2024-2025學(xué)年高中物理第四章電磁感應(yīng)綜合練含解析新人教版選修3-2

PAGEPAGE12《電磁感應(yīng)》綜合評估時間：90分鐘分值：100分一、選擇題(1～7為單選，每小題3分，8～10為多選，每小題5分，共36分)1．如圖所示，通電螺線管兩側(cè)各懸掛一個小銅環(huán)，銅環(huán)平面與螺線管截面平行．當(dāng)電鍵S接通瞬間，兩銅環(huán)的運動狀況是(A)A．同時向兩側(cè)推開B．同時向螺線管靠攏C．一個被推開，一個被吸引，但因電源正負(fù)極未知，無法詳細(xì)推斷D．同時被推開或同時向螺線管靠攏，因電源正負(fù)極未知，無法詳細(xì)推斷解析：當(dāng)電路接通瞬間，穿過線圈的磁通量在增加，使得穿過兩側(cè)銅環(huán)的磁通量都在增加，由楞次定律可知，兩環(huán)中感應(yīng)電流的磁場與線圈中磁場方向相反，即受到線圈磁場的排斥作用，使兩銅環(huán)分別向外側(cè)移動，選項A正確．2．在閉合鐵芯上繞有一組線圈，線圈與滑動變阻器、電池構(gòu)成電路，假定線圈產(chǎn)生的磁感線全部集中在鐵芯內(nèi)，a、b、c三個閉合金屬圓環(huán)位置如圖所示，當(dāng)滑動變阻器的滑片左右滑動時，能產(chǎn)生感應(yīng)電流的圓環(huán)是(A)A．a(chǎn)、b兩環(huán) B．b、c兩環(huán)C．a(chǎn)、c兩環(huán) D．a(chǎn)、b、c三個環(huán)解析：當(dāng)滑動變阻器的滑片左右滑動時，引起電路中電流改變，從而引起閉合鐵芯中的磁通量改變，a、b兩圓環(huán)中的磁通量必定隨之改變，引起感應(yīng)電流的產(chǎn)生，而c環(huán)中有兩股鐵芯同時穿過，穿入和穿出的磁通量始終相等，合磁通量為零，所以c中不能產(chǎn)生感應(yīng)電流．故選A.3．在如圖所示的試驗中，假如AB的運動速度大小為v1，兩磁極的運動速度大小為v2，則(B)A．當(dāng)v1＝v2，且方向相同或相反，可以產(chǎn)生感應(yīng)電流B．當(dāng)v1>v2，或v1<v2，且方向相同或相反，可以產(chǎn)生感應(yīng)電流C．無論v1與v2的大小是否相等，只要二者的方向垂直，絕不行能產(chǎn)生感應(yīng)電流D．假如v1＝0，而兩磁極運動的速度v2與導(dǎo)體AB始終垂直，肯定能產(chǎn)生感應(yīng)電流解析：關(guān)鍵是看導(dǎo)體AB有沒有切割磁感線，分析時可把兩磁極的運動速度v2看作是磁感線的運動速度．4．如圖所示，在磁感應(yīng)強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中，有一質(zhì)量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質(zhì)細(xì)桿懸掛在O點，并可繞O點搖擺．金屬線框從右側(cè)某一位置由靜止起先釋放，在搖擺到左側(cè)最高點的過程中，細(xì)桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面．則線框中感應(yīng)電流的方向是(B)A．a(chǎn)→b→c→d→aB．d→c→b→a→dC．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d解析：金屬線框從右側(cè)某一位置由靜止起先釋放，在搖擺到豎直位置的過程中，磁場自abcd的右側(cè)面穿出，搖擺過程中磁通量在削減，依據(jù)楞次定律得電流方向為d→c→b→a→d；金屬線框由豎直位置搖擺到左側(cè)最高點的過程中，穿過線框的磁通量增加，依據(jù)楞次定律不難得出感應(yīng)電流的方向為d→c→b→a→d.5．電阻R、電容器C與一個線圈連成閉合回路，條形磁鐵靜止在線圈的正上方，N極朝下，如圖所示，現(xiàn)使磁鐵起先自由下落，在N極接近線圈上端過程中，流過R的電流方向和電容器極板的帶電狀況是(D)A．