高中物理选修二同步测验 周测6　电磁感应中的电路问题　图像问题　自感和涡流

这是一份高中物理选修二同步测验 周测6　电磁感应中的电路问题　图像问题　自感和涡流，共10页。
一、单项选择题：本题共7小题，每小题8分，共56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.关于四幅图的说法，正确的是(　　)A．图甲中，摇动手柄使得蹄形磁体转动，则铝框会同向转动，且和磁体转得一样快B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈中会产生大量热量，从而冶炼金属C．图丙中，当人对着话筒讲话时线圈中会产生强弱变化的电流，这利用了电磁感应原理D．图丁是毫安表的表头，运输时要把正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁驱动原理2．(2022·江苏阜宁中学期中)如图所示，匀强磁场的左边界为一竖直面，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里，范围足够大。由导体制成的半径为R、粗细均匀的圆环，以水平速度v垂直磁场方向匀速进入匀强磁场。当圆环运动到图示位置时，a、b两点为匀强磁场的左边界与圆环的交点，O点为圆环的圆心，已知∠aOb＝120°，则a、b两点的电势差为(　　)A.eq \r(3)BRv B.eq \f(2\r(3),3)BRv C．－eq \f(2\r(3),3)BRv D．－eq \f(\r(3)BRv,3)3．(2022·江苏苏州市高二期末)如图所示为“万人跳”实验的示意图，电源的内阻可忽略，L为学生实验用变压器线圈，在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开S。下列表示通过人体电流I随时间t变化的图像中，你认为最符合该实验实际的是(　　) 4.(2022·浙江嘉兴高级中学高二期中)现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。甲为侧视图，乙为真空室的俯视图，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。下列说法正确的是(　　)A．为使电子加速，电磁铁的磁性应逐渐减弱B．为使电子加速，感生电场的方向应该沿逆时针方向(从上向下看)C．为使电子加速，当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流应该增大D．为使电子加速，当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流应该减小5.(2023·湖北武汉市高二校考期末)某同学想对比电感线圈和小灯泡对电路的影响，他设计了如图所示的电路，电路两端电压恒定，电感线圈和灯泡并联接在电源两端。先闭合开关K，等电路稳定后，再断开开关，发现灯泡突然闪了一下。已知灯泡的规格为(1.25 W,3.0 V)，在实验室找到了两个自感系数相同的线圈A、B，它们的直流电阻分别为10 Ω、5 Ω。下列关于该实验的说法正确的(　　)A．选用两个线圈中的任意一个都可以得到上述实验现象B．闭合开关时，灯泡逐渐亮起来C．断开开关时，流过电感线圈的电流突然增大D．断开开关时，流过灯泡的电流改变方向6.(2022·江苏吴江市高级中学高二阶段练习)如图所示，一个边长为2L的等腰直角三角形ABC区域内，有垂直纸面向里的匀强磁场，其左侧有一个用金属丝制成的边长为L的正方形线框abcd，线框以水平速度v匀速通过整个匀强磁场区域，设电流顺时针方向为正。则在线框通过磁场的过程中，线框中感应电流i随时间t变化的规律正确的是(　　)7.(2022·广东中山市华侨中学高二学业考试)如图甲所示，矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁场的方向与导线框所在的平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示，则线圈中感应电流i、磁通量Φ、感应电动势E以及线框所受安培力F随时间t变化正确的是(规定磁场垂直于纸面向里为正方向，感应电流和感应电动势顺时针为正方向，安培力水平向右为正方向)(　　)二、多项选择题：本题共3小题，每小题8分，共24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8分，选对但不全的得4分，有选错的得0分。8.(2022·广东广雅中学高二阶段练习)如图所示，在纸面内有半圆形轻质导体框，O为圆心，半径长为L，AO段、弧AB段的电阻均为r，BO段导体的电阻可忽略，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场的边界与半圆直径重合，现用外力使导体框在纸面内绕O点以角速度ω沿顺时针方向，从图示位置匀速转动一周，下列说法正确的是(　　)A．