2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第二册 第二章 电磁感应 单元检测卷5（含解析）

2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第二册

第二章 电磁感应 单元检测卷5（含解析）

一、单选题（共28分）

1．如图所示是一水平放置的绝缘环形管，管内壁光滑，内有一直径略小于管内径的带正电的小球，开始时小球静止。有一变化的磁场竖直向下穿过管所在的平面，磁感应强度B随时间成正比例增大，设小球的带电量不变，则（　　）

A．顺着磁场方向看，小球受顺时针方向的力，沿顺时针方向运动

B．顺着磁场方向看，小球受顺时针方向的力，沿逆时针方向运动

C．顺着磁场方向看，小球受逆时针方向的力，沿逆时针方向运动

D．小球不受力，不运动

2．如图所示，均匀分布有负电荷的橡胶圆环A和金属圆环B为同心圆，保持金属圆环位置固定，让橡胶圆环绕圆心O在金属圆环的平面内沿顺时针方向从静止开始加速转动，下列判断正确的是（　　）

A．金属圆环B中的感应电流沿顺时针方向

B．金属圆环B中的感应电流越来越大

C．金属圆环B有收缩趋势

D．金属圆环B有沿顺时针转动的趋势

3．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一直变大

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

4．一个质量为m的条形磁体，磁体长为l，在磁体下方h处固定一总电阻为R的矩形线框，磁体由静止释放，当磁体上端离开线框时，速度为v，不计空气阻力，这个过程中，线框产生的焦耳热为（　　）

A．mgh B． C． D．

5．安检门是一种检测人员有无携带金属物品的探测装置，又称金属探测门。安检门主要应用在机场、车站等人流较大的公共场所用来检查人身体上隐藏的金属物品，如枪支、管制刀具等。如图为安检门原理图，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈。工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向均匀减小的电流，则（　　）

A．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针

B．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流增大

C．有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针

D．有金属片通过时，接收线圈中的感应电流大小发生变化

6．如图甲所示，两根平行金属导轨置于水平面内，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的变化关系如图乙所示（以向下为正方向），0~2t0时间内ab始终保持静止。则下列说法不正确的是（　　）

A．0~2t0时间内ab中的感应电流方向总是由a到b

B．t＝t0时刻ab所受的安培力为零

C．0~2t0时间内电阻R消耗的功率保持不变

D．0~2t0时间内ab所受的静摩擦力保持不变

7．空间中存在竖直向下的匀强磁场，有两根相互平行的金属导轨（足够长）水平放置，如图所示（俯视图）。导轨上静止放置着两金属棒AB、CD，某时刻在AB棒上施加一恒力F，使AB棒向左运动，导轨对金属棒的摩擦力不计，金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，下列说法正确的是（　　）

A．回路中有顺时针方向的电流

B．磁场对金属棒AB的作用力向左

C．金属棒CD一直做加速直线运动

D．金属棒AB先做加速度减小的加速运动，之后做匀速直线运动

二、多选题（共12分）

8．如图所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向在图中已经标出．左线圈连着平行导轨M和N，导轨电阻不计，在导轨垂直方向上放着金属棒ab，金属棒处在垂直于纸面向外的匀强磁场中，下列说法中正确的是（　　）

A．当金属棒ab向右匀速运动时，a点电势高于b点，c点电势高于d点

B．当金属棒ab向右匀速运动时，b点电势高于a点，c点与d点等电势

C．当金属棒ab向右加速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点

D．当金属棒ab向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于c点

9．如图所示，光滑金属导轨DCEF固定在水平面并处于竖直向下的匀强磁场中，CD、EF平行且足够长，CE是粗细均匀、电阻率一定的导体，且与EF夹角为θ（θ<90°），CD和EF的电阻不计。导体棒MN与CE的材料、粗细均相同，用外力F使MN向右匀速运动，从E点开始计时，运动中MN始终与EF垂直且和导轨接触良好。若图中闭合电路的电动势为E，电流为I，消耗的电功率为P，下列图像正确的是（　　）