從a到b，上極板帶正電B．從a到b，下極板帶正電C．從b到a，上極板帶正電D．從b到a，下極板帶正電解析：磁鐵N極接近線圈的過程中，線圈中有向下的磁場，并且磁通量增加，由楞次定律可得，感應(yīng)電流的方向為b→R→a，故電容器下極板帶正電，上極板帶負(fù)電，D正確．6．穿過閉合回路的磁通量Φ隨時間t改變的圖象分析如圖甲、乙、丙、丁所示，下列關(guān)于回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的論述，正確的是(C)A．圖甲中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定不變B．圖乙中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢始終在變大C．圖丙中回路在0～t0時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大于t0～2t0時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢D．圖丁回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢可能恒定不變解析：依據(jù)E＝neq\f(ΔΦ,Δt)可知：圖甲中E＝0，A錯；圖乙中E為恒量，B錯；圖丙中0～t0時間內(nèi)的E1大于t0～2t0時間內(nèi)的E2，C正確；圖丁中E為變量，D錯．7．粗細(xì)勻稱的電阻絲圍成的正方形框置于有界勻強磁場中，磁場方向垂直于線框平面，其邊界與正方形線框的邊平行．現(xiàn)使線框以同樣大小的速度沿四個不同方向平移出磁場，如下圖所示，則在移出過程中線框的一邊ab兩點間電勢差肯定值最大的是(B)解析：四個圖中，切割邊所產(chǎn)生的電動勢大小均相等(E)，回路電阻均為4r(每邊電阻為r)，則電路中的電流亦相等，即I＝eq\f(E,4r)，只有B圖中，ab為電源，故Uab＝I·3r＝eq\f(3,4)E.其他狀況下，Uab＝I·r＝eq\f(1,4)E，故B選項正確．8．如圖所示，空間存在兩個磁場，磁感應(yīng)強度大小均為B，方向相反且垂直紙面，MN、PQ為其邊界，OO′為其對稱軸．一導(dǎo)線折成邊長為l的正方形閉合回路abcd，回路在紙面內(nèi)以恒定速度v0向右運動，當(dāng)運動到關(guān)于OO′對稱的位置時(ABD)A．穿過回路的磁通量為零B．回路中感應(yīng)電動勢大小為2Blv0C．回路中感應(yīng)電流的方向為順時針方向D．回路中ab邊與cd邊所受安培力方向相同解析：穿過閉合回路的磁通量Φ＝0，故選項A正確；回路中的感應(yīng)電動勢為ab、cd兩邊產(chǎn)生電動勢之和E＝Blabv0＋Blcdv0＝2Blv0，故選項B正確；由右手定則可知感應(yīng)電流的方向為逆時針方向，故選項C錯誤；由左手定則可知ab邊與cd邊所受的安培力方向均向左，故選項D正確．9．單匝線圈所圍的面積為0.1m2，線圈電阻為1Ω.規(guī)定線圈中感應(yīng)電流I的正方向從上往下看是順時針方向，如圖甲所示．磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間tA．在時間0～5s內(nèi)，I的最大值為0.01AB．在第4s時刻，I的方向為逆時針C．前2s內(nèi)，通過線圈某截面的總電荷量為0.01CD．第3s內(nèi)，線圈的發(fā)熱功率最大解析：E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝neq\f(ΔB,Δt)·S，由題圖乙知，在0～5s內(nèi)，0時刻eq\f(ΔB,Δt)最大，此時E＝0.01V，所以I＝eq\f(E,R)＝0.01A，A正確；在第4s時刻，B處于削減過程中，由楞次定律得I的方向為逆時針，B正確；前2s內(nèi)，q＝eq\x\to(I)·Δt＝eq\f(E,R)·Δt＝eq\f(n\f(ΔΦ,Δt),R)Δt＝neq\f(ΔΦ,R)＝0.01C，C正確；第3s內(nèi)，B不變，I＝0，D錯誤．