2020-2021学年高二下学物理人教版(2019)选择性必修第二册 第二章 电磁感应 章末学业测评

章末学业测评
(时间:45分钟 分值:100分)
一、选择题(本题共9小题,每小题6分,共54分)
1.在物理学发展过程中,观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用.下列叙述不符合史实的是 ( )
A .奥斯特在实验中观察到电流的磁效应,该效应揭示了电和磁之间存在联系
B .安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场具有相似性,提出了分子电流假说
C .法拉第在实验中观察到,在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中会出现感应电流
D .楞次在分析了许多实验事实后提出,感应电流应具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
2.小明同学探究楞次定律的实验装置如图Z -2-1所示.下列说法正确的是
( )
图Z -2-1
A .若线圈导线的绕向未知,则对探究楞次定律没有影响
B .磁铁匀速向上远离线圈时,闭合回路中不会产生感应电流
C .感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化
D .感应电流的磁场方向总是与引起感应电流的磁场方向相反
3.(多选)磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架,把线圈围绕在铝框上,这样做的目的是 ( )
A .防止涡流而设计的
B .利用涡流而设计的
C .起电磁阻尼的作用
D .起电磁驱动的作用
4.(多选)如图Z -2-2所示为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)水平匀速运动到位置2(右),则 ( )
图Z -2-2
A .导线框进入磁场时,感应电流方向为a →d →c →b →a
B .导线框离开磁场时,感应电流方向为a →b →c →d →a
C .导线框完全进入磁场后,感应电流方向为a →b →c →d →a
D .导线框完全进入磁场后,感应电流方向为a →d →c →b →a
5.两块水平放置的金属板间的距离为d ,用导线与一个匝数为n 的线圈相连,线圈电阻为r ,线圈中有竖直方向的匀强磁场,电阻R 与金属板连接,如图Z-2-3所示.两板间有一个质量为m 、电荷量为+q 的油滴恰好处于静止状态,则线圈中的磁感应强度B 的方向及变化情况和磁通量的变化率分别是(重力加速度为g )( )
图Z -2-3
A.磁感应强度B 竖直向上且在增强,
ΔΦΔt
=dmg nq
B.磁感应强度B 竖直向下且在增强,
ΔΦΔt
=dmg nq C.磁感应强度B 竖直向上且在减弱,
ΔΦΔt
=dmg(R+r)nqR D.磁感应强度B 竖直向下且在减弱,
ΔΦΔt
=dmg(R+r)nqR 6.(多选)科考人员在北极乘车行进,由于地磁场的作用,汽车后轮轮轴(如图Z -2-4所示)的左、右两端电势高低情况是 ( )
图Z -2-4
A .从东向西运动时,左端电势较高
B .从东向西运动时,右端电势较高
C .从西向东运动时,左端电势较高
D .从西向东运动时,右端电势较高
7.(多选)如图Z -2-5所示的电路中,灯泡A 、B 电阻相同,自感线圈L 的电阻跟灯泡相差不大.先接通S,使电路达到稳定,再断开S,电流随时间变化的图像正确的是图Z -2-6中的 ( )
图Z -2-5
图Z -2-6
8.(多选)如图Z -2-7甲所示,在同一平面内固定有一长直导线PQ 和一导线框R ,R 在PQ 的右侧.导线
PQ 中通有正弦交流电i ,i 的变化如图乙所示,规定从Q 到P 为电流正方向.导线框R 中的感应电动势 ( )
图Z -2-7
A .在t=T 4
时为零 B .在t=T 2
时改变方向
C .在t=T
2时最大,且沿顺时针方向
D.在t=T时最大,且沿顺时针方向
9.如图Z-2-8所示,垂直于纸面向里的匀强磁场的区域宽度为2a,磁感应强度的大小为B.一边长为
a、电阻为4R的正方形均匀导线框ABCD从图
图Z-2-8
示位置开始沿水平向右方向以速度v匀速穿过磁场区域,线框的A、B两端电压U AB与线框移动距离x的关系图像正确的是图Z-2-9中的()
图Z-2-9
二、非选择题(本题共3小题,共46分)
10.(12分)如图Z-2-10所示,在图甲中,G为指针在中央的灵敏电流计连接在直流电路中时的偏转情况.现将它与一线圈串联进行电磁感应实验,则图乙中的条形磁铁的运动方向是,图丙中电流计的指针将向偏转,图丁中的条形磁铁上端为极.