A． B．

C． D．

10．如图所示，在竖直方向上有四条间距均为L＝0.5 m的水平虚线L1、L2、L3、L4，在L1、L2之间和L3、L4之间存在匀强磁场，磁感应强度大小均为1 T，方向垂直于纸面向里。现有一矩形线圈abcd，长度ad＝3L，宽度cd＝L，质量为0.1 kg，电阻为1 Ω，将其从图示位置由静止释放（cd边与L1重合），cd边经过磁场边界线L3时恰好做匀速直线运动，整个运动过程中线圈平面始终处于竖直方向，cd边水平。（g取10 m/s2）则（　　）

A．cd边经过磁场边界线L3时通过线圈的电荷量为0.5 C

B．cd边经过磁场边界线L3时的速度大小为4 m/s

C．cd边经过磁场边界线L2和L4的时间间隔为0.25 s

D．线圈从开始运动到cd边经过磁场边界线L4过程，线圈产生的热量为0.7 J

三、实验题（共15分）

11．如图所示为定量验证法拉第电磁感应定律，甲、乙两同学设计了如图所示实验装置，实验操作步骤如下：将线圈和光电门固定在长木板的轨道上，线圈与电压传感器相连，强磁铁和挡光片固定在小车上，每当小车经过光电门时，光电门会记录下挡光时间，同时触发电压传感器记录时间内线圈产生的感应电动势。

①甲同学进行如下操作：改变弹簧压缩程度，使小车以不同的速度从轨道的右端弹出，得到一系列和的实验数据，做出图像。

②乙同学进行如下操作：换用不同匝数的线圈进行实验，更换线圈时保持线圈位置、光电门位置不变，每次记录电压传感器示数及对应的线圈匝数，做出图像，由图像得出实验结论。

（1）由上述实验原理、过程和操作可知，该实验采用了控制变量法.在甲同学的研究中，下列操作不影响实验结论的是__________

A．实验中保持线圈固定、光电门的位置可以左右移动

B．实验中轨道右端适当抬高，增大倾角

C．实验中轨道不够光滑

D．实验中光电门位置不变，将线圈靠近光电门

（2）若甲同学做出的图线在误差范围内是通过原点的倾斜直线，甲得出的感应电动势与磁通量的变化率的关系是____________________。

（3）乙同学进行实验时，每次更换线圈后小车释放时的位置要__________（填“改变”或“不变”），做出的图像是过原点的直线，说明____________________。

12．在研究电磁感应现象的实验中所用的实验仪器如图所示，它们是：电流计、直流电源、带铁芯的线圈a、线圈b、电键、滑动变阻器．

（1）如图是某同学按照实验的要求连接的电路，其中有没完成的部分，请你帮助这位同学将实物图连接好。_______

（2）某同学将实物连成电路，检查无误后，闭合电键的瞬间发现电流计的指针向右偏转．则下列方法中能使电流计的指针向右偏转的是(        )

A．闭合电键后再断开电键

B．闭合电键后将滑动变阻器的滑动触头P向右滑动

C．闭合电键后将a线圈从b线圈中抽出的瞬间

D．闭合电键后将软铁芯从a线圈中抽出的瞬间

（3）在闭合电键一段时间后电路达到稳定，电流计的指针指在________位置（填写 “0刻线的左方”或“0刻线”或“0刻线的右方”）．断开电键的瞬间，线圈a和线圈b中电流的磁场方向_________（填写“相同”或“相反”）。

（4）某同学第一次将滑动变阻器的触头P从变阻器的左端快速滑到右端，第二次将滑动变阻器的触头P从变阻器的左端慢慢滑到右端，发现电流计的指针摆动的幅度大小不同，第一次比第二次的幅度________（填写“大”或“小”），原因是线圈中的______________填写“磁通量”或“磁通量的变化”或“磁通量变化率”）第一次比第二次的大。

