【同步】高中物理魯科版（2019）選擇性必修2：第2章 電磁感應(yīng)及其應(yīng)用習(xí)題

第2章測(cè)評(píng)(時(shí)間:75分鐘滿分:100分)一、單項(xiàng)選擇題:本題共4小題,每小題4分,共16分,在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1.如圖所示,將兩端刮掉絕緣漆的導(dǎo)線繞在一把銼刀上,一端接上電池(電池另一極與銼刀接觸),手持導(dǎo)線的另一端,在銼刀上來(lái)回劃動(dòng),由于銼刀表面凹凸不平,就會(huì)產(chǎn)生電火花。下列說(shuō)法中正確的是()電火花小實(shí)驗(yàn)A.產(chǎn)生電火花的回路只由導(dǎo)線與電池組成B.若導(dǎo)線端只向一個(gè)方向劃動(dòng)也能產(chǎn)生電火花C.銼刀采用什么材料制成對(duì)實(shí)驗(yàn)沒有影響D.自感電動(dòng)勢(shì)的方向與導(dǎo)線端劃動(dòng)的方向有關(guān)解析由題圖可知,產(chǎn)生電火花的回路由導(dǎo)線、銼刀與電池組成,故A錯(cuò)誤;手持導(dǎo)線的另一端,在銼刀上來(lái)回劃動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電火花,是由于電路時(shí)通時(shí)斷,在回路中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的,與導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的方向無(wú)關(guān),如導(dǎo)線端只向一個(gè)方向劃動(dòng)也能產(chǎn)生電火花,故B正確;產(chǎn)生電火花的回路由導(dǎo)線、銼刀與電池組成,如果銼刀是絕緣體,則實(shí)驗(yàn)不能完成,故C錯(cuò)誤;自感電動(dòng)勢(shì)的方向與電流接通或電流斷開有關(guān),與導(dǎo)線端劃動(dòng)的方向無(wú)關(guān),故D錯(cuò)誤。答案B2.如圖所示,繞在鐵芯上的線圈M與電源、滑動(dòng)變阻器和開關(guān)組成了一個(gè)閉合回路,在鐵芯的右端,線圈P與電流表連成閉合電路。下列說(shuō)法正確的是()A.開關(guān)S閉合,電路穩(wěn)定后,線圈P中有感應(yīng)電流,線圈M、P相互排斥B.開關(guān)S閉合,電路穩(wěn)定后,使變阻器滑片向左勻速移動(dòng),線圈P中有感應(yīng)電流,線圈M、P相互排斥C.開關(guān)S閉合,電路穩(wěn)定后,使變阻器滑片向右勻速移動(dòng),線圈P中有感應(yīng)電流,線圈M、P相互排斥D.開關(guān)S閉合瞬間,線圈P中有感應(yīng)電流,線圈M、P相互吸引解析開關(guān)S閉合,電路穩(wěn)定后,線圈M中的電流不變,由安培定則可知,產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向沿鐵芯軸線向右,線圈P中的磁通量不變,故不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,M、P沒有排斥作用,也沒有吸引作用,故A錯(cuò)誤;當(dāng)開關(guān)S閉合,電路穩(wěn)定后,滑片向左勻速移動(dòng),線圈M中的電流增大,因而穿過(guò)線圈P的磁通量增加,線圈P中產(chǎn)生感應(yīng)電流,并且由楞次定律知,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與線圈M的磁場(chǎng)方向相反,故M、P兩線圈相互排斥,B正確;同理可知C錯(cuò)誤;開關(guān)S閉合瞬間,線圈P中有感應(yīng)電流,M、P相互排斥,所以D錯(cuò)誤。答案B3.如圖所示的金屬線框,面積為S,處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的方向與線框平面成θ角,線框從圖示實(shí)線位置,以線框ab邊為軸順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)90°到虛線位置時(shí),所用時(shí)間為T,則該過(guò)程()A.在初始位置時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量Φ=BScosθB.線框中磁通量的變化量為ΔΦ=0C.線框中感應(yīng)電流方向先沿adcba方向再沿abcda方向D.線框中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為BS解析初始位置,磁通量Φ=BSsinθ,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;若規(guī)定從abcd面的下面穿過(guò)到上表面的磁通量為正,則末位置的磁感線從上面穿過(guò)下面,磁通量為Φ'=-BScosθ,可得ΔΦ=Φ'-Φ=-BScosθ-BSsinθ=-BS(cosθ+sinθ),負(fù)號(hào)表示磁通量變化的方向沿負(fù)方向,而變化量的大小為BS(cosθ+sinθ),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由楞次定律知,線框中感應(yīng)電流方向始終為adcba,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由法拉第電磁感應(yīng)定律有E=|ΔΦ|Δ答案D4.MN、GH為光滑的水平平行金屬導(dǎo)軌,ab、cd為跨在導(dǎo)軌上的兩根金屬桿,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)MN、GH所在的平面,方向如圖所示,則()A.若固定ab,使cd向右滑動(dòng),則回路中電流方向?yàn)閍→b→d→cB.若ab向左、cd向右同時(shí)運(yùn)動(dòng),則回路中電流為零C.若ab、cd以相同的速度一起向右滑動(dòng),則回路中電流方向?yàn)閏→d→b→aD.若ab、cd都向右運(yùn)動(dòng),且兩桿速度vcd>vab,則回路中電流方向?yàn)閏→d→b→a解析若固定ab,使cd向右滑動(dòng),由右手定則可判斷出應(yīng)產(chǎn)生順時(shí)針方向的電流,故A錯(cuò)誤。若ab向左,cd向右,ab、cd所圍的線圈面積增大,磁通量增大,由楞次定律得知,abdc中有順時(shí)針方向的電流,故B錯(cuò)誤。若ab、cd同向且速度大小相同,ab、cd所圍的線圈面積不變,磁通量不變,故不產(chǎn)生感應(yīng)電流,故C錯(cuò)誤。若ab、cd向右運(yùn)動(dòng),且vcd>vab,則abdc所圍面積增大,磁通量也增大,故由楞次定律可判斷出回路中電流方向?yàn)閏→d→b→a,故D正確。故選D。答案D二、多項(xiàng)選擇題:本題共4小題,每小題6分,共24分,每小題有多項(xiàng)符合題目要求,全部選對(duì)的得6分,選對(duì)但不全的得3分,有選錯(cuò)的得0分。5.