物理：选修3-2人教版高二物理同步训练：4章末综合

第四章 电磁感应 综合检测测试时间：90分钟，分值120分班级________ 姓名________ 分数________第Ⅰ卷(选择题，共40分)一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分．在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确．全部选对得5分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)1．如图所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，一个矩形闭合导线框abcd ，沿纸面由位置1(左)匀速运动到位置2(右)，则下列判断正确的是( )A ．导线框进入磁场时，感应电流方向为a →b →c →d →aB ．导线框离开磁场时，感应电流方向为a →d →c →b →aC ．导线框离开磁场时，受到的安培力方向水平向右D ．导线框进入磁场时，受到的安培力方向水平向左答案：D解析：导线框进入磁场时，cd 边切割磁感线，由右手定则可判断感应电流方向为a →d →c →b →a ，导线框受到的安培力方向水平向左，A 选项错误，D 选项正确．导线框离开磁场时，ab 边切割磁感线，由右手定则可判断感应电流方向为a →b →c →d →a ，导线框受到的安培力方向水平向左，B 、C 选项均不正确．2．今将磁铁缓慢或者迅速地插入一闭合线圈中(始末位置相同)，试对比在上述两个过程中，相同的物理量是( )A ．磁通量的变化量B ．磁通量的变化率C ．线圈中产生的感应电流D ．流过线圈导线截面的电荷量答案：AD解析：由ΔΦ＝Φ2－Φ1和题意知，A 选项正确．因Δt 1和Δt 2不等，故ΔΦΔt不同，B 选项错误，由E ＝n ΔΦΔt 知，感应电动势不相等，故C 选项错误；由q ＝n ΔΦR ＋r知D 选项正确．3．如图所示，两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为l ，磁场方向垂直纸面向里，abcd 是位于纸面内的梯形线圈，ad 与bc 间的距离也为l ，t ＝0时刻，bc 边与磁场区域左边界重合．现令线圈以向右的恒定速度v 沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域，取沿a →b →c →d →a 方向的感应电流为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流I 随时间t 的变化的图线是图中的( )答案：B解析：0～l v 段，由右手定则判断感应电流方向为a →d →c →b →a ，大小逐渐增大；l v ～2l v段，由右手定则判断感应电流方向为a →b →c →d →a ，大小逐渐增大，故B 选项正确．4.水平放置的金属框架cdef 处于如图所示的匀强磁场中，金属棒ab 处于粗糙的框架上且与框架接触良好，从某时刻开始，磁感应强度均匀增大，金属棒ab 始终保持静止，则( )A ．ab 中电流增大，ab 棒所受摩擦力也增大B ．ab 中电流不变，ab 棒所受摩擦力也不变C ．ab 中电流不变，ab 棒所受摩擦力增大D ．ab 中电流增大，ab 棒所受摩擦力不变答案：C解析：磁感应强度均匀增大时，磁通量的变化率ΔΦΔt恒定，故回路中的感应电动势和感应电流都是恒定的；又棒ab 所受的摩擦力等于安培力，即F f ＝F 安＝BIL ，故当B 增加时，摩擦力增大，选项C 正确．5.如图所示，水平放置的两根平行的光滑长直金属导轨，其电阻不计，导体棒ab 、cd 跨在导轨上，ab 的电阻R 大于cd 的电阻r ，当cd 在大小为F 1的水平向右的外力作用下匀速向右滑动时，ab 在大小为F2的水平外力作用下保持静止，那么以下说法中正确的是( )A ．U ab >U cd ，F 1>F 2B ．U ab ＝U cd ，F 1，<F 2C ．U ab >U cd ，F 1＝F 2D ．U ab ＝U cd ，F 1＝F 2答案：D解析：导体棒cd 在力F 1的作用下做切割磁感线运动，成为电源．U cd 即为电源的路端电压，U ab 为电路外电阻上的分压，等效电路图如图所示．由于导轨的电阻不计，U ab ＝U cd .另外，由于金属棒cd与ab 中电流大小相等，导体棒的有效长度相同，所处磁场相同，故两棒分别受到的安培力大小相等、方向相反．ab 、cd 两棒均为平衡态，故分别受到的外力F 1、F 2与两个安培力平衡，即有F1＝F2.应选D.6.如图所示，L是自感系数足够大的线圈，其直流电阻为零．D、D2是两个相同的灯泡，如将开关K闭合，等灯泡亮度稳定后再断开，则K闭合、断开，灯泡D1、D2的亮度变化情况是()A．K合上瞬间，D2很亮，D1不亮B．K合上瞬间，D1立即很亮，D2逐渐亮，最后一样亮，K断开瞬间，D2立即熄灭，D1逐渐熄灭C．K合上瞬时，D1、D2同时亮，然后D1逐渐变暗到熄灭，D2亮度不变，K断开瞬时，D2立即熄灭，D1亮一下，逐渐熄灭D．