1、【优化设计】2015-2016 学年高中物理 第四章 电磁感应测评 B 新人教版选修 3-2 (高考体验卷)一、选择题(本题共 10 小题,每小题 5 分,共 50 分。其中第 18 题为单选题;第 910 题为多选题,全部选对得 5 分,选不全得 2 分,有选错或不答的得 0 分)1.(2014课标全国 )在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是( )A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,然后观察电流表的变化B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,然后观察电流表的变化C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接,往线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房
2、间去观察电流表的变化D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表的变化解析:闭合回路中没有磁通量变化,不可能产生感应电流,A、B 两项错误;往闭合线圈中插入条形磁铁会产生感应电流,但只是瞬时电流,等到相邻房间观察时,感应电流已经消失,C 项错误;接电源的线圈在通电或断电时,会使接电流表的线圈中的磁通量发生变化,产生感应电流,D 项正确。答案:D2.(2014广东理综)如图所示,上下开口、内壁光滑的铜管 P 和塑料管 Q 竖直放置,小 磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放,并落至底部。则小磁块( )A.在 P 和 Q 中都做自由落体运动B.在两个下落过
3、程中的机械能都守恒C.在 P 中的下落时间比在 Q 中的长D.落至底部时在 P 中的速度比在 Q 中的大解析:小磁块在铜管 P 中下落时,铜管中产生感应电流,根据楞次定律可知,感应电流产生的磁场阻碍小磁块的下落,小磁块的机械能不守恒,A、B 两项错误;小磁块在塑料管 Q 中下落时不会产生感应电流,小磁块的机械能守恒,不难分析知,小磁块在 Q 中的运动时间短,落至底部时的速度大,C 项正确,D 项错误。答案:C3.(2014课标全国 )如图(a),线圈 ab,cd 绕在同一软铁芯上,在 ab 线圈中通以变化的电流,用示波器测得线圈 cd间电压如图(b)所示。已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正
4、比,则下列描述线圈 ab 中电流随时间变化关系的图中,可能正确的是( )解析:由题图(b)可知,在 00.5 s 时间内 Ucd为定值,由法拉第电磁感应定律可知,线圈内磁通量变化率为定值,已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比,则 00.5 s 时间内电流随时间变化率为定值,据此可排除 A、B、D 三项,只有 C 项正确。答案:C4. (2014江苏单科)如图所示,一正方形线圈的匝数为 n,边长为 a,线圈平面与匀强磁场垂直,且一半处在磁场中,在 t 时间内,磁感应强度的方向不变,大小由 B 均匀地增大到 2B。在此过程中,线圈中产生的感应电动势为( )A. B. C. D.解析:由法拉第电
5、磁感应定律, E=n=n,选项 B 正确。答案:B5. (2014安徽理综)英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发感生电场。如图所示,一个半径为 r 的绝缘细圆环水平放置,环内存在竖直向上的匀强磁场 B,环上套一电荷量为 +q 的小球。已知磁感应强度 B 随时间均匀增加,其变化率为 k,若小球在环上运动一周,则感生电场对小球的作用力所做功的大小是( )A.0 B.r2qkC.2 r2qk D. r2qk解析:设圆环所在回路感应电动势为 E,则由法拉第电磁感应定律得 E=kS=k r2,小球运动一周,感应电场对小球做功大小为 W=qE=qk r2,故选项 D 正确。答案:D6. (20