圆弧AB段内电流方向总是从A流向BB．转动的前半周内AB两端电压为eq \f(BωL2,2)C．转动的后半周内通过导体框某横截面的电荷量为eq \f(πBL2,4r)D．外力对导体框做的功为eq \f(πωB2L4,4r)9.如图甲所示，正方形导线框固定在匀强磁场中，磁感线方向与导线框所在平面垂直，初始时刻磁场方向垂直纸面向里，且磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示，其中B0为已知量。已知导线框的边长为L，总电阻为R，t3－t2＝t2－t1＝t0，则下列说法中正确的是(　　)A．t1～t3时间内，导线框中电流的方向始终为badcbB．0～t1时间内，ab边受到的安培力大小为eq \f(B02L3,2Rt0)C．t1～t3时间内，通过导线框的电荷量为eq \f(2B0L2,R)D．t2～t3时间内，导线框产生的热量为2eq \f(B02L4,Rt0)10.如图所示，在水平光滑的平行金属导轨左端接一定值电阻R，两导轨间距为d，cdfe区域与efhg区域内的匀强磁场磁感应强度大小相等，方向相反。导体棒ab垂直导轨放置，并与cd边界重合。现给ab一水平向右的初速度v0，不计导轨和ab棒的电阻，若规定逆时针方向为电流的正方向，则感应电流随时间变化的图像可能的是(　　)三、非选择题：本题共2小题，共20分。11.(10分)如图所示，虚线框内为磁感应强度B为1.0 T的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外；在水平向右的外力作用下，一个边长为0.20 m的正方形闭合导线框abcd沿纸面以0.10 m/s的速度由左向右匀速进入磁场。导线框每条边的电阻均为1.0 Ω，dc边相当于“电源”。求：(1)在导线框进入磁场过程中ad边受到的安培力随时间变化的关系；(2)导线框进入磁场过程中产生的焦耳热；(3)导线框进入磁场过程中通过导线框的电荷量。12．(10分)如图所示，光滑导轨MN和PQ固定在竖直平面内，导轨间距为L，两端分别接有阻值均为R的定值电阻R1和R2。两导轨间有一边长为eq \f(L,2)的正方形区域abcd，该区域内有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。一质量为m的金属杆与导轨相互垂直且接触良好，从ab处由静止释放，若金属杆离开磁场前已做匀速运动，其余电阻均不计。重力加速度为g，求：(1)金属杆离开磁场前的瞬间流过R1的电流大小和方向；(2)金属杆离开磁场时速度的大小；(3)金属杆穿过整个磁场过程中通过金属杆的电荷量。答案精析1．C　[由电磁驱动原理，图甲中，摇动手柄使得蹄形磁体转动，则铝框会同向转动，且比磁体转的慢，A错误；图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，在金属中会产生涡流，金属中就会产生大量热量，从而冶炼金属，B错误；图丙中，当人对着话筒讲话时线圈会振动，线圈在磁场中运动，线圈中会产生强弱变化的电流，这利用了电磁感应原理，C正确；图丁是毫安表的表头，运输时要把正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，D错误。]2．B　[当圆环运动到题图所示位置时，根据几何关系可知圆环切割磁感线的有效长度为eq \r(3)R，产生的感应电动势E＝eq \r(3)BRv，设圆环的总电阻为R总，电路中的电流I＝eq \f(E,R总)，圆环处于题图所示位置时，外电路的电阻值R外＝eq \f(2,3)R总，根据欧姆定律可知U＝IR外＝eq \f(2\r(3),3)BRv，根据右手定则可知，a点的电势高于b点的电势，则a、b两点的电势差Uab＝eq \f(2\r(3),3)BRv，故选B。]3．A　[开关闭合后，线圈与学生们并联，由于电源为干电池，电压很小，因此通过学生的电流很小，当开关断开时，线圈电流发生变化，从而产生很高的瞬时电压，此时线圈与学生们构成回路，线圈中电流方向不变，而流经学生们的电流方向发生变化，断开瞬间流经学生的电流很大，学生们有触电的感觉，然后逐渐减小，故选A。]4．C　[为使电子加速，应使感生电场方向与电子运动方向相反，由于电子沿逆时针方向运动，如果电磁铁线圈电流的方向与题图所示方向一致，由楞次定律可得，电磁铁的磁性应逐渐增强，A错误；由于电子带负电，所以感生电场的方向应该沿顺时针方向(从上向下看)，B错误；当电磁铁线圈电流的方向与题图所示方向一致时，若电流增大，根据楞次定律，可知涡旋电场的方向为顺时针方向，电子将沿逆时针方向做加速运动，同理可知，C正确，D错误。]5．