2021-2022版高中物理 第四章 电磁感应 单元评价新人教版选修3-2

1、2021-2022版高中物理 第四章 电磁感应 单元评价新人教版选修3-22021-2022版高中物理 第四章 电磁感应 单元评价新人教版选修3-2年级：姓名：- 17 -单元素养评价(一)(第四章)(90分钟100分)一、选择题(本题共14小题,每小题4分,共56分。其中19题为单选,1014题为多选)1.(2020全国卷)管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示,圆管通过一个接有高频交流电源的线圈,线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流,电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为()a.库仑b.霍尔c.洛伦兹d.法拉第【解

2、析】选d。线圈中接高频交流电源,交变电流产生的交变磁场通过圆管,在圆管中产生交变电流,这是电磁感应现象,是法拉第发现的,d正确,a、b、c错误。【加固训练】楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现()a.电阻定律b.库仑定律c.欧姆定律d.能量守恒定律【解析】选d。楞次定律指感应电流的磁场阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量的变化,这种阻碍作用做功将其他形式的能转变为感应电流的电能,所以楞次定律的阻碍过程实质上就是能量转化的过程,d正确。2.关于产生感应电流的条件,下列说法正确的是()a.只要闭合导体回路在磁场中运动,回路中就一定有感应电流b.只要闭合导体回路中有磁通量,回路中就有感应电流

3、c.只要导体做切割磁感线运动,就有感应电流产生d.只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,回路中就有感应电流【解析】选d。闭合电路在磁场中运动,穿过闭合电路的磁通量不一定发生变化,所以闭合电路中不一定有感应电流,故a错误;闭合电路中有磁通量,如果没有变化,闭合电路中就没有感应电流,故b错误;导体做切割磁感线运动,不一定有感应电流产生,只有当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时才有感应电流产生,故c错误;穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流,所以d选项是正确的,故选d。3.如图1所示是一个电磁阻尼现象演示装置,钢锯条上端固定在支架上,下端固定有强磁铁,将磁铁推开一个角度释放,它会

4、在竖直面内摆动较长时间;如图2所示,若在其正下方固定一铜块(不与磁铁接触),则摆动迅速停止。关于实验的以下分析与结论正确的是()a.如果将磁铁的磁极调换,重复实验将不能观察到电磁阻尼现象b.用闭合的铜制线圈替代铜块,重复实验将不能观察到电磁阻尼现象c.在图2情况中,下摆和上摆过程中磁铁和锯条组成的系统机械能均减少d.在摆动过程中铜块不受磁铁的作用力【解析】选c。此现象的原理是当磁铁在铜块上面摆动时,铜块中产生涡流,与磁场相互作用阻碍磁铁的运动;则如果将磁铁的磁极调换,重复实验仍能观察到电磁阻尼现象,a错误;用闭合的铜制线圈替代铜块,仍能在线圈中产生感应电流,从而与磁铁产生阻碍作用,则重复实验仍

5、能观察到电磁阻尼现象,b错误;在图2情况中,下摆和上摆过程中均会产生涡流从而消耗机械能,则磁铁和锯条组成的系统机械能均减少,c正确;由上述分析可知,在摆动过程中铜块对磁铁有阻碍作用,同时铜块也要受磁铁的作用力,d错误;故选c。【加固训练】如图,在垂直纸面向内的匀强磁场中,有一个平行纸面的金属线框abdc。要使线框中产生感应电流,下列可行的操作是()a.将线框上下匀速运动b.将线框左右匀速运动c.将线框垂直纸面前后加速运动d.将线框以ac边为轴匀速转动【解析】选d。由于磁场是匀强磁场,把线圈向左右拉动或向上下拉动或垂直纸面向前后运动,其磁通量均不变化,均无感应电流产生,故a、b、c错误;当线圈以

6、ac边为轴转动时,其磁通量发生变化,故有感应电流产生,故d正确,故选d。4.如图所示,圆形闭合线圈a平放在绝缘水平桌面上,在a的中心静止放置一条形磁铁。把条形磁铁竖直向上移走的过程中,下列说法正确的是()a.穿过线圈a的磁通量增加b.线圈a中不会产生感应电流c.线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流d.线圈a对水平桌面的压力小于其重力【解析】选d。根据楞次定律可知:当条形磁铁沿轴线竖直向上移走时,闭合线圈a内的磁通量向上减小,因此a中一定产生俯视逆时针方向的感应电流,故a、b、c错误;导体线圈作出的反应是面积有扩大的趋势,同时有靠近磁铁的趋势,则线圈a对桌面的压力减小,故压力小于重力,故d正确

