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人教版 (2019)第二章 电磁感应综合与测试课堂检测
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这是一份人教版 (2019)第二章 电磁感应综合与测试课堂检测，共17页。
第二章 电磁感应
注意事项
1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。
一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第1~8小题只有一项符合题目要求,第9~12小题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选不全的得2分,选错或不答的得0分)
1.(2021河北衡水第十四中学高二期末)下列现象中利用的原理不是电磁感应的是 ( )
A.如图甲所示,真空冶炼炉外有线圈,线圈中通入高频交流电,炉内的金属能迅速熔化
B.如图乙所示,安检门可以检测金属物品,如携带金属刀具经过时,会触发报警
C.如图丙所示,放在磁场中的玻璃皿内盛有导电液体,其中心放一圆柱形电极,边缘内壁放一环形电极,通电后液体就会旋转起来
D.如图丁所示,用一蹄形磁铁接近正在旋转的铜盘,铜盘很快静止下来
2.(2021上海徐汇高三一模)厂商通过在手机背面安装感应线圈来实现无线充电,如图是一种结构紧凑的双层感应线圈设计图,a、b为线圈的两端。当线圈处在向上增强的磁场中时,感应电流流向及两线圈之间的安培力方向应为 ( )
A.从a端流出,两层线圈相互排斥
B.从a端流出,两层线圈相互吸引
C.从b端流出,两层线圈相互排斥
D.从b端流出,两层线圈相互吸引
3.(2021湖南邵阳高二上期末)如图,R、P、L是三个金属圆环,其中R、L固定,当P沿着图中速度方向运动,且P中通如图所示电流时,眼睛看到L和R中的电流方向是 ( )
A.都是顺时针 B.都是逆时针
C.L顺时针,R逆时针 D.L逆时针,R顺时针
4.(2021浙江嘉兴高二期末)当条形磁铁相对螺线管A上下运动时,产生了如图所示的感应电流,则 ( )
A.条形磁铁正在向下运动
B.螺线管A有收缩的趋势
C.通过螺线管A的磁通量正在变小
D.螺线管A对水平桌面的压力将变大
5.(2021山东淄博高二下期中)如图所示,水平导轨的电阻忽略不计,金属棒ab和cd的电阻分别为Rab和Rcd,且Rab>Rcd,它们处于匀强磁场中。金属棒cd在力F的作用下向右匀速运动,ab在外力作用下处于静止状态。下列说法正确的是 ( )
A.Uab>Ucd B.Uab=Ucd
C.Uab
A B
C D
7.(2021山西太原高二期末)如图所示,一电阻为R的导线弯成边长为L的等边三角形闭合回路。虚线MN右侧有磁感应强度大小为B的匀强磁场,方向垂直于闭合回路所在的平面向里。下列对三角形导线框以速度v向右匀速进入磁场过程中的说法正确的是 ( )
A.回路中感应电流的方向为顺时针方向
B.回路中感应电动势的最大值E=32BLv
C.回路中感应电流的最大值I=32RBLv
D.导线所受安培力的大小可能不变
8.(2021北京东城高二上期末)如图所示,“∠”形金属导轨COD上放有一根金属棒MN,拉动MN使它以速度v向右匀速平动,如果导轨和金属棒都是粗细相同的均匀导体,电阻率都为ρ,那么MN在导轨上运动的过程中,闭合回路的 ( )
A.感应电动势保持不变 B.感应电流保持不变
C.感应电流逐渐减弱 D.感应电流逐渐增强
9.(2021广东肇庆高二期末)如图所示,纽扣形永磁体直径略小于铜管、塑料管内径,某同学分别同时将两个纽扣形永磁体从竖直放置的空心铜管和空心塑料管上端口处由静止释放,忽略空气阻力。下列说法正确的是 ( )
A.纽扣形永磁体在铜管中下落得快
B.纽扣形永磁体在塑料管中下落得快
C.纽扣形永磁体在铜管中下落的过程机械能守恒
D.纽扣形永磁体在塑料管中下落的过程机械能守恒
10.(2021湖北十堰高二期末)如图甲所示,闭合线圈b处于a线圈内部,并与a线圈共面,以顺时针方向为正方向,当a线圈中通入如图乙所示的正弦交流电时,关于b线圈中的感应电动势与感应电流,下列判断正确的是 ( )
A.t1时刻,b线圈中感应电流最大
B.t2时刻,b线圈中感应电流为顺时针方向
C.t3时刻,b线圈中感应电动势为零
D.t4时刻,b线圈中感应电流为顺时针方向
11.(2021浙江温州高二期末)现有内接正方形的金属圆环,正方形内充满变化磁场,金属环电阻率为ρ、横截面积为S,圆环半径为R,如图(a)所示。规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向,磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)所示,则 ( )
