阶段综合评价（二） 电磁感应

阶段综合评价（二）电磁感应(本试卷满分：100分)一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1.如图所示，匀强磁场垂直于圆形线圈指向纸里，a、b、c、d为圆形线圈上等距离的四点，现用外力作用在上述四点，将线圈拉成正方形。设线圈导线不可伸长，且线圈仍处于原先所在的平面内，则在线圈发生形变的过程中()A．线圈中将产生adcb方向的感应电流B．线圈中产生感应电流的方向先是abcd，后是adcbC．线圈中将产生abcd方向的感应电流D．线圈中无感应电流产生解析：选C当线圈由圆形变成正方形时，穿过线圈的磁通量变小，根据楞次定律知在线圈中将产生abcd方向的感应电流，故C正确。2.如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。如果在磁铁的下端的水平桌面上放一个固定的闭合线圈，并使磁铁上下振动。磁铁在向下运动的过程中，说法正确的是()A．线圈给磁铁的磁场力始终向上B．线圈给磁铁的磁场力先向上再向下C．线圈给磁铁的磁场力始终向下D．线圈给磁铁的磁场力先向下再向上解析：选A根据楞次定律的“来拒去留”，则当磁铁在向下运动的过程中，线圈产生感应电流，形成感应磁场，从而阻碍磁铁的向下运动，则线圈给磁铁的磁场力始终向上，故A正确，B、C、D错误。3.内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上，环内有一带负电的小球，整个装置处在竖直向下的磁场中，如图所示。当磁场突然增强时，小球()A．沿顺时针方向运动B．沿逆时针方向运动C．在原位置附近往复运动D．仍保持静止状态解析：选A磁场突然增强时，激发出逆时针方向的感生电场，对负电荷的作用力为顺时针方向，故小球沿顺时针方向加速运动，A正确。4．为了演示“感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化”的现象，老师做了这样的演示实验：如图所示，铝制水平横梁两端各固定一个铝环，其中A环是闭合的，B环是断开的，横梁可以绕中间的支点在水平面内转动。当装置静止不动时，用一磁铁的N极去接近A环，发现A环带动横梁绕支点沿顺时针(俯视)方向转动。若不考虑空气流动对实验结果的影响，关于该实验，下列说法中正确的是()A．若用磁铁的S极接近A环，A环也将带动横梁绕支点沿顺时针(俯视)方向转动B．制作A、B环的材料只要是金属就行，很薄的铁环也可以得到相同的实验效果C．制作A、B环的材料是绝缘材料也可以得到相同的实验效果D．磁铁接近A环的过程中，A环将有扩张的趋势解析：选A根据楞次定律可知，无论是用磁铁的N极还是S极去接近A环，A环均会受到排斥作用，故用磁铁的S极接近A环，A环也将带动横梁绕支点沿顺时针(俯视)方向转动，故A正确；如果用很薄的铁环替换A环做实验，磁铁靠近环时，环会被吸引，观察不到题述实验现象，故B错误；本实验原理是电磁感应现象，A环如果采用绝缘材料制作，环中没有感应电流，故不会产生题述实验现象，故C错误；根据楞次定律可知，磁铁接近A环的过程中，为了阻碍磁通量的增加，A环将有收缩的趋势，故D错误。5．如图所示，导线OA长为l，在方向竖直向上，磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω沿图中所示方向绕通过悬点O的竖直轴旋转，导线OA与竖直方向的夹角为θ。则OA导线中的感应电动势大小和O、A两点电势高低情况分别是()A．Bl2ωO点电势高B．Bl2ωA点电势高C.eq\f(1,2)Bl2ωsin2θO点电势高D.eq\f(1,2)Bl2ωsin2θA点电势高解析：选D导线OA切割磁感线的有效长度等于OA在垂直磁场方向上的投影长度，即l′＝l·sinθ，产生的感应电动势E＝eq\f(1,2)Bl′2ω＝eq\f(1,2)Bl2ωsin2θ，由右手定则可知A点电势高，所以D正确。6.如图所示，一水平放置的圆形通电线圈1固定，从上往下看，线圈1中的电流沿逆时针方向，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的正下方的过程中，从上往下看线圈2，下列说法正确的是()A．无感应电流产生B．有顺时针方向的感应电流C．有先顺时针后逆时针方向的感应电流D．有先逆时针后顺时针方向的感应电流解析：选C线圈2从线圈1上面下落时，感应电流的效果要阻碍线圈2下落，故必须有顺时针方向的电流。