反减同”可以知道感应电流的磁场竖直向下，根据安培定则可知通过金属棒中的电流方向为从a到b，故A正确；由乙图可知在3～5 s的时间内磁感应强度的变化率为一定值，所以在此时间内，产生的感应电流不变，回路的电功率不变，故B错误；根据法拉第电磁感应定律可得在0～2 s内回路中的感应电动势E＝，其中ΔΦ表示在这2 s内磁通量的变化量，即ΔΦ＝2 Wb.通过金属棒截面的电荷量为q＝IΔt，其中I表示平均感应电流，则I＝，各方程联立可得q＝＝1 C ，故C正确；由乙图可知在后三分之一周期内磁感应强度的变化率大于前三分之二周期内的变化率，所以当电路中电流最大时，磁感应强度最大时，金属棒受到的安培力最大，则受到的静摩擦力也最大，则根据法拉第电磁感应定律可以得到后三分之一周期内的感应电动势为E＝S＝2 V，感应电流为I＝＝1 A，因为磁感应强度最大值为2 T，所以受到的最大安培力为Fm＝BmIL＝2 N，根据平衡条件可得金属棒受到的最大静摩擦力为fm＝Fm＝2 N，故D错误．] 9．图甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有磁铁与飞轮不接触，人用力蹬车带动飞轮旋转时，需要克服磁铁对飞轮产生的阻碍，通过调节旋钮拉线可以实现不同强度的健身需求(当拉紧旋钮拉线时可以减少磁铁与飞轮间的距离)，下列说法正确的是(　　) A．飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力 B．人蹬车频率一定时，拉紧旋钮拉线，飞轮受到的阻力会变小 C．控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，受到的阻力越小 D．控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，内部的涡流越强 AD　[飞轮在磁场中做切割磁感线的运动，会产生感应电动势和感应电流，根据楞次定律可知，磁场会对运动的飞轮产生阻力，以阻碍飞轮与磁场之间的相对运动，所以飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，故A正确；拉紧旋钮拉线，磁铁越靠近飞轮，飞轮处的磁感应强度越强，所以在飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，飞轮受到的阻力越大，故B错误；控制旋钮拉线不动时，则有磁铁和飞轮间的距离一定，飞轮转速越大，根据法拉第电磁感应定律可知，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，飞轮受到的阻力越大，内部的涡流越强，故D正确，C错误．] 10．(2022·湖南卷)如图，间距L＝1 m的U形金属导轨，一端接有0.1 Ω的定值电阻R，固定在高h＝0.8 m的绝缘水平桌面上．质量均为0.1 kg的匀质导体棒a和b静止在导轨上，两导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，接入电路的阻值均为0.1 Ω，与导轨间的动摩擦因数均为0.1(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，导体棒a距离导轨最右端1.74 m．整个空间存在竖直向下的匀强磁场(图中未画出)，磁感应强度大小为0.1 T．用F＝0.5 N沿导轨水平向右的恒力拉导体棒a，当导体棒a运动到导轨最右端时，导体棒b刚要滑动，撤去F，导体棒a离开导轨后落到水平地面上．重力加速度取10 m/s2，不计空气阻力，不计其他电阻，下列说法正确的是(　　) A．导体棒a离开导轨至落地过程中，水平位移为0.6 m B．导体棒a离开导轨至落地前，其感应电动势不变 C．导体棒a在导轨上运动的过程中，导体棒b有向右运动的趋势 D．导体棒a在导轨上运动的过程中，通过电阻R的电荷量为0.58 C BD　[导体棒a向右运动时，由楞次定律可知，导体棒b有向左运动的趋势，C项错误；设导体棒a运动到最右端时的速度为v0，此时棒a切割磁感线产生的感应电动势E＝BLv0，回路中的感应电流I＝，R总＝＋R，此时棒b所受安培力为F安＝BL，导体棒b刚要滑动，故所受静摩擦力Ff达到最大值，此时F安＝Ff＝μmg，联立以上各式解得v0＝3 m/s，导体棒a离开导轨到落地做平抛运动，有h＝gt2，x＝v0t，解得x＝1.2 m，A项错误；磁场方向竖直向下，导体棒a离开导轨后在水平方向做匀速直线运动，又E＝BLv0，可知导体棒a平抛过程中感应电动势不变，B项正确；导体棒a在导轨上运动过程中，感应电动势平均值为E＝，回路中平均感应电流I＝，通过导体棒a的电荷量q＝IΔt，联立三式解得q＝＝＝1.16 C，导体棒b与定值电阻R并联，所以通过电阻R的电荷量q′＝＝0.58 C，D项正确．] 三、非选择题：本题共5小题，共54分．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． 11．(7分)在“探究电磁感应的产生条件”的实验中，先按如图甲所示连线，不通电时，电流计指针停在正中央，闭合开关S时，观察到电流计指针向左偏．然后按如图乙所示将灵敏电流计与副线圈B连成一个闭合回路，将原线圈A、电源、滑动变阻器和开关S串联成另一个闭合电路． (1)图甲电路中，串联定值电阻R的主要作用是____________． A．减小电源两端的电压，保护电源 B．增大电源两端的电压，保护开关 C．