新课标人教版选修3-2第4章-电磁感应-单元检测4

新课标人教版选修3-2第4章 电磁感应 单元检测4(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分有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分)1我国已经制定了登月计划，假如宇航员登月后想探测一下月球表面是否有磁场，他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈则下列推断中正确的是()A直接将电流表放于月球表面，看是否有示数来判断磁场有无B将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表无示数，则判断月球表面无磁场C将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表有示数，则判断月球表面有磁场D将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈分别绕两个互相垂直的轴转动，月球表面若有磁场，则电流表至少有一次示数不为零解析：选CD.电流表有示数时可判断有磁场存在，沿某方向运动而无示数不能确定磁场是否存在，D项中线圈分别绕互相垂直的轴转动，若月球存在磁场，则至少有一次穿过线圈(可正穿也可斜穿)的磁通量的变化率不为零，故电流表有示数，C、D正确2(2010年江苏苏州模拟)如图410是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔出，线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中表示正确的是()图410解析：选CD.磁铁插入线圈时，感应电流的磁场方向与磁铁产生的磁场方向相反，磁铁拔出时，感应电流的磁场方向与磁铁产生的磁场方向相同，由安培定则可以判断出答案为CD.图4113.如图411所示，一水平放置的圆形通电线圈1固定，另一较小的圆形线圈2从线圈1的正上方下落，在下落过程中两线圈平面始终保持平行且共轴，则线圈2从线圈1的正上方下落至线圈1的正下方过程中，从上往下看，线圈2中的感应电流应为()A无感应电流B有顺时针方向的感应电流C先是顺时针方向，后是逆时针方向的感应电流D先是逆时针方向，后是顺时针方向的感应电流解析：选C.线圈1中电流(恒定)建立的磁场方向如图所示，当线圈2下落中经过线圈1正上方时，磁场向上，且磁通量正在增大，据楞次定律知，线圈2中产生的感应电流建立的磁场方向应向下，由安培定则可判知，线圈2中的电流方向应沿顺时针(俯视)；当线圈2在线圈1正下方下落时，穿过线圈2中的磁场方向向上，且磁通量正在减小，据楞次定律知，此时，线圈2中感应电流的磁场应当与原磁场同向，即向上，再据安培定则可判知，线圈2中的感应电流应沿逆时针方向(俯视)，所以C正确4.用均匀导线做成的正方形线框每边长为0.2 m，正方形的一半放在和纸面垂直向里的匀强磁场中，如图412所示，当磁场以10 T/s的变化率增强时，线框中a、b两点的电势差是()图412AUab0.1 VBUab0.1 VCUab0.2 VDUab0.2 V解析：选B.题中正方形线框的左半部分磁通量变化而产生感应电动势，从而在线框中有感应电流，把左半部分线框看成电源，其电动势为E，内电阻为，画出等效电路如图所示，则ab两点间的电势差即为电源的路端电压，设l是边长，且依题意知10 T/s.由E得E10 V0.2 V.U I0.1 V由于a点电势低于b点电势，故Uab0.1 V，即B选项正确图4135.竖直平面内有一金属圆环，半径为a，总电阻为R，磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过平面，在环的最高点A用铰链连接的长度为2a、电阻为R/2的导体棒AB由水平位置紧贴环面摆下，如图413所示当摆到竖直位置时，B点的速度为v，则这时AB两端电压的大小为()A2Bav BBavC.Bav D.Bav解析：选D.当AB摆到竖直位置时，产生的感应电动势EB2av，AB两端电压为路端电压，则UABEEBav，选项D正确图4146.如图414所示，M、N为水平面内的平行金属导轨，导轨处在垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，M、N之间并联一电阻R，ab，cd两根导体棒，长度均为L，并以相同的速度v向右匀速运动，两导体棒电阻均为R，则M、N两导轨间电压为()A0 B2BLvCBLv D.解析：选D.ab、cd两导体棒切割磁感线，产生感应电动势EabEcdBLv，ab、cd两导体棒相当于两并联的电源，电阻R为外电路，由于两电源内阻均为R，并联阻值为，所以UMNURRBLv，D正确图4157.