新教材适用2023_2024学年高中物理第2章电磁感应学业质量标准检测新人教版选择性必修第二册

这是一份新教材适用2023_2024学年高中物理第2章电磁感应学业质量标准检测新人教版选择性必修第二册，共11页。
第二章　学业质量标准检测本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。第Ⅰ卷(选择题　共40分)一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)1．(2023·上海交大附中高二开学考试)穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图像分别如图甲、乙、丙、丁所示，下列关于回路中产生的感应电动势的说法，正确的是( D )解析：根据法拉第电磁感应定律E＝N可知回路中产生的感应电动势大小与磁通量的变化率的绝对值成正比，而磁通量的变化率等于Φ－t图像的斜率。图甲中磁通量恒定不变，不产生感应电动势，A错误；图乙中磁通量的变化率不变，产生的感应电动势恒定，B错误；图丙中0～t0时间内磁通量的变化率的绝对值大于t0～2t0时间内磁通量的变化率的绝对值，所以回路在0～t0时间内产生的感应电动势大于t0～2t0时间内产生的感应电动势，C错误；图丁中Φ－t图像切线的斜率先变小后变大，所以回路产生的感应电动势先变小再变大，D正确。故选D。2．(2023·北京东城高二期末)如图所示，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均匀减小，ab始终保持静止，下列说法正确的是( D )A．ab中的感应电流方向由b到aB．ab中的感应电流逐渐减小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：磁感应强度均匀减小，磁通量减小，根据楞次定律和安培定则得，ab中的感应电流方向由a到b，故A错误；由于磁感应强度均匀减小，根据法拉第电磁感应定律E＝n可知感应电动势恒定，则ab中的感应电流不变，故B错误；根据安培力公式F＝BIL知，电流不变，B均匀减小，则安培力减小，故C错误；安培力和静摩擦力为一对平衡力，安培力减小，则静摩擦力减小，故D正确。故选D。3．(2023·杭州学军中学高二期中)如图所示，金属导轨OM、ON焊接在O点处的金属块(大小不计，图中黑色所示)上，虚线OP是∠MON的角平分线，整个空间分布着垂直导轨平面的匀强磁场。t＝0时刻，金属棒由O点沿OP方向做匀速直线运动，棒始终与导轨接触良好且与OP垂直，除金属块外其他电阻不计，则在开始计时的连续相等时间内，通过棒中点横截面的感应电荷量之比为( C )A．1：1  B．1：2C．1：3  D．2：3解析：根据题意，由感应电荷量的公式可得q＝t，又平均电流为＝，金属棒由O点沿OP方向做匀速直线运动，切割磁感线，则有＝，所以，可得电荷量为q＝Δt＝Δt＝Δt＝＝，因为整个空间分布着垂直导轨平面的匀强磁场，故感应电荷量只与相同时间内面积的大小有关，设金属棒运行的时间分别为t和2t，由几何关系可得，后一t内面积是前一t面积的3倍，故电荷量也是3倍，A、B、D错误，C正确。故选C。4．如图所示，由同种材料制成的粗细均匀的正方形金属线框以恒定速度向右通过有理想边界的匀强磁场，开始时线框的ab边恰与磁场边界重合，磁场宽度大于正方形线框的边长，则线框中a、b两点间电势差Uab随时间变化的图线是下图中的( A )解析：线框向右匀速穿越磁场区域的过程可分为三个阶段：第一阶段(进入过程)，ab是电源，外电阻R＝3r(每一边的电阻为r)，Uab等于路端电压U1＝E；第二阶段(线框整体在磁场中平动过程)，ab及dc都是电源，并且是完全相同的电源，回路中虽无感应电流，但U2＝E；第三阶段(离开过程)，dc是电源，路端电压Udc＝E，因此Uab为路端电压Udc的，即U3＝E。5．