A.0~t0时间内,圆环中的感应电流方向为顺时针方向
B.t0~2t0时间内,圆环所受安培力大小为零
C.0~2t0时间内,圆环中的感应电流大小为I=Er=B0RSπρt0
D.0~2t0时间内,圆环中产生的热量为B02πR3S8t0ρ
12.(2021安徽合肥高三一模)如图所示,宽度为L的光滑金属框架MNPQ固定于水平面,并处在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,磁场方向竖直向下,框架的电阻分布不均匀。将质量为m、长为L的金属棒ab垂直放置在框架上,并且与框架接触良好。现给棒ab向左的初速度v0,其恰能做加速度大小为a的匀减速直线运动,则在棒ab的速度由v0减为v的过程中,下列说法正确的是 ( )
A.棒ab的位移大小为v02-v22a
B.通过棒ab的电荷量为m(v0-v)BL
C.框架PN段的热功率增大
D.棒ab产生的焦耳热为12m(v02-v2)
二、非选择题(本题共6小题,共52分)
13.(4分)(2021安徽安庆高二下月考)一灵敏电流计,当电流从它的正接线柱流入时,指针向正接线柱一侧偏转。现把它与一个线圈串联,将磁铁从线圈上方插入或拔出,如图所示。请完成下列填空:
(1)图(甲)中灵敏电流计指针的偏转方向为 。(填“偏向正接线柱”或“偏向负接线柱”)
(2)图(乙)中磁铁下方的极性是 。(填“N极”或“S极”)
(3)图(丙)中磁铁的运动方向是 。(填“向上”或“向下”)
(4)图(丁)中线圈从上向下看的电流方向是 。(填“顺时针”或“逆时针”)
14.(6分)(2021四川乐山十校高二下期中联考)图为“研究电磁感应现象”的实验装置,部分导线已连接。
(1)用笔画线代替导线将图中未完成的电路连接好。
(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么闭合开关后,将小线圈迅速插入大线圈的过程中,电流计的指针将向 偏;小线圈插入大线圈后,将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时,电流计的指针将向 偏。(均选填“左”或“右”)
15.(8分)(2021福建宁德高二期末)如图所示,固定在水平面上的两条平行金属导轨光滑且足够长,间距L=0.4 m,电阻忽略不计,左端接有阻值R=1 Ω的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=1 T。一根阻值r=1 Ω的导体棒MN垂直放在导轨上,与导轨接触良好,在平行于导轨的拉力F作用下以v=5 m/s的速度向右匀速运动。求:
(1)电阻R中通过的电流大小和方向;
(2)拉力F的功率。
16.(10分)(2021湖北黄冈高二期末)图1为健身用的单车,在人骑行时,车内的传感器可以把轮盘的速度值以及人体骑行消耗的能量转化为电信号显示在车头的显示屏上。它的工作原理可以简化成图2,其中a、b分别是从轮盘边缘和中心引出的导线的端点。已知匀强磁场磁感应强度B=2 T,方向与轮盘垂直,轮盘半径r=0.25 m,轮盘和导线电阻可忽略不计。某人在骑行时,保持轮盘边缘的线速度大小为v=8 m/s。
(1)请判断a、b哪一点电势高;
(2)求a、b两点间的电压;
(3)若在a、b间接一个阻值R=10 Ω的电阻,假定人体消耗的能量转化为电能的效率为50%,请问此人骑行该单车一小时,消耗了身体多少能量?
17.(12分)(2021湖南六校高三联考)如图甲所示,MN、PQ是两根长为L=2 m、倾斜放置的平行金属导轨,导轨间距d=1 m,导轨所在平面与水平面成一定角度,M、P间接阻值为R=6 Ω的电阻。质量为m=0.2 kg、长度为d的金属棒ab放在两导轨上中点位置,金属棒恰好能静止。从t=0时刻开始,空间存在垂直导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示,在t0=0.1 s时刻,金属棒刚要沿导轨向上运动,此时磁感应强度B0=1.2 T。已知金属棒与导轨始终垂直并且保持良好接触,不计金属棒和导轨电阻,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度g=10 m/s2。求:
(1)0~t0时间内通过电阻R的电荷量q;
(2)金属棒与导轨之间的动摩擦因数μ。
18.(12分)(2021山东招远高二下月考改编)如图所示,固定在水平面上的两平行光滑金属导轨MN、PQ间距为L=0.5 m,处在竖直方向、磁感应强度大小为B=2 T的匀强磁场中,导轨电阻不计。两导体棒ab、cd垂直放在导轨上,且与导轨始终接触良好,ab可在导轨上自由滑动,cd固定在导轨上,两导体棒电阻均为R=0.1 Ω,导体棒ab的质量为m=1 kg。t=0时刻,对静止的导体棒ab施加一水平向右、大小为F=10 N的拉力作用。在t=1 s时刻,导体棒ab的加速度恰好为0,此时立即撤去力F。求:
