2024-2025学年新教材高中物理第二章电磁感应单元素养评价二含解析新人教版选择性必修2

PAGE13-单元素养评价（二）（其次章）(90分钟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.关于电磁感应现象,下列说法中正确的是 ()A.导体在磁场中运动肯定能产生感应电流B.闭合线圈整个放在改变磁场中肯定能产生感应电流C.感应电流的磁场总跟原来的磁场方向相反D.感应电流的磁场总是阻碍原来的磁通量的改变【解析】选D。导体在磁场中假如沿磁场方向运动,没有切割磁感线,是不会产生感应电流的,并且选项没说明回路是否闭合,故A选项错误;假如线圈平面与磁感线方向平行,则有效面积为零,所以没有磁通量改变,不会产生感应电流,故B选项错误;依据楞次定律得知,当磁通量增加时,感应电流的磁场跟原来的磁场方向相反,当磁通量减小时,感应电流的磁场跟原来的磁场方向相同,故C错误;由楞次定律定义可知,D选项正确。2.如图为綦江南州中学物理爱好小组为探讨无线充电技术,动手制作了一个“特斯拉线圈”。线圈匝数为n,面积为S,若在t1到t2时间内,匀强磁场平行于线圈轴线穿过线圈,其磁感应强度大小由B1匀称增加到B2,则该段时间线圈两端的电势差的大小为 ()A.恒为B.从0匀称改变到C.恒为D.从0匀称改变到【解析】选C。穿过线圈的磁感应强度匀称增加,产生恒定的感应电动势,由法拉第电磁感应定律得:E=n=nS=,故A、B、D错误,C正确。3.在实际生产中,有些高压直流电路含有自感系数很大的线圈,当电路中的开关S由闭合到断开时,线圈会产生很高的自感电动势,使开关S处产生电弧,危及操作人员的人身平安。为了避开电弧的产生,可在线圈处并联一个元件,下列方案可行的是 ()【解析】选D。依据题意可以知道当开关断开瞬间时,线圈中产生很高的自感电动势,若不并联元件,则会产生电弧,因此:当并联电容器时,只能对电容器充电,仍不能解决电弧现象,故A错误;当并联发光二极管时,因为发光二极管有单向导电性,因此留意方向,B选项的二极管的接法与C选项的导线有一样的作用,当闭合S时,线圈被短路,无法正常工作,唯有D选项,既能避开产生电弧,又能不影响电路,所以D选项是正确的,B、C错误。4.材料、粗细相同,长度不同的电阻丝做成ab、cd、ef三种形态的导线,分别放在电阻可忽视的光滑金属导轨上,并与导轨垂直,如图所示,匀强磁场方向垂直导轨平面对内。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,已知三根导线在导轨间的长度关系是Lab<Lcd<Lef,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Rab<Rcd<Ref。但它们切割磁感线的有效长度相同,依据P=Fv,I=,F=BIl,可得v2=,所以三根导线的速度关系为vab<vcd<vef,A错误,B正确。依据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。5.闭合回路由电阻R与单匝导线框组成,其面积大小为S,内部磁场大小按B-t图线改变,方向如图,且B-t图线的斜率为k,则回路中 ()A.感应电流的方向为逆时针方向B.感应电流的电流强度越来越大C.磁通量的改变率越来越大D.产生的感应电动势大小为kS【解析】选D。由楞次定律可知,电流方向为顺时针,故A错误;由图像可知,磁感应强度随时间匀称增大,则由Φ=BS可知,磁通量随时间匀称增加,故其改变率恒定不变,由法拉第电磁感应定律可知,E===kS,感应电动势保持不变,电流强度不变,故B、C错误;D正确。6.(2024·全国卷Ⅰ)如图,导体轨道OPQS固定,其中PQS是半圆弧,Q为半圆弧的中点,O为圆心。轨道的电阻忽视不计。OM是有肯定电阻、可绕O转动的金属杆,M端位于PQS上,OM与轨道接触良好。空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B。现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程Ⅰ);再使磁感应强度的大小以肯定的改变率从B增加到B′(过程Ⅱ)。在过程Ⅰ、Ⅱ中,流过OM的电荷量相等,则等于 ()A. B. C. D.2【解析】选B。由q=t、=、=n解得:q=n。过程Ⅰ中流过OM的电荷量q1==;过程Ⅱ中流过OM的电荷量q2==。而q1=q2,即=,解得=。7.如图所示,两根平行金属导轨置于水平面内,导轨之间接有定值电阻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对下。现使磁感应强度随时间匀称减小,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中的感应电流渐渐减小C.ab所受的安培力保持不变D.电阻R的热功率不变【解析】选D。磁感应强度匀称减小,穿过回路的磁通量匀称减小,依据楞次定律得知ab中的感应电流方向由a到b,故A错误;由于磁感应强度匀称减小,穿过回路的磁通量匀称减小,依据法拉第电磁感应定律E=可知,回路产生的感应电动势恒定,则ab中的感应电流不变,故B错误;依据安培力公式F=BIL知,电流I不变,B匀称减小,则ab所受的安培力减小,故C错误;I不变,依据P=I2R分析知电阻R的热功率保持不变,故D正确。8.如图所示,将铜片悬挂在电磁铁的两极间,形成一个摆。