减小电路中的电流，保护灵敏电流计 D．减小电路中的电流，保护开关 (2)图乙中，S闭合后，将原线圈A插入副线圈B的过程中，灵敏电流计的指针将________(选填“向左”“向右”或“不”)偏转． (3)图乙中，S闭合后，线圈A放在B中不动，在滑动变阻器的滑片P向左滑动的过程中，灵敏电流计指针将________(选填“向左”“向右”或“不”)偏转． (4)图乙中，S闭合后，线圈A放在B中不动，在突然断开S时，灵敏电流计指针将________(选填“向左”“向右”或“不”)偏转． 解析　(1)电路中串联定值电阻，目的是减小电流，保护灵敏电流计，故本题答案为选项C. (2)由题知，当电流从灵敏电流计正接线柱流入时，指针向左偏转．S闭合后，将原线圈A插入副线圈B的过程中，穿过B的磁场向下，磁通量变大，由楞次定律可知，感应电流从灵敏电流计正接线柱流入电流计，则灵敏电流计的指针将向左偏转． (3)线圈A放在B中不动，穿过B的磁场向下，将滑动变阻器的滑片向左滑动时，穿过B的磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流从灵敏电流计正接线柱流入电流计，则灵敏电流计的指针将向左偏转． (4)线圈A放在B中不动，穿过B的磁场向下，突然断开S时，穿过B的磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流从灵敏电流计负接线柱流入电流计，则灵敏电流计的指针将向右偏转． 答案　(1)C　　(2)向左　　(3)向左　　(4)向右 12．(9分)如图所示，在磁感应强度B＝0.2 T、方向与纸面垂直的匀强磁场中，有水平放置的两平行导轨ab、cd，其间距l＝50 cm，a、c间接有电阻R，现有一电阻为r的导体棒MN跨放在两导轨间，并以v＝10 m/s的恒定速度向右运动，a、c间电压为0.8 V，且a点电势高，其余电阻忽略不计，问： (1)导体棒产生的感应电动势是多大？ (2)通过导体棒电流方向如何？磁场的方向是指向纸里，还是指向纸外？ (3)R与r的比值是多少？ 解析　(1)E＝Blv＝1 V (2)电流方向N→M；磁场方向指向纸里 (3)I＝＝ ＝＝4 答案　(1)1 V　(2)电流方向N→M；磁场方向指向纸里　(3)4 13．(10分)如图所示，Ⅰ、Ⅱ区域是宽度均为L＝0.5 m的匀强磁场，磁感应强度大小 B＝1 T，方向相反．一边长L＝0.5 m、质量m＝0.1 kg、电阻R＝0.5 Ω的正方形金属线框，在外力作用下，以初速度v＝10 m/s匀速穿过磁场区域． 　 (1)取逆时针方向为正，作出i­t图像； (2)求线框穿过磁场区域的过程中外力做的功． 解析　(1)电流I1＝＝10 A 逆时针方向取正值； 时间间隔Δt1＝＝0.05 s I2＝＝20 A，顺时针方向取负值； 时间间隔Δt2＝＝0.05 s I3＝＝10 A，逆时针方向取正值； 时间间隔Δt3＝＝0.05 s 电流随时间变化关系如图所示． (2)因为线框匀速运动，所以外力做的功等于电流做的功 W＝IRΔt1＋IRΔt2＋IRΔt3＝15 J. 答案　(1)见解析　　(2)15 J 14．(12分)(2022·全国乙卷)如图，一不可伸长的细绳的上端固定，下端系在边长为l＝0.40 m的正方形金属框的一个顶点上．金属框的一条对角线水平，其下方有方向垂直于金属框所在平面的匀强磁场．已知构成金属框的导线单位长度的阻值为λ＝5.0×10－3 Ω/m；在t＝0到t＝3.0 s时间内，磁感应强度大小随时间t的变化关系为B(t)＝0.3－0.1t(SI).求 (1)t＝2.0 s时金属框所受安培力的大小； (2)在t＝0到t＝2.0 s时间内金属框产生的焦耳热． 解析　(1)安培力F＝BIL　① t＝2.0 s时，B＝(0.3－0.1t) T＝0.1 T　② 又I＝，R＝4lλ　③ E＝＝S＝·　④ L为等效长度，大小等于正方形对角线的长度 L＝l　⑤ 将②③④⑤代入①得F＝ N (2)0～2.0 s时间内金属框产生的焦耳热Q＝t 解得Q＝1.6×10－2J 答案　(1) N　(2)1.6×10－2 J 15．(16分)如图甲所示，间距为L、足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ放置在绝缘水平桌面上，M、P间接有电阻R0，导体棒ab垂直放置在导轨上，接触良好．导轨间直径为L的 圆形区域内有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B的大小随时间t的变化规律如图乙所示，导体棒和导轨的电阻不计，导体棒ab静止，求： (1)在0～t0时间内，回路中的感应电动势E. (2)在0～t0时间内，电阻R0产生的热量Q. (3)若从t＝t0时刻开始，导体棒在水平拉力作用下以速度v向右匀速运动，则导体棒通过圆形区域过程中，导体棒所受水平拉力F的最大值． 解析　(1)在0～t0时间内，回路中的磁感应强度的变化率为＝， 圆形区域的面积：S＝π＝， 回路中的感应电动势：E＝S＝； (2)在0～t0时间内， 电阻R0上的电流：I＝＝， 电阻R0产生的热量：Q＝I2R0t0＝； (3)导体棒进入圆形磁场区域，保持匀速直线运动，说明在水平方向拉力和安培力二力平衡，当有效切割长度为L时，安培力最大，水平拉力F为最大值，此时 电动势：E′＝B0Lv， 回路中的电流：I′＝， 导体棒受到的安培力：F＝B0I′L， 水平拉力F的最大值：Fm＝. 答案　(1)　　(2)　　(3) 学科网（北京）股份有限公司 $$