四、解答题（共45分）

13．如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，水平U型导体框左端连接一阻值为R的电阻，质量为m、电阻为r的导体棒ab置于导体框上。不计导体框的电阻、导体棒与框间的摩擦。ab以水平向右的初速度v0开始运动，最终停在导体框上。在此过程中求：

（1）导体棒的加速度是多少？

（2）电阻R消耗的总电能为多少？

14．如图所示，空间存在B=0.5T、方向竖直向下的匀强磁场，MN、PQ是水平放置的平行长直导轨，其间距L=0.2m，R=0.3Ω的电阻接在导轨一端，ab是跨接在导轨上质量m=0.1kg、接入电路的电阻r=0.1Ω的导体棒，已知导体棒和导轨间的动摩擦因数为0.2。从零时刻开始，对ab棒施加一个大小为F=0.45N、方向水平向左的恒定拉力，使其从静止开始沿导轨滑动，过程中ab棒始终保持与导轨垂直且接触良好。（g=10m/s2）

（1）分析导体棒的运动性质；

（2）求导体棒所能达到的最大速度；

（3）试定性画出导体棒运动的速度－时间图象。

15．一磁感应强度为B0的有界匀强磁场区域如图甲所示，质量为m，电阻为R的矩形线圈abcd边长分别为L和2L，线圈一半在磁场内，一半在磁场外．从t＝0时刻磁场的磁感应强度开始均匀减小，线圈中产生感应电流，在磁场力作用下运动，其运动的v﹣t图象如图乙所示，图中斜向虚线为过0点速度曲线的切线，数据由图中给出．不考虑重力影响：求：

（1）线圈中感应电流的方向；

（2）磁场中磁感应强度的变化率；

（3）t3时刻回路的电功率P。

16．光滑平行异形导轨与如图所示，导轨的、部分处于竖直向上的匀强磁场中，段导轨宽度为段导轨宽度L的2倍，段长度为段和段导轨都足够长，导轨的电阻不计。现将电阻为R、质量为m、长度为的相同材料、粗细的金属棒P和Q分别置于导轨上的处和处，现对金属棒P施加一平行于导轨的作用力F，在运动到处时立即撤去力F，求：

（1）金属棒P进入磁场区域后的最大加速度；

（2）最终金属棒P和Q的速度。

参考答案

1．C

【解析】

【详解】

因为绝缘环形管面内有均匀增大的磁场，在其周围会产生稳定的涡旋电场，对带电小球做功，由楞次定律判断电场方向为逆时针方向。在电场力作用下，带正电小球沿逆时针方向运动，C正确；ABD错误。

故选C。

2．A

【解析】

【详解】

A．橡胶圆环顺时针转动，产生沿逆时针方向的电流，且电流越来越大，因此金属圆环中垂直于环面向外的磁通量增大，根据楞次定律，金属圆环中感应电流沿顺时针方向，故A正确；

B．尽管是加速转动，若磁通量均匀增大，则感应电流不变，故B错误；

CD．根据楞次定律，为了阻碍金属圆环中磁通量增大，金属圆环B有向外扩张的趋势无转动趋势，因为取一段小圆环的安培力都是背离圆心向外的。故CD错误；

故选A。

3．C

【解析】

【详解】

BC．由bc边切割磁感线产生电动势，形成电流，使得导体棒MN受到向右的安培力，做加速运动，bc边受到向左的安培力，向右做加速运动。当MN运动时，金属框的bc边和导体棒MN一起切割磁感线，设导体棒MN和金属框的速度分别为、，则电路中的电动势

