2024-2025學(xué)年高中物理第四章電磁感應(yīng)章末優(yōu)化總結(jié)練習(xí)含解析新人教版選修3-2

PAGE8-章末過關(guān)檢測(時間：60分鐘，滿分：100分)一、選擇題(本題共10小題，每小題6分，共60分，1～6小題為單項選擇題，7～10小題為多項選擇題)1．如圖所示，通電螺線管兩側(cè)各懸掛一個小銅環(huán)，銅環(huán)平面與螺線管截面平行，當(dāng)開關(guān)S接通一瞬間，兩銅環(huán)的運動狀況是()A．同時向兩側(cè)推開B．同時向螺線管靠攏C．一個被推開，一個被吸引，但因電源正負(fù)極未知，無法詳細(xì)推斷D．同時被推開或同時向螺線管靠攏，但因電源正負(fù)極未知，無法詳細(xì)推斷解析：通電前，穿過兩個銅環(huán)的磁通量均為零，通電時，穿過兩個銅環(huán)的磁通量突然增大，依據(jù)楞次定律，兩銅環(huán)向兩側(cè)推開．答案：A2.如圖所示，兩根平行的水平光滑長直金屬導(dǎo)軌，其電阻不計，導(dǎo)體棒ab、cd跨在導(dǎo)軌上，ab的電阻R大于cd的電阻r，當(dāng)cd在大小為F1的水平外力作用下勻速向右滑動時，ab在大小為F2的水平外力作用下保持靜止，那么以下說法中正確的是()A．Uab>Ucd，F(xiàn)1>F2 B．Uab＝Ucd，F(xiàn)1<F2C．Uab>Ucd，F(xiàn)1＝F2 D．Uab＝Ucd，F(xiàn)1＝F2解析：cd導(dǎo)體棒在F1的作用下，做切割磁感線運動，成為電源．Uab為電路外電阻上的電壓，等效電路如圖所示．由于導(dǎo)軌的電阻不計，Uab＝Ucd.另外，由于cd棒與ab棒中電流大小相等，導(dǎo)體棒有效長度相同，所處磁場相同，故兩棒分別受到的安培力大小相等、方向相反．a(chǎn)b、cd兩棒均為平衡態(tài)，故導(dǎo)體棒分別受到的外力F1、F2與所受到的安培力平衡，故F1＝F2，故選項D正確．答案：D3．半徑為r帶缺口的剛性金屬圓環(huán)在紙面上固定放置，在圓環(huán)的缺口兩端引出兩根導(dǎo)線，分別與兩塊垂直于紙面水平固定放置的平行金屬板連接，兩板間距為d，如圖甲所示．有一改變的磁場垂直于紙面，規(guī)定向內(nèi)為正，改變規(guī)律如圖乙所示．在t＝0時刻從兩平板中心處由靜止釋放一重力不計、電荷量為q的微粒．則以下說法正確的是()A．第2s內(nèi)上極板為正極B．第3s內(nèi)上極板為負(fù)極C．第2s末微?；氐搅嗽瓉砦恢肈．第2s末兩極板之間的電場強(qiáng)度大小為eq\f(0.2πr2,d)解析：依據(jù)楞次定律，結(jié)合圖象可以推斷：在0～1s內(nèi)，下極板為正極，上極板為負(fù)極；第2s內(nèi)上極板為正極，下極板為負(fù)極；第3s內(nèi)上極板為正極，下極板為負(fù)極；第4s內(nèi)上極板為負(fù)極，下極板為正極，故A選項正確，B選項錯誤．由于磁感應(yīng)強(qiáng)度勻稱改變，故產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小是恒定的，感應(yīng)電動勢大小E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB,Δt)S＝0.1πr2，第2s末兩極板間的電場強(qiáng)度為eq\f(E,d)＝eq\f(0.1πr2,d)，D選項錯誤．在第1s內(nèi)微粒從靜止沿向上或向下的方向起先做勻加速運動，第2s內(nèi)電場反向，電荷沿該方向做勻減速運動，第2s末速度為0，第3s內(nèi)電荷做反向勻加速運動，第4s內(nèi)電荷沿反向做勻減速運動，第4s末回到原來位置，故C選項錯誤．答案：A4.如圖所示，豎直平面內(nèi)有一金屬圓環(huán)，半徑為a，總電阻為R(指拉直時兩端的電阻)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直穿過環(huán)平面，在環(huán)的最高點A用鉸鏈連接長度為2a、電阻為eq\f(R,2)的導(dǎo)體棒AB，AB由水平位置緊貼環(huán)面擺下，當(dāng)擺到豎直位置時，B點的線速度為v，則這時AB兩端的電壓大小為()A.eq\f(Bav,3) B.eq\f(Bav,6)C.eq\f(2Bav,3) D．