7、。5.一圆线圈位于垂直纸面向里的匀强磁场中,如图所示,下列操作中始终保证线圈在磁场中,且能使线圈中产生感应电流的是()a.把线圈向右拉动b.把线圈向上拉动c.垂直纸面向外运动d.以圆线圈的任意直径为轴转动【解析】选d。把线圈向右拉动,线圈的磁通量不变,故不能产生感应电动势,所以a错误;把线圈向上拉动,线圈的磁通量不变,故不能产生感应电动势,所以b错误; 垂直纸面向外运动,磁通量也不变,故c错误;以圆线圈的任意直径为轴转动,磁通量变化,根据法拉第电磁感应定律知,线圈中产生感应电动势,形成感应电流, 所以d正确。6.如图,在磁感应强度为b、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,金属杆mn在平行金属导轨上以

8、速度v向右匀速滑动,mn中产生的感应电动势为e1;若磁感应强度增为3b,其他条件不变,mn中产生的感应电动势变为e2。则通过电阻r的电流方向及e1与e2之比分别为()a.ca,31b.ac,13c.ac,31d.ca,13【解析】选b。由右手定则可知,电流方向为由n到m,则通过电阻r的电流方向为ac,由e=blv可知e1e2=13。故b正确,a、c、d错误。故选b。【加固训练】材料、粗细相同,长度不同的电阻丝做成ab、cd、ef三种形状的导线,分别放在电阻可忽略的光滑金属导轨上,并与导轨垂直,如图所示,匀强磁场方向垂直导轨平面向内。外力使导线水平向右做匀速运动,且每次外力所做功的功率相同,已知

9、三根导线在导轨间的长度关系是lablcdlef,则()a.ab运动速度最大b.ef运动速度最大c.三根导线每秒产生的热量不同d.因三根导线切割磁感线的有效长度相同,故它们产生的感应电动势相同【解析】选b。三根导线长度不同,故它们连入电路的阻值不同,有rabrcdref。但它们切割磁感线的有效长度相同,根据p=fv,i=,f=bil,可得v2=,所以三根导线的速度关系为vabvcdvef,a错误,b正确。根据e=blv,可知三者产生的电动势不同,d错误。运动过程中外力做功全部转化为内能,故c错误。7.如图所示,一个边长为2l的等腰直角三角形abc区域内,有垂直纸面向里的匀强磁场,其左侧有一个用金

10、属丝制成的边长为l的正方形线框abdc,线框以水平速度v匀速通过整个匀强磁场区域,设电流逆时针方向为正。则在线框通过磁场的过程中,线框中感应电流i随时间t变化的规律正确的是()【解析】选b。线框开始进入磁场运动的过程中,只有边bd切割,感应电流不变,前进l后,边bd开始出磁场,边ac开始进入磁场,回路中的感应电动势为ac边产生的电动势减去bd边在磁场中的部分产生的电动势,随着线框的运动,回路中电动势逐渐增大,电流逐渐增大,方向为负方向;当再前进l时,边bd完全出磁场,ac边也开始出磁场,有效切割长度逐渐减小,电流方向不变,b正确;故选b。【加固训练】如图甲所示,10匝的线圈内有一垂直纸面向里的

11、磁场,线圈的磁通量在按图乙所示规律变化,下列说法正确的是()a.电压表读数为20 vb.电压表读数为15 vc.电压表“+”接线柱接a端d.电压表“+”接线柱接b端【解析】选c。根据法拉第电磁感应定律可得e=n=10 v=10 v,a、b错误;线圈中垂直纸面向里的磁通量在增大,所以根据楞次定律可得线圈中的电流方向是逆时针,所以a端是正极,b端是负极,故电压表“+”接线柱接a端,c正确,d错误。8.如图所示,在两根平行长直导线m、n中,通过同方向、同强度的电流,导线框abcd和两导线在同一平面内,线框沿着与两导线垂直的方向,自右向左在两导线间匀速移动,在移动过程中,线框中产生感应电流的方向是()

12、a.沿adcba,方向不变b.沿abcda,方向不变c.由沿abcda方向变成沿adcba方向d.由沿adcba方向变成沿abcda方向【解析】选a。当导线框位于中线右侧运动时,磁场向外,磁通量减小,根据楞次定律可知,感应电流方向为逆时针adcba;当导线框经过中线,磁场方向先向外,后向里,磁通量先减小,后增加,根据楞次定律,可知感应电流方向为逆时针adcba;当导线框位于中线左侧运动时,磁场向里,磁通量增加,根据楞次定律可知,感应电流方向为逆时针adcba。故本题选a。9.如图所示,电阻不计的平行光滑金属导轨与水平面的夹角为,宽度为l,下端与阻值为r的电阻相连,磁感应强度为b的匀强磁场垂直穿

