物理选修3-23.3电磁感应与现代生活当堂达标检测题

第1章测评A

(基础过关卷)

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题只有一个选项符合题目要求,第6~8题有多个选项符合题目要求。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有错选的得0分)

1.如图,通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面,位置靠近ab且相互绝缘。当MN中电流突然减小时,线圈所受安培力的合力方向(　　)

A.向左 B.向右

C.垂直纸面向外 D.垂直纸面向里

解析:当MN中电流突然减小时,单匝矩形线圈abcd垂直纸面向里的磁通量减小,根据楞次定律,单匝矩形线圈abcd中产生的感应电流方向为顺时针方向,由左手定则可知,线圈所受安培力的合力方向向右,选项B正确。

答案:B

2.如图所示,同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R和r,导体棒PQ与三条导线接触良好;匀强磁场的方向垂直纸面向里。导体棒的电阻可忽略。当导体棒向左滑动时,下列说法正确的是(　　)

A.流过R的电流为由d到c,流过r的电流为由b到a

B.流过R的电流为由c到d,流过r的电流为由b到a

C.流过R的电流为由d到c,流过r的电流为由a到b

D.流过R的电流为由c到d,流过r的电流为由a到b

解析:PQ与cd组成一个闭合回路,PQ与ab也组成一个闭合回路。当PQ向左滑动时,PQcd回路的磁通量增加,由楞次定律可判得通过R的电流为由c→d;PQab回路的磁通量减小,也由楞次定律判得通过r的电流为由b→a,所以选项B正确,选项A、C、D错误。

答案:B

3.如图所示的圆形线框在匀强磁场中所做的各种运动,能够产生感应电流的是(　　)

解析:图A所示线框在匀强磁场中运动时,穿过线框的磁感线条数不变,即磁通量不变,没有感应电流产生,故A错误;图B所示线框在磁场中转动时,穿过线框的磁通量发生变化,产生感应电流,故B正确;图C所示线框绕O点转动的过程中穿过线框的磁通量不变,没有感应电流产生,故C错误;图D所示线框与磁场平行,穿过线框的磁通量为零,当线框绕OO'轴转动时,磁通量保持为零,没有变化,所以没有感应电流产生,故D错误。

答案:B

4.

如图所示的电路中,A1和A2是两个完全相同的灯泡,其额定电压在数值上约等于电源的电动势,电源内阻可以忽略不计,L是一个自身电阻可以忽略不计而自感系数足够大的线圈,将开关S2断开、S1闭合,两个灯泡都发出较暗的光。若突然闭合S2,两个灯的亮度变化情况是(　　)

①A1逐渐变亮,后来亮度稳定

②A1逐渐变暗,后来熄灭

③A2逐渐变亮,后来亮度稳定

④A2逐渐变暗,后来熄灭

A.①③ B.①④ C.②③ D.②④

解析:S2突然闭合时,线圈由于自感作用,使线圈本身内部的电流逐渐增大,最终将灯A1短路,从而使回路中总电阻减小,流经A2的电流增大,所以选项C正确。

答案:C

5.电磁感应现象揭示了电和磁之间的内在联系,根据这一发现,发明了许多电器设备。下列用电器中,哪个没有利用电磁感应原理(　　)

A.动圈式话筒 B.白炽灯泡

C.磁带录音机 D.日光灯镇流器

解析:动圈式话筒里的音圈在永磁铁的磁场里振动产生感应电流;磁带录音机录音时声音引起振动产生感应电流,放音时磁带上变化的磁场使放音磁头线圈中产生感应电流;日光灯是由于自感产生自感电动势。只有选项B中白炽灯泡没有利用电磁感应原理。

答案:B

6.

如图,磁场垂直于纸面,磁感应强度在竖直方向均匀分布。水平方向非均匀分布。一铜制圆环用丝线悬挂于O点,将圆环拉至位置a后无初速释放,在圆环从a摆向b的过程中(　　)

A.感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针

B.感应电流方向一直是逆时针

C.安培力方向始终与速度方向相反

D.安培力方向始终沿水平方向

解析:在由a到b的过程中,穿过圆环的磁通量先增加后减小至零,再反向并减小,由楞次定律可判知,感应电流的方向先逆时针后顺时针再逆时针,选项A正确,选项B错误;因磁感应强度在竖直方向均匀分布,在水平方向非均匀分布,安培力总是阻碍圆环水平方向的运动,所以选项C错误,选项D正确。

答案:AD

7.