“電磁感應(yīng)鋁箔封口機(jī)”被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、食品、化工等生產(chǎn)行業(yè)的產(chǎn)品封口環(huán)節(jié)中。如圖所示為一手持式封口機(jī),它的工作原理是,當(dāng)接通電源時(shí),內(nèi)置線圈產(chǎn)生磁場(chǎng),當(dāng)磁感線穿過(guò)封口鋁箔材料時(shí),瞬間產(chǎn)生大量小渦流,致使鋁箔自行快速發(fā)熱,熔化復(fù)合在鋁箔上的溶膠,從而粘貼在待封容器的封口處,達(dá)到迅速封口的目的。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.封口材料可用普通塑料來(lái)代替鋁箔B.該封口機(jī)可用干電池作為電源以方便攜帶C.封口過(guò)程中溫度過(guò)高,可適當(dāng)減小所通電流的頻率來(lái)解決D.該封口機(jī)適用于玻璃、塑料等多種材質(zhì)的容器封口,但不適用于金屬容器,以免損壞容器解析由于封口機(jī)利用了電磁感應(yīng)原理,故封口材料必須是金屬類材料,而且電源必須是交流電源,A、B錯(cuò)誤;減小內(nèi)置線圈中所通電流的頻率可降低封口過(guò)程中產(chǎn)生的熱量,即控制溫度,C正確;封口材料應(yīng)是金屬類材料,但對(duì)應(yīng)被封口的容器不能是金屬,否則同樣會(huì)被熔化,只能是玻璃、塑料等材質(zhì),D正確。答案CD6.超導(dǎo)體具有電阻為零的特點(diǎn),如圖為超導(dǎo)磁懸浮原理圖,a是一個(gè)超導(dǎo)閉合環(huán),置于一個(gè)電磁鐵線圈b的正上方,當(dāng)閉合開關(guān)S后,超導(dǎo)環(huán)能懸浮在電磁鐵上方,保持平衡。下列說(shuō)法正確的有()A.閉合開關(guān)S瞬間,a環(huán)中感應(yīng)電流受到的安培力向上B.閉合開關(guān)S,穩(wěn)定后a環(huán)中不再有電流C.閉合開關(guān)S,穩(wěn)定后通過(guò)a環(huán)的電流是恒定電流D.R取不同的電阻,穩(wěn)定后a環(huán)所受安培力都相等解析閉合開關(guān)S瞬間,線圈中磁通量增大,則由楞次定律可知,a中產(chǎn)生的安培力將使a環(huán)有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),故a環(huán)中感應(yīng)電流受到的安培力向上,故A正確;由于線圈a由超導(dǎo)體制成,沒有電阻所以不消耗能量,故電流一直存在,故B錯(cuò)誤;閉合開關(guān)S,穩(wěn)定后通過(guò)a環(huán)的電流不再變化,故為恒定電流,故C正確;因a環(huán)能懸浮在電磁鐵上方,保持平衡,所以受到的安培力一定等于重力,故穩(wěn)定時(shí)受安培力與電阻R無(wú)關(guān),故D正確。答案ACD7.如圖所示,質(zhì)量均為m的金屬棒MN、PQ垂直于水平金屬導(dǎo)軌放置且與導(dǎo)軌接觸良好,金屬棒MN與金屬導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為2μ,金屬棒PQ與金屬導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向豎直向下。則金屬棒MN在恒力F=3μmg作用下向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,有()A.安培力對(duì)MN棒做正功B.PQ棒不受安培力作用C.MN棒做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng),最終勻速運(yùn)動(dòng)D.PQ棒始終靜止,安培力對(duì)PQ不做功解析金屬棒MN所受最大靜摩擦力為f1m=2μmg,則在恒力F=3μmg作用下向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,產(chǎn)生NMPQN方向的電流,由左手定則可知,MN受安培力向左,則安培力對(duì)MN做負(fù)功,PQ受到向右的安培力,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;隨著導(dǎo)體棒MN速度的增加,感應(yīng)電流變大,則安培力變大,MN的加速度減小,當(dāng)滿足F=2μmg+F安,即F安=μmg時(shí)加速度為零,速度最大,以后將做勻速運(yùn)動(dòng);此時(shí)PQ所受的安培力也為F安=μmg=f2m,則PQ始終保持靜止,安培力對(duì)PQ不做功,選項(xiàng)C、D正確。故選CD。答案CD8.如圖所示,光滑斜面PMNQ的傾角為θ=30°,斜面上放置一矩形導(dǎo)體線框abcd,其中ab邊長(zhǎng)L1=0.5m,bc邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2,線框質(zhì)量m=1kg、電阻R=0.4Ω,有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=2T,方向垂直于斜面向上,ef為磁場(chǎng)的邊界,且ef∥MN。導(dǎo)體框在沿斜面向上且與斜面平行的恒力F=10N作用下從靜止開始運(yùn)動(dòng),其ab邊始終保持與底邊MN平行。已知導(dǎo)線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng),且進(jìn)入過(guò)程中通過(guò)導(dǎo)線框某一截面的電荷量q=0.5C,則下列判斷正確的是()A.導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為2m/sB.導(dǎo)線框bc邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2=0.1mC.導(dǎo)線框開始運(yùn)動(dòng)時(shí)ab邊到磁場(chǎng)邊界ef的距離為0.4mD.導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量為1J解析導(dǎo)線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng),則F=mgsin30°+B2L12vR,解得v=2m/s,選項(xiàng)A正確;根據(jù)q=ΔΦR=BL1L2R,解得L2=0.2m,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;線圈在磁場(chǎng)外運(yùn)動(dòng)的加速度a=F-mgsin30°m=5m/s2,則導(dǎo)線框開始運(yùn)動(dòng)時(shí)ab邊到磁場(chǎng)邊界ef的距離為x=v22a=222×5m=0.4m,選項(xiàng)C正確;答案ACD三、非選擇題:共60分?？忌鶕?jù)要求作答。9.(4分)如圖所示,水平放置的兩組光滑軌道上有可自由移動(dòng)的金屬棒PQ、MN,當(dāng)PQ在外力的作用下運(yùn)動(dòng)時(shí),MN將在的作用下向右運(yùn)動(dòng),由此可知PQ所做的運(yùn)動(dòng)是。

