2019版物理人教版选修3-2训练：第四章　电磁感应 检测（A） .docx

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1、第四章检测(A)(时间:90分钟满分:100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,16题只有一个选项符合题目要求,710题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分)1.首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是()A.安培和法拉第B.法拉第和楞次C.奥斯特和安培D.奥斯特和法拉第解析:1820年,丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应;1831年,英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象,选项D正确。答案:D2.如图所示,一水平放置的圆形通电线圈a固定,另一较小的圆形线圈b从a的正上方下落,在下落过程中两线圈

2、始终保持平行且共轴,则线圈b从线圈a的正上方下落过程中,从上往下看线圈b应是()A.有逆时针方向的感应电流B.有顺时针方向的感应电流C.先有顺时针方向的感应电流,后有逆时针方向的感应电流D.先有逆时针方向的感应电流,后有顺时针方向的感应电流解析:向下穿过的过程中,穿过b环的磁通量先增大后减少,在a环上方时,穿过b环的磁通量增大,由楞次定律知,感应电流的磁场与原磁场方向相反,根据安培定则得感应电流方向为顺时针;同理可得b穿过a后,磁通量减少,感应电流的方向应该是逆时针,选C。答案:C3.如图所示,一正方形线圈的匝数为n,边长为a,线圈平面与匀强磁场垂直,且一半处在磁场中,在t时间内,磁感应强度的

3、方向不变,大小由B均匀地增大到2B。在此过程中,线圈中产生的感应电动势为()A.Ba22t B.nBa22t C.nBa2t D.2nBa2t解析:由法拉第电磁感应定律,E=nt=n2B-Bta22=nBa22t,选项B正确。答案:B4.如图所示,L为一自感系数很大的有铁芯的线圈,电压表与线圈并联接入电路,在下列情况中,有可能使电压表损坏的是(电压表量程为3 V)()A.开关S闭合的瞬间B.开关S闭合电路稳定时C.开关S断开的瞬间D.以上情况都有可能损坏电压表解析:当开关断开的瞬间,线圈的自感作用导致电流依然存在,且由于自感系数很大,自感电动势很大。同时自感线圈与电压表形成了一个回路,注意现在

4、的电流方向,对线圈而言,电流方向没有改变,但通过电压表的电流方向改变了,相当于电压表正负极接反了,所以最容易损坏,故C正确。答案:C5.如图所示,在O点正下方有一个具有理想边界的磁场,磁场宽度大于铜球的直径。铜球在A点由静止释放,向右摆至最高点B,不考虑空气阻力,则下列说法正确的是()A.A、B两点在同一水平线上B.A点高于B点C.A点低于B点D.铜球做等幅摆动解析:铜球进入磁场和出磁场的过程中,都有涡流产生,阻碍铜球的摆动,从而有机械能转化为内能,A点高于B点,A、C错误,B正确;往复运动一段时间,由于铜球的一部分机械能转化为电能,最终转化为内能,其摆动幅度逐渐减小,当铜球完全进入磁场后,铜

5、球最终将在磁场中做等幅摆动,D错误。答案:B6.如图所示,空间存在两个磁场,磁感应强度大小均为B,方向相反且垂直纸面,MN、PQ为其边界,OO为其对称轴,一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd,回路在纸面内以恒定速度v0向右运动。当运动到关于OO对称的位置时,下列说法错误的是()A.穿过回路的磁通量为零B.回路中感应电动势大小为2Blv0C.回路中感应电流的方向为顺时针方向D.回路中ab边与cd边所受安培力方向相同解析:闭合回路关于OO对称,穿过回路的磁感线的净条数为零,选项A正确;由右手定则可知,cd、ab相当于电源,并且为串联关系,则回路中感应电流的方向为逆时针方向,感应电动势E=2B

6、lv0,选项B正确而C错误;由左手定则可知,ab边、cd边受到安培力均向左,选项D正确。答案:C7.如图所示,两块金属板水平放置,与左侧水平放置的线圈通过导线连接。压力传感器上表面绝缘,位于两金属板间,带正电小球静置于压力传感器上,某一匀强磁场沿线圈的轴向穿过线圈,磁场不变时传感器的示数为1 N,若传感器的示数为2 N,则磁场的变化情况可能是()A.竖直向上且均匀增大B.竖直向上且均匀减小C.竖直向下且均匀增大D.竖直向下且均匀减小解析:磁场变化后传感器的读数变大,说明小球受到的电场力向下,即平行板电容器上极板带正电,由楞次定律可得A、D正确。答案:AD8.有一个称为“千人震”的趣味物理小实验

