2017_2018学年高中物理第四章电磁感应过关检测二新人教版选修3_2

第四章电磁感应
(时间:45分钟满分:100分)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。

在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题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)
1.闭合的金属环处于随时间均匀变化的匀强磁场中,磁场方向垂直于圆环平面,则()
A.环中产生的感应电动势均匀变化
B.环中产生的感应电流均匀变化
C.环中产生的感应电动势保持不变
D.环上某一小段导体所受的安培力保持不变
解析:磁场均匀变化,也就是说=k,根据感应电动势的定义式,E==kS,其中k是一个常量,所以圆环中产生的感应电动势的数值是一个常量,产生的感应电流也不变化,而环上某一小段导体受安培力
F=IlB要发生变化。

答案:C
2.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关如图连接,在开关闭合、线
圈A放在线圈B中的情况下,某同学发现当他将滑动变阻器的滑片P向左加速滑动时,电流计指针向右偏转。

由此可以推断()
A.线圈A向上移动或滑动变阻器滑片P向右加速滑动,都能引起电流计指针向左偏转
B.线圈A中铁芯向上拔出或断开开关,都能引起电流计指针向右偏转
C.滑动变阻器的滑片P匀速向左或匀速向右滑动,都能使电流计指针静止在中央
D.因为线圈A、线圈B的绕线方向未知,故无法判断电流计指针偏转的方向
解析:当他将滑动变阻器的滑片P向左加速滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻值增大,线圈A中电流减小,线圈B中磁通量减小,电流计指针向右偏转。

线圈A向上移动或铁芯向上拔出或断开开关,线圈B中磁通量减小,都能引起电流计指针向右偏转,选项A错误,B正确;滑动变阻器的滑片P匀速向左或匀速向右滑动,都能使线圈A中电流变化,线圈B中磁通量变化,线圈B中产生感应电流,电流计指针偏转,可以判断电流计指针偏转的方向,选项C、D错误。

答案:B
3.
用均匀导线做成的正方形线框边长为0.2 m,正方形的一半放在垂直纸面向里的匀强磁场中,如图所示。

当磁场以10 T/s的变化率增强时,线框中a、b两点间的电势差是()
A.U ab=0.1 V
B.U ab=-0.1 V
C.U ab=0.2 V
D.U ab=-0.2 V
解析:线框中的感应电动势E=S=0.2×0.1×10 V=0.2 V,由楞次定律知,b点电势高,故U ab=-E=-0.1 V,选项B正确。

答案:B
4.
如图所示,条形磁铁用细线悬挂在O点。

O点正下方固定一个水平放置的铝线圈。

让磁铁在竖直面
内摆动,下列说法中正确的是()
A.磁铁左右摆动1次,线圈内感应电流的方向改变2次
B.磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用
C.磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力
D.磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力有时是动力
解析:磁铁向下摆动时,根据楞次定律,线圈中产生逆时针方向感应电流(从上面看),并且磁铁受到
感应电流对它的作用力为阻力,阻碍它靠近;磁铁向上摆动时,根据楞次定律,线圈中产生顺时针方
向感应电流(从上面看),磁场受感应电流对它的作用力仍为阻力,阻碍它远离,所以磁铁在左右摆动
1次过程中,电流方向改变3次,感应电流对它的作用力始终是阻力,只有C项正确。

答案:C
5.在竖直向上的匀强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,规定线圈中感应电流的正方
向如图甲所示,当磁场的磁感应强度B随时间t如图乙变化时,图中正确表示线圈中感应电动势E
变化的是()
答案:A
6.
如图所示为新一代炊具——电磁炉,无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效
节能等是电磁炉的优势所在。

电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场,当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时,即会产生无数小涡流,使锅体本身自行高速发热,然后再加热锅内食物。