在电磁铁线圈未通电时,铜片可以自由摇摆,忽视空气阻力及转轴摩擦的作用。当电磁铁通电后,电磁铁两极间可视为匀强磁场,忽视磁边缘效应。关于通电后铜片的摇摆过程,以下说法正确的是 ()A.由于铜片不会受到磁铁的吸引,所以铜片向右穿过磁场后,还能摆至原来的高度B.铜片进入磁场的瞬间,铜片肯定马上减速C.铜片在进入和离开磁场时,由于电磁感应,均有感应电流产生D.铜片进入磁场的过程是机械能转化为电能的过程,离开磁场的过程是电能转化为机械能的过程【解析】选C。铜片进入磁场的过程和离开磁场的过程中穿过铜片的磁通量发生改变,在铜片中产生涡流,所以进入磁场的过程是机械能转化为电能的过程,离开磁场的过程也是机械能转化为电能的过程;由于机械能减小,所以铜片向右穿过磁场后,不能摆至原来的高度,故A、D错误;铜片进入磁场的过程中有感应电流,感应电流会阻碍铜片的相对运动;但由于在铜片进入磁场区域时,还受到重力和杆的拉力,不知道合力的状况,所以不能推断出铜片是否做减速运动,故B错误;铜片进入磁场的过程和离开磁场的过程中穿过铜片的磁通量发生改变,均有感应电流产生,故C正确。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.如图甲所示,“U”形金属导轨ABCD固定在绝缘水平面上,金属棒ab放在导轨上,刚好构成一个边长为L=1m的正方形,整个装置处在竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度随时间改变如图乙所示,金属棒始终不动,回路中的总电阻为2Ω,则下列说法正确的是 ()A.t=1s时,金属棒中的电流方向为从a到bB.t=3.5s时回路中的瞬时电功率比t=4s时回路中的瞬时电功率小C.0～2s内通过金属棒截面的电量为1CD.金属棒受到的摩擦力最大值为4N【解析】选A、C。在t=1s时,通过闭合回路的磁通量正在向上增加,依据楞次定律“增反减同”可以知道感应电流的磁场竖直向下,依据安培定则可知通过金属棒中的电流方向为从a到b,故A正确;由乙图可知在3～5s的时间内磁感应强度的改变率为肯定值,所以在此时间内,产生的感应电流不变,回路的电功率不变,故B错误;依据法拉第电磁感应定律可得在0～2s内回路中的感应电动势E=,其中ΔΦ表示在这2s内磁通量的改变量,即ΔΦ=2Wb。通过金属棒截面的电荷量为q=IΔt,其中I表示平均感应电流,则I=,各方程联立可得q==1C,故C正确;由乙图可知在后三分之一周期内磁感应强度的改变率大于前三分之二周期内的改变率,所以当电路中电流最大时,磁感应强度最大时,金属棒受到的安培力最大,则受到的静摩擦力也最大,则依据法拉第电磁感应定律可以得到后三分之一周期内的感应电动势为E=S=2V,感应电流为I==1A,因为磁感应强度最大值为2T,所以受到的最大安培力为Fm=BmIL=2N,依据平衡条件可得金属棒受到的最大静摩擦力为fm=Fm=2N,故D错误。10.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,须要克服磁铁对飞轮产生的阻碍,通过调整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削减磁铁与飞轮间的距离),下列说法正确的是 ()A.飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力B.人蹬车频率肯定时,拉紧旋钮拉线,飞轮受到的阻力会变小C.限制旋钮拉线不动时,飞轮转速越大,受到的阻力越小D.限制旋钮拉线不动时,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,依据楞次定律可知,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,所以在飞轮转速肯定时,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;限制旋钮拉线不动时,则有磁铁和飞轮间的距离肯定,飞轮转速越大,依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。11.(2024·全国卷Ⅰ)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间改变的匀强磁场,其边界如图(a)中虚线MN所示,一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S,将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内,圆心O在MN上。t=0时磁感应强度的方向如图(a)所示,磁感应强度B随时间t的改变关系如图(b)所示,则在t=0到t=t1的时间间隔内 ()A.圆环所受安培力的方向始终不变B.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C.圆环中的感应电流大小为D.圆环中的感应电动势大小为【解题指南】解答本题应留意以下四点:(1)依据楞次定律推断圆环中的感应电流方向。(2)依据左手定则推断圆环所受安培力的方向。(3)依据法拉第电磁感应定律计算圆环中的感应电动势大小。(4)依据闭合电路欧姆定律计算圆环的感应电流大小。【解析】选B、C。