(1)导体棒ab运动过程中的最大速度;
(2)从t=0到t=1 s的过程中,导体棒cd产生的焦耳热。
答案全解全析
第二章 电磁感应
1.C
2.D
3.D
4.C
5.B
6.D
7.B
8.B
9.BD
10.BC
11.BC
12.AB
1.C 真空冶炼炉外中的线圈中通有高频交流电,由于电磁感应,从而在线圈中产生很强的变化的电磁场,最终导致炉内金属产生涡流,使得金属到达很高的温度从而熔化,利用了电磁感应的原理,故A正确,不符合题意;安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品,原理是:线圈中交变电流产生的磁场,会在金属物品中产生变化的感应电流,而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流,引起线圈中交变电流发生变化,从而被探测到,即利用了电磁感应的原理来工作,故B正确,不符合题意;放在磁场中的玻璃皿内盛有导电液体,其中心放一圆柱形电极,边缘内壁放一环形电极,从而使得圆柱形电极与边缘形成电流,电流在磁场中受到安培力的作用而发生转动,不是利用电磁感应的原理,故C错误,符合题意;用一蹄形磁铁接近正在旋转的铜盘,铜盘内部将会产生涡流,从而会很快静止下来,利用了电磁感应的原理,故D正确,不符合题意。
2.D 当线圈处在向上增强的磁场中时,穿过线圈的磁通量向上增加,根据楞次定律可知,产生的感应电流从a端流入,从b端流出;两线圈中的感应电流从上往下看都是顺时针方向,根据左手定则知,两线圈相互吸引。
3.D 根据安培定则可知,P中产生的磁场方向与速度方向相反;同时P靠近L、远离R,则根据楞次定律增反减同可知,L中电流方向为逆时针,R中电流方向为顺时针。故D正确。
4.C 根据右手定则判断,感应电流在螺线管中产生向下的磁场,因为管中原磁场方向向下,所以根据楞次定律,通过螺线管的磁通量变小,即条形磁铁向上运动,为了阻碍磁通量的减小,螺线管有扩张的趋势和向上运动的趋势,所以螺线管对水平桌面的压力将减小。
5.B cd向右切割磁感线,产生感应电动势,相当于电源,ab是外电路,由于导轨电阻不计,ab两端的电压等于cd两端的电压,即Uab=Ucd,故B正确,A、C、D错误。
6.D 电源左端为正极,故流过灯泡与L的电流均向右,方向为正,当开关断开时,灯泡中原来的电流I1立即消失,但是L由于自感要阻碍自身电流的减小,L中的电流由I2逐渐减小,由于L与灯泡组成回路,L中的电流要经过灯泡,所以灯泡中的电流突然变为I2且电流为反方向,然后逐渐减小到0,由于规定通过灯泡的电流向右为正,所以此时流过灯泡的电流方向为负,且在稳定时I2大于I1。
7.B 在进入磁场的过程中,闭合回路中磁通量增加,根据楞次定律,闭合回路中产生的感应电流方向为逆时针方向,选项A错误;当导线框一半进入磁场时,切割磁感线的有效长度最大为L sin 60°=32L,感应电动势的最大值E=32BLv,选项B正确;感应电流的最大值I=ER=32RBLv,选项C错误;在进入磁场的过程中,等效切割磁感线的导线长度发生变化,产生的感应电动势和感应电流大小变化,根据安培力公式可知,导线所受安培力大小一定变化,选项D错误。
8.B 设MN从O点开始运动时间为t,则ON=vt,有效切割的长度为L=vt×tan α,感应电动势为E=BΔSt=B×vt×vt×tanα2t=12Bv2t tan α,故感应电动势随时间增大而逐渐增大,A错误;闭合电路的总电阻为R=ρlS=ρvtS1+tanα+1cosα=ρvtS1+sinα+1cosα,因此感应电流为I=ER=12Bv2ttanαρvtS1+sinα+1cosα=BvSsinα2ρ(cosα+sinα+1),可知I与t无关,所以感应电流保持不变,C、D错误,B正确。
9.BD 纽扣形永磁体在塑料管中下落时只受重力作用,做自由落体运动,在铜管中下落时,使铜管的磁通量发生变化,铜管中产生感应电流,根据“来拒去留”规律,磁铁受的磁场力向上,阻碍钮扣形永磁体的运动,所以纽扣形永磁体在塑料管中下落得快,B正确,A错误;由于纽扣形永磁体在铜管中的下落过程部分机械能转变为电能,故机械能不守恒;而纽扣形永磁体在塑料管中下落过程中只有重力做功,机械能守恒,C错误,D正确。
10.BC t1时刻,a中电流变化率最小,所以在b中产生的感应电动势最小,b中的感应电流最小,故A错误;t2时刻,a中电流向逆时针方向增大,使b中产生由纸面向外增大的磁通量,根据楞次定律可判断b中产生顺时针电流,故B正确;t3时刻,a中电流变化率为0,故在b中产生的感应电动势为0,故C正确;t4时刻,a中电流向顺时针方向增大,使b中产生由纸面向里增大的磁通量,根据楞次定律可判断b中产生逆时针电流,故D错误。