如图所示，水平面上足够长的平行直导轨左端连接一个耐高压的平行板电容器，竖直向下的匀强磁场分布在整个空间。导体杆MN在恒力作用下从静止开始向右运动，在运动过程中导体杆始终与导轨接触良好。若不计一切摩擦和电阻，那么导体杆所受安培力FA以及运动过程中的瞬时速度v随时间t的变化关系图正确的是( C )解析：导体杆MN在恒力作用下从静止开始向右运动，切割磁感线产生感应电动势，电容器充电，由于不考虑电阻，电容器两端电压与电动势相等，设充电电流为i，则有i＝＝，则安培力为FA＝BiL＝BL×＝BL×＝CB2L2a，对导体杆MN由牛顿第二定律有F－BiL＝ma，即F－CB2L2a＝ma，得a＝，即导体杆MN做匀加速直线运动，则安培力恒定。故选C。6．(2023·甘肃兰州一中高二期中)如图，条形磁铁位于固定的半圆光滑轨道的圆心位置，一半径为R、质量为m的金属球从半圆轨道的一端沿半圆轨道由静止下滑，重力加速度大小为g。下列正确的是( D )A．金属球中不会产生感应电流B．金属球会运动到半圆轨道的另一端C．金属球受到的安培力做正功D．系统产生的总热量为mgR解析：金属球在运动过程中，穿过金属球的磁通量不断变化，在金属球内形成闭合回路，产生涡流，金属球受到的安培力做负功，金属球不会运动到半圆轨道的另一端，在运动过程中，金属球产生的热量不断地增加，机械能不断地减少，直至金属球停在半圆轨道的最低点，故A、B、C错误；根据能量守恒定律得系统产生的总热量为Q＝mgR，D正确。7．(2023·杭州十四中校高二期末)半径分别为r和2r的同心半圆粗糙导轨MN、PQ固定在同一水平面内，一长为r、电阻为2R、质量为m且质量分布均匀的导体棒AB置于半圆轨道上面，BA的延长线通过导轨的圆心O，装置的俯视图如图所示。整个装置位于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中。在N、Q之间接有一阻值为R的电阻。导体棒AB在水平外力作用下，以角速度ω绕O顺时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触。设导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ，导轨电阻不计，重力加速度为g，则下列说法正确的是( BC )A．导体棒AB两端的电压为Brω2B．电阻R中的电流方向从Q到N，大小为C．外力的功率大小为＋μmgrωD．若导体棒不动，要产生同方向的感应电流，可使竖直向下的磁场的磁感应强度均匀增加解析：导体棒AB在匀强磁场中切割磁感线产生的感应电动势E＝Br＝Br＝Br＝Br2ω，电路中的感应电流I＝＝，导体棒AB两端的电压为UAB＝IR＝Br2ω，由右手定则可知，电阻R中的电流方向从Q到N，A错误，B正确；由电功率公式可得电路中的电功率有P电＝I2＝2×3R＝，摩擦力的功率Pf＝Ff＝μmg×rω＝μmgrω，由能量守恒定律可得，P外＝P电＋Pf＝＋μmgrω，C正确；电阻R中的电流方向从Q到N，若导体棒不动，要产生同方向的感应电流，由楞次定律可知，可使竖直向下的磁场的磁感应强度均匀减小，D错误。故选BC。8．(2023·湖南株洲高二期中)如图甲所示，水平面上有两不平行光滑导轨MN、PQ，上面放着两根导体棒ab、cd，两棒间用拉直的绝缘细线系住。开始时匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度B随时间t的变化如图乙所示。则( BC )A．在t0时刻导体棒ab因无电流所以不受安培力作用B．在t0时刻导体棒ab的电流方向由b流向aC．在0～t0时间内导体棒ab向右运动D．如果在t0时刻由静止释放两导体棒，它们将一起向左运动解析：由图乙所示图像可知，0到t0时间内，磁场向里，磁感应强度B均匀减小，线圈中磁通量均匀减小，由法拉第电磁感应定律得知，回路中产生恒定的感应电动势，形成恒定的电流。