电流中的电流

金属框和导体棒MN受到的安培力

与运动方向相反。

与运动方向相同。

设导体棒MN和金属框的质量分别为、，则对导体棒MN

对金属框

初始速度均为零，则a1从零开始逐渐增加，a2从开始逐渐减小。当a1＝a2时，相对速度

大小恒定。整个运动过程用速度—时间图像描述如下。

综上可得，金属框的加速度趋于恒定值，安培力也趋于恒定值，B错误，C正确；

AD．金属框的速度会一直增大，导体棒到金属框bc边的距离也会一直增大，AD错误。

故选C。

4．C

【解析】

【详解】

对条形磁体和线框整体根据能量守恒定律

解得线框中产生的焦耳热

C正确，ABD错误。

故选C。

5．D

【解析】

【详解】

A．当左侧线圈中通有不断减小的顺时针方向的电流时，可知穿过右侧线圈的磁通量向右，且不断减小，根据楞次定律可知，右侧线圈中产生顺时针方向的感应电流，故A错误；

B．无金属片通过时，通电线圈中存在顺时针方向均匀减小的电流，则通电线圈中的磁通量均匀减小，所以穿过右侧线圈中的磁通量均匀减小，则磁通量的变化率是定值，由法拉第电磁感应定律可知，接收线圈中的感应电流不变，故B错误；

CD．有金属片通过时，则穿过金属片中的磁通量发生变化时，金属片中也会产生感应电流，感应电流的方向与接收线圈中的感应电流的方向相同，所以也会将该空间中的磁场的变化削弱一些，引起接收线圈中的感应电流大小发生变化。但是电流的方向不会发生变化，C错误，故选D。

故选D。

6．D

【解析】

【详解】

A．根据楞次定律可知，0~2t0时间内ab中的感应电流方向总是由a到b，所以A正确，不符合题意；

B．根据

则0~2t0时间内产生的感应电流保持不变，根据

t＝t0时刻ab所受的安培力为零，所以B正确，不符合题意；

C．根据

0~2t0时间内产生的感应电动势保持不变，根据

所以0~2t0时间内电阻R消耗的功率保持不变，则C正确，不符合题意；

D．0~2t0时间内ab始终保持静止，由平衡条件可得

根据

则0~2t0时间内ab所受的安培力是变化的，所以ab所受的静摩擦力也是变化的，则D错误，符合题意；

故选D。

7．C

【解析】

【详解】

A．由右手定则可知，回路中有逆时针方向的电流，故A错误；

B．根据左手定则可知，磁场对金属棒AB的作用力向右，故B错误；

CD．金属棒CD受到水平向左的安培力，做加速运动，切割磁感线，产生顺时针方向的感应电流，两金属棒产生的感应电流方向相反，设回路总电阻为R，可得

由于刚开始金属棒速度v1较大，故回路总电流沿逆时针方向，对AB由牛顿第二定律可得

随着两金属棒的加速，速度差逐渐增大到某一值后保持不变，故金属棒先做加速度减小的加速运动，之后做匀加速直线运动；

对金属棒CD由牛顿第二定律可得

可知金属棒CD的加速度先增大后再保持不变，故金属棒CD一直做加速直线运动。故C正确，D错误。

故选C。

8．BD

【解析】

【详解】

AB．当金属棒向右匀速运动切割磁感线时，金属棒产生恒定感应电动势，由右手定则可知，电流方向为a→b，根据电流从电源（ab相当于电源）正极流出沿外电路回到电源负极的特点，可以判断b点电势高于a点，由于左线圈中的感应电动势恒定，则感应电流也恒定，所以穿过右线圈的磁通量保持不变，不产生感应电流，则c点电势等于d点电势，故A错误B正确；

CD．当ab向右做加速运动时，由右手定则可推断，b点电势高于a点，电流沿逆时针方向，又由可知，ab导体两端的不断增大，那么左边电路中的感应电流也不断增大，由安培定则可判断它在铁芯中的磁感线方向是沿逆时针方向的，并且磁感应强度不断增强，则右边电路线圈中向上的磁通量不断增加，由楞次定律可知，右边电路的感应电流方向为逆时针，而在右线圈组成的电路中，感应电动势仅产生在绕在铁芯上的那部分线圈上，把这个线圈看做电源，由于电流是从c沿内电路（即右线圈）流向d，则d点电势高于c点，故C错误D正确。