11.BC 0~t0时间内,圆环中磁场向外且减小,据楞次定律可知,圆环中的感应电流方向为逆时针方向,A错误;t0~2t0时间内,圆环中磁场向内且增大,产生逆时针的感应电流,但圆环所在位置磁感应强度为零,故圆环所受安培力大小为零,B正确;0~2t0时间内,据法拉第电磁感应定律可知,圆环中的感应电动势E=ΔBΔtS=B0t0(2R)2,圆环的电阻r=ρlS=ρ2πRS,故0~2t0时间内,圆环中的感应电流大小为I=Er=B0RSπρt0,C正确;0~2t0时间内,圆环中产生的热量为Q=I2r·2t0=4B02R3Sπρt0,D错误。
12.AB 因为金属棒做加速度大小为a的匀减速直线运动,根据匀变速直线运动速度位移关系有v2-v02=-2ax,解得x=v02-v22a,故A正确;对ab棒根据动量定理有-BIL·Δt=mv-mv0,又q=I·Δt,解得q=m(v0-v)BL,故B正确;根据热功率P=I2R,随着导体棒ab速度的减小,动生电动势E=BLv也减小,根据闭合电路欧姆定律可知,电流减小,故热功率减小,故C错误;由能量守恒定律可知12mv02-12mv2=Q,Q为电路中产生的焦耳热,故导体棒ab产生的焦耳热小于Q,即小于12m(v02-v2),故D错误。
13.答案 (1)偏向正接线柱(1分) (2)S极(1分)
(3)向上(1分) (4)顺时针(1分)
解析 (1)磁铁向下运动,穿过线圈的磁通量增加,原磁场方向向下,根据楞次定律可知,线圈中感应电流方向(从上向下看)为逆时针方向,即电流从正接线柱流入电流计,指针偏向正接线柱。
(2)由题图可知,电流从负接线柱流入电流计,根据安培定则,感应电流的磁场方向向下,又知穿过线圈的磁通量增加,根据楞次定律可知,磁铁下方为S极。
(3)原磁场方向向下,电流从负接线柱流入电流计,根据安培定则可知,感应电流的磁场方向向下,根据楞次定律可知,原磁通量减小,磁铁向上运动。
(4)磁铁向下运动,穿过线圈的磁通量增加,原磁场方向向上,根据楞次定律可知,感应电流方向(从上向下看)为顺时针方向。
14.答案 (1)见解析图(4分)
(2)右(1分) 右(1分)
解析 (1)将电源、开关、滑动变阻器、小线圈串联成一个回路,再将电流计与大线圈串联成另一个回路,电路图如图所示
(2)闭合开关瞬间,穿过大线圈的磁通量增大,灵敏电流表的指针向右偏;闭合开关后,将小线圈迅速插入大线圈的过程中,磁场方向不变,磁通量变大,电流表指针向右偏转;由电路图可知,小线圈插入大线圈后,将滑动变阻器的滑片迅速向右滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,则电路的总阻值变小,电路中的电流变大,穿过大线圈的磁通量变大,磁场方向不变,则电流表指针向右偏转。
15.答案 (1)1 A a-R-b(或逆时针方向) (2)2 W
解析 (1)导体棒MN切割磁感线,产生的感应电动势为
E=BLv=1×0.4×5 V=2 V(2分)
闭合回路产生的感应电流为I=ER+r=1 A(1分)
由右手定则可知电流方向为a-R-b (1分)
(2)由于导体棒沿导轨向右匀速运动,有
F=F安=BIL=0.4 N(2分)
拉力F的功率
P=Fv=0.4×5 W=2 W(2分)
16.答案 (1)a (2)2 V (3)2 880 J
解析 (1)转动的轮盘相当于切割磁感线的导体,根据右手定则,可知在外电路中,电流由a点流向b点,所以a点电势高; (3分)
(2)由法拉第电磁感应定律得Uab=ΔΦΔt=B×12×r×vΔtΔt=Brv2=2 V; (3分)
(3)由焦耳定律得电阻R一小时消耗的电能为
Q=Uab2Rt=1 440 J(2分)
所以此人骑行一小时消耗的能量
E=Q50%=2 880 J(2分)
17.答案 (1)0.2 C (2)0.75
解析 (1)由题意得0~t0时间内回路中磁通量的变化量:ΔΦ=B0dL2 ①(1分)
E=ΔΦΔt ②(1分)
I=ER ③(1分)
0~t0时间内通过电阻R的电荷量:
q=IΔt ④(1分)
联立①②③④解得I=2 A,q=0.2 C(1分)
(2)由题意知,未加磁场时,金属棒恰好能处于静止状态,设导轨平面与水平面之间的夹角为θ,
则有mg sin θ=Ffm ⑤(2分)
Ffm=μFN ⑥(1分)
FN=mg cos θ ⑦(1分)
在t0=0.1 s时刻,金属棒刚要沿导轨向上运动,
则有F安=mg sin θ+Ffm ⑧(1分)
此时F安=B0Id ⑨(1分)
联立⑤⑥⑦⑧⑨解得μ=0.75 (1分)
18.答案 (1)2 m/s (2)7 J
解析 (1)导体棒速度最大时所受安培力:
F安=BIL=B2L2vm2R (1分)
由平衡条件得:F=F安 (1分)
代入数据解得:vm=2 m/s; (1分)
(2)从t=0到t=1 s的过程中,对导体棒ab,由动量定理得:Ft-BIL·t=mvm(1分)
q=It (1分)
代入数据解得:q=8 C(1分)
由法拉第电磁感应定律得:
E=ΔΦΔt=BLxt (1分)
平均感应电流:I=E2R (1分)
代入数据解得:x=1.6 m(1分)
对导体棒ab,由动能定理得:
Fx-W=12mvm2(1分)