由楞次定律可得出电流方向沿acdba，在t0时刻导体棒ab中电流不为零，电流方向由b流向a，但磁场为零，F＝BIL安培力为零，A错误，B正确；在0～t0时间内根据左手定则，导体棒ab受安培力向左，cd受安培力向右，cd受安培力更大，因为有效长度更长，所以整体向右运动，C正确；如果在t0时刻由静止释放两导体棒，磁场向外增大，根据楞次定律可知，它们将相互靠近，D错误。9．如图甲所示线圈的匝数n＝100匝，横截面积S＝50 cm2，线圈总电阻r＝10 Ω，沿轴向有匀强磁场，设图示磁场方向为正，磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示规律变化，则在开始的0.1 s内( BD )A．磁通量的变化量为0.25 WbB．磁通量的变化率为2.5×10－2 Wb/sC．a、b间电压为0D．在a、b间接一个理想电流表时，电流表的示数为0.25 A解析：通过线圈的磁通量与线圈的匝数无关，若设Φ2＝B2S为正，则线圈中磁通量的变化量为ΔΦ＝B2S－(－B1S)，代入数据即ΔΦ＝(0.1＋0.4)×50×10－4 Wb＝2.5×10－3 Wb, A错误；磁通量的变化率＝ Wb/s＝2.5×10－2 Wb/s，B正确；根据法拉第电磁感应定律可知，当a、b间断开时，其间电压等于线圈产生的感应电动势，感应电动势大小为E＝n＝2.5 V且恒定，C错误；在a、b间接一个理想电流表时相当于a、b间接通而形成回路，回路总电阻即为线圈的总电阻，故感应电流大小I＝＝0.25 A，D正确。10．(2023·贵州镇远县高二期中)如图所示，两根粗糙的金属导轨平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨下端接有电阻R，导轨电阻不计。斜面处在竖直向上的匀强磁场中，质量为m的金属棒ab垂直放置在导轨上且始终与导轨接触良好，金属棒电阻不计，金属棒沿导轨减速下滑，在下滑h高度的过程中，它的速度由v0减小到v，则下列说法正确的是( CD )A．作用在金属棒上的合力做的功为mv－mv2B．金属棒重力势能的减少量等于系统产生的电能C．金属棒克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热D．金属棒机械能减少量为mgh＋mv－mv2解析：根据题意，由动能定理得，作用在金属棒上的合力做的功W＝ΔEk＝mv2－mv，A错误；根据题意可知，金属棒下滑过程中，重力势能减少了mgh，动能减少了ΔEk＝mv－mv2，则金属棒机械能的减少量为ΔE＝mgh＋mv－mv2，设金属棒下滑过程中，因摩擦产生的热为Q1，系统产生的电能为Q2，根据能量守恒定律有ΔE＝mgh＋mv－mv2＝Q1＋Q2，则Q2＝mgh＋mv－mv2－Q1，因不能确定动能减少量和摩擦产生的热的关系，故不能确定重力势能减少量和产生的电能关系，B错误，D正确；根据题意可知，导轨和金属棒的电阻不计，则金属棒克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热，C正确。第Ⅱ卷(非选择题　共60分)二、填空题(2小题，共16分。把答案直接填在横线上)11．(8分)(2023·江苏苏州市高二期末)小雨同学用图甲的实验装置“研究电磁感应现象”。闭合开关瞬间，发现灵敏电流计的指针向左偏转了一下。(1)闭合开关稳定后，将滑动变阻器的滑片向右滑动过程中，灵敏电流计的指针_向左偏转__(填“向左偏转”“向右偏转”或“不偏转”)；(2)闭合开关稳定后，将线圈A从线圈B抽出的过程中，灵敏电流计的指针_向右偏转__(填“向左偏转”“向右偏转”或“不偏转”)；(3)如图乙所示，R为光敏电阻，其阻值随着光照强度的加强而减小。金属环A用轻绳悬挂，与长直螺线管共轴，并位于其左侧。当光照减弱时，从左向右看，金属环A中电流方向_顺时针__(填“顺时针”或“逆时针”)，金属环A将向_右__(填“左”或“右”)运动，并有_扩张__(填“收缩”或“扩张”)的趋势。