13、过导轨平面,现使质量为m的导体棒从ab位置以平行于斜面的初速度沿导轨向上运动,滑行到最远位置ab后又下滑。已知导体棒运动过程中的最大加速度为2gsin,g为重力加速度,轨道足够长,则()a.导体棒运动过程中的最大速度b.r上的最大热功率为c.导体棒返回到ab位置前已经达到下滑的最大速度d.导体棒返回到ab位置时刚好达到下滑的最大速度【解析】选b。当导体棒所受的合力为零时,速度最大,有:mgsin=。解得vm=,故a错误;当速度最大时,感应电流最大,功率最大,则p=,故b正确;导体棒向上运动速度最大时,加速度最大,即在ab时的速度最大,设为v,根据牛顿第二定律得,mgsin+=ma=2mgsin

14、,则在ab时的速度v=,与下滑的最大速度相等,对从ab开始向上运动到下滑最大速度的过程中,由能量守恒定律得,动能变化量为零,则重力势能的减小量等于内能的产生,知导体棒返回到ab位置以下达到下滑的最大速度,故c、d错误。【加固训练】如图所示,在有界匀强磁场中水平放置相互平行的金属导轨,导轨电阻不计,导轨上金属杆ab与导线接触良好,磁感线垂直导轨平面向上(俯视图),导轨与处于磁场外的大线圈m相接,欲使置于m内的小闭合线圈n产生顺时针方向的感应电流,下列做法可行的是()a.ab匀速向右运动b.ab加速向右运动c.ab加速向左运动d.ab匀速向左运动【解析】选c。ab匀速向右运动,切割磁感线产生的电动

15、势:e=blv,可知感应电动势不变,则产生的感应电流不变,故由感应电流产生的磁场也不变,则穿过线圈n的磁通量不变,故线圈n不产生感应电流,故a错误;ab加速向右运动,ab切割磁感线产生的感应电动势:e=blv,可知感应电动势增大,产生的感应电流增大,故由感应电流产生的磁场也增大,则穿过线圈n的磁通量增大,由右手定则可知,ab产生的感应电流由a流向b,由安培定则可知,穿过线圈n的磁场方向垂直于纸面向里,由楞次定律可知,线圈n中产生逆时针方向的感应电流,故b错误;ab加速向左运动时,感应电动势:e=blv,可知感应电动势增大,则感应电流增大,故由感应电流产生的磁场也增大,则穿过线圈n的磁通量增大,

16、由右手定则与楞次定律可知,线圈n中产生顺时针方向的感应电流,故c正确;ab匀速向左运动,切割磁感线产生的电动势:e=blv,可知感应电动势不变,则产生的感应电流不变,故由感应电流产生的磁场也不变,则穿过线圈n的磁通量不变,故线圈n不产生感应电流,故d错误;故选c。10.如图所示,一根导线被弯成半径为r的半圆形闭合回路,虚线mn右侧有磁感应强度为b的匀强磁场,方向垂直于回路所在的平面,回路以速度v向右匀速进入磁场,直径pq始终与mn垂直。从q点到达边界开始到p点进入磁场为止,下列结论正确的是()a.闭合回路的圆弧形导线不受安培力b.闭合回路的直导线始终不受安培力c.闭合回路的感应电动势最大值em

17、=brvd.闭合回路的感应电动势平均值=brv【解析】选c、d。由f=bil可知,当垂直磁感线方向放置的导线中有电流时,导线受到安培力的作用,故a、b错误;当半圆形闭合回路进入磁场一半时,这时有效切割长度最大为r,所以感应电动势最大值em=brv,故c正确;感应电动势平均值为=,其中=br2,t=,解得=brv,故d正确。故选c、d。11.图甲为磁控健身车,图乙为其车轮处结构示意图,在金属飞轮的外侧有磁铁与飞轮不接触,人用力蹬车带动飞轮旋转时,需要克服磁铁对飞轮产生的阻碍,通过调节旋钮拉线可以实现不同强度的健身需求(当拉紧旋钮拉线时可以减少磁铁与飞轮间的距离),下列说法正确的是()a.飞轮受到