代入数据解得:W=14 J(1分)
从t=0到t=1 s过程,导体棒cd产生的焦耳热:
Qcd=12W=7 J(1分)
第二章 电磁感应
注意事项
1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。
一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第1~8小题只有一项符合题目要求,第9~12小题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选不全的得2分,选错或不答的得0分)
1.(2021河北衡水第十四中学高二期末)下列现象中利用的原理不是电磁感应的是 ( )
A.如图甲所示,真空冶炼炉外有线圈,线圈中通入高频交流电,炉内的金属能迅速熔化
B.如图乙所示,安检门可以检测金属物品,如携带金属刀具经过时,会触发报警
C.如图丙所示,放在磁场中的玻璃皿内盛有导电液体,其中心放一圆柱形电极,边缘内壁放一环形电极,通电后液体就会旋转起来
D.如图丁所示,用一蹄形磁铁接近正在旋转的铜盘,铜盘很快静止下来
2.(2021上海徐汇高三一模)厂商通过在手机背面安装感应线圈来实现无线充电,如图是一种结构紧凑的双层感应线圈设计图,a、b为线圈的两端。当线圈处在向上增强的磁场中时,感应电流流向及两线圈之间的安培力方向应为 ( )
A.从a端流出,两层线圈相互排斥
B.从a端流出,两层线圈相互吸引
C.从b端流出,两层线圈相互排斥
D.从b端流出,两层线圈相互吸引
3.(2021湖南邵阳高二上期末)如图,R、P、L是三个金属圆环,其中R、L固定,当P沿着图中速度方向运动,且P中通如图所示电流时,眼睛看到L和R中的电流方向是 ( )
A.都是顺时针 B.都是逆时针
C.L顺时针,R逆时针 D.L逆时针,R顺时针
4.(2021浙江嘉兴高二期末)当条形磁铁相对螺线管A上下运动时,产生了如图所示的感应电流,则 ( )
A.条形磁铁正在向下运动
B.螺线管A有收缩的趋势
C.通过螺线管A的磁通量正在变小
D.螺线管A对水平桌面的压力将变大
5.(2021山东淄博高二下期中)如图所示,水平导轨的电阻忽略不计,金属棒ab和cd的电阻分别为Rab和Rcd,且Rab>Rcd,它们处于匀强磁场中。金属棒cd在力F的作用下向右匀速运动,ab在外力作用下处于静止状态。下列说法正确的是 ( )
A.Uab>Ucd B.Uab=Ucd
C.Uab
A B
C D
7.(2021山西太原高二期末)如图所示,一电阻为R的导线弯成边长为L的等边三角形闭合回路。虚线MN右侧有磁感应强度大小为B的匀强磁场,方向垂直于闭合回路所在的平面向里。下列对三角形导线框以速度v向右匀速进入磁场过程中的说法正确的是 ( )
A.回路中感应电流的方向为顺时针方向
B.回路中感应电动势的最大值E=32BLv
C.回路中感应电流的最大值I=32RBLv
D.导线所受安培力的大小可能不变
8.(2021北京东城高二上期末)如图所示,“∠”形金属导轨COD上放有一根金属棒MN,拉动MN使它以速度v向右匀速平动,如果导轨和金属棒都是粗细相同的均匀导体,电阻率都为ρ,那么MN在导轨上运动的过程中,闭合回路的 ( )
A.感应电动势保持不变 B.感应电流保持不变
C.感应电流逐渐减弱 D.感应电流逐渐增强
9.(2021广东肇庆高二期末)如图所示,纽扣形永磁体直径略小于铜管、塑料管内径,某同学分别同时将两个纽扣形永磁体从竖直放置的空心铜管和空心塑料管上端口处由静止释放,忽略空气阻力。下列说法正确的是 ( )
A.纽扣形永磁体在铜管中下落得快
B.纽扣形永磁体在塑料管中下落得快
C.纽扣形永磁体在铜管中下落的过程机械能守恒
D.纽扣形永磁体在塑料管中下落的过程机械能守恒
10.(2021湖北十堰高二期末)如图甲所示,闭合线圈b处于a线圈内部,并与a线圈共面,以顺时针方向为正方向,当a线圈中通入如图乙所示的正弦交流电时,关于b线圈中的感应电动势与感应电流,下列判断正确的是 ( )
A.t1时刻,b线圈中感应电流最大
B.t2时刻,b线圈中感应电流为顺时针方向
C.t3时刻,b线圈中感应电动势为零
D.t4时刻,b线圈中感应电流为顺时针方向
11.(2021浙江温州高二期末)现有内接正方形的金属圆环,正方形内充满变化磁场,金属环电阻率为ρ、横截面积为S,圆环半径为R,如图(a)所示。规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向,磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)所示,则 ( )
A.0~t0时间内,圆环中的感应电流方向为顺时针方向
B.t0~2t0时间内,圆环所受安培力大小为零
C.0~2t0时间内,圆环中的感应电流大小为I=Er=B0RSπρt0
D.0~2t0时间内,圆环中产生的热量为B02πR3S8t0ρ