K闭合瞬时，D1、D2同时亮，然后D1逐渐变暗到熄灭，D2同时变得更亮，K断开瞬间，D2立即熄灭，D1亮一下再灭答案：D解析：K闭合瞬间，L的自感作用很强，L处相当断路，电流流经D1、D2，所以D1、D2同时亮；电流稳定后，L相当于短路，所以D1逐渐熄灭，由于稳定后D1被短路，回路电流变大，故D2变得更亮，断开K，线圈L阻碍电流减小发生自感现象，L相当一个新电源和D1组成回路，D1亮一下再熄灭，而D2立即熄灭．7．磁悬浮列车已进入试运行阶段，磁悬浮列车是在车辆底部安装电磁铁，在轨道两旁埋设一系列闭合的铝环，当列车运行时，电磁铁产生的磁场相对铝环运动，列车凌空浮起，使车与轨之间的摩擦减少到零，从而提高列车的速度，以下说法中正确的是() A．当列车通过铝环时，铝环中有感应电流，感应电流产生的磁场的方向与电磁铁产生磁场的方向相同B．当列车通过铝环时，铝环中有感应电流，感应电流产生的磁场的方向与电磁铁产生磁场的方向相反C．当列车通过铝环时，铝环中通有电流，铝环中电流产生的磁场的方向与电磁铁产生磁场的方向相同D．当列车通过铝环时，铝环中通有电流，铝环中电流产生的磁场的方向与电磁铁产生磁场的方向相反答案：B解析：环中是感应电流，由楞次定律知B正确．8．如图所示，在同一铁芯上绕着两个线圈，单刀双掷开关原来接在1的位置，现在它从1打向2，试判断此过程中，通过电阻R的电流方向是()A ．先由P 到Q ，再由Q 到PB ．先由Q 到P ，再由P 到QC ．始终是由Q 到PD ．始终是由P 到Q 答案：C9.如图所示，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 作用下加速上升的一段时间内，力F 做的功与安培力做的功的代数和等于( )A ．棒的机械能增加量B ．棒的动能增加量C ．棒的重力势能增加量D ．电阻R 上放出的热量答案：A解析：由动能定理有W F ＋W 安＋W G ＝ΔE k ，则W F ＋W 安＝ΔE k －W G ，W G <0，故ΔE k －W G 表示机械能的增加量．选A.10.为监测某化工厂的污水导电液体排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计．该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a 、b 、c ，左右两端开口．在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B 的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满管口从左向右流经该装置时，理想电压表将显示两个电极间的电压U ，若用Q 表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是( )A ．前表面电极电势比后表面电极电势高B ．后表面电极电势比前表面电极电势高C ．电压表的示数U 与污水中离子浓度成正比D ．污水流量Q 与电压表的示数U 成正比，与a 、b 无关答案：BD解析：污水导电液体中有正、负离子，根据左手定则可知正离子向后表面偏转，负离子向前表面偏转，因此后表面电极电势比前表面电极电势高，B 正确；在电压稳定时，污水导电液体流动相当于长为b 的导体以速度v 垂直切割磁感线，产生的电动势为E ＝B v b ＝U ，又Q ＝bc v ，得Q ＝Uc B，D 对． 第Ⅱ卷(非选择题，共80分)二、填空题(每题5分，共15分)11．如下图所示，一金属半圆环置于匀强磁场中，当磁场突然减弱时，则______端点电势高；若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中，______点电势高．答案：M M解析：将半圆环补充为圆形回路，由楞次定律可判断圆环中产生的感应电动势方向在半圆环中由N指向M，即M点电势高，若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180°的过程中，由楞次定律可判断，半圆环中产生的感应电动势在半圆环中由N指向M，即M点电势高．12．如图所示，长60 cm的直导线以10 m/s的速度在B＝0.5 T的匀强磁场中水平向右匀速运动，则导线两端产生的电势差为______V，导线中每个自由电子所受磁场力的大小是______N，方向为______．答案：38×10－19竖直向下解析：该题应用动生电动势的计算式和洛伦兹力的计算式求解．由题意E＝BL v(1)U＝E(2)F洛＝Be v(3)由式(1)、式(2)得U＝BL v＝0.5×0.6×10 V＝3 V由式(3)得F洛＝Be v＝0.5×1.6×10－19×10 N＝8×10－19N.根据左手定则判断F洛的方向竖直向下．13．如图所示，相距为L的平行金属导轨ab、cd两端各接有阻值为R的电阻R1、R2，垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为B，今将阻值也为R的直导体棒以速度v匀速拉过磁场区域，设磁场区域宽度为d，摩擦不计，导轨电阻不计，那么此过程中，外力所做的功为__________，通过R1的电量是__________．