解析水平放置光滑軌道上的金屬棒MN位于磁場(chǎng)中,當(dāng)線圈L2中產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí),金屬棒MN會(huì)受到磁場(chǎng)對(duì)它的安培力作用下從而發(fā)生運(yùn)動(dòng);金屬棒MN向右運(yùn)動(dòng),據(jù)左手定則可得,通過(guò)金屬棒MN的電流方向是M到N,所以線圈L2中電流的磁場(chǎng)方向由L1指向L2;所以L1中磁場(chǎng)是由L1指向L2的減小或由L2指向L1的增大,通過(guò)PQ的電流是Q到P減小或P到Q增大,所以PQ所做的運(yùn)動(dòng)是向右減速或向左加速。答案(1)安培力(2)向右減速或向左加速10.(4分)如圖所示,質(zhì)量m=100g的鋁環(huán),用細(xì)線懸掛起來(lái),環(huán)中央距地面高度h=0.8m,有一質(zhì)量M=200g的小磁鐵(長(zhǎng)度可忽略),以10m/s的水平速度射入并穿過(guò)鋁環(huán),落地點(diǎn)距鋁環(huán)原位置的水平距離為3.6m,則磁鐵與鋁環(huán)發(fā)生相互作用時(shí)(小磁鐵穿過(guò)鋁環(huán)后的運(yùn)動(dòng)看作平拋運(yùn)動(dòng))鋁環(huán)向邊偏斜;若鋁環(huán)在磁鐵穿過(guò)后速度為2m/s,在磁鐵穿過(guò)鋁環(huán)的整個(gè)過(guò)程中,環(huán)中產(chǎn)生電能為J(g取10m/s2)。