12.(2021安徽合肥高三一模)如图所示,宽度为L的光滑金属框架MNPQ固定于水平面,并处在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,磁场方向竖直向下,框架的电阻分布不均匀。将质量为m、长为L的金属棒ab垂直放置在框架上,并且与框架接触良好。现给棒ab向左的初速度v0,其恰能做加速度大小为a的匀减速直线运动,则在棒ab的速度由v0减为v的过程中,下列说法正确的是 ( )
A.棒ab的位移大小为v02-v22a
B.通过棒ab的电荷量为m(v0-v)BL
C.框架PN段的热功率增大
D.棒ab产生的焦耳热为12m(v02-v2)
二、非选择题(本题共6小题,共52分)
13.(4分)(2021安徽安庆高二下月考)一灵敏电流计,当电流从它的正接线柱流入时,指针向正接线柱一侧偏转。现把它与一个线圈串联,将磁铁从线圈上方插入或拔出,如图所示。请完成下列填空:
(1)图(甲)中灵敏电流计指针的偏转方向为 。(填“偏向正接线柱”或“偏向负接线柱”)
(2)图(乙)中磁铁下方的极性是 。(填“N极”或“S极”)
(3)图(丙)中磁铁的运动方向是 。(填“向上”或“向下”)
(4)图(丁)中线圈从上向下看的电流方向是 。(填“顺时针”或“逆时针”)
14.(6分)(2021四川乐山十校高二下期中联考)图为“研究电磁感应现象”的实验装置,部分导线已连接。
(1)用笔画线代替导线将图中未完成的电路连接好。
(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么闭合开关后,将小线圈迅速插入大线圈的过程中,电流计的指针将向 偏;小线圈插入大线圈后,将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时,电流计的指针将向 偏。(均选填“左”或“右”)
15.(8分)(2021福建宁德高二期末)如图所示,固定在水平面上的两条平行金属导轨光滑且足够长,间距L=0.4 m,电阻忽略不计,左端接有阻值R=1 Ω的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=1 T。一根阻值r=1 Ω的导体棒MN垂直放在导轨上,与导轨接触良好,在平行于导轨的拉力F作用下以v=5 m/s的速度向右匀速运动。求:
(1)电阻R中通过的电流大小和方向;
(2)拉力F的功率。
16.(10分)(2021湖北黄冈高二期末)图1为健身用的单车,在人骑行时,车内的传感器可以把轮盘的速度值以及人体骑行消耗的能量转化为电信号显示在车头的显示屏上。它的工作原理可以简化成图2,其中a、b分别是从轮盘边缘和中心引出的导线的端点。已知匀强磁场磁感应强度B=2 T,方向与轮盘垂直,轮盘半径r=0.25 m,轮盘和导线电阻可忽略不计。某人在骑行时,保持轮盘边缘的线速度大小为v=8 m/s。
(1)请判断a、b哪一点电势高;
(2)求a、b两点间的电压;
(3)若在a、b间接一个阻值R=10 Ω的电阻,假定人体消耗的能量转化为电能的效率为50%,请问此人骑行该单车一小时,消耗了身体多少能量?
17.(12分)(2021湖南六校高三联考)如图甲所示,MN、PQ是两根长为L=2 m、倾斜放置的平行金属导轨,导轨间距d=1 m,导轨所在平面与水平面成一定角度,M、P间接阻值为R=6 Ω的电阻。质量为m=0.2 kg、长度为d的金属棒ab放在两导轨上中点位置,金属棒恰好能静止。从t=0时刻开始,空间存在垂直导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示,在t0=0.1 s时刻,金属棒刚要沿导轨向上运动,此时磁感应强度B0=1.2 T。已知金属棒与导轨始终垂直并且保持良好接触,不计金属棒和导轨电阻,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度g=10 m/s2。求:
(1)0~t0时间内通过电阻R的电荷量q;
(2)金属棒与导轨之间的动摩擦因数μ。
18.(12分)(2021山东招远高二下月考改编)如图所示,固定在水平面上的两平行光滑金属导轨MN、PQ间距为L=0.5 m,处在竖直方向、磁感应强度大小为B=2 T的匀强磁场中,导轨电阻不计。两导体棒ab、cd垂直放在导轨上,且与导轨始终接触良好,ab可在导轨上自由滑动,cd固定在导轨上,两导体棒电阻均为R=0.1 Ω,导体棒ab的质量为m=1 kg。t=0时刻,对静止的导体棒ab施加一水平向右、大小为F=10 N的拉力作用。在t=1 s时刻,导体棒ab的加速度恰好为0,此时立即撤去力F。求:
(1)导体棒ab运动过程中的最大速度;
(2)从t=0到t=1 s的过程中,导体棒cd产生的焦耳热。
答案全解全析
第二章 电磁感应
1.C
2.D
3.D
4.C
5.B
6.D
7.B
8.B
9.BD
10.BC
11.BC