同理可知，线圈2在线圈1的下面下落时，有逆时针方向的电流。故正确选项为C。7．在甲、乙、丙图中，除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动，图甲中的电容器C原来不带电。设导体棒、导轨的电阻和直流电源的内阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计。图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面(即纸面)向下的匀强磁场中，导轨足够长。今给导体棒ab一个向右的初速度v0，在图甲、乙、丙三种情形下导体棒ab的最终运动状态是()A．三种情形下导体棒ab最终均做匀速运动B．图甲、丙中，ab棒最终将以不同的速度做匀速运动；图乙中，ab棒最终静止C．图甲、丙中，ab棒最终将以相同的速度做匀速运动；图乙中，ab棒最终静止D．三种情形下导体棒ab最终均静止解析：选B题图甲中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流，从而使电容器充电，当电容器C两极板间电压与导体棒产生的感应电动势相等时，电路中没有电流，ab棒向右做匀速运动；题图乙中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流，通过电阻R转化为内能，当ab棒的动能全部转化为内能时，ab棒静止；题图丙中，导体棒先受到向左的安培力作用做减速运动，速度减为零后再在安培力作用下向左做加速运动，当导体棒产生的感应电动势与电源的电动势相等时，电路中没有电流，ab棒向左做匀速运动。所以B项正确。8.如图所示，在一固定水平放置的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁，从离地面高h处，由静止开始下落，最后落在水平地面上。磁铁下落过程中始终保持竖直方向，并从圆环中心穿过圆环，而不与圆环接触。若不计空气阻力，重力加速度为g，下列说法中正确的是()A．在磁铁下落的整个过程中，圆环中的感应电流方向先逆时针后顺时针(从上向下看圆环)B．磁铁在整个下落过程中，所受圆环对它的作用力先竖直向上后竖直向下C．磁铁在整个下落过程中，它的机械能不变D．磁铁落地时的速率一定等于eq\r(2gh)解析：选A由题图可知，在磁铁下落过程中，穿过圆环的磁场方向向下，在磁铁靠近圆环时，穿过圆环的磁通量变大，在磁铁远离圆环时穿过圆环的磁通量减小，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流先沿逆时针方向，后沿顺时针方向，故A正确；由楞次定律可知，感应电流总是阻碍磁铁和圆环的相对运动，在磁铁靠近圆环的过程中为阻碍磁铁的靠近，圆环对磁铁的作用力竖直向上，在磁铁穿过圆环远离圆环的过程中，为阻碍磁铁的远离，圆环对磁铁的作用力竖直向上，则在整个过程中，圆环对磁铁的作用力始终竖直向上，故B错误；在磁铁下落过程中，圆环中产生感应电流，圆环中有电能产生，磁铁在整个下落过程中，磁铁有部分机械能转化为电能，由能量守恒定律可知，磁铁的机械能减少，故C错误；磁铁做自由落体运动时，v2＝2gh，磁铁落地时的速度v＝eq\r(2gh)，由于磁铁下落时能量有损失，磁铁落地速度一定小于eq\r(2gh)，故D错误。二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)9．如图，水平放置的光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，PQ处在垂直纸面向里的匀强磁场中，MN的左边有一闭合电路。当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是()A．向右加速运动 B．向右减速运动C．向左加速运动 D．向左减速运动解析：选BC根据安培定则可知，MN处于导线ab产生的垂直纸面向里的磁场中，MN在磁场力作用下向右运动，说明MN受到的磁场力向右，由左手定则可知电流由M指向N，故L1中感应电流的磁场向上，由楞次定律可知，线圈L2中产生感应电流的磁场应该是向上减小或向下增大，再由右手定则可知PQ可能是向左加速运动或向右减速运动，故B、C正确，A、D错误。10．如图甲所示，abcd是匝数为100匝、边长为10cm、总电阻为0.1Ω的正方形闭合导电线圈，放在与导电线圈平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示，则以下说法正确的是()A．