18、的阻力主要来源于磁铁对它的安培力b.人蹬车频率一定时,拉紧旋钮拉线,飞轮受到的阻力会变小c.控制旋钮拉线不动时,飞轮转速越大,受到的阻力越小d.控制旋钮拉线不动时,飞轮转速越大,内部的涡流越强【解析】选a、d。飞轮在磁场中做切割磁感线的运动,会产生感应电动势和感应电流,根据楞次定律可知,磁场会对运动的飞轮产生阻力,以阻碍飞轮与磁场之间的相对运动,所以飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力,故a正确;拉紧旋钮拉线,磁铁越靠近飞轮,飞轮处的磁感应强度越强,所以在飞轮转速一定时,磁铁越靠近飞轮,飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大,飞轮受到的阻力越大,故b错误;控制旋钮拉线不动时,则有磁铁和飞轮间

19、的距离一定,飞轮转速越大,根据法拉第电磁感应定律可知,飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大,飞轮受到的阻力越大,内部的涡流越强,故d正确,c错误。12.如图,c、d是两条竖直且足够长的固定导轨(电阻不计),导轨间存在垂直纸面向里的匀强磁场,ef是一个固定螺线管,c、d的输出端a、b分别连接ef的输入端c、d,p是在ef的正下方水平放置在地面上的铝圆环。现对金属棒ab施加一竖直向上的力使金属棒由静止开始向上做匀加速运动,在运动过程中棒始终与c、d导轨接触良好,可认为通电螺线管在圆环中产生的磁感应强度与通过螺线管的电流成正比,则()a.金属棒中的感应电流方向由b到ab.p环有收缩的趋势c.p环对地

20、面的压力逐渐减小d.p环中感应电流逐渐变大【解析】选a、b。根据右手定则,流过金属棒中的感应电流方向由b到a,a正确;由于ab匀加速运动,产生的感应电动势e=blv=blat越来越大,回路中的电流i=t越来越大,穿过p的磁通量与电流成正比,因此穿过p的磁通量也越来越大,根据楞次定律推论,p环有收缩的趋势;根据法拉第电磁感应定律,p环中产生恒定的感应电流;根据楞次定律,p环与固定螺线管产生的磁场方向相反, p环(等价于磁铁,磁性不变)与固定螺线管(等价于磁铁,磁性变强)同名磁极相对,相互排斥,因此p环对地面的压力增大;因此b正确,c、d错误。故选b。13.如图所示,电灯a和b与固定电阻的电阻均为

21、r,l是自感系数很大的线圈。当s1闭合、s2断开且电路稳定时,a、b亮度相同,再闭合s2,待电路稳定后将s1断开,下列说法正确的是()a.b立即熄灭b.a灯将比原来更亮一些后再熄灭c.有电流通过b灯,方向为cdd.有电流通过a灯,方向为ba【解析】选a、d。当断开s2而只闭合s1时,a、b两灯一样亮,可知线圈l的电阻也是r,在s1、s2闭合时,ia=il,故当s2闭合、s1突然断开时,流过a灯的电流只是方向变为ba,但其大小不突然增大,a灯不出现更亮一下再熄灭的现象,故d项正确,b项错误。由于固定电阻r几乎没有自感作用,故断开s1时,b灯电流迅速变为零,而立即熄灭,故a项正确,c项错误。综合上

22、述分析可知,本题正确选项为a、d。【总结提升】自感问题的求解策略自感现象是电磁感应现象的一种特例,它仍遵循电磁感应定律。分析自感现象除弄清这一点之外,还必须抓住以下三点:(1)自感电动势总是阻碍电路中原来电流的变化。当原来电流增大时,自感电动势的方向与原来电流方向相反;当原来电流减小时,自感电动势的方向与原来电流方向相同。(2)“阻碍”不是“阻止”。“阻碍”电流变化的实质是使电流不发生“突变”,使其变化过程有所延缓。(3)当电路接通瞬间,自感线圈相当于断路;当电路稳定时,相当于电阻,如果线圈没有电阻,相当于导线(短路);当电路断开瞬间,自感线圈相当于电源。14.如图所示,两根平行金属导轨置于水

23、平面内,导轨之间接有电阻r。金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小,ab始终保持静止,下列说法正确的是()a.ab中的感应电流方向由b到ab.ab中的感应电流大小不变c.ab所受的安培力保持不变d.ab所受的静摩擦力逐渐减小【解析】选b、d。金属棒ab、电阻r、导轨构成闭合回路,磁感应强度均匀减小(=k为定值),则闭合回路中的磁通量减小,根据楞次定律,可知回路中产生顺时针方向的感应电流,ab中的电流方向由a到b,故a错误;根据法拉第电磁感应定律,感应电动势e=ks,回路面积s不变,即感应电动势为定值,根据欧姆定律i