12.AB
1.C 真空冶炼炉外中的线圈中通有高频交流电,由于电磁感应,从而在线圈中产生很强的变化的电磁场,最终导致炉内金属产生涡流,使得金属到达很高的温度从而熔化,利用了电磁感应的原理,故A正确,不符合题意;安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品,原理是:线圈中交变电流产生的磁场,会在金属物品中产生变化的感应电流,而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流,引起线圈中交变电流发生变化,从而被探测到,即利用了电磁感应的原理来工作,故B正确,不符合题意;放在磁场中的玻璃皿内盛有导电液体,其中心放一圆柱形电极,边缘内壁放一环形电极,从而使得圆柱形电极与边缘形成电流,电流在磁场中受到安培力的作用而发生转动,不是利用电磁感应的原理,故C错误,符合题意;用一蹄形磁铁接近正在旋转的铜盘,铜盘内部将会产生涡流,从而会很快静止下来,利用了电磁感应的原理,故D正确,不符合题意。
2.D 当线圈处在向上增强的磁场中时,穿过线圈的磁通量向上增加,根据楞次定律可知,产生的感应电流从a端流入,从b端流出;两线圈中的感应电流从上往下看都是顺时针方向,根据左手定则知,两线圈相互吸引。
3.D 根据安培定则可知,P中产生的磁场方向与速度方向相反;同时P靠近L、远离R,则根据楞次定律增反减同可知,L中电流方向为逆时针,R中电流方向为顺时针。故D正确。
4.C 根据右手定则判断,感应电流在螺线管中产生向下的磁场,因为管中原磁场方向向下,所以根据楞次定律,通过螺线管的磁通量变小,即条形磁铁向上运动,为了阻碍磁通量的减小,螺线管有扩张的趋势和向上运动的趋势,所以螺线管对水平桌面的压力将减小。
5.B cd向右切割磁感线,产生感应电动势,相当于电源,ab是外电路,由于导轨电阻不计,ab两端的电压等于cd两端的电压,即Uab=Ucd,故B正确,A、C、D错误。
6.D 电源左端为正极,故流过灯泡与L的电流均向右,方向为正,当开关断开时,灯泡中原来的电流I1立即消失,但是L由于自感要阻碍自身电流的减小,L中的电流由I2逐渐减小,由于L与灯泡组成回路,L中的电流要经过灯泡,所以灯泡中的电流突然变为I2且电流为反方向,然后逐渐减小到0,由于规定通过灯泡的电流向右为正,所以此时流过灯泡的电流方向为负,且在稳定时I2大于I1。
7.B 在进入磁场的过程中,闭合回路中磁通量增加,根据楞次定律,闭合回路中产生的感应电流方向为逆时针方向,选项A错误;当导线框一半进入磁场时,切割磁感线的有效长度最大为L sin 60°=32L,感应电动势的最大值E=32BLv,选项B正确;感应电流的最大值I=ER=32RBLv,选项C错误;在进入磁场的过程中,等效切割磁感线的导线长度发生变化,产生的感应电动势和感应电流大小变化,根据安培力公式可知,导线所受安培力大小一定变化,选项D错误。
8.B 设MN从O点开始运动时间为t,则ON=vt,有效切割的长度为L=vt×tan α,感应电动势为E=BΔSt=B×vt×vt×tanα2t=12Bv2t tan α,故感应电动势随时间增大而逐渐增大,A错误;闭合电路的总电阻为R=ρlS=ρvtS1+tanα+1cosα=ρvtS1+sinα+1cosα,因此感应电流为I=ER=12Bv2ttanαρvtS1+sinα+1cosα=BvSsinα2ρ(cosα+sinα+1),可知I与t无关,所以感应电流保持不变,C、D错误,B正确。
9.BD 纽扣形永磁体在塑料管中下落时只受重力作用,做自由落体运动,在铜管中下落时,使铜管的磁通量发生变化,铜管中产生感应电流,根据“来拒去留”规律,磁铁受的磁场力向上,阻碍钮扣形永磁体的运动,所以纽扣形永磁体在塑料管中下落得快,B正确,A错误;由于纽扣形永磁体在铜管中的下落过程部分机械能转变为电能,故机械能不守恒;而纽扣形永磁体在塑料管中下落过程中只有重力做功,机械能守恒,C错误,D正确。
10.BC t1时刻,a中电流变化率最小,所以在b中产生的感应电动势最小,b中的感应电流最小,故A错误;t2时刻,a中电流向逆时针方向增大,使b中产生由纸面向外增大的磁通量,根据楞次定律可判断b中产生顺时针电流,故B正确;t3时刻,a中电流变化率为0,故在b中产生的感应电动势为0,故C正确;t4时刻,a中电流向顺时针方向增大,使b中产生由纸面向里增大的磁通量,根据楞次定律可判断b中产生逆时针电流,故D错误。
11.BC 0~t0时间内,圆环中磁场向外且减小,据楞次定律可知,圆环中的感应电流方向为逆时针方向,A错误;t0~2t0时间内,圆环中磁场向内且增大,产生逆时针的感应电流,但圆环所在位置磁感应强度为零,故圆环所受安培力大小为零,B正确;0~2t0时间内,据法拉第电磁感应定律可知,圆环中的感应电动势E=ΔBΔtS=B0t0(2R)2,圆环的电阻r=ρlS=ρ2πRS,故0~2t0时间内,圆环中的感应电流大小为I=Er=B0RSπρt0,C正确;0~2t0时间内,圆环中产生的热量为Q=I2r·2t0=4B02R3Sπρt0,D错误。