10．如圖所示，平行金屬導(dǎo)軌與水平面成θ角，導(dǎo)軌與固定電阻R1和R2相連，勻強磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面，有一導(dǎo)體棒ab，質(zhì)量為m，導(dǎo)體棒的電阻與固定電阻R1和R2的阻值均相等，與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ，導(dǎo)體棒ab沿導(dǎo)軌向上滑動，當(dāng)上滑的速度為v時，受到安培力的大小為F，此時(BCD)A．電阻R1消耗的熱功率為Fv/3B．電阻R2消耗的熱功率為Fv/6C．整個裝置因摩擦而消耗的熱功率為μmgvcosθD．整個裝置消耗的機械功率為(F＋μmgcosθ)v解析：棒ab上滑速度為v時，切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝Blv，設(shè)棒電阻為R，則R1＝R2＝R，回路的總電阻R總＝eq\f(3,2)R，通過棒的電流I＝eq\f(E,R總)＝eq\f(2Blv,3R)，棒所受安培力F＝BIl＝eq\f(2B2l2v,3R)，通過電阻R1的電流與通過電阻R2的電流相等，即I1＝I2＝eq\f(I,2)＝eq\f(Blv,3R)，則電阻R1消耗的熱功率P1＝Ieq\o\al(2,1)R＝eq\f(B2l2v2,9R)＝eq\f(Fv,6)，電阻R2消耗的熱功率P2＝Ieq\o\al(2,2)R＝eq\f(Fv,6).棒與導(dǎo)軌間的摩擦力Ff＝μmgcosθ，故因摩擦而消耗的熱功率為P＝Ffv＝μmgvcosθ；由能量的轉(zhuǎn)化知，整個裝置中消耗的機械功率為安培力的功率和摩擦力的功率之和，即P機＝Fv＋Ffv＝(F＋μmgcosθ)v.由以上分析可知，B、C、D選項正確．二、填空題(共22分)11．(6分)如圖所示，勻稱金屬環(huán)的電阻為R，圓心為O，半徑為L.一金屬桿OA，質(zhì)量可忽視不計，電阻為r，可繞O點轉(zhuǎn)動，A端固定一質(zhì)量為m的金屬球a，球上有孔，套在圓環(huán)上可無摩擦地滑動，Ob為一導(dǎo)線，整個裝置放在與金屬環(huán)所在平面垂直的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B.現(xiàn)把金屬桿OA從水平位置由靜止起先釋放，運動到豎直位置時金屬球a的速度為v，則金屬桿OA運動到豎直位置時產(chǎn)生的電動勢為eq\f(1,2)BLv；此時OA所受安培力的功率為eq\f(B2L2v2,R＋4r)；金屬桿OA由水平位置轉(zhuǎn)到豎直位置這段時間內(nèi)，電路中轉(zhuǎn)化的內(nèi)能為mgL－eq\f(1,2)mv2.解析：金屬桿OA運動到豎直位置時，金屬球a的速度為v，則金屬桿OA切割磁感線的平均速度為eq\f(1,2)v，故產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E＝eq\f(1,2)BLv，此時電路中的總電阻為R總＝r＋eq\f(1,4)R，則OA所受的安培力為F＝BIL＝BLeq\f(E,R總)＝eq\f(2B2L2v,R＋4r)，安培力的功率為P＝F×eq\f(1,2)v＝eq\f(B2L2v2,R＋4r)；金屬桿OA由水平位置轉(zhuǎn)到豎直位置的過程中，由于金屬桿質(zhì)量忽視不計，故電路中轉(zhuǎn)化的內(nèi)能等于金屬球a的機械能減小量，即E內(nèi)＝mgL－eq\f(1,2)mv2.12．(8分)學(xué)習(xí)了法拉第電磁感應(yīng)定律后，為了定量驗證感應(yīng)電動勢E與時間Δt成反比，某小組同學(xué)設(shè)計了如圖所示的試驗裝置：線圈和光電門固定在水平光滑軌道上，強磁鐵和擋光片固定在運動的小車上；每當(dāng)小車在軌道上運動經(jīng)過光電門時，光電門會記錄下?lián)豕馄膿豕鈺r間Δt，同時觸發(fā)接在線圈兩端的電壓傳感器記錄下在這段時間內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E.