6、13课标全国 )如图,在光滑水平桌面上有一边长为 L、电阻为 R 的正方形导线框;在导线框右侧有一宽度为 d(dL)的条形匀强磁场区域,磁场的边界与导线框的一边平行,磁场方向竖直向下。导线框以某一初速度向右运动。 t=0 时导线框的右边恰与磁场的左边界重合,随后导线框进入并通过磁场区域。下列 v-t 图象中,可能正确描述上述过程的是( )解析:根据楞次定律可知,线框进入磁场及离开磁场的过程受到安培力,从而做变减速运动,由牛顿第二定律得 BIL=ma,线框的速度减小,线框的加速度减小;线框完全进入到磁场中运动时,做匀速直线运动,D 项正确。答案:D7.(2013山东理综)将一段导线绕成图甲所示的
7、闭合回路,并固定在水平面(纸面)内。回路的 ab 边置于垂直纸面向里的匀强磁场 中。回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场 ,以向里为磁场 的正方向,其磁感应强度 B 随时间 t 变化的图象如图乙所示。用 F 表示 ab 边受到的安培力,以水平向右为 F 的正方向,能正确反映 F 随时间 t 变化的图象是( )解析:根据楞次定律,在前半个周期内,圆环内产生的感应电流方向为顺时针,即通过 ab 边的电流方向为由 b 指向 a,再根据左手定则判断, ab 边受到的安培力为水平向左,即负方向。根据法拉第电磁感应定律,前半个周期内 ab 中的电流为定值,则所受安培力也为定值。结合选项可知 B 正确。答案:B
8、8. (2013福建理综)如图,矩形闭合导体线框在匀强磁场上方,由不同高度静止释放,用t1、 t2分别表示线框 ab 边和 cd 边刚进入磁场的时刻。线框下落过程形状不变, ab 边始终保持与磁场水平边界线 OO平行,线框平面与磁场方向垂直。设 OO下方磁场区域足够大,不计空气 影响,则下列哪一个图象不可能反映线框下落过程中速度 v 随时间 t 变化的规律( )解析:在 0t1时间内,线框做自由落体运动, t2时刻以后,线框全部进入磁场后做匀加速直线运动,这两段时间内的 v-t 图线均为直线。在 t1t2时间内,线框进入磁场的过程中,线框的运动状态与进入磁场时的速度 v 有关。当线框在磁场中匀
9、速运动时,安培力等于重力,即=mg。若线框的速度 v 远大于 v0,则进入磁场后减速。由 -mg=ma 可知,加速度减小;若线框速度 vv0,但相差不大,则线框进入磁场后可能先减速再匀速,B 项正确;若线框的速度 v=v0,则线框进入磁场 一直匀速至全部进入磁场,D 项正确;若线框的速度 vv0,但相差不大,则线框进入磁场后可能先加速再匀速;若线框的速度 v 远小于 v0,则线框进入磁场后加速,加速度减小,C 项正确。答案:A9. (2014山东理综)如图,一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内,通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定,导体棒与轨道垂直且接触良好。在向右匀速通过M、
10、 N 两区的过程中,导体棒所受安培力分别用 FM、 FN表示。不计轨道电阻。以下叙述正确的是( )A.FM向右 B.FN向左C.FM逐渐增大 D.FN逐渐减小解析:电磁感应中,感应电流所受安培力总是阻碍导体棒的运动,且安培力既垂直于导体棒又垂直于磁场,故 FM、 FN方向均向左,选项 A 错误,B 正确;导体棒在 M 区运动时,离通电直导线距离逐渐变小,磁场逐渐增强,感应电流及安培力均变大;同理,在 N 区运动时,远离通电直导线,磁场减弱,感应电流及安培力均变小,选项 C、D 正确。答案:BCD10. (2014四川理综)如图所示,不计电阻的光滑 U 形金属框水平放置,光滑、竖直玻璃挡板 H、
11、 P 固定在框上, H、 P 的间距很小。质量为 0.2 kg 的细金属杆 CD 恰好无挤压地放在两挡板之间,与金属框接触良好并围成边长为 1 m 的正方形,其有效电阻为 0.1 。此时在整个空间加方向与水平面成 30角且与金属杆垂直的匀强磁场,磁感应强度随时间变化规律是 B=(0.4-0.2t) T,图示磁场方向为正方向。框、挡板和杆不计形变。则( )A.t=1 s 时,金属杆中感应电流方向从 C 到 DB.t=3 s 时,金属杆中感应电流方向从 D 到 CC.t=1 s 时,金属杆对挡板 P 的压力大小为 0.1 ND.t=3 s 时,金属杆对挡板 H 的压力大小为 0.2 N解析:由楞次