答案：2B 2l 2v d /3R Bld /3R三、论述计算题(本题共5小题，65分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)14.如图所示，圆形线圈和框架都处于竖直平面内，线圈面积S ＝1.0×104 cm 2，B 1是均匀变化的，质量m ＝4 g 、长度L ＝10 cm 的导体棒ab 可在框架上无摩擦滑动，若B 2＝0.2 T ，闭合回路总电阻R ＝0.5 Ω，则当ΔB 1Δt为何值时，导体棒可静止于线框上？B 1应增强还是减弱？(g 取10 m/s 2)答案：1T/s 减弱解析：由平衡条件：mg ＝B 2IL ＝B 2·S ΔB 1Δt ·L R解得ΔB 1Δt ＝mgR B 2SL＝1T/s ，由楞次定律知B 1应减弱． 15.如图所示，水平桌面上有两个质量均为m ＝5.0×10－3kg 、边长均为L ＝0.2 m 的正方形线框A 和B ，电阻均为R ＝0.5 Ω，用绝缘细线相连静止于宽为d ＝0.8 m 的匀强磁场的两边，磁感应强度B ＝1.0 T ，现用水平恒力F ＝0.8 N 拉线框B ，不计摩擦，线框A 的右边离开磁场时恰好做匀速运动，求：(1)线框匀速运动的速度．(2)线框产生的焦耳热．解析：(1)线框A 的右边离开磁场时E ＝BL v ①I ＝E R② 平衡条件为F ＝BIL ③所以v ＝FR B 2L 2＝10 m/s (2)由能量守恒定律Q ＝Fd －12·2m v 2④ 代入数据得Q ＝0.14J ，为线框进出磁场时获得的总内能．16. 两根光滑的长直金属导轨MN 、M ′N ′平行置于同一水平面内，导轨间距为l ，电阻不计，M 、M ′处接有如图所示的电路，电路中各电阻的阻值均为R ，电容器的电容为C .长度也为l 、阻值同为R 的金属棒ab 垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B 、方向竖直向下的匀强磁场中．ab 在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在ab 运动距离为s 的过程中，整个回路中产生的焦耳热为Q .求：(1)ab 运动速度v 的大小；(2)电容器所带的电荷量q .答案：(1)4QR B 2l 2s (2)CQR Bls解析：(1)设ab 上产生的感应电动势为E ，回路中的电流为I ，ab 运动距离s 所用时间为t ，则有E ＝Bl v ，I ＝E 4R，t ＝s v Q ＝I 2(4R )t由上述方程得v ＝4QR B 2l 2s. (2)设电容器两极板间的电势差为U ，则有U ＝IR电容器所带电荷量q ＝CU解得q ＝CQR Bls. 17.如右图所示，两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为θ的绝缘斜面上，导轨上端连接一个定值电阻．导体棒a 和b 放在导轨上，与导轨垂直并良好接触．斜面上水平虚线PQ 以下区域内，存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场．现对a 棒施以平行导轨斜向上的拉力，使它沿导轨匀速向上运动，此时放在导轨下端的b 棒恰好静止．当a 棒运动到磁场的上边界PQ 处时，撤去拉力，a 棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动，此时b 棒已滑离导轨．当a 棒再次滑回到磁场上边界PQ 处时，又恰能沿导轨匀速向下运动．已知a 棒、b 棒和定值电阻的阻值均为R ，b 棒的质量为m ，重力加速度为g ，导轨电阻不计．求：(1)a 棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中，a 棒中的电流I a 与定值电阻R 中的电流I R 之比；(2)a 棒质量m a ；(3)a 棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力F .答案：见解析解析：(1)a 棒沿导轨向上运动时，a 棒、b 棒及电阻R 中的电流分别为I a 、I b 、I R ，有 I R R ＝I b R b ①I a ＝I R ＋I b ②由①②解得I a I R ＝21③ (2)由于a 棒在PQ 上方滑动过程中机械能守恒，因而a 棒在磁场中向上滑动的速度v 1大小与在磁场中向下滑动的速度v 2大小相等，即v 1＝v 2＝v ④设磁场的磁感应强度为B ，导体棒长为L .a 棒在磁场中运动时产生的感应电动势为 E ＝BL v ⑤当a 棒沿斜面向上运动时I b ＝E 2×3R 2⑥ I b LB ＝mg sin θ⑦向下匀速运动时，a 棒中的电流为I ′a ，则I ′a ＝E 2R⑧ I ′a LB ＝m a g sin θ⑨由④⑤⑥⑦⑧⑨解得m a ＝32m (3)由题知导体棒a 沿斜面向上运动时，所受拉力F ＝I a LB ＋m a g sin θ联立上列各式解得F ＝72mg sin θ。