导电线圈中产生的电流恒定不变B．在t＝2.5s时，导电线圈产生的感应电动势为2VC．在0～2s内，通过导线横截面的电荷量为20CD．在t＝1s时，导电线圈内电流的瞬时功率为20W解析：选BC根据楞次定律可知，在0～2s内的感应电流方向与2～3s内的感应电流方向相反，故A错误；根据法拉第电磁感应定律，在t＝2.5s时导电线圈产生的感应电动势E＝nSeq\f(ΔB,Δt)＝100×0.1×0.1×eq\f(2－0,3－2)V＝2V，故B正确；在0～2s时间内，感应电动势为：E1＝100×eq\f(2,2)×0.12V＝1V，再根据欧姆定律I＝eq\f(E,R)，则有：I1＝eq\f(1,0.1)A＝10A，根据q＝It，解得：q＝10×2C＝20C，故C正确；在t＝1s时，导电线圈内电流的瞬时功率P＝I12R＝102×0.1W＝10W，故D错误。11.如图所示，平面直角坐标系的第一和第二象限分别存在磁感应强度大小相等、方向相反且垂直于坐标平面的匀强磁场，图中虚线方格为等大正方形。一位于Oxy平面内的刚性导体框abcde在外力作用下以恒定速度沿y轴正方向运动(不发生转动)。从图示位置开始计时，4s末bc边刚好进入磁场。在此过程中，导体框内感应电流的大小为I，ab边所受安培力的大小为Fab，二者与时间t的关系图像可能正确的是()解析：选BC第1s内，ae边切割磁感线，由E＝BLv可知，感应电动势不变，导体框总电阻一定，故感应电流一定，由安培力F＝BIL可知ab边所受安培力与ab边进入磁场的长度成正比；第2s内，导体框切割磁感线的有效长度均匀增大，感应电动势均匀增大，感应电流均匀增大；在2～4s内，导体框在第二象限内切割磁感线的有效长度保持不变，在第一象限内切割磁感线的有效长度不断增大，但两象限磁场方向相反，导体框的两部分感应电动势方向相反，所以第2s末感应电动势达到最大，之后便不断减小，第3s末与第1s末导体框切割磁感线的有效长度相同，可知第3s末与第1s末线框中产生的感应电流大小相等，A项错误，B项正确；但第3s末ab边进入磁场的长度是第1s末的3倍，即ab边所受安培力在第3s末的大小等于第1s末所受安培力大小的3倍，C项正确，D项错误。12.如图，U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上，ab和dc边平行，和bc边垂直。ab、dc足够长，整个金属框电阻可忽略。一根具有一定电阻的导体棒MN置于金属框上，用水平恒力F向右拉动金属框，运动过程中，装置始终处于竖直向下的匀强磁场中，MN与金属框保持良好接触，且与bc边保持平行。经过一段时间后()A．金属框的速度大小趋于恒定值B．金属框的加速度大小趋于恒定值C．导体棒所受安培力的大小趋于恒定值D．导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值解析：选BC用水平恒力F向右拉动金属框，bc边切割磁感线产生感应电动势，回路中有感应电流I，bc边受到水平向左的安培力作用，设金属框的质量为M，加速度为a1，由牛顿第二定律有F－BIL＝Ma1；导体棒MN受到向右的安培力，向右做加速运动，设导体棒的质量为m，加速度为a2，由牛顿第二定律有BIL＝ma2。设金属框bc边的速度为v时，导体棒的速度为v′，则回路中产生的感应电动势为E＝BL(v－v′)，由闭合电路欧姆定律得I＝eq\f(E,R)＝eq\f(BLv－v′,R)，F安＝BIL，可得金属框bc边和导体棒MN所受的安培力均为F安＝eq\f(B2L2v－v′,R)，二者加速度之差Δa＝a1－a2＝eq\f(F－F安,M)－eq\f(F安,m)＝eq\f(F,M)－F安eq\f(1,M)＋eq\f(1,m)，随着所受安培力的增大，二者加速度之差Δa减小，当Δa减小到零时，eq\f(F,M)＝eq\f(B2L2v－v′,R)·eq\f(1,M)＋eq\f(1,m)，之后金属框和导体棒的速度之差Δv＝v－v′＝eq\f(FRm,B2L2m＋M)，保持不变。由此可知，金属框的速度逐渐增大，金属框所受安培力趋于恒定值，金属框的加速度大小趋于恒定值，导体棒所受的安培力F安＝eq\f(B2L2v－v′,R)趋于恒定值，选项A错误，B、C正确；由于导体棒的速度小于金属框的速度，导体棒到金属框bc边的距离随时间的增大而增大，选项D错误。三、非选择题(本题共5小题，共60分)13．