Bav解析：擺到豎直位置時，AB切割磁感線的瞬時感應(yīng)電動勢E＝B·2a·(eq\f(1,2)v)＝Bav.由閉合電路歐姆定律有UAB＝eq\f(E,\f(R,2)＋\f(R,4))·eq\f(R,4)＝eq\f(1,3)Bav，故選A.答案：A5.如圖所示，xOy坐標(biāo)系第一象限有垂直紙面對外的勻強(qiáng)磁場，第三象限有垂直紙面對里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，其次、四象限內(nèi)沒有磁場．一個圍成四分之一圓弧形的導(dǎo)體環(huán)Oab，其圓心在原點O，起先時導(dǎo)體環(huán)在第四象限，從t＝0時刻起繞O點在xOy坐標(biāo)平面內(nèi)逆時針勻速轉(zhuǎn)動．若以逆時針方向的電流為正，下列表示環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流i隨時間t改變的圖象中，正確的是()解析：在0～eq\f(T,4)內(nèi)，Oa切割磁感線運動，依據(jù)右手定則推斷可知，線框中感應(yīng)電流的方向為順時針方向，為負(fù)值；eq\f(T,4)～eq\f(T,2)內(nèi)，Ob切割磁感線運動，依據(jù)右手定則推斷可知，線框中感應(yīng)電流的方向為逆時針方向，為正值；eq\f(1,2)T～eq\f(3,4)T內(nèi)，Oa切割磁感線運動，依據(jù)右手定則推斷可知，線框中感應(yīng)電流的方向為逆時針方向，為正值；eq\f(3,4)T～T內(nèi)，Ob切割磁感線運動，依據(jù)右手定則推斷可知，線框中感應(yīng)電流的方向為順時針方向，為負(fù)值．無論哪個半徑切割磁感線，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小都相同，設(shè)角速度為ω，由感應(yīng)電動勢公式E＝eq\f(1,2)BL2ω和歐姆定律可知感應(yīng)電流的大小是不發(fā)生改變的，由此可得知A、B、C錯誤，D正確．答案：D6.如圖所示，邊長為L的正方形導(dǎo)線框質(zhì)量為m，由距磁場H高處自由下落，其下邊ab進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后，線框起先做減速運動，直到其上邊cd剛剛穿出磁場時，速度減為ab邊剛進(jìn)入磁場時的一半，磁場的寬度也為L，則線框穿越勻強(qiáng)磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱為()A．2mgL B．2mgL＋mgHC．2mgL＋eq\f(3,4)mgH D．2mgL＋eq\f(1,4)mgH解析：設(shè)線框剛進(jìn)入磁場時的速度為v1，剛穿出磁場時的速度v2＝eq\f(v1,2)①線框自起先進(jìn)入磁場到完全穿出磁場共下落高度為2L.由題意得mgH＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)②由能量守恒定律得eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＋mg·2L＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＋Q③由①②③得Q＝2mgL＋eq\f(3,4)mgH.選項C正確．答案：C7．電吉他中電拾音器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，磁體旁邊的金屬弦被磁化，因此弦振動時，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流經(jīng)電路放大后傳送到音箱發(fā)出聲音．下列說法正確的有()A．選用銅質(zhì)弦，電吉他仍能正常工作B．取走磁體，電吉他將不能正常工作C．增加線圈匝數(shù)可以增大線圈中的感應(yīng)電動勢D．弦振動過程中，線圈中的電流方向不斷改變解析：依據(jù)題意，磁體旁邊的金屬弦被磁化，銅質(zhì)弦不具備這種“本事”，所以A項錯誤；取走磁體，導(dǎo)體不能切割磁感線，所以電吉他將不能正常工作，B項正確；依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律推斷C項正確；弦振動過程中，靠近或遠(yuǎn)離，由楞次定律知，線圈中的電流方向不斷改變，D項正確．