7、,实验是用一节电动势为1.5 V的新干电池、几根导线、开关和一个用于日光灯上的镇流器。几位做实验的同学手拉手连成一排,另一位同学将电池、镇流器、开关用导线将它们和首、尾两位同学的手相连,如图所示,在开关闭合或断开时就会使连成一排的同学都有触电感觉,则()A.该实验的原理是镇流器的自感现象B.该实验的原理是1.5 V的电压让人感到触电C.人有触电的感觉是在开关断开的瞬间D.人有触电的感觉是在开关闭合的瞬间解析:1.5 V的电压不会使人有触电的感觉。电路接通后处于通电状态,有一部分电能转化为磁场能贮存在镇流器中,电路断开的瞬间,这部分磁场能转化为电能释放出来,产生很高的自感电动势,使人产生触电感觉

8、。答案:AC9.(2018全国卷)如图所示,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态,下列说法正确的是()A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动解析:如图甲所示,闭合开关瞬间右边线圈有电流通过,左边线圈内磁通量增强。由楞次定律可知,增反减

9、同,左边线圈感应磁场方向向左。根据右手螺旋定则可得直导线中电流方向为从南到北。由此可得直导线上方磁场为垂直纸面向里,则磁针N极朝垂直纸面向里的方向转动,故A项正确。甲乙开关闭合并保持一段时间后,电路稳定,线圈内无磁通量变化,则直导线中无电流,小磁针恢复南北指向,故B、C项错误;如图乙所示,开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,左边线圈内磁通量减小,由增反减同得其感应磁场方向向右。由右手螺旋定则可得直导线中电流由北到南,直导线上方磁场为垂直纸面向外,则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,故D项正确。答案:AD10.如图所示,一U形光滑导轨接有一电阻R,整个装置放置在匀强磁场中,导轨平面与磁场方

10、向垂直。有一电阻可忽略不计但有一定质量的金属杆ab跨接在导轨上,可沿导轨方向平移。现从静止开始对ab杆施以向右的恒力F,则在杆运动过程中,下列说法正确的是()A.磁场对金属杆ab的作用力对ab杆做功,但磁场的能量是不变的B.外力F做的功总是等于电阻R上消耗的功C.磁场对金属杆ab的作用力做功的功率与电阻R上消耗的功率两者的大小是相等的D.电阻R上消耗的功率存在最大值解析:磁场对金属杆ab的作用力对ab杆做功实质上是安培力做功,能量是外界提供的,所以磁场的能量是不变的,A对;外力F做的功总是等于电阻R上消耗的电能与金属杆ab的动能之和,B错;磁场对金属杆ab的作用力做的功全部转化为焦耳热,所以功

11、率等于电阻R上消耗的热功率,C对;金属杆ab所受外力F等于安培力时,将做匀速运动,电流也将恒定,所以电阻R上消耗的功率存在最大值,D对。答案:ACD二、填空题(本题共2小题,共20分)11.(10分)阅读材料,完成下列各题。材料一1825年,瑞士物理学家科拉顿做了如下实验:他将一个能反映微小变化的电流表,通过导线与螺旋线圈串联成闭合电路,并将螺旋线圈和电流表分别放置在两个相邻的房间,如图所示。他将一个条形磁铁插入螺旋线圈内,马上跑到另一个房间里,观察电流表的指针是否偏转。进行多次实验,他都没有发现电流表指针发生偏转。材料二1831年,英国物理学家法拉第用闭合电路的一部分导体,在磁场里切割磁感线

12、的时候,发现导体中产生电流,从而实现了利用磁场获得电流的愿望。(1)科拉顿、法拉第等物理学家相继进行如材料所说的实验研究,是基于的科学猜想。(2)科拉顿的实验中,(选填“已经”或“没有”)满足产生感应电流的条件。要使他能观察到电流表指针偏转,你提出的一种改进方法是。答案:(1)磁能产生电(2)已经将电流表等器材置于同一房间(其他答案合理均可)12.(10分)在“研究电磁感应现象”的实验中,所需的实验器材如图所示。现已用导线连接了部分实验电路。(1)请画实线作为导线从箭头1和2处连接其余部分电路。(2)实验时,将线圈L1插入线圈L2中,闭合开关的瞬间,观察到检流计的指针发生偏转,这个现象揭示的规

13、律是 。(3)某同学设想使线圈L1中电流逆时针(俯视)流动,线圈L2中电流顺时针(俯视)流动,可行的实验操作是。A.抽出线圈L1B.插入软铁棒C.使变阻器滑片P左移D.断开开关解析:(1)将箭头1、线圈L1、箭头2依次连接起来组成闭合回路。线圈L2与检流计连接起来组成闭合回路。(2)闭合开关的瞬间,流过线圈L1的电流瞬间增大,产生的磁感应强度增大,穿过线圈L2的磁通量增大,线圈L2中产生感应电动势,有感应电流流过检流计;该实验表明“穿过闭合电路中的磁通量发生变化,闭合电路中就会产生感应电流”。(3)要使两线圈中的电流方向相反,只需使线圈L1产生的磁通量逐渐增大,可行的方法有插入软铁棒或增大线圈