图Z-2-10
11.(16分)如图Z-2-11所示,两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距L=1 m,导轨平面与水平面成37°角,导轨上端接一阻值为R=0.80 Ω的电阻.轨道所在空间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度B=0.50 T.现有一质量为m=0.20 kg、电阻r=0.20 Ω的金属棒放在导轨最上端,棒与导轨垂直并始终保持良好接触,它们之间的动摩擦因数为μ=0.25.棒ab从最上端由静止开始释放.(g取10
m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)
(1)棒在下滑的过程中的最大速度是多少?
(2)当棒的速度v=2 m/s时,它的加速度是多少?
图Z -2-11
12.(18分)如图Z -2-12所示,水平地面上方有一高度为H 而上、下水平界面分别为PQ 、MN 的匀强磁场,磁感应强度为B.矩形导线框ab 边长为l 1,bc 边长为l 2,导线框的质量为m ,电阻为R.磁场方向垂直于线框平面向里,磁场高度H>l 2.线框从某高处由静止落下,当线框的cd 边刚进入磁场时,线框的加速度方向向下、大小为3g 5
;当线框的cd 边刚离开磁场时,线框的加速度方向向上、大小为g 5
.在运动过程中,线框平面位于竖直平面内,上、下两边总平行于PQ.空气阻力不计,重力加速度为g.求: (1)线框的cd 边刚进入磁场时通过线框导线中的电流大小;
(2)线框的ab 边刚进入磁场时线框的速度大小;
(3)线框abcd 从全部在磁场中开始到全部穿出磁场的过程中通过线框导线横截面的电荷量.
图Z -2-12
参考答案
1.C 【解析】 1820年,丹麦物理学家奥斯特在实验中观察到电流的磁效应,揭示了电和磁之间存在联系,故A 符合史实;安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场具有相似性,提出了分子电流假说,很好地解释了软铁磁化现象,故B 符合史实;法拉第在实验中观察到,在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中不会出现感应电流,故C 不符合史实;楞次在分析了许多实验事实后提出楞次定律,即感应电流应具有这样的方向,感应电流的磁场总要阻碍弓|起感应电流的磁通量的变化,故D 符合史实.
2.C 【解析】 若线圈导线的绕向未知,则不能确定电流的方向,也不能确定感应电流的磁场方向,所以不能探究楞次定律,选项A 错误;磁铁匀速向上远离线圈时,穿过线圈的磁通量会减小,则闭合回路中会产生感应电流,选项B 错误;根据楞次定律可知,感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化,选项C 正确;根据楞次定律可知,感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同,也可能相反,选项D 错误.
3.BC 【解析】 线圈通电后,在安培力作用下发生转动,铝框随之转动,并切割磁感线产生感应电流,也就是涡流.涡流阻碍线圈的转动,使线圈偏转后尽快停下来.所以,这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用.
4.AB 【解析】 线框进入磁场时,磁通量增大,根据楞次定律可知,感应电流方向为a →d →c →b →a ,故A 正确;导线框离开磁场时,磁通量减小,感应电流方向为a →b →c →d →a ,故B 正确;导线框全部进入磁场运动时,磁通量不变,没有感应电流产生,故C 、D 错误.
5.C 【解析】 由平衡条件知,下金属板带正电,故电流应从线圈下端流出,由楞次定律可以判定磁感应强度B 竖直向上且在减弱或竖直向下且在增强,选项A 、D 错误;因mg=q U d
,U=E R+r R ,E=n ΔΦΔt
,联立可求得
ΔΦΔt
=dmg(R+r)
nqR ,故选项B 错误,选项C 正确.