24、=,所以ab中的电流大小不变,故b正确;安培力f=bil,电流大小不变,磁感应强度减小,则安培力减小,故c错误;金属棒处于静止状态,所受合力为零,对其受力分析,水平方向静摩擦力f与安培力f等大反向,安培力减小,则静摩擦力减小,故d正确。二、非选择题(本题共4小题,共44分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)15.(9分)观察如图实验装置,实验操作中,当导体棒ab沿着磁感线方向上下运动时,电流计指针_(选填“偏转”或“不偏转”);当导体棒ab垂直磁感线方向左右运动时,电流计指针_(选填“偏转”或“不偏转”);若流入电流计的电流从右接线柱进入,指针就往右偏转,则为使图中电流计指

25、针往左偏转,导体棒ab应往_(选填“上”“下”“左”“右”)运动。【解析】当导体棒ab沿着磁感线方向上下运动时,不切割磁感线,无感应电流产生,则电流计指针不偏转;当导体棒ab垂直磁感线方向左右运动时,切割磁感线,有感应电流产生,则电流计指针偏转;若流入电流计的电流从右接线柱进入,指针就往右偏转,则为使图中电流计指针往左偏转,即电流从左端流入,则根据右手定则可知,导体棒ab应往右运动。答案:不偏转偏转右16.(9分)如图所示,桌面上放一10匝线圈,线圈中心上方一定高度处有一竖立的条形磁体。当磁体竖直向下运动时(磁体还在线圈上方),穿过线圈的磁通量变化了0.1 wb,经历的时间为0.5 s,则:(

26、1)穿过线圈的磁通量是如何变化的?(2)线圈中的感应电动势为多大?(3)若上述过程所经历的时间为0.1 s,线圈中产生的感应电动势为20 v,则线圈中的磁通量变化了多少?【解析】(1)根据条形磁体的磁场的特点可知,当磁体竖直向下运动时(磁体还在线圈上方),穿过线圈的磁通量增大;(3分)(2)根据法拉第电磁感应定律:e=n=10 v=2 v(3分)(3)若上述过程所经历的时间为0.1 s,线圈中产生的感应电动势为20 v,则:= wb=0.2 wb(3分)答案:(1)穿过线圈的磁通量增大(2)2 v(3)0.2 wb17.(13分)如图,水平u形光滑框架,宽度l=1 m,电阻忽略不计,导体棒ab

27、的质量m=0.2 kg、电阻r=0.5 ,匀强磁场的磁感应强度b=0.2 t,方向垂直框架向上。现用f=1 n的外力由静止开始向右拉ab棒,当ab棒向右运动的距离为d=0.5 m时速度达到2 m/s,求此时:(1)ab棒产生的感应电动势的大小;(2)ab棒所受的安培力大小;(3)ab棒的加速度大小;(4)ab棒在向右运动0.5 m的过程中,电路中产生的焦耳热q。【解析】(1)导体棒切割磁感线的电动势为e=blv=0.4 v;(3分)(2)由闭合电路欧姆定律得回路电流为:i= a=0.8 a,(2分)ab所受安培力为f安=bil=0.16 n,方向水平向左。(2分)(3)根据牛顿第二定律得ab棒

28、的加速度为:a= m/s2=4.2 m/s2;(3分)(4)由能量守恒fd=q+mv2,代入数据解得q=0.1 j(3分)答案:(1)0.4 v(2)0.16 n(3)4.2 m/s2(4)0.1 j【加固训练】如图所示,在磁感应强度b=0.2 t、方向与纸面垂直的匀强磁场中,有水平放置的两平行导轨ab、cd,其间距l=50 cm,a、c间接有电阻r,现有一电阻为r的导体棒mn跨放在两导轨间,并以v=10 m/s的恒定速度向右运动,a、c间电压为0.8 v,且a点电势高,其余电阻忽略不计。问:(1)导体棒产生的感应电动势是多大?(2)通过导体棒电流方向如何?磁场的方向是指向纸里,还是指向纸外?(3)r与r的比值是多少?【解析】(1)e=blv=1 v(2)电流方向nm;磁场方向指向纸里(3)i=4答案:(1)1 v(2)电流方向nm磁场方向指向纸里(3)4【加固训练】如图甲所示,间距为l、足够长的光滑平行金属导轨mn和pq放置在绝缘水平桌面上,m、p间接有电阻r0,导体棒ab垂直放置在导轨上,接触良好。导轨间