12、定律可知, t=1 s、 t=3 s 时,金属杆中感应电流方向均从 C 到 D,选项 A 正确、B 错误;由法拉第电磁感应定律,得感应电动势 E=Ssin 30=0.1 V,感应电流 I=1 A。 t=1 s 时,金属杆受力如图甲所示,由平衡条件,得 FP=FAsin 30=BILsin 30=(0.4-0.2t) TILsin 30=0.1 N,选项 C 正确; t=3 s 时,金属杆受力如图乙所示,由平衡条件,得 FH=FAsin 30=B3ILsin 30,而 B3=0.4 T-0.23 T=-0.2 T,方向向左上方,代入解得FH=0.1 N,选项 D 错误。答案:AC二、实验题(本题
13、共 2 小题,共 16 分。把答案填在题中的横线上)11. (6 分)(2013上海单科)演示地磁场存在的实验装置(由环形线圈,微电流传感器,DIS等组成)如图所示。首先将线圈竖直放置,以竖直方向为轴转动,屏幕上的电流指针 (选填“有”或“无”)偏转;然后仍将线圈竖直放置,使其平面与东西向平行,并从东向西移动,电流指针 (选填“有”或“无”)偏转;最后将线圈水平放置,使其从东向西移动,电流指针 (选填“有”或“无”)偏转。 解析:线圈竖直放置,以竖直方向为轴转动时,穿过线圈的磁通量发生变化,会产生感应电流,屏幕上的电流指针有偏转;线圈竖直放置和水平放置,从东向西移动时,穿过线圈的磁通量不发生变
14、化,不会产生感应电流,屏幕上的电流指针没有偏转。答案:有 无 无12.(10 分)(2013上海四区模拟)在“研究电磁感应现象”的实验中,首先按甲图接线,以查明电流表指针的偏转方向与电流方向之间的关系。当闭合 S 时观察到电流表指针向左偏,不通电时电流表指针停在正中央。然后按乙图所示将电流表与线圈 B 连成一个闭合回路,将线圈 A、电池、滑动变阻器和开关 S 串联成另一个闭合电路。(1)S 闭合后,将线圈 A 插入线圈 B 的过程中,电流表的指针将 (选填“左偏” “右偏”或“不偏”)。 (2)线圈 A 放在 B 中不动时,指针将 (选填“左偏” “右偏”或“不偏”)。 (3)线圈 A 放在
15、B 中不动,将滑动变阻器的滑动片 P 向左滑动时,电流表指针将 (选填“左偏” “右偏”或“不偏”)。 (4)线圈 A 放在 B 中不动,突然断开 S,电流表指针将 (选填“左偏” “右偏”或“不偏”)。 解析:(1)由题意知,电流从哪个接线柱流入电流表,指针就向哪偏。S 闭合,线圈 A 中电流产生的磁场方向向上,线圈 A 插入线圈 B 时,穿过线圈 B 向上的磁通量增加,由楞次定律知,线圈 B 要产生感应电流,其磁场方向向下,由安培定则可判断感应电流从“ -”接线柱流入电流表,因此电流表指针向右偏。(2)线圈 A 放在 B 中不动时,穿过线圈 B 的磁通量不 变,不产生感应电流,指针不偏转。
16、(3)滑片 P 向左滑动时,线圈 A 中电流增大,产生的磁场增强,穿过线圈 B 向上的磁通量增加,由楞次定律知,线圈 B 要产生感应电流,其磁场方向向下,由安培定则可判断感应电流从“ -”接线柱流入电流表,因此电流表指针向右偏。(4)线圈 A 放在 B 中不动,突然断开 S 时,线圈 A 产生的磁场消失,穿过线圈 B 向上的磁通量减少,由楞次定律知,线圈 B 要产生感应电流,其磁场方向向上,由安培定则可判断感应电流从“ +”接线柱流入电流表,因此电流表指针向左偏。答案:(1)右偏 (2)不偏 (3)右偏 (4)左偏三、解答题(本题共 3 小题,共 34 分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重
17、要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)13.(10 分)(2014浙江理综)某同学设计一个发电测速装置,工作原理如图所示。一个半径为 R=0.1 m 的圆形金属导轨固定在竖直平面上,一根长为 R 的金属棒 OA,A 端与导轨接触良好, O 端固定在圆心处的转轴上。转轴的左端有一个半径为 r=的圆盘,圆盘和金属棒能随转轴一起转动。圆盘上绕有不可伸长的细线,下端挂着一个质量为 m=0.5 kg 的铝块。在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场,磁感应强度 B=0.5 T。 a 点与导轨相连, b点通过电刷与 O 端相连。测量 a、 b 两点间的电势差 U 可算得铝块速