(6分)观察如图所示的实验装置，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针往左偏转，导体棒AB应往________(选填“上”“下”“左”或“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14．(8分)在“探究电磁感应的产生条件”的实验中，先按如图甲所示连线，不通电时，灵敏电流计指针停在正中央，闭合开关S时，观察到灵敏电流计指针向左偏。然后按如图乙所示将灵敏电流计与线圈B连成一个闭合回路，将线圈A、电源、滑动变阻器和开关S串联成另一个闭合电路。(1)图甲电路中，串联定值电阻R的主要作用是________。A．减小电源两端的电压，保护电源B．增大电源两端的电压，保护开关C．减小电路中的电流，保护灵敏电流计D．减小电路中的电流，保护开关(2)图乙中，S闭合后，将线圈A插入线圈B的过程中，灵敏电流计的指针将______(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。(3)图乙中，S闭合后，线圈A放在线圈B中不动，在滑动变阻器的滑片P向左滑动的过程中，灵敏电流计指针将________(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。(4)图乙中，S闭合后，线圈A放在线圈B中不动，在突然断开S时，灵敏电流计指针将________(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。解析：(1)电路中串联定值电阻，目的是减小电流，保护灵敏电流计，故本题答案为选项C。(2)由题知，当电流从灵敏电流计正接线柱流入时，指针向左偏转。题图乙中S闭合后，将线圈A插入线圈B的过程中，穿过线圈B的磁场向下，磁通量变大，由楞次定律可知，感应电流从灵敏电流计正接线柱流入电流计，则灵敏电流计的指针将向左偏转。(3)线圈A放在线圈B中不动，穿过线圈B的磁场向下，将滑动变阻器的滑片向左滑动时，穿过线圈B的磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流从灵敏电流计正接线柱流入电流计，则灵敏电流计的指针将向左偏转。(4)线圈A放在线圈B中不动，穿过线圈B的磁场向下，突然断开S时，穿过线圈B的磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流从灵敏电流计负接线柱流入电流计，则灵敏电流计的指针将向右偏转。答案：(1)C(2)向左(3)向左(4)向右15．(12分)(2022·全国乙卷)如图，一不可伸长的细绳的上端固定，下端系在边长为l＝0.40m的正方形金属框的一个顶点上。金属框的一条对角线水平，其下方有方向垂直于金属框所在平面的匀强磁场。已知构成金属框的导线单位长度的阻值为λ＝5.0×10－3Ω/m；在t＝0到t＝3.0s时间内，磁感应强度大小随时间t的变化关系为B(t)＝0.3－0.1t(SI)。求：(1)t＝2.0s时金属框所受安培力的大小；(2)在t＝0到t＝2.0s时间内金属框产生的焦耳热。解析：(1)金属框的总电阻为R＝4lλ＝4×0.40×5.0×10－3Ω＝0.008Ω金属框中产生的感应电动势为E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB×\f(l2,2),Δt)＝0.1×eq\f(1,2)×0.42V＝0.008V金属框中的电流为I＝eq\f(E,R)＝1At＝2.0s时磁感应强度B2＝(0.3－0.1×2)T＝0.1T金属框处于磁场中的有效长度为L＝eq\r(2)l此时金属框所受安培力大小为F＝B2IL＝0.1×1×eq\r(2)×0.4N＝0.04eq\r(2)N。(2)0～2.0s内金属框产生的焦耳热为Q＝I2Rt＝12×0.008×2J＝0.016J。答案：(1)0.04eq\r(2)N(2)0.016J16．(16分)如图所示，电阻为0.1Ω的正方形单匝线圈abcd的边长为0.2m，bc边与匀强磁场边缘重合。磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为0.5T。在水平拉力作用下，线圈以8m/s的速度向右穿过磁场区域。求线圈在上述过程中：(1)感应电动势的大小E；(2)所受拉力的大小F；(3)感应电流产生的热量Q。解析：(1)感应电动势E＝Blv，代入数据得E＝0.8V。(2)感应电流