如图415所示为一圆环发电装置，用电阻R4 的导体棒弯成半径L0.2 m的闭合圆环，圆心为O，COD是一条直径，在O、D间接有负载电阻R11 .整个圆环中均有B0.5 T的匀强磁场垂直环面穿过电阻r1 的导体棒OA贴着圆环做匀速运动，角速度300 rad/s，则当OA到达OC处时()A圆环的电功率为1 WB圆环的电功率为2 WC全电路的电功率最大，为3 WD全电路的电功率最大，为4.5 W解析：选A.OA切割磁感线产生感应电动势，EOABL3 V当OA转到OC处时，R总rR13 ，圆环电功率为P环I2R环I21 W，A正确，B错误全电路功率PEI3 W，并且，此时圆环电阻最大，感应电流最小，全电路功率最小，C、D错误8矩形导线框abcd放在匀强磁场中，在外力控制下静止不动，磁感线方向与线框平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的图象如图416甲所示t0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里在04 s时间内，线框ab边受力随时间t变化的图象(力的方向规定以向左为正方向)可能是图乙中的()图416解析：选D.在B t图象中，图线斜率不变，线框上产生的感应电动势不变，产生的感应电流不变，此时安培力F正比于磁感应强度B，故02 s内Ft图象中图线是一条倾斜直线，D项正确图4179.如图417所示，竖直平行金属导轨MN、PQ上端接有电阻R，金属杆质量为m，跨在平行导轨上，垂直导轨平面的水平匀强磁场为B，不计ab与导轨电阻，不计摩擦，且ab与导轨接触良好若ab杆在竖直向上的外力F作用下匀速上升，则以下说法正确的是()A拉力F所做的功等于电阻R上产生的热量B杆ab克服安培力做的功等于电阻R上产生的热量C电流所做的功等于重力势能的增加量D拉力F与重力做功的代数和等于电阻R上产生的热量解析：选BD.当外力F拉着金属杆匀速上升时，拉力要克服重力和安培力做功，拉力做的功等于克服安培力和重力做功之和，即等于金属杆上产生的热量和金属杆增加的重力势能之和，选项A错误克服安培力做多少功，电阻R上就产生多少热量，选项B正确电流做的功不等于重力势能的增加量，选项C错误，选项D正确综上所述，本题的正确选项为B、D.10如图418所示，平行金属导轨与水平面成角，导轨与固定电阻R1和R2相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面有一导体棒ab，质量为m，导体棒的电阻与固定电阻R1和R2的阻值均相等，与导轨之间的动摩擦因数为.导体棒沿导轨向上滑动，当上滑的速度为v时，导体棒受到的安培力的大小为F，此时()图418A电阻R1消耗的热功率为B电阻R2消耗的热功率为C整个装置因摩擦而消耗的热功率为mgvD整个装置消耗的机械功率为(Fmgcos)v解析：选BD.设导体棒的电阻与固定电阻R1和R2的阻值均为R，根据电路图及安培力公式有F，R1、R2消耗的热功率分别为P1、P2，有P1P2；由、得P1P2，所以A项错误，B项正确；整个装置因摩擦而消耗的热功率为mgcosv，故C项错误，D项正确二、填空题(本题共2小题，每小题9分，共18分将答案填在题中的横线上)11如图419甲所示，导体圆环所围的面积为10 cm2，电容器的电容为2F(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”)图419解析：由法拉第电磁感应定律得圆环中的感应电动势ES在02 s内，磁场恒定，0，圆环中无感应电动势，电容器不带电在2 s8 s内，磁场以1102T/s的变化率均匀减小，圆环中的电动势恒定，ES101041102V1105V，电容器的带电荷量QCE21061105C21011C，垂直纸面向里穿过回路的磁通量在减少，由楞次定律可知在环路上感应电动势的方向由b到a，即a端相当于电源的正极，b端相当于电源的负极，所以带正电的极板是a.答案：021011Ca12在“研究电磁感应现象”的实验中，首先要按图420甲接线，以查明电流表指针的偏转方向与电流方向之间的关系；然后按图乙将电流表与线圈B连成一个闭合电路，将线圈A、电池、滑动变阻器和开关串联成另一个闭合电路在图甲中，当闭合S时，观察到电流表指针向左偏(不通电时指针停在正中央)图420在图乙中：(填“向左”、“向右”、“不”)(1)S闭合后，将螺线管A插入螺线管B的过程中，电流表的指针将_偏转(2)线圈A放在B中不动，将滑动变阻器的滑片向右滑动时，电流表指针_偏转(3)线圈A放在B中不动，突然切断开关S时，电流表指针_偏转解析：由甲图可知，电流从接线柱“”流入电流表时，指针向左偏转，则电流从接线柱“”流入电流表时，指针将向右偏转(1)在