解析：(1)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向左偏了一下，说明穿过线圈的磁通量增加，电流计指针向左偏，合上开关后，将滑动变阻器的滑片向右滑动时，电阻变小，流过线圈的电流变大，那么穿过线圈的磁通量增加，电流计指针将向左偏转。(2)将线圈A从线圈B抽出的过程中，穿过线圈的磁通量减少，电流计指针将向右偏转。(3)由图乙可知根据右手螺旋定则可判断螺线管磁场方向向右；当光照减弱时，光敏电阻的阻值增加，回路中电流减小，穿过金属环A的磁通量减小，根据楞次定律可知产生向右的感应磁场，再由右手螺旋定则可知从左向右看，金属环A中电流方向顺时针；因穿过A环的磁通量减小，据楞次定律，感应电流的磁场方向与原电流磁场方向相同，故相互吸引，则金属环A将向右运动，且金属环A有扩张趋势。12．(8分)(2023·河南新乡高二期末)小贾同学在学习安培力后，设计了如图所示的装置来测定磁极间的磁感应强度。根据实验主要步骤完成填空：(1)在弹簧测力计下端挂一个匝数为n的矩形线框，将线框的下短边完全置于U形磁铁的N、S极之间的磁场中，并使线框的短边水平，磁场方向与矩形线框的平面_垂直__。(2)在电路未接通时，记录线框静止时弹簧测力计的读数F0。(3)闭合开关，调节滑动变阻器使电流表读数为I，记录线框静止时弹簧测力计的读数F(F>F0)，则线框所受安培力大小为_F－F0__，方向为_竖直向下__。(4)用刻度尺测出矩形线框短边的长度L。(5)利用上述数据可得待测磁场的磁感应强度B＝ 　。解析：(1)应使磁场方向与矩形线框的平面垂直，这样能使弹簧测力计保持竖直，方便测出拉力。(3)根据题意可知，未接通电路时，弹簧测力计的读数F0，根据平衡条件有F0＝mg接通电路后，弹簧测力计的读数F(F>F0)，根据平衡条件有F＝mg＋F安则线框所受安培力大小为F安＝F－F0方向竖直向下。(5)根据安培力的计算公式有nBIL＝F－F0解得B＝。三、论述、计算题(本题共4小题，共46分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)13．(8分)轻质细线吊着一质量为m＝0.32 kg、边长为L＝0.8 m、匝数n＝10的正方形线圈，总电阻为r＝1 Ω。边长为的正方形磁场区域对称分布在线圈下边的两侧，如图甲所示，磁场方向垂直纸面向里，大小随时间变化如图乙所示，从t＝0开始经t0时间细线开始松弛，g取10 m/s2。求：(1)在前t0时间内线圈中产生的感应电动势；(2)在前t0时间内线圈的电功率；(3)t0的值。答案：(1)0.4 V　(2)0.16 W　(3)2 s解析：(1)由法拉第电磁感应定律得E＝n＝n××2＝10××2×0.5V＝0.4 V。(2)I＝＝0.4 A，P＝I2r＝0.16 W。(3)分析线圈受力可知，当细线松弛时有：F安＝nBI＝mg，I＝，B＝＝2 T，由图知：B＝1＋0.5t0(T)，解得t0＝2 s。14．(10分)如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨相距为L＝1 m，导轨平面与水平面成θ＝30°角，下端通过导线连接阻值为R＝1.5 Ω的电阻，阻值为r＝0.5的金属棒ab放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，整个装置处在垂直导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B＝0.5 T，使金属棒沿导轨由静止下滑，当金属棒下滑距离x＝1.6 m时，恰好达到最大速度。已知金属棒质量为m＝0.05 kg，重力加速度为g＝10 m/s2，求在此过程中：(1)金属棒达到的最大速率；(2)电阻R产生的焦耳热；(3)通过电阻R的电荷量。答案：(1)2 m/s　(2)0.225 J　(3)0.4 C解析：(1)根据电磁感应定律，可得金属棒产生的感应电动势为E＝BLv由闭合电路的欧姆定律可得I＝金属棒受到的安培力为F＝BIL联立得F＝当金属棒所受合外力为零时，速度最大，有mgsin θ＝F解得v＝＝2 m/s。