18、度。铝块由静止释放,下落 h=0.3 m 时,测得 U=0.15 V。(细线与圆盘间没有滑动,金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计,重力加速度 g 取 10 m/s2)(1)测 U 时,与 a 点相接的是电压表的“正极”还是“负极”?(2)求此时铝块的速度大小;(3)求此下落过程中铝块机械能的损失。解析:(1)正极。(2)由电磁感应定律得 U=E= =BR 2 ,U=BR 2,v=r=R所以 v=2 m/s。(3) E=mgh-mv2, E=0.5 J。答案:(1)正极 (2)2 m/s (3)0.5 J14.(12 分) (2014江苏单科)如图所示,在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨,导轨
19、间距为 L,长为 3d,导轨平面与水平面的 夹角为 ,在导轨的中部刷有一段长为 d 的薄绝缘涂层。匀强磁场的磁感应强度大小为 B,方向与导轨平面垂直。质量为 m 的导体棒从导轨的顶 端由静止释放,在滑上涂层之前已经做匀速运动,并一直匀速滑到导轨底端。导体棒始终与导轨垂直,且仅与涂层间有摩擦,接在两导轨间的电阻为 R,其他部分的电阻均不计,重力加速度为 g。求:(1)导体棒与涂层间的动摩擦 因数 ;(2)导体棒匀速运动的速度大小 v;(3)整个运动过程中,电阻产生的焦耳热 Q。解析:(1)在绝缘涂层上受力平衡 mgsin =mg cos 解得 = tan 。(2)在光滑导轨上感应电动势 E=BL
20、v 感应电流 I=安培力 F 安 =BIL 受力平衡 F 安 =mgsin 解得 v=。(3)摩擦生热 QT=mgd cos 能量守恒 定律 3mgdsin =Q+Q T+mv2解得 Q=2mgdsin - 。答案:(1)tan (2) (3)2mgdsin-15.(12 分) (2014天津理综)如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角 = 30的斜面上,导轨电阻不计,间距 L=0.4 m,导轨所在 空间被分成区域 和 ,两区域的边界与斜面的交线为 MN, 中的匀强磁场方向垂直斜面向下, 中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁感应强度大小均为 B=0.5 T。在区域 中,将质量 m1=
21、0.1 kg、电阻 R1=0.1 的金属条 ab 放在导轨上, ab 刚好不下滑。然后,在区域 中将质量 m2=0.4 kg、电阻 R2=0.1 的光滑导体棒 cd 置于导轨上,由静止开始下滑。 cd 在滑动过程中始终处于区域 的磁场中, ab、 cd 始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触, g 取 10 m/s2。问:(1)cd 下滑的过程中, ab 中的电流方向;(2)ab 刚要向上滑动时, cd 的速度 v 多大;(3)从 cd 开始下滑到 ab 刚要向上滑动的过程中, cd 滑动的距离 x=3.8 m,此过程中 ab 上产生的热量 Q 是多少。解析:(1)由 a 流向 b。(2)开始
22、放置 ab 恰好不下滑时, ab 所受摩擦力为最大静摩擦力,设其为 Fmax,有Fmax=mgsin 设 ab 刚好要上滑时, cd 棒的感应电动势为 E,由法拉第电磁感应定律有E=BLv设电路中的感应电流为 I,由闭合电路欧姆定律有I=设 ab 所受安培力为 F 安 ,有F 安 =ILB此时 ab 受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下,由平衡条件有F 安 =m1gsin +F max综合 式,代入数据解得v=5 m/s。 (3)设 cd 棒的运动过程中电路中产生的总热量为 Q 总 ,由能量守恒有m2gxsin =Q 总 +m2v2又 Q=Q 总 解得 Q=1.3 J。 答案:(1)由 a 流向 b (2)5 m/s (3)1.3 J