乙图中，S闭合后，通电的线圈A相当于一根条形磁铁(S极在下，N极在上)，A插入B中时，穿过B的方向朝上的磁通量增加，根据楞次定律，B中感应电流的磁场方向朝下，运用安培定则可判断，B中感应电流从接线柱“”流入电流表，电流表指针向右偏转(2)A在B中不动，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，它的电阻减小，通过A的电流增大，磁场增强，穿过B的方向朝上的磁通量增大，根据楞次定律，B中感应电流的磁场方向朝下，运用安培定则，B中产生的感应电流从接线柱“”流入电流表，电流表指针向右偏转(3)A在B中不动，突然切断S，B中方向朝上的磁通量突然消失，这时将发生电磁感应现象，B中感应电流的磁场方向应朝上，感应电流将从接线柱“”流入电流表，电流表指针将向左偏转答案：(1)向右(2)向右(3)向左三、计算题(本题共4小题，共42分计算题必须有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位，只写出最后答案的不得分)图42113.(8分)如图421所示，边长为L的正方形金属框，质量为m，电阻为R，用细线把它悬挂于一个有界的匀强磁场边缘，金属框的上半部处于磁场内，下半部处于磁场外磁场随时间变化规律为Bkt(k0)，已知细线所能承受的最大拉力为2mg，求从t0开始，经多长时间细线会被拉断？解析：由题意知k根据法拉第电磁感应定律知ESk当细线刚要断时：mgF安BIL.I，Bkt，联立以上各式解得：t.答案：图42214.(10分)如图422所示，光滑导轨竖直放置，匀强磁场的磁感应强度B0.5 T，磁场方向垂直于导轨平面向外，导体棒ab长L0.2 m(与导轨的宽度相同)，电阻R1.0 .导轨电阻不计，当导体棒紧贴导轨匀速下滑时，均标有“6 V,3 W”字样的两小灯泡恰好正常发光，求：(1)通过ab的电流的大小和方向(2)ab的运动速度解析：(1)每个小灯泡中的电流为I10.5 A，则ab中的电流为I2I11 A方向为ba.(2)ab产生的感应电动势EU1IR(611.0)V7 V由EBLv，知ab的运动速度v70 m/s，方向向下答案：(1)1 A方向由ba(2)70 m/s方向向下图42315.(12分)两根相距d0.20 m的平行金属长导轨固定在同一水平面内，并处于竖直方向的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B0.20 T导轨上面横放着两条金属细杆，构成矩形回路每条金属细杆的电阻r0.25 .回路中其余部分的电阻可不计已知两金属细杆在平行于导轨的拉力作用下沿导轨朝相反的方向匀速平移，速度大小都是v5.0 m/s，如图423所示不计导轨的摩擦(1)求作用于每条细杆的拉力的大小；(2)求两金属细杆在间距增加0.40 m的滑动过程中共产生的热量解析：(1)无论磁场方向是竖直向上还是竖直向下，当两金属细杆都以速度v朝相反方向滑动时，两金属细杆产生大小相同方向一致的感应电动势E1E2Bdv 由闭合电路欧姆定律，回路中的电流I 因拉力与安培力平衡，作用于每根金属杆的拉力大小为F1F2BdI 由联立并代入数据，得F1F2 N3.2102 N.(2)设金属杆之间增加的距离为L，则两金属杆共产生的热量QI22r，代入数据得Q1.28102 J.答案：(1)3.2102 N(2)1.28102 J图42416.(12分)如图424所示，两根正对的平行金属直轨道MN、MN位于同一水平面上，两轨道之间的距离l0.50 m轨道的M、M之间有一阻值R0.50 的定值电阻，NN端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP、NP平滑连接，两半圆轨道的半径均为R00.50 m直轨道的右端处于竖直向下、磁感应强度B0.60 T的匀强磁场中，磁场区域的宽度d0.80 m，且其右边界与NN重合现有一质量m0.20 kg、电阻r0.10 恰好能放在轨道上的导体杆ab静止在距磁场的左边界s2.0 m处在与杆垂直的水平恒力F2.0 N的作用下ab杆开始运动，当运动至磁场的左边界时撤去F，导体杆ab穿过磁场区域后，沿半圆形轨道运动，结果恰好通过半圆形轨道的最高点PP.已知导体杆ab在运动过程中与轨道接触良好，且始终与轨道垂直，导体杆ab与直轨道之间的动摩擦因数0.10，轨道的电阻可忽略不计，g取10 m/s2.求：(1)导体杆刚进入磁场时，通过导体杆的电流的大小和方向；(2)导体杆刚穿出磁场时速度的大小；(3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路产生的焦耳热解析：(1)设导体杆在F的作用下运动至磁场的边界时速度为v1，根据动能定理，有：(Fmg)smv12解得v16 m/s