解析由楞次定律可知,當(dāng)小磁鐵向右運(yùn)動(dòng)時(shí),鋁環(huán)向右邊偏斜(阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng))。由能量守恒可得:由磁鐵穿過(guò)鋁環(huán)飛行的水平距離可求出磁鐵穿過(guò)后的速度v=x2?g=9m/s,E電=12Mv02?12答案右1.711.(5分)如圖是某實(shí)驗(yàn)小組在“研究磁通量變化時(shí)感應(yīng)電流的方向”實(shí)驗(yàn)中的部分操作示意圖,圖甲所示是電流通過(guò)靈敏電流計(jì)時(shí)指針的偏轉(zhuǎn)情況。(1)圖甲電路中串聯(lián)定值電阻R主要是為了。

A.減小電路兩端的電壓,保護(hù)電源B.增大電路兩端的電壓,保護(hù)電源C.減小電路中的電流,保護(hù)靈敏電流計(jì)D.減小電路中的電流,便于觀察靈敏電流計(jì)的讀數(shù)(2)實(shí)驗(yàn)操作如圖乙所示,當(dāng)磁鐵向上抽出時(shí),靈敏電流計(jì)G中指針是偏(選填“左”或“右”);繼續(xù)操作如圖丙所示,判斷此時(shí)條形磁鐵的運(yùn)動(dòng)是線圈(選填“插入”或“抽出”)。

解析(1)電路中串聯(lián)定值電阻,目的是減小電流,保護(hù)靈敏電流計(jì)。故C項(xiàng)正確,A、B、D項(xiàng)錯(cuò)誤。(2)在乙圖中,當(dāng)磁鐵向上抽出,磁通量減小,根據(jù)楞次定律知,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同,則流過(guò)靈敏電流計(jì)的電流方向?yàn)閺南峦?所以靈敏電流計(jì)指針向右偏。在丙圖中,感應(yīng)電流流過(guò)靈敏電流計(jì)的方向是從上而下,則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向上,與原磁場(chǎng)方向相同,知磁通量在減小,即磁鐵抽出線圈。答案(1)C(2)右抽出12.(7分)某學(xué)習(xí)小組在“研究回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與磁通量變化快慢的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中采用了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置。(1)實(shí)驗(yàn)需用螺旋測(cè)微器測(cè)量擋光片的寬度Δd,如圖乙所示,Δd=mm;若實(shí)驗(yàn)中沒有現(xiàn)成的擋光片,某同學(xué)用金屬片替代,用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量金屬片的寬度如圖丙所示,其讀數(shù)為mm,這種做法是否合理?(選填“合理”或“不合理”)。

