高中物理 第四章 电磁感应章末测试 新人教版选修3-2

第四章电磁感应一、选择题（共8小题）1如图所示，a、b两个圆形导线环处于同一平面，当a环上的电键S闭合的瞬间，b环中的感应电流方向及b环受到的安培力方向分别为A顺时针，沿半径向外B顺时针，沿半径向里C逆时针，垂直纸面向外D逆时针，垂直纸面向里2用一根横截面积为S、电阻率为的硬质导线做成一个半径为r的圆环，ab为圆环的一条直径，如图所示。在ab的左侧存在一个匀强磁场，磁场方向垂直圆环所在平面，磁感应强度大小随时间变化的关系为B=B0+kt，其中磁感应强度的初始值为B0，方向垂直纸面向里，且k0，则A圆环中产生逆时针方向的电流B圆环具有扩张且向右运动的趋势C圆环中产生恒定的感应电流D图中a、b两点间的电势差3如图所示是圆盘发电机的示意图；铜盘安装在水平的铜轴上，它的边缘正好在两磁极之间，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触。若铜盘半径为L，匀强磁场的磁感应强度为B，回路的总电阻为R，从左往右看，铜盘以角速度沿顺时针方向匀速转动。则A由于穿过铜盘的磁通量不变，故回路中无感应电流B回路中感应电流大小不变，为C回路中有方向不断变化的感应电流D回路中感应电流方向不变，为DCRD4将直流电源、开关S、电感线圈L（自感系数较大）和灯泡A连接成如图所示的电路，开始时开关S断开，下列说法正确的是A闭合开关S时，灯泡立即变亮B开关S闭合一段时间后再断开，灯泡逐渐熄灭C开关S闭合一段时间后再断开的瞬间，b点电势高于a点电势D开关S闭合一段时间后再断开的瞬间，a点电势高于b点电势5如图，线圈abcd固定于分布均匀的磁场中，磁场方向垂直线圈平面。当磁场的磁感应强度B随时间t变化时，该磁场对ab边的安培力大小恒定。下列描述B随t变化的图象中，可能正确的6如图所示，平行金属导轨竖直放置，仅在虚线MN下面的空间存在着匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，导轨上端跨接一定值电阻R，质量为m、电阻r的金属棒两端各套在导轨上并可在导轨上无摩擦滑动，导轨的电阻不计，将金属棒从图示位置由静止释放，则进入磁场后Aa点的电势高于b点的电势B金属棒中产生的焦耳热小于金属棒机械能的减少量C金属棒受到的安培力大小为2mgD金属棒刚进入磁场过程中可能做匀减速运动7如图所示，在一磁感应强度B=0.5 T的匀强磁场中，垂直于磁场方向水平放着两根相距为h=0.1 m的平行金属导轨MN和PQ，导轨电阻忽略不计，在两根导轨的端点N、Q之间连接一阻值R=0.3 的电阻，导轨上跨放着一根长为L=0.2 m，每米阻值r=2.0 的金属棒ab，金属棒与导轨正交放置，交点为c、d，当金属棒在水平拉力作用于以速度v=4.0 m/s向左做匀速运动时，则下列说法正确的是A金属棒a、b两端点间的电势差为0.2 VB水平拉金属棒的力的大小为0.02 NC金属棒a、b两端点间的电势差为0.32 VD回路中的发热功率为0.06 W8如图，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中。一接入电路电阻为R的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦。在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中APQ中电流一直增大BPQ中电流一直减小C线框消耗的电功率先增大后减小D线框消耗的电功率先减小后增大二、填空题（共2小题）9如图，U型线框内部有匀强磁场，磁感应强度为B，线框宽度为，线框上有一金属棒，长恰好也为，现让线框和磁场一起向左以速率匀速移动，同时金属杆以速率向右匀速移动，金属棒电阻为R，线框电阻不计，则产生的感应电流为_。10如图甲所示，导体圆环所围的面积为10 cm2，电容器的电容为2 F（电容器的体积很小），垂直穿过圆环的匀强磁场的磁感应强度随时间变化的图线如图乙所示，则在1 s末电容器的带电荷量为_；4 s末电容器的带电荷量为_，带正电的极板是_（填“a”或“b”）。三、计算题（共3小题）11如图甲所示，质量m=6.0103 kg、边长L=0.20 m、电阻R=1.0 的正方形单匝金属线框abcd，置于倾角=30的绝缘斜面上，ab边沿水平方向，线框的上半部分处在垂直斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度B随时间t按图乙所示的规律周期性变化，若线框在斜面上始终保持静止，取g=10 m/s2。试求：（1）在02.0 102 s时间内线框中产生的感应电流的大小；（2）在t=1.0102 s时线框受到斜面的摩擦力。12矩形单匝线圈abcd如甲图所示，长ab=20 cm，宽bc=10 cm，线圈回路总电阻R=10 ，整个线圈平面内均有垂直于线圈平面的匀强磁场穿过。图乙所示该磁场的磁感强度B随时间t的变化规律，求：（1）线圈回路中产生的感应电动势和感应电流的大小；（2）当t=30 s时，线圈的ab边所受的安培力大小；（3）在1 min内线圈回路产生的焦耳热。