利用小車末端的彈簧將小車以不同的速度從軌道的最右端彈出，就能得到一系列的感應(yīng)電動勢E和擋光時間Δt.試驗中得到的數(shù)據(jù)如下表：次數(shù)測量值12345678E/V0.1160.1360.1700.1910.2150.2770.2920.329Δt/×10－3s8.2067.4866.2865.6145.3404.4623.9803.646(1)視察和分析該試驗裝置可看出，在試驗中，每次測量的時間Δt內(nèi)，磁鐵相對線圈運動的距離都相同(填“相同”或“不同”)，從而實現(xiàn)了限制磁通量的改變量不變．(2)在得到上述表格中的數(shù)據(jù)之后，為了驗證E與Δt成反比，他們想出兩種方法來處理數(shù)據(jù)，第一種是計算法，即算出感應(yīng)電動勢E和擋光時間Δt的乘積，若該數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)基本相等，則驗證了E與Δt成反比；其次種是作圖法，即在直角坐標(biāo)系中作出感應(yīng)電動勢E與擋光時間Δt的倒數(shù)關(guān)系圖線，若圖線是基本過坐標(biāo)原點的傾斜直線，則可驗證E與Δt成反比．13．(8分)如圖所示為“探討電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的試驗裝置．(1)將圖中所缺的導(dǎo)線補接完整．答案：(1)如圖所示(2)假如在閉合開關(guān)時發(fā)覺靈敏電流計的指針向右偏轉(zhuǎn)了一下，那么合上開關(guān)后進(jìn)行下述操作時可能出現(xiàn)的狀況是：①將通電線圈快速插入感應(yīng)線圈時，靈敏電流計指針將向右偏轉(zhuǎn)．②通電線圈插入感應(yīng)線圈后，將滑動變阻器的滑片快速向左滑動時，靈敏電流計指針將向左偏轉(zhuǎn)．(3)在試驗時，假如感應(yīng)線圈兩端不接任何元件，則感應(yīng)線圈電路中將BD.A．因電路不閉合，無電磁感應(yīng)現(xiàn)象B．有電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但無感應(yīng)電流，只有感應(yīng)電動勢C．不能用楞次定律推斷感應(yīng)電動勢方向D．可以用楞次定律推斷感應(yīng)電動勢方向(4)如圖所示，A、B分別表示通電線圈和感應(yīng)線圈，若感應(yīng)線圈B中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，可能是因為AB.A．通電線圈中通入順時針方向的電流，且正從感應(yīng)線圈中取出B．通電線圈中通入順時針方向的電流，且其中的鐵芯正被取出C．通電線圈中通入順時針方向的電流，且正將滑動變阻器的阻值調(diào)小D．通電線圈中通入逆時針方向的電流，且正在斷開電源解析：(1)連線如(答案)圖所示．(2)依據(jù)穿過感應(yīng)線圈的磁通量的改變狀況與靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)方向進(jìn)行推斷，可得①中靈敏電流計指針將向右偏轉(zhuǎn)，②中靈敏電流計指針將向左偏轉(zhuǎn)．(3)只要穿過電路的磁通量發(fā)生改變，就會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，就有感應(yīng)電動勢；由于電路不閉合，無感應(yīng)電流；用楞次定律可以推斷感應(yīng)電動勢的方向，選項B、D正確．(4)感應(yīng)線圈中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，可依據(jù)楞次定律推斷通電線圈中通入電流的狀況．