阶段综合测评九 电磁感应(时间：90分钟 满分：100分)温馨提示：1.第Ⅰ卷答案写在答题卡上，第Ⅱ卷书写在试卷上；交卷前请核对班级、姓名、考号.2.本场考试时间为90分钟，注意把握好答题时间.3.认真审题，仔细作答，永远不要以粗心为借口原谅自己．第Ⅰ卷(选择题，共60分)一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分．有的小题给出的四个选项中只有一个选项正确；有的小题给出的四个选项中有多个选项正确，全部选对得5分，选对但不全得3分，有错选或不答得0分)1．(2015届河南天一大联考高三阶段测试)奥斯特发现了电流能在周围产生磁场，法拉第认为磁也一定能生电，并进行了大量的实验．图中环形物体是法拉第使用过的线圈，A、B两线圈绕在同一个铁环上，A与直流电源连接，B与灵敏电流表连接．实验时未发现电流表指针偏转，即没有“磁生电”，其原因是( )A．线圈A中的电流较小，产生的磁场不够强B．线圈B中产生的电流很小，电流表指针偏转不了C．线圈A中的电流是恒定电流，不会产生磁场D．线圈A中的电流是恒定电流，产生稳恒磁场解析：闭合与断开开关S的瞬间，A线圈中的电流发生了变化，穿过线圈B的磁通量发生变化，电流表G中产生感应电流．闭合开关S后，穿过线圈B的磁通量都不发生变化，电流表G中没有感应电流，感应电流只出现在磁通量变化的暂态过程中，这是在法拉第研究电磁感应现象的过程中的瓶颈所在．故选项D符合题意．答案：D2．(2015届广东省中山一中等七校高三联考)如图所示，在磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中，有一水平放置的U形导轨，导轨左端连接一阻值为R的电阻，导轨电阻不计．导轨间距离为L，在导轨上垂直放置一根金属棒MN，与导轨接触良好，电阻为r，用外力拉着金属棒向右以速度v做匀速运动．则金属棒运动过程中( )10\nA．金属棒中的电流方向为由N到MB．电阻R两端的电压为BLvC．金属棒受到的安培力大小为D．电阻R产生焦耳热的功率为解析：由右手定则判断得知金属棒MN中的电流方向为由N到M，故选项A正确；MN产生的感应电动势为E＝BLv，回路中的感应电流大小为I＝＝，则电阻R两端的电压为U＝IR＝，故选项B错误；金属棒MN受到的安培力大小为F＝BIL＝，故选项C正确；电阻R产生焦耳热的功率为P＝I2R＝2R＝，故选项D错误．答案：AC3．(2015届江苏省盐城市高三质检)如图所示，足够长的U形光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0＜θ＜90°)，其中MN与PQ平行且间距为L，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计．金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab棒接入电路的电阻为R，当流过ab棒某一横截面的电量为q时，棒的速度大小为v，则金属棒ab在这一过程中( )A．运动的平均速度大于vB．下滑的位移大小为C．受到的最大安培力大小为sinθD．产生的焦耳热为qBLv解析：金属棒ab开始做加速度逐渐减小的变加速运动，不是匀变速直线运动，平均速度不等于v，根据速度时间图象面积表示位移可知，棒的变加速运动的位移大于匀加速运动的位移，则平均速度应大于v，故选项A正确；由公式q＝n＝可得，下滑的位移大小为s＝，故选项B正确；金属棒ab10\n受到的最大安培力大小为F＝BIL＝BL＝，故选项C错误；产生的焦耳热Q＝I2