如图所示,一磁铁用细线悬挂,一闭合铜环用手拿着静止在和磁铁上端面相平处,松手后铜环下落,在下落到和下端面相平的过程中,以下说法正确的是(　　)

A.环中感应电流方向从上向下俯视为先顺时针后逆时针

B.环中感应电流方向从上向下俯视为先逆时针后顺时针

C.悬线上拉力先增大后减小

D.悬线上拉力一直大于磁铁重力

解析:穿过环的磁场向上且磁通量先增加后减小,由楞次定律可判出从上向下看电流先顺时针后逆时针;同时环受到阻碍其相对运动向上的阻力,由牛顿第三定律知:磁铁受到向下的反作用力,故悬线上拉力大于磁铁重力。

答案:AD

8.如图所示,在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源,过了几分钟,杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间,下列措施可行的有(　　)

A.增加线圈的匝数

B.提高交流电源的频率

C.将金属杯换为瓷杯

D.取走线圈中的铁心

解析:根据法拉第电磁感应定律E=n知,增加线圈的匝数n,提高交流电源的频率即缩短交流电源的周期(相当于减小Δt),这两种方法都能使感应电动势增大,选项A、B正确。将金属杯换为瓷杯,则没有闭合电路,也就没有感应电流;取走线圈中的铁心,则使线圈中的磁场大大减弱,则磁通量的变化率减小。感应电动势减小。选项C、D错误。

答案:AB

二、填空题(本题共2小题,共16分。把答案填在题中的横线上)

9.(8分)由于国际空间站的运行轨道上各处的地磁场强弱及方向均有所不同,所以在运行过程中,穿过其外壳地磁场的磁通量将不断变化,这样将会导致　　　　现象发生,从而消耗空间站的能量。为了减少这类损耗,国际空间站的外壳材料的电阻率应尽可能选用　　　　(填“大”或“小”)一些的。 

解析:穿过空间站外壳的磁通量发生变化,金属材料的外壳中将自成回路,产生感应电流。为了降低这个损耗,应让产生的感应电流越小越好,也就是说,材料的电阻率越大越好。

答案:电磁感应　大

10.

(8分)如图,金属棒ab置于水平放置的U形光滑导轨上,在ef右侧存在有界匀强磁场B,磁场方向垂直导轨平面向下。在ef左侧的无磁场区域cdef内有一半径很小的金属圆环L,圆环与导轨在同一平面内。当金属棒ab在水平恒力F作用下从磁场左边界ef处由静止开始向右运动后,圆环L有　　　(填“收缩”或“扩张”)趋势,圆环内产生的感应电流　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。 

解析:由于金属棒ab在恒力F的作用下向右运动,则abcd回路中产生逆时针方向的感应电流,则在圆环处产生垂直于纸面向外的磁场,随着金属棒向右加速运动,圆环的磁通量增大,依据楞次定律可知,圆环将有收缩的趋势以阻碍圆环的磁通量增大;又由于金属棒向右运动的加速度减小,单位时间内磁通量的变化率减小,所以在圆环中产生的感应电流不断减小。

答案:收缩　变小

三、计算题(本题共3小题,共36分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)

11.(10分)如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.2 T,金属棒ab垂直在相互平行的金属导轨MN、PQ上向右做切割磁感线的匀速运动,速度大小为v=5 m/s。导轨间距L=40 cm,磁场方向垂直轨道平面,电阻R=0.5 Ω,其余电阻不计,摩擦也不计,试求:

(1)感应电动势的大小;

(2)感应电流的大小和方向;

(3)使金属棒匀速运动所需的拉力。

解析:(1)感应电动势大小E=BLv=0.2×0.4×5V=0.4V。

(2)根据闭合电路的欧姆定律,回路中感应电流大小为:I=A=0.8A,用右手定则可判定通过金属棒的感应电流方向是b→a。

(3)当金属棒匀速运动时,拉力F拉与安培力F平衡,所以F拉=F=BIL=0.2×0.8×0.4N=0.064N,用左手定则可判定安培力方向向左,因此拉力方向向右。

答案:(1)0.4 V　(2)0.8 A　b→a　(3)0.064 N　右

12.

(12分)如图所示,在竖直平面内有一个“日”字形线框,线框总质量为m,每条短边长度均为l。线框横边的电阻均为r,竖直边的电阻不计。在线框的下部有一个垂直“日”字平面方向向里的磁感应强度为B的匀强磁场,磁场的高度也为l。让线框自空中一定高处自由落下,当线框下边刚进入磁场时立即做匀速运动。重力加速度为g。求:

(1)“日”字形线框做匀速运动的速度v的大小。

(2)“日”字形线框从开始下落起,至线框上边离开磁场的过程中所经历的时间t。

解析:(1)进入磁场时的速度为v,

据题意有:IBl=mg,I=,解得v=。

(2)线框下边进入磁场区域前做自由落体运动,设下落的时间为t1,从线框下边进入磁场到上边离开磁场下边界做匀速运动,设此过程的下落时间为t2,据题意有:

v=gt1　t1=　t2=

解得t2=

由两式解得全过程所用时间

t=t1+t2=。

答案:(1)　(2)

13.

(14分)如图,两根足够长的金属导轨ab、cd竖直放置,导轨间距离为L,电阻不计。在导轨上端并接两个额定功率均为P,电阻均为R的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为m,电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平,且与导轨接触良好。已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为g。求:

(1)磁感应强度的大小;

(2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率。

解析:(1)设小灯泡的额定电流为I0,有P=R①

由题意在金属棒沿导轨竖直下落的某时刻后,小灯泡保持正常发光,流经MN中电流为

I=2I0②

此时金属棒MN所受的重力和安培力相等,下落的速度达到最大值,有mg=BLI③

联立①②③式得B=。④

(2)设灯泡正常发光时,导体棒的速率为v,由电磁感应定律与欧姆定律得

E=BLv⑤

E=RI0⑥

联立①②④⑤⑥式得

v=。⑦

答案:(1)　(2)