假如通電線圈中的電流在減小(或感應(yīng)線圈中的磁通量在削減)，則通電線圈中通入的是順時針方向的電流；假如通電線圈中的電流在增大(或感應(yīng)線圈中的磁通量在增加)，則通電線圈中通入的是逆時針方向的電流．故選項A、B正確．三、計算題(共42分)14．(8分)如圖所示，固定在勻強磁場中的水平導(dǎo)軌ab、cd的間距L1＝0.5m，金屬棒ad與導(dǎo)軌左端bc的距離L2＝0.8m，整個閉合回路的電阻為R＝0.2Ω，勻強磁場的方向豎直向下穿過整個回路．a(chǎn)d棒通過細(xì)繩跨過定滑輪接一個質(zhì)量為m＝0.04kg的物體，不計一切摩擦，現(xiàn)使磁感應(yīng)強度從零起先以eq\f(ΔB,Δt)＝0.2T/s的改變率勻稱地增大，求經(jīng)過多長時間物體m剛好能離開地面？(g取10m/s2)答案：10s解析：物體剛要離開地面時，其受到的拉力F等于它的重力mg，而拉力F等于ad棒所受的安培力，即：mg＝BIL1①其中B＝eq\f(ΔB,Δt)·t②感應(yīng)電流由改變的磁場產(chǎn)生I＝eq\f(E,R)＝eq\f(ΔΦ,Δt)·eq\f(1,R)＝eq\f(ΔB,Δt)·eq\f(L1L2,R)③聯(lián)立①②③并代入數(shù)據(jù)可得t＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(mgR,L\o\al(2,1)L2)·\f(Δt,ΔB)))·eq\f(Δt,ΔB)＝10s.15．(10分)如圖所示，足夠長的平行光滑U形導(dǎo)軌傾斜放置，所在平面傾角θ＝37°，導(dǎo)軌間的距離L＝1.0m，下端連接R＝1.6Ω的電阻，導(dǎo)軌電阻不計，所在空間均存在磁感應(yīng)強度B＝1.0T、方向垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場，質(zhì)量m＝0.5kg、電阻r＝0.4Ω的金屬棒ab垂直置于導(dǎo)軌上，現(xiàn)用沿軌道平面且垂直于金屬棒、大小F＝5.0N的恒力使金屬棒ab從靜止起沿導(dǎo)軌向上滑行，當(dāng)金屬棒滑行2.8m后速度保持不變，求：(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2)(1)金屬棒勻速運動時的速度大小v；(2)當(dāng)金屬棒沿導(dǎo)軌向上滑行的速度v′＝2m/s時，其加速度的大小a.答案：(1)4m/s(2)2m/s2解析：(1)金屬棒勻速運動時產(chǎn)生的感應(yīng)電流Im＝eq\f(BLv,R＋r)由平衡條件有F＝mgsinθ＋BImL代入數(shù)據(jù)解得v＝4m/s(2)此時金屬棒受到的安培力F安＝eq\f(B2L2v′,R＋r)由牛頓其次定律有F－mgsinθ－F安＝ma解得a＝2m/s2.16．(10分)如圖所示，兩根相距d＝0.20m的平行金屬長導(dǎo)軌，固定在同一水平面內(nèi)，并處于豎直方向的勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度B＝0.20T．導(dǎo)軌上面橫放著兩根金屬細(xì)桿，與兩導(dǎo)軌構(gòu)成矩形回路，每根金屬細(xì)桿的電阻r＝0.25Ω，回路中其余部分的電阻可不計．已知兩金屬細(xì)桿在平行于導(dǎo)軌的拉力F作用下，沿導(dǎo)軌朝相反方向勻速平移，速度大小都是v＝5.0m/s.不計導(dǎo)軌上的摩擦，求：(1)作用于每根金屬細(xì)桿的拉力F的大??；(2)兩金屬桿在間距增加ΔL＝0.40m的滑動過程中共產(chǎn)生的熱量．答案：(1)3.2×10－2N(2)1.28×10－2J解析：設(shè)勻強磁場方向豎直向上．在兩金屬桿勻速平移的過程中，等效電路如圖所示，即兩桿可以等效為兩個串聯(lián)的同樣的電源(E0)．依據(jù)能量守恒定律，當(dāng)桿勻速運動時，兩拉力(F)的機械總功率等于