在t=0到t=t0的时间间隔内,磁感应强度的方向垂直纸面对里且渐渐减弱,依据楞次定律可知圆环中的感应电流沿顺时针方向,且圆环所受安培力的方向水平向左;在t=t0到t=t1的时间间隔内,磁感应强度的方向垂直纸面对外且渐渐增加,依据楞次定律可知圆环中的感应电流沿顺时针方向,且圆环所受安培力的方向水平向右,故选项A错误,B正确;圆环中的感应电动势大小为E===·=,故选项D错误;圆环中的感应电流大小为I===,故选项C正确。12.如图所示,电灯A和B与固定电阻的电阻均为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马上熄灭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c→dD.有电流通过A灯,方向为b→a【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b→a,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灯电流快速变为零,而马上熄灭,故A项正确,C项错误。综合上述分析可知,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,还必需抓住以下三点:(1)自感电动势总是阻碍电路中原来电流的改变。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“阻挡”。“阻碍”电流改变的实质是使电流不发生“突变”,使其改变过程有所延缓。(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,假如线圈没有电阻,相当于导线(短路);当电路断开瞬间,自感线圈相当于电源。三、试验题:本题共2小题,共14分。13.(6分)视察如图试验装置,试验操作中,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,则依据右手定则可知,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”的试验中,先按如图甲所示连线,不通电时,电流计指针停在正中心,闭合开关S时,视察到电流计指针向左偏。然后按如图乙所示将灵敏电流计与副线圈B连成一个闭合回路,将原线圈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,爱护电源B.增大电源两端的电压,爱护开关C.减小电路中的电流,爱护灵敏电流计D.减小电路中的电流,爱护开关(2)图乙中,S闭合后,将原线圈A插入副线圈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,爱护灵敏电流计,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。S闭合后,将原线圈A插入副线圈B的过程中,穿过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B中不动,穿过B的磁场向下,将滑动变阻器的滑片向左滑动时,穿过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B中不动,穿过B的磁场向下,突然断开S时,穿过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)向右四、计算题:本题共4小题,共46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.(8分)(2024·北京高考)如图所示,垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B。纸面内有一正方形匀称金属线框abcd,其边长为L,总电阻为R,ad边与磁场边界平行。从ad边刚进入磁场直至bc边刚要进入的过程中,线框在向左的拉力作用下以速度v匀速运动,求:(1)感应电动势的大小E;(2)拉力做功的功率P;(3)ab边产生的焦耳热Q。【解析】(1)由法拉第电磁感应定律可得,感应电动势E=BLv(2)线框中的感应电流I= (2分)拉力大小等于安培力大小F=BIL拉力的功率P=Fv= (2分)(3)线框ab边电阻Rab=时间t= (2分)ab边产生的焦耳热Q=I2Rabt= (2分)答案:(1)BLv(2)(3)16.(8分)如图所示,在磁感应强度B=0.2T、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=50cm,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=10m/s的恒定速度向右运动,a、c间电压为0.8V,且a点电势高,其余电阻忽视不计。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=1V(2分)(2)电流方向N→M;磁场方向指向纸里 (2分)(3)I== (2分)==4 (2分)答案:(1)1V(2)电流方向N→M磁场方向指向纸里(3)417.(14分)(2024·江苏高考)如图所示,两条平行的光滑金属导轨所在平面与水平面的夹角为θ,间距为d。导轨处于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向与导轨平面垂直。质量为m的金属棒被固定在导