D　[在断开开关时灯泡闪了一下，说明流过灯泡的电流出现了突然增大的现象，而在断开开关的瞬间，电源给灯泡提供的电流瞬间消失，由于电感线圈的影响通过电感线圈的电流不能突变，所以通过电感线圈的电流逐渐减小，这个电流要通过灯泡形成回路，所以在电路稳定时流过电感线圈的电流要大于流过灯泡的电流，所以电感线圈的电阻要小于灯泡的电阻，而灯泡的电阻RL＝eq \f(U2,P)＝7.2 Ω，所以电感线圈只能选用B，故A错误；闭合开关时，流过电感线圈的电流逐渐增加，而流过灯泡的电流并不是逐渐增加的，所以灯泡立刻亮起来，故B错误；当断开开关时流过灯泡的电流突然增大，并且电流方向发生改变，而流过电感线圈的电流方向不变，但是电流在逐渐减小，故C错误，D正确。]6．B　[线框刚进入磁场中时，只有bc边切割磁感线，根据楞次定律可知，电流方向为逆时针方向，即为负，在ad边进入磁场之前，电流方向与大小不变；当ad边刚进入磁场时感应电流为零，接着bc边开始出磁场，回路中的感应电动势为ad边产生的减去bc边产生的电动势，随着线框的运动回路中电动势逐渐增大，电流逐渐增大，方向为顺时针，即为正；在前进2L后，bc完全出磁场，ad也开始出磁场，切割磁感线的长度逐渐减小，电流逐渐减小，方向为顺时针方向，即为正，直至线框完全脱离磁场，电流减小为零，综上分析可知B正确，A、C、D错误。]7．B8．CD　[导体框转动的前半周内，AO切割磁感线，感应电动势为E1＝eq \f(BωL2,2)，圆弧AB段内电流方向从A流向B，由题意知AB两端电压为U＝eq \f(1,2)E1＝eq \f(BωL2,4)，转动的后半周BO段切割磁感线，感应电动势为E2＝eq \f(BωL2,2)，圆弧AB段内电流方向从B流向A，故A、B错误；转动的后半周穿过导体框的磁通量变化量为ΔΦ＝eq \f(1,2)πBL2，电路总电阻为R＝2r，则转动的后半周内通过导体框某横截面的电荷量为q＝eq \f(ΔΦ,R)＝eq \f(\f(1,2)πBL2,2r)＝eq \f(πBL2,4r)，故C正确；从题图所示位置匀速转动一周过程中，外力对导体框做的功等于产生的电能，则W＝eq \f(E2,2r)·T＝eq \f(\f(BωL2,2)2,2r)×eq \f(2π,ω)＝eq \f(πωB2L4,4r)，故D正确。]9．AC　[t1～t3时间内，导线框中的磁通量先垂直纸面向里减小，后垂直纸面向外增大，根据楞次定律和安培定则可知，导线框中电流的方向始终为badcb，选项A正确；0～t1时间内，穿过线框的磁通量不变，无感应电流，ab边没有受到安培力，选项B错误；t1～t3时间内，通过导线框的电荷量q＝eq \x\to(I)×2t0＝eq \f(|ΔΦ′|,2t0R)×2t0＝eq \f(2B0L2,R)，选项C正确；t2～t3时间内，感应电动势E＝eq \f(|ΔΦ|,Δt)＝eq \f(|L2ΔB|,Δt)＝eq \f(B0L2,t0)，导线框产生的热量为Q＝eq \f(E2,R)t0＝eq \f(B02L4,Rt0)，选项D错误。]10．AC　[根据右手定则可知，导体棒刚进入磁场时，电流方向为逆时针，感应电流大小为i＝eq \f(Bdv0,R)，导体棒所受安培力F＝Bid，与速度方向相反，可知导体棒做减速运动，速度减小，感应电流减小，所受安培力减小，导体棒做加速度减小的减速运动，电流i＝eq \f(Bdv0－at,R)，若导体棒在出左边磁场之前速度减为零，则A选项正确；若导体棒经过左边磁场后速度不为零，当导体棒做匀速运动时，经过左边磁场的时间t＝eq \f(L,v0)，但导体棒做加速度减小的减速运动，则经过左边磁场的时间t′>t，导体棒进入右边磁场后，根据右手定则可知电流方向为顺时针，可知C正确，B、D错误。]11．(1)F＝5×10－4t(N) (0≤t≤2 s)　(2)2×10－4 J(3)0.01 C解析　(1)由题意得，等效电路图如图则感应电动势为E＝Blv＝0.02 V感应电流为I＝eq \f(E,4r)＝5×10－3 A则在导线框进入磁场过程中ad边受到的安培力为F＝BIx＝BIvt解得F＝5×10－4t(N)由题意得，导线框进入磁场过程的时间为t＝eq \f(l,v)＝2 s所以导线框进入磁场过程中ad边受到的安培力随时间变化的关系为F＝5×10－4t(N) (0≤t≤2 s)(2)由题意得，导线框进入磁场过程中产生的焦耳热为Q＝I2×4rt＝2×10－4 J(3)由q＝It得q＝0.01 C。12．(1)eq \f(mg,BL)　方向从P到M　(2)eq \f(2mgR,B2L2)　(3)eq \f(BL2,2R)解析　(1)设金属杆离开磁场前瞬间流过金属杆的电流为I，由平衡条件可得mg＝BI·eq \f(L,2)(2分)流过R1的电流大小为I1＝eq \f(I,2)＝eq \f(mg,BL)(1分)由右手定则知流过R1的电流方向从P到M(1分)(2)设金属杆匀速运动时的速度为v则感应电动势E＝Beq \f(L,2)v(2分)又E＝Ieq \f(R,2)(1分)得v＝eq \f(2mgR,B2L2)(1分)(3)电荷量q＝eq \x\to(I)t＝eq \f(ΔΦ,R总)(2分)得q＝eq \f(B\f(L,2)2,\f(R,2))＝eq \f(BL2,2R)。(2分)