下列相关说法中正
确的是()
A.锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
B.恒定磁场越强,电磁炉的加热效果越好
C.锅体中的涡流是由变化的磁场产生的
D.提高磁场变化的频率,可提高电磁炉的加热效果
解析:由电磁感应原理可知,锅体中的涡流是由变化的磁场产生的,且提高磁场变化的频率,产生的感应电动势变大,故可提高电磁炉的加热效果。

故C、D正确。

答案:CD
7.
如图所示,电灯A和B与固定电阻的电阻均为R,L是自感系数很大线圈。

当S1闭合、S2断开且电路稳定时,A、B亮度相同,再闭合S2,待电路稳定后将S1断开,下列说法正确的是()
A.B立即熄灭
B.A灯将比原来更亮一些后再熄灭
C.有电流通过B灯,方向为c→d
D.有电流通过A灯,方向为b→a
解析:断开S2而只闭合S1时,A、B两灯一样亮,可知线圈L的电阻也是R,在S1、S2闭合时,I A=I L,故当S2闭合、S1突然断开时,流过A灯的电流只是方向变为b→a,但其大小不突然增大,A灯不出现更亮一下再熄灭的现象,故D项正确,B项错误。

由于固定电阻R几乎没有自感作用,故断开S1时,B灯电流迅速变为零,而立即熄灭,故A项正确,C项错误。

综合上述分析可知,本题正确选项为A、D。

答案:AD
8.
竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R,质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直
并良好接触且无摩擦,棒与导轨的电阻均不计,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直,棒在竖直向上的恒力F作用下匀速上升,以下说法正确的是()
A.作用在金属棒上各力的合力做功为零
B.重力做的功等于系统产生的电能
C.金属棒克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热
D.金属棒克服恒力F做的功等于电阻R上产生的焦耳热
解析:根据动能定理,合力做的功等于动能的增量,故A对;重力做的功等于重力势能的减少,重力做的功等于克服F所做的功与产生的电能之和,而克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热,所
以B、D错,C对。

答案:AC
二、填空题(本题共2小题,共18分。

将正确答案填在题中横线上或按题目要求作答)
9.
(9分)为判断线圈绕向,可将灵敏电流计G与线圈L连接,如图所示。

已知线圈由a端开始绕至b端;当电流从电流计G左端流入时,指针向左偏转。

(1)将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时,发现指针向左偏转。

俯视线圈,其绕向为
(选填“顺时针”或“逆时针”)。

(2)当条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时,指针向右偏转。

俯视线圈,其绕向为(选填
“顺时针”或“逆时针”)。

解析:(1)磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时,线圈的磁场向下且增强,感应磁场向上,且电流流
入电流计左端,根据右手定则可知线圈顺时针绕向。

(2)条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时,线圈的磁场向上且减弱,感应电流从电流计右端流入,根据右手定则可知线圈逆时针绕向。

答案:(1)顺时针(2)逆时针
10.
(9分)正方形导线框处于匀强磁场中,磁场方向垂直框平面,磁感应强度随时间均匀增加,变化率为k。

导体框质量为m、边长为L,总电阻为R,在恒定外力F作用下由静止开始运动。

导体框在磁场中
的加速度大小为,导体框中感应电流做功的功率为。

解析:导体框在磁场中受到的合外力等于F,根据牛顿第二定律可知导体框的加速度为a=。

由于导体框运动不产生感应电流,仅是磁感应强度增加产生感应电流,因而磁场变化产生的感应电动势为
E=S=l2k,故导体框中的感应电流做功的功率为P=。

答案:
三、计算题(本题共3小题,共34分。

解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分。

有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
11.(10分)为了探测海洋中水的运动,科学家有时依靠水流通过地磁场产生的感应电动势测水的流
速。

假设某处地磁场的竖直分量为0.5×10-4 T,两个电极插入相距2.0 m 的水流中,且两电极所在的直线与水流方向垂直,如果与两极相连的灵敏电压表示数为5.0×10-5 V,求水流的速度。