13U形导线框MNQP水平放置在磁感应强度B=0.2 T的匀强磁场中，磁场方向与导线框所在平面垂直，导线MN和PQ足够长，间距为0.5 m，横跨在导线框上的导体棒ab的电阻r=1.0 ，接在NQ间的电阻R=4.0 ，电压表为理想电表，其余电阻不计。导体棒在水平外力作用下以速度=2.0 m/s向左做匀速直线运动，不计导体棒与导线框间的摩擦。求：（1）通过电阻及ab的电流方向如何?（2）电压表的示数为多少? （3）若某一时刻撤去水平外力，则从该时刻起，在导体棒运动1.0 m的过程中，通过导体棒的电荷量为多少?1A【解析】由图可知，当a环上的电键S闭合的瞬时，a环中电流的方向为逆时针，因为a环电流增大，由楞次定律判断出b环的感生电流方向为顺时针方向；根据异向电流相互排斥，可知，b环受到的安培力方向沿半径向外，即环b有扩张趋势，故A正确，BCD错误。【名师点睛】本题考查楞次定律及法拉第电磁感应定律的应用，注意正确应用楞次定律的两种描述；同时还要注意求磁通量时，面积应为有效面积，本题中不能当作圆的面积来求，而是圆中含有磁通量的部分面积。3B【解析】圆盘在外力作用下切割磁感线，从而产生感应电动势，出现感应电流，故A错误；根据法拉第电磁感应定律，则有，所以产生的电动势大小不变，感应电流大小不变，即为，故B正确；根据右手定则可知，电流从D点流出，流向C点，因此电流方向为从D向R再到C，即为，故CD错误。【名师点睛】本题是右手定则和法拉第电磁感应定律的综合应用，注意切割磁感线相当于电源，内部电流方向是从负极到正极，所以C处的电势比D处低。4C【解析】闭合开关S时，由于通过线圈L的电流逐渐变大，因而在线圈中产生自感电动势阻碍电流的增加，则回路的电流会慢慢增大，则灯泡会逐渐变亮，选项A错误；开关S闭合一段时间后再断开，回路立即断开，则灯泡立即熄灭，选项B错误；开关S闭合一段时间后再断开的瞬间，在线圈L中会产生与原来电流方向相同的自感电动势，线圈相当于电源，则b点电势高于a点电势，选项C正确，D错误。5B【解析】当磁感应强度发生变化时，线框内产生感应电动势为：，感应电流为：，安培力为：，联立得：，由公式可知，安培力恒定，若磁场B增大，则减小，若B减小，则增大，所以四个图象中只有B正确。【名师点睛】当磁感应强度发生变化时，线框内产生感应电流，由法拉第电磁感应定律即可表达出感应电动势，再由欧姆定律和安培力的表达式即可求出B的变化。7BC【解析】金属棒cd段产生的感应电动势为Ecd=Bhv=0.50.14 V=0.2 V，cdQN中产生的感应电流为；金属棒ab两端的电势差等于Uac、Ucd、Udb三者之和，由于Ucd=EcdIrcd，所以Uab=EabIrcd=BLvIrcd=0.32 V，故A错误，C正确；使金属棒匀速运动的外力与安培力是一对平衡力，方向向左，大小为F=F安=BIh=0.50.40.1 N=0.02 N，选项B正确；回路中的热功率P热=I2(R+hr)=0.08 W，D错误。【名师点睛】本题是电磁感应与电路知识的综合，要区分清楚哪部分电路是电源，哪部分是外部分，以及ab两端点间的电势差与感应电动势的关系。8C【解析】设导体棒的长度为，磁感应强度为，导体棒的速度保持不变，根据法拉第电磁感应定律，感应的电动势不变，设线框左边的电阻为，则左右两边线框的电阻为，流过PQ的电流，可以看出当PQ从靠近ad向bc靠近过程中，从零增大到3R，从而可以判断电流先减小后增大，故AB项错误；电源的内阻为，PQ从靠近ad向bc靠近过程中，外电路的并联等效电阻从零增大到0.75R又减小到零，外电路的电阻等于电源内阻的时候消耗的功率最大，所以外电路的功率应该先增大后减小，故C正确，D项错误。9【解析】由题知，金属杆相对磁场的速度为，感应电动势为，则感应电流为。【名师点睛】本题考查了求电容器所带电荷量、电容器极板带电性质，应用法拉第电磁感应定律与电容定义式、楞次定律即可正确解题。11（1）0.20 A （2）3.4102 N 摩擦力方向沿斜面向上（1）02.0102 s时间内，线框中产生的感应电动势为E1，感应电流为I1，方向由dc则E1=I1=代入数据解得E1=0.20 V，I1=0.20 A（2）t=1. 0102 s，线框受到的安培力F1=B1I1L，方向沿斜面向下，结合图乙代入数据得F1=4.0103 N设此时线框受到的摩擦力大小为Ff，则由线框在斜面静止得mgsin +F1Ff=0代入数据得Ff=3.4102 N，摩擦力方向沿斜面向上【名师点睛】（1）由乙图可知求得，根据法拉第电磁感应定律求出线框中感应电动势。就能根据欧姆定律求出感应电流的大小。（2）线框始终保持静止，合力保持为零。对线框受力分析，将重力分解，根据平衡状态的条件求出摩擦力。（3）求出一个周期的电功再求出平均功率。12（1）0.01 V 0.001 A （2）F=0.003 N （3）Q=0.000 6 J（1）由法拉第电磁感应定律可得：由闭合电路殴姆定律可得：（2）通电导线受到的安培力为（3）在1 min内线圈回路