答案：BCD8.如圖所示，A是用毛皮摩擦過的橡膠圓形環(huán)，由于它的轉(zhuǎn)動，使得金屬環(huán)B中產(chǎn)生了如圖所示方向的感應(yīng)電流，則A環(huán)的轉(zhuǎn)動狀況為()A．順時針勻速轉(zhuǎn)動B．逆時針加速轉(zhuǎn)動C．逆時針減速轉(zhuǎn)動D．順時針減速轉(zhuǎn)動解析：本題考查安培定則和楞次定律的應(yīng)用．B環(huán)中感應(yīng)電流為逆時針，依據(jù)安培定則推斷可知，感應(yīng)電流的磁場為垂直紙面對外，依據(jù)楞次定律知能產(chǎn)生這樣的磁場，是由于A環(huán)旋轉(zhuǎn)時A環(huán)上負(fù)電荷定向運動產(chǎn)生一個垂直紙面對外減弱的磁場或者產(chǎn)生一個垂直紙面對里增加的磁場的結(jié)果，負(fù)電荷的運動方向與電流方向相反，依據(jù)安培定則可得出，A環(huán)逆時針加速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生方向垂直紙面對里的增加的磁場，或A環(huán)順時針減速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生垂直紙面對外的減弱的磁場．故正確答案為B、D.答案：BD9．如圖所示，電阻R1＝3Ω，R2＝6Ω，線圈的直流電阻不計．電源電動勢E＝5V，內(nèi)阻r＝1Ω，起先時開關(guān)S閉合，則()A．?dāng)嚅_S前，電容器帶電荷量為零B．?dāng)嚅_S前，電容器電壓為eq\f(10,3)VC．?dāng)嚅_S的瞬間，電容器a板上帶正電D．?dāng)嚅_S的瞬間，電容器b板上帶正電解析：流過電感線圈的電流不變時，電容器相當(dāng)于短路．S斷開的瞬間，電感線圈又相當(dāng)于電源向外供電．?dāng)嚅_S前，L相當(dāng)于無電阻的導(dǎo)線，則Uab＝0，從而電容器的電荷量為零，A項正確；斷開S瞬間，由于L的自感作用，L中仍舊存在向左的電流，L與C構(gòu)成了回路，則L中的電流要向C充電，使a極板帶正電，b極板帶負(fù)電，故C項正確．答案：AC10．兩根足夠長的光滑導(dǎo)軌豎直放置，間距為L，底端接阻值為R的電阻．將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在一個固定的輕彈簧的下端，金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直，如圖所示，除電阻R外其余電阻不計．現(xiàn)將金屬棒從彈簧原長位置由靜止釋放，則()A．釋放瞬間金屬棒的加速度等于重力加速度gB．金屬棒向下運動時，流過電阻R的電流方向為a→bC．金屬棒的速度為v時，所受安培力F＝eq\f(B2L2v,R)D．電阻R上產(chǎn)生的總熱量等于金屬棒重力勢能的削減量解析：釋放瞬間導(dǎo)體棒的速度為零，故僅受重力，其加速度為重力加速度，故A選項正確；當(dāng)導(dǎo)體棒向下運動切割磁感線時，由右手定則，可知流過電阻R的電流方向是由b→a，故B選項錯誤；當(dāng)導(dǎo)體棒速度為v時，感應(yīng)電動勢E＝BLv，感應(yīng)電流I＝eq\f(E,R)，則安培力F＝BIL＝eq\f(B2L2v,R)，故C選項正確；導(dǎo)體棒的重力勢能的削減量等于R上產(chǎn)生的焦耳熱和導(dǎo)體棒增加的動能與彈簧彈性勢能之和，故D選項錯誤．答案：AC二、非選擇題(本題共3小題，共40分，解答時應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和演算步驟，有數(shù)值計算的要注明單位)11．(12分)如圖所示，正方形閉合線圈邊長為0.2m，質(zhì)量為0.1kg，電阻為0.1Ω，在傾角為30°的斜面上的砝碼質(zhì)量為0.4kg，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T，不計一切摩擦，砝碼沿斜面下滑線圈起先進(jìn)入磁場時，它恰好做勻速運動．(g取10m/s2)(1)求線圈勻速上升的速度；(2)在線圈勻速進(jìn)入磁場的過程中，繩子對線圈做了多少功？(3)線圈進(jìn)入磁場的過程中產(chǎn)生多少焦耳熱？