解析:海水中含有各种导电物质,相当于导电液流过两极之间切割磁感线产生感应电动势,由E=BLv 得v= m/s=0.5 m/s。

答案:0.5 m/s
12.
(12分)矩形线圈abcd,长ab=20 cm,宽bc=10 cm,匝数n=200,线圈回路总电阻R=50 Ω,整个线圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过,磁感应强度B随时间t的变化规律如图所示,求:
(1)线圈回路的感应电动势;
(2)在t=0.3 s时线圈ab边所受的安培力。

解析:从图象可知,与线圈平面垂直的磁场是随时间均匀增大的,穿过线圈平面的磁通量也随时间均
匀增大,线圈回路中产生的感应电动势是不变的,可用法拉第电磁感应定律来求。

(1)磁场的变化率为,则感应电动势为
E=n=nS=200××0.02 V=2 V。

(2)闭合电路中的电流I= A=0.04 A
当t=0.3 s时,B=20×10-2 T
ab边受到的安培力为F=nBIL=200×20×10-2×0.04×0.2 N=0.32 N。

答案:(1)2 V (2)0.32 N
13.
(12分)如图所示,光滑导轨竖直放置,匀强磁场的磁感应强度为B=0.5 T,磁场方向垂直于导轨平面向外,导体棒ab的长度与导轨宽度均为L=0.2 m,电阻R=1.0 Ω。

导轨电阻不计,当导体棒紧贴导轨匀速下滑时,均标有“6 V 3 W”字样的两小灯泡恰好正
常发光,求:
(1)通过ab的电流的大小和方向;
(2)ab运动速度的大小;
(3)电路的总功率。

解析:(1)每个小灯泡中的电流为I1==0.5 A
则ab中的电流为I=2I1=1 A
由右手定则知通过ab棒的电流方向为由b到a。

(2)ab产生的感应电动势:E=U1+IR=6 V+1×1.0 V=7 V
由E=BLv,知ab的运动速度v==70 m/s。

(3)电路的总功率P=IE=7 W。

答案:(1)1 A由b到a (2)70 m/s(3)7 W
世界上第一台发电机的诞生
1831年,法拉第发现了电磁感应现象之后不久,他又利用电磁感应发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机。

这台发电机构造跟现代的发电机不同,在磁场中转动的不是线圈,而是一个紫铜做的圆盘。

圆心处固定一个摇柄(如图),圆盘的边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴,用导线把电刷与电流表连接起来,紫铜圆盘放置在蹄形磁铁的磁场中。

当转动摇柄,使紫铜圆盘旋转起来时,电流表的指针偏向一边,这说明电路中产生了持续的电流。

法拉第圆盘发电机是怎样产生电流的呢?
我们可以把圆盘看作是由无数根长度等于半径的紫铜辐条组成的,在转动圆盘时,每根辐条都做切割磁感线的运动,如图所示。

当辐条转到OA位置时,辐条和外电路中的电流表恰好构成闭合电路,电路中便有电流产生了。

随着圆盘的不断旋转,总有某根辐条到达OA位置,因此外电路中便有
了持续不断的电流。

当法拉第在英国皇家学会上表演他的发电机时,一位贵夫人问“这玩意有什么用呢?”法拉第
非常有礼貌地回答道:“夫人,新生的婴儿又有什么用处呢?”这一绝妙的回答受到大家的交口称
赞。

法拉第圆盘发电机虽然简单,有人说它像一只简陋可笑的儿童玩具,产生的电流甚至不能让一
只小灯泡发光。

但这是世界上第一台发电机,是它首先向人类揭开了机械能转化为电能的序幕。

后
来,人们在此基础上,将蹄形永久磁铁改换成能产生强大磁场的电磁铁,用多股导线绕制的线框代替紫铜圆盘,电刷也进行了改进,就制成了功率较大的可供实用的发电机了。

目前,即使功率达到100万千瓦的特大发电机,也是根据法拉第圆盘发电机的基本原理——电磁感应制成的。