故选BD。

9．AB

【解析】

【详解】

导体棒由E运动到C的过程中，切割磁感线的有效长度

L＝vttanθ

设CE、MN中单位长度的电阻为R0，则回路中电阻

R＝R0

回路中的感应电动势

E1＝BLv＝Bv2ttanθ∝t

I1＝＝＝

感应电流I1与t无关且为定值；导体棒匀速运动时，外力F1等于安培力，则

F1＝BI1L＝BI1vttanθ∝t

消耗的电功率

P1＝F1v＝BI1v2ttanθ∝t

当导体棒过C点后，回路中切割磁感线的有效长度L′、回路中的电阻R′不变，感应电动势

E′＝BL′v

为定值，回路中的电流

I′＝

也为定值，且I′＝I1，外力F′等于安培力，则

F′＝BI′L′

也为定值；消耗的电功率

P＝F′v

也为定值．综上所述，AB正确，CD错误。

故选AB。

10．BD

【解析】

【详解】

A. cd边从L1运动到L2，通过线圈的电荷量为

故A错误；

B.cd边经过磁场边界线L3时恰好做匀速直线运动，根据平衡条件有

mg＝BIL

而

联立两式解得

故B正确；

C. cd边从L2到L3的过程中，穿过线圈的磁通量没有改变，没有感应电流产生，不受安培力，线圈做匀加速直线运动，加速度为g，设此过程的时间为t1，此过程的逆过程为匀减速运动，由运动学公式得

cd边从L3到L4的过程做匀速运动，所用时间为

故cd边经过磁场边界线L2和L4的时间间隔为

t1＋t2＞0.25 s

故C错误；

D.线圈从开始运动到cd边经过磁场边界线L4过程，根据能量守恒得

故D正确。

故选BD。

11．     BC     感应电动势与时间的变化成反比     不变     感应电动势与线圈匝数成正比

【解析】

【详解】

（1）[1]BC．由法拉第电磁感应定律为了定量验证感应电动势与时间的关系，实验只需要控制线圈匝数与磁通量的变化量不变即可，对轨道是否光滑、轨道是否水平没有要求，BC正确；

AD．实验需要控制线圈匝数与磁通量的变化量不变，为控制磁通量的变化量不变，实验中必须保持线圈、光电门位置不变，AD错误。

（2）[2]在直角坐标系中作关系图线，若图线是基本过坐标原点的倾斜直线，则与成正比，又因线圈与光电门距离一定，磁通量变化量一定，则与成正比，即感应电动势与磁通量的变化率成正比。