14、L1中的电流(即使变阻器滑片P左移),选项B、C正确。答案:(1)如图所示(2)穿过闭合电路中的磁通量发生变化,闭合电路中就会产生感应电流(3)BC三、计算题(本题共4小题,共40分。解答时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得分。有数值计算的题,答案中必须写明数值和单位)13.(8分)如图所示,线圈abcd每边长l=0.20 m,线圈质量m1=0.10 kg、电阻R=0.10 ,重物质量m2=0.14 kg。线圈上方的匀强磁场磁感应强度B=0.5 T,方向垂直线圈平面向里,磁场区域的宽度为h=0.20 m。重物从某一位置下降,使ab边进入磁场时做匀速运动,g取10

15、 N/kg,求线圈做匀速运动的速度的大小。解析:线圈在匀速上升时受到的安培力F安、绳子的拉力F和重力m1g合力为0,F=F安+m1g重物受力平衡,有F=m2g线圈匀速上升,在线圈中产生的感应电流I=ER=BlvR线圈受到向下的安培力F安=BIl联立式解得v=(m2-m1)gRB2l2=4 m/s。答案:4 m/s14.(10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 ,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:

16、从图像可知,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Bt,则感应电动势为E=nt=nBtS=2001510-20.30.02 V=2 V。(2)闭合电路中的电流I=ER=250 A=0.04 A当t=0.3 s时,B=2010-2 Tab边受到的安培力为F=nBIl=2002010-20.040.2 N=0.32 N。答案:(1)2 V(2)0.32 N15.(10分)小明同学设计了一个“电磁天平”,如图甲所示,等臂天平的左臂为挂盘,右臂挂有矩形线圈,两臂平衡。线圈的水平边

17、长l=0.1 m,竖直边长h=0.3 m,匝数为n1。线圈的下边处于匀强磁场内,磁感应强度B0=1.0 T,方向垂直线圈平面向里。线圈中通有可在02.0 A范围内调节的电流I。挂盘放上待测物体后,调节线圈中电流使天平平衡,测出电流即可测得物体的质量。(重力加速度g取10 N/kg)(1)为使电磁天平的量程达到0.5 kg,线圈的匝数n1至少为多少?(2)进一步探究电磁感应现象,另选n2=100 匝、形状相同的线圈,总电阻R=10 ,不接外电流,两臂平衡。如图乙所示,保持B0不变,在线圈上部另加垂直纸面向外的匀强磁场,且磁感应强度B随时间均匀变大,磁场区域宽度d=0.1 m。当挂盘中放质量为0.

18、01 kg的物体时,天平平衡,求此时磁感应强度的变化率Bt。解析:(1)线圈受到安培力F=n1B0Il,天平平衡有mg=n1B0Il,代入数据得n1=25。(2)由电磁感应定律得E=n2t=n2Bldt,由欧姆定律得I=ER,线圈受到安培力F=n2B0Il。天平平衡有mg=n22B0Btdl2R,代入数据可得Bt=0.1 T/s。答案:(1)25匝(2)0.1 T/s16.(12分)如图所示,空间被分成若干个区域,分别以水平线aa、bb、cc、dd为界,每个区域的高度均为h,其中区域存在垂直于纸面向外的匀强磁场,区域存在垂直于纸面向里且与区域的磁感应强度大小相等的匀强磁场。竖直面内有一边长为h

19、、质量为m的正方形导体框,导体框下边与aa重合并由静止开始自由下落,导体框下边刚进入bb就做匀速直线运动,之后导体框下边越过cc进入区域,导体框的下边到达区域的某一位置时又开始做匀速直线运动,求:从导体框下边刚进入bb时到下边刚出dd时的过程中,导体框中产生的热量。(已知重力加速度为g,导体框始终在竖直面内运动且下边始终水平)解析:导体框从aa到bb过程中,设刚进入bb时导体框的速度为v,mgh=12mv2,所以v=2gh导体框进入bb开始做匀速直线运动时mg=BIhI=BhvR所以mg=B2h2vR导体框下边到达区域的某一位置时又开始做匀速直线运动时mg=2BIhI=2BhvR,所以mg=4B2h2vR由得v=v4从导体框下边刚进入bb时到下边刚出dd时的过程中,设产生的热量为Q由动能定理:2mgh-Q=12mv2-12mv2Q=2mgh+1532mv2,所以Q=4716mgh。答案:4716mgh