12.AB 因为金属棒做加速度大小为a的匀减速直线运动,根据匀变速直线运动速度位移关系有v2-v02=-2ax,解得x=v02-v22a,故A正确;对ab棒根据动量定理有-BIL·Δt=mv-mv0,又q=I·Δt,解得q=m(v0-v)BL,故B正确;根据热功率P=I2R,随着导体棒ab速度的减小,动生电动势E=BLv也减小,根据闭合电路欧姆定律可知,电流减小,故热功率减小,故C错误;由能量守恒定律可知12mv02-12mv2=Q,Q为电路中产生的焦耳热,故导体棒ab产生的焦耳热小于Q,即小于12m(v02-v2),故D错误。
13.答案 (1)偏向正接线柱(1分) (2)S极(1分)
(3)向上(1分) (4)顺时针(1分)
解析 (1)磁铁向下运动,穿过线圈的磁通量增加,原磁场方向向下,根据楞次定律可知,线圈中感应电流方向(从上向下看)为逆时针方向,即电流从正接线柱流入电流计,指针偏向正接线柱。
(2)由题图可知,电流从负接线柱流入电流计,根据安培定则,感应电流的磁场方向向下,又知穿过线圈的磁通量增加,根据楞次定律可知,磁铁下方为S极。
(3)原磁场方向向下,电流从负接线柱流入电流计,根据安培定则可知,感应电流的磁场方向向下,根据楞次定律可知,原磁通量减小,磁铁向上运动。
(4)磁铁向下运动,穿过线圈的磁通量增加,原磁场方向向上,根据楞次定律可知,感应电流方向(从上向下看)为顺时针方向。
14.答案 (1)见解析图(4分)
(2)右(1分) 右(1分)
解析 (1)将电源、开关、滑动变阻器、小线圈串联成一个回路,再将电流计与大线圈串联成另一个回路,电路图如图所示
(2)闭合开关瞬间,穿过大线圈的磁通量增大,灵敏电流表的指针向右偏;闭合开关后,将小线圈迅速插入大线圈的过程中,磁场方向不变,磁通量变大,电流表指针向右偏转;由电路图可知,小线圈插入大线圈后,将滑动变阻器的滑片迅速向右滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,则电路的总阻值变小,电路中的电流变大,穿过大线圈的磁通量变大,磁场方向不变,则电流表指针向右偏转。
15.答案 (1)1 A a-R-b(或逆时针方向) (2)2 W
解析 (1)导体棒MN切割磁感线,产生的感应电动势为
E=BLv=1×0.4×5 V=2 V(2分)
闭合回路产生的感应电流为I=ER+r=1 A(1分)
由右手定则可知电流方向为a-R-b (1分)
(2)由于导体棒沿导轨向右匀速运动,有
F=F安=BIL=0.4 N(2分)
拉力F的功率
P=Fv=0.4×5 W=2 W(2分)
16.答案 (1)a (2)2 V (3)2 880 J
解析 (1)转动的轮盘相当于切割磁感线的导体,根据右手定则,可知在外电路中,电流由a点流向b点,所以a点电势高; (3分)
(2)由法拉第电磁感应定律得Uab=ΔΦΔt=B×12×r×vΔtΔt=Brv2=2 V; (3分)
(3)由焦耳定律得电阻R一小时消耗的电能为
Q=Uab2Rt=1 440 J(2分)
所以此人骑行一小时消耗的能量
E=Q50%=2 880 J(2分)
17.答案 (1)0.2 C (2)0.75
解析 (1)由题意得0~t0时间内回路中磁通量的变化量:ΔΦ=B0dL2 ①(1分)
E=ΔΦΔt ②(1分)
I=ER ③(1分)
0~t0时间内通过电阻R的电荷量:
q=IΔt ④(1分)
联立①②③④解得I=2 A,q=0.2 C(1分)
(2)由题意知,未加磁场时,金属棒恰好能处于静止状态,设导轨平面与水平面之间的夹角为θ,
则有mg sin θ=Ffm ⑤(2分)
Ffm=μFN ⑥(1分)
FN=mg cos θ ⑦(1分)
在t0=0.1 s时刻,金属棒刚要沿导轨向上运动,
则有F安=mg sin θ+Ffm ⑧(1分)
此时F安=B0Id ⑨(1分)
联立⑤⑥⑦⑧⑨解得μ=0.75 (1分)
18.答案 (1)2 m/s (2)7 J
解析 (1)导体棒速度最大时所受安培力:
F安=BIL=B2L2vm2R (1分)
由平衡条件得:F=F安 (1分)
代入数据解得:vm=2 m/s; (1分)
(2)从t=0到t=1 s的过程中,对导体棒ab,由动量定理得:Ft-BIL·t=mvm(1分)
q=It (1分)
代入数据解得:q=8 C(1分)
由法拉第电磁感应定律得:
E=ΔΦΔt=BLxt (1分)
平均感应电流:I=E2R (1分)
代入数据解得:x=1.6 m(1分)
对导体棒ab,由动能定理得:
Fx-W=12mvm2(1分)
代入数据解得:W=14 J(1分)
从t=0到t=1 s过程,导体棒cd产生的焦耳热:
Qcd=12W=7 J(1分)
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