(2)根据能量守恒定律，可得mgxsin θ＝mv2＋Q根据串联规律有QR＝Q联立方程，代入数据解得QR＝0.225 J。(3)根据电荷量的公式，可得通过电阻的电荷量为q＝t电路中的平均感应电流为＝平均感应电动势为＝联立方程，代入数据解得q＝＝0.4 C。15.(12分)如图甲所示，MN、PQ为水平放置的足够长平行光滑导轨，导轨间距为L＝0.5 m，导轨左端连接的定值电阻R＝0.5 Ω，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B＝2 T，将电阻为r＝0.5 Ω(接入电路中的电阻)的金属棒ab垂直放置在导轨上，且与导轨接触良好，导轨电阻不计，规定水平向右为x轴正方向，在x＝0处给棒一个向右的初速度，同时对棒施加水平向右的拉力F作用，在运动过程中受的安培力FA随位移x的关系图像如图乙所示。求：(1)金属棒速度v1＝1 m/s时，金属棒受到安培力大小FA1；(2)金属棒运动到x＝3 m时，速度大小v2；(3)估算金属棒运动到x＝3 m的过程中克服安培力做功值WA。答案：(1)1.0 N　(2)0.9 m/s　(3)2.08 J解析：(1)由法拉第电磁感应定律，感应电动势为E1＝BLv1由闭合电路欧姆定律，回路中感应电流I1＝由安培力公式FA1＝BLI1联立解得FA1＝1.0 N。(2)由图乙可得，金属棒运动到x＝3 m处，受到的安培力FA2＝0.9 N，根据安培力公式F＝BIL可得FA2＝解得v2＝0.9 m/s。(3)由FA－x图像中图线与x轴围成面积值就等于此过程安培力做的功，由图可得，在0～3 m区域内大约有104个小方格，每个小方格面积值0.1×0.2＝0.02 J，所以此过程克服安培力做功WA≈0.02×104＝2.08 J。16．(14分)(2023·浙江省宁波余姚中学高二下学期检测)如图甲所示，绝缘水平面上固定着两根足够长的光滑金属导轨PQ、MN，相距为L＝0.5 m，ef右侧导轨处于匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向下，磁感应强度B的大小如图乙变化。开始时ab棒和cd棒锁定在导轨如图甲位置，ab棒与cd棒平行，ab棒离水平面高度为h＝0.2 m，cd棒与ef之间的距离也为L，ab棒的质量为m1＝0.2 kg，有效电阻R1＝0.05 Ω，cd棒的质量为m2＝0.1 kg，有效电阻为 R2＝0.15 Ω。设ab棒在运动过程始终与导轨垂直，两棒与导轨接触良好，导轨电阻不计。g取10 m/s2。问：(1)0～1 s时间段通过cd棒的电流大小与方向(c到d或d到c)(2)假如在1 s末，同时解除对ab棒和cd棒的锁定，从解除锁定到两棒最终稳定运动时，ab棒共产生多少热量？(结果用分数表示)(3)ab棒和cd棒稳定运动时，它们之间的距离为多大？(结果用分数表示)答案：(1)1.25 A，d→c　(2) J　(3) m解析：(1)0～1 s时间段，根据法拉第定律得：E＝＝·L2＝1×0.52 V＝0.25 V，通过cd棒的电流大小为：I＝＝ A＝1.25 A, 方向d→c。(2)ab棒下滑过程，由机械能守恒定律得：m1gh＝m1v ，得v0＝2 m/s，ab棒进入磁场后产生感应电流，受到向左的安培力，做减速运动，cd棒在安培力作用下向右加速运动，稳定后ab棒和cd棒将以相同的速度做匀速直线运动，两棒组成的系统所受合冲量为零，系统动量保持不变。取向右为正方向，m1v0＝(m1＋m2)v，解得两棒稳定时共同速度为v＝ m/s，根据能量守恒定律得Q＝m1gh－(m1＋m2)v2。ab棒产生的热量为Q1＝Q，联立解得Q1＝ J。(3)设整个的过程中通过回路的电荷量为q，对cd棒，由动量定理得：m2v－0＝BL·t，又q＝t，解得q＝ C 。设稳定后两棒之间的距离是d，则有q＝＝，联立以上两式得d＝ m。