(2)在實(shí)驗(yàn)中,讓小車以不同速度靠近螺線管,記錄下光電門擋光時(shí)間Δt內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值E,改變速度多次實(shí)驗(yàn),得到多組數(shù)據(jù)。這樣實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)滿足了物理實(shí)驗(yàn)中常用的“控制變量法”,你認(rèn)為小車以不同速度靠近螺線管過(guò)程中不變的量是:在Δt時(shí)間內(nèi)。

(3)得到多組Δt與E數(shù)據(jù)之后,若以E為縱坐標(biāo)、以Δt為橫坐標(biāo)畫出E-Δt圖像,發(fā)現(xiàn)圖像是一條曲線,不容易得出清晰的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,為了使畫出的圖像為一條直線,最簡(jiǎn)單的改進(jìn)辦法是以為橫坐標(biāo)。

(4)根據(jù)改進(jìn)后畫出的圖像得出的結(jié)論是:在誤差允許的范圍內(nèi)

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解析(1)螺旋測(cè)微器固定刻度為4.5mm,可動(dòng)刻度為0.01×30.0=0.300mm,所以最終讀數(shù)為4.5mm+0.300mm=4.800mm。游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為70mm,游標(biāo)讀數(shù)為0.05×3mm=0.15mm,所以最終讀數(shù)為70mm+0.15mm=70.15mm。擋光片的寬度越小,小車經(jīng)過(guò)擋光片時(shí)的平均速度越接近小車的瞬時(shí)速度,擋光片的寬度越大,小車的速度誤差越大,不能用金屬片替代擋光片。(2)在擋光片每次經(jīng)過(guò)光電門的過(guò)程中,磁鐵與線圈之間相對(duì)位置的改變量都一樣,穿過(guò)線圈磁通量的變化量ΔΦ都相同。(3)E=nΔΦΔt,因ΔΦ不變,E與1Δt成正比,橫坐標(biāo)應(yīng)該是1Δt。(4)答案(1)4.800(4.798~4.802均正確)70.15不合理(2)穿過(guò)線圈的磁通量的變化量(3)1(4)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量變化率成正比(或者在磁通量變化量相同的情況下,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間成反比)13.(10分)如圖所示,垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。紙面內(nèi)有一正方形均勻金屬線框abcd,其邊長(zhǎng)為L(zhǎng),總電阻為R,ad邊與磁場(chǎng)邊界平行。從ad邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)直至bc邊剛要進(jìn)入的過(guò)程中,線框在向左的拉力作用下以速度v勻速運(yùn)動(dòng),求:(1)拉力做功的功率;(2)ab邊產(chǎn)生的焦耳熱。解析(1)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv感應(yīng)電流I=E拉力大小等于安培力大小F=BIL拉力的功率P=Fv=B(2)線圈ab邊電阻Rab=R運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=Lab邊產(chǎn)生的焦耳熱Q=I2Rabt=B答案(1)B2L214.(12分)如圖所示,MN、PQ是兩根足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)=0.5m,導(dǎo)軌所在平面與水平面夾角θ=37°,M、P間接阻值為R=9Ω的電阻。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向與導(dǎo)軌所在平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=2T。質(zhì)量為m=0.1kg、阻值為r=1Ω的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上,在平行于導(dǎo)軌的恒定拉力F=1N作用下,從靜止開始向上運(yùn)動(dòng)。已知金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直并且保持良好接觸,導(dǎo)軌電阻不計(jì),導(dǎo)軌和磁場(chǎng)足夠大,重力加速度g取10m/s2。(1)求金屬棒的速度為2m/s時(shí)的加速度;(2)求金屬棒能獲得的最大速度;(3)若金屬棒從開始運(yùn)動(dòng)到獲得最大速度時(shí),在導(dǎo)軌上滑行的距離是2.5m,求這一過(guò)程中R上產(chǎn)生的焦耳熱。解