（3）[3][4]实验中，要确保不变，因此实验中小车释放位置要不变；因与成正比，即感应电动势与线圈匝数成正比。

12．          B     0刻线     相同     大     磁通量变化率

【解析】

【详解】

（1）[1]电路如图所示

（2）[2]闭合电键的瞬间发现电流计的指针向右偏转，表明线圈b磁通量增大时，电流计指针向右偏转。

A．闭合电键后再断开电键，线圈b磁通量减小，电流计指针向左偏转，A不符合题意；

B．闭合电键后将滑动变阻器的滑动触头P向右滑动，滑动变阻器的阻值减小，线圈a的电流增大，线圈b磁通量增大，电流计指针向右偏转，B符合题意；

C．闭合电键后将a线圈从b线圈中抽出的瞬间，线圈b磁通量减小，电流计指针向左偏转，C不符合题意；

D．闭合电键后将软铁芯从a线圈中抽出的瞬间，线圈b磁通量减小，电流计指针向左偏转，D不符合题意。

故选B；

（3）[3]在闭合电键一段时间后电路达到稳定，线圈a的电流不变，线圈b的磁通量不变，不产生感应电流，电流计的指针指在0刻线位置；

[4]断开电键的瞬间，线圈a的电流减小，线圈b的磁通量减小，根据楞次定律，线圈a和线圈b中电流的磁场方向相同；

（4）[5][6]某同学第一次将滑动变阻器的触头P从变阻器的左端快速滑到右端，第二次将滑动变阻器的触头P从变阻器的左端慢慢滑到右端，发现电流计的指针摆动的幅度大小不同，第一次比第二次的幅度大，原因是线圈中的磁通量变化率第一次比第二次的大。

13．（1），方向水平向左；（2）

【解析】

【详解】

（1）导体棒向右运动，根据右手定则，可知电流方向为b到a，再根据左手定则可知，导体棒向到向左的安培力，根据法拉第电磁感应定律，可得产生的感应电动势为

感应电流为

故安培力大小为

由左手定则知方向水平向左，根据牛顿第二定律有

可得

方向水平向左。

（2）根据能量守恒定律，可知回路中产生的总热量为

因R与r串联，则产生的热量与电阻成正比，则R产生的热量为

14．（1）做加速度减小的加速运动，最终做匀速运动；（2）10m/s；（3）

【解析】

【详解】

（1）导体棒做切割磁感线运动，产生的感应电动势

E=BLv

回路中的感应电流为

I=

导体棒受到的安培力为

F安=BIL

导体棒运动过程中受到拉力F、安培力F安和摩擦力Ff的作用，根据牛顿第二定律有

F－μmg－F安=ma

联立解得

F－μmg－=ma

由⑤可知，随着速度的增大，安培力增大，加速度a减小，当加速度a减小到0时，速度达到最大，此后导体棒做匀速直线运动；

（2）当导体棒达到最大速度时，有

F－μmg－=0

代入数据解得

vm=10m/s

（3）由（1）（2）中的分析与数据可知，导体棒运动的速度－时间图象如图所示

15．（1）顺时针方向；（2）；（3）

【解析】

【详解】

（1）从t1＝0时刻磁场的磁感应强度开始均匀减小，所以线框的磁通量是变小的，根据楞次定律，感应电流产生的磁场跟原磁场方向相同，即感应电流产生的磁场方向为垂直纸面向内，可以判断出感应电流的方向为顺时针方向

（2）从图线可知，t＝0时刻线圈速度为零，图中斜向虚线为过0点速度曲线的切线，所以加速度为

此时刻线框中感应电动势

由

可解得

（3）线圈在t2时刻开始做匀速运动，在t3时刻应有两种可能

一是，线圈没有完全进入磁场，磁场就消失，线框内没有感应电流，回路电功率P＝0；

二是，磁场没有消失，但线圈完全进入磁场，尽管有感应电流，但各边所受磁场力的合力为零，由ab和cd两边切割磁感线产生的感应电动势抵消

回路电功率

16．（1）；方向水平向左；（2）；

【解析】

【详解】

（1）由动能定理得

当金属棒P刚进入磁场区域时速度最大，切割磁感线，产生的感应电动势和感应电流最大，受到的安培力最大，加速度最大，由法拉第电磁感应定律得

金属棒Q在导轨内部分的长度为L，电阻为，回路总电阻

由闭合电路欧姆定律得

所受安培力

由牛顿第二定律得

联立解得

方向水平向左；

（2）最终回路内产生的感应电流为零，回路内磁通量不变，金属棒Q的最终速度是金属棒P最终速度的2倍。设金属棒P的最终速度为，则金属棒Q的最终速度为

从金属棒P进入磁场切割磁感线到最终稳定，金属棒P所受安培力始终是金属棒Q的2倍，设金属棒P受到的安培力为，则Q受到的安培力为，对金属棒P，由动量定理得

对金属棒Q，由动量定理得

联立解得