6.AC 【解析】 地球北极的磁场向下,无论汽车从东向西运动,还是从西向东运动,汽车后轮轮轴都切割磁感线,由右手定则可知,从驾驶员角度看,汽车的左端电势较高,故A 、C 正确.
7.BD 【解析】 当开关接通,灯泡A 与线圈L 串联,由于自感现象,灯泡A 中的电流逐渐增加到最大,灯泡B 直接接通,灯泡B 中电流直接增加到最大;当开关断开,因为线圈阻碍电流的减小,相当于电源(右端是正极),L 和灯泡A 、B 构成回路,通过L 的电流也流过灯泡B,所以灯泡B 中电流变成反向,且逐渐减小到零,故B 、D 正确,A 、C 错误.
8.AC 【解析】 由图像可知,在T 4
时刻图线的斜率为0,故穿过线框R 的磁通量没有变化,感应电动势为0,A 正确;由于T 4~3T 4
时间内图线的斜率始终为负,所以感应电动势的方向不变,B 错误;由于T 2
时刻图线的斜率的绝对值最大,所以电流变化最快,磁通量的变化率最大,感应电动势最大,由楞次定律可判断,感应电流的方向为顺时针,C 正确;在T 时刻,由楞次定律可判断,感应电流的方向为逆时针,D 错误. 9.D 【解析】 线框进入磁场时,U AB 是路端电压,其大小应该是电动势的四分之三,此时E=Bav ,所以
U AB =
3Bav
4
;线框完全进入磁场后,没有感应电流,但有感应电动势,大小为Bav ;线框穿出磁场时,电压U AB
大小应该是感应电动势的四分之一,U AB =Bav
4
,方向始终相同,即φA >φB ,故D 正确.
10.向下 右 N
【解析】 由图甲可知,当电流从电流计的左接线柱流入时,指针向左偏转;图乙中指针向左偏转,可知感应电流的方向是顺时针,根据楞次定律知,条形磁铁在向下运动;图丙中条形磁铁N 极向下插入,根据楞次定律可知,感应电流的方向是逆时针,则指针向右偏转;图丁中指针向右偏转,则感应电流的方向是逆时针,由于条形磁铁在向上运动,由楞次定律可知,条形磁铁上端为N 极. 11.(1)3.2 m/s (2)1.5 m/s 2
【解析】 (1)金属棒从静止开始做加速度逐渐减小的加速运动,当合外力为零时速度达到最大,受力分析如图所示,则
mg sin θ=F 安+F f F f =μF N =μmg cos θ F 安=BIL
I=BLv
m
R+r
解得v m =3.2 m/s
(2)由牛顿第二定律得,mg sin θ-F 安'-F f =ma F 安'=BI'L
I'=E R+r =BLv
R+r 解得a=1.5 m/s 2. 12.(1)
2mg
5Bl 1
(2)
1
5B 2l 1
2√36R 2m 2g 2-50B 4l 1
4g(H-l 2) (3)
Bl 1l 2
R
【解析】 (1)设线框的cd 边刚进入磁场时线框导线中的电流为I 1,根据牛顿第二定律得mg-
BI 1l 1=
3mg
5 解得I 1=
2mg
5Bl 1
(2)设线框ab 边刚进入磁场时线框的速度大小为v 1,线框的cd 边刚离开磁场时速度大小为v 2,线框的
cd 边刚离开磁场时线框导线中的电流为I 2,根据牛顿第二定律得BI 2l 1-mg=mg 5
解得I 2=
6mg
5Bl 1
I 2=
Bl 1v 2
R v 2=
6Rmg 5B 2l 1
2
v 22-v 12=2g (H-l 2)
v 1=√v 22-2g(H-l 2)
故v 1=
1
5B 2l 1
2√36R 2m 2g 2-50B 4l 1
4g(H-l 2)
(3)设线框abcd 穿出磁场的过程中所用时间为Δt ,平均电动势为E ,通过导线的平均电流为I',通过导线某一横截面的电荷量为q ,则
E=ΔΦΔt =
Bl 1l 2
Δt
I'=E R =Bl 1l
2
RΔt
故q=I'Δt=Bl 1l 2
R。