解析：(1)設(shè)繩子的拉力大小為F，對砝碼：F＝m1gsin30°＝2N.對線框：F＝m2g＋F安．則F安＝eq\f(B2l2v,R)，代入數(shù)據(jù)得v＝10m/s.(2)W＝Fl＝2×0.2J＝0.4J.(3)由能量轉(zhuǎn)化守恒定律得Q＝W－m2gl＝0.4J－0.1×10×0.2J＝0.2J.答案：(1)10m/s(2)0.4J(3)0.2J12．(12分)如圖，兩個傾角均為θ＝37°的絕緣斜面，頂端相同，斜面上分別固定著一個光滑的不計電阻的U形導(dǎo)軌，導(dǎo)軌寬度都是L＝1.0m，底邊分別與開關(guān)S1、S2連接，導(dǎo)軌上分別放置一根和底邊平行的金屬棒a和b，a的電阻R1＝10.0Ω、質(zhì)量m1＝2.0kg，b的電阻R2＝8.0Ω、質(zhì)量m2＝1.0kg.U形導(dǎo)軌所在空間分別存在著垂直斜面對上的勻強(qiáng)磁場，大小分別為B1＝1.0T，B2＝2.0T，輕細(xì)絕緣線繞過斜面頂端很小的光滑定滑輪連接兩金屬棒的中點，細(xì)線與斜面平行，兩導(dǎo)軌足夠長，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10.0m/s2.起先時，開關(guān)S1、S2都斷開，輕細(xì)絕緣線繃緊，金屬棒a和b在外力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)．求：(1)撤去外力，兩金屬棒的加速度．(2)同時閉合開關(guān)S1、S2，當(dāng)金屬棒a和b通過的距離s＝40m時，速度達(dá)到最大，求在這個過程中，兩金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱之和．解析：(1)設(shè)撤去外力，線拉力為FT，兩金屬棒的加速度大小相等，設(shè)為是a，則m1gsinθ－FT＝m1a，F(xiàn)T－m2gsinθ＝m2解得a＝2m/s2.(2)a、b達(dá)到速度最大時，速度相等，設(shè)為v，此時線拉力為FT1，a中感應(yīng)電動勢為E1，電流為I1，b中感應(yīng)電動勢為E2，電流為I2，則E1＝B1Lv、I1＝eq\f(E1,R1)，E2＝B2Lv、I2＝eq\f(E2,R2)，m1gsinθ－FT1－B1I1L＝0，F(xiàn)T1－m2gsinθ－B2I2解得v＝10m/s.設(shè)兩金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱之和為Q，由能量守恒有Q＝m1gssinθ－m2gssinθ－eq\f(1,2)(m1＋m2)v2，解得Q＝90J.答案：(1)2m/s2(2)90J13．(16分)電磁軌道炮利用電流和磁場的作用使炮彈獲得超高速度，其原理可用來研制新武器和航天運載器．電磁軌道炮示意如圖，圖中直流電源電動勢為E，電容器的電容為C.兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導(dǎo)軌間距離為l，電阻不計．炮彈可視為一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒MN，垂直放在兩導(dǎo)軌間處于靜止?fàn)顟B(tài)，并與導(dǎo)軌良好接觸，首先開關(guān)S接1，使電容器完全充電．然后將S接至2，導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(圖中未畫出)．MN起先向右加速運動．當(dāng)MN上的感應(yīng)電動勢與電容器兩極板間的電壓相等時，回路中電流為零，MN達(dá)到最大速度，之后離開導(dǎo)軌．問：(1)磁場的方向；(2)MN剛起先運動時加速度a的大??；(3)MN離開導(dǎo)軌后電容器上剩余的電荷量Q是多少．解析：(1)垂直于導(dǎo)軌平面對下．(2)電容器完全充電后，兩極板間電壓為E，當(dāng)開關(guān)S接2時，電容器放電，設(shè)剛放電時流經(jīng)MN的電流為I，有I＝eq\f(E,R)①設(shè)MN受到的安培力為F，有F＝IlB②由牛頓其次定律，有F＝ma③聯(lián)立①②③式得a＝eq\f(BlE,mR)④(3)當(dāng)電容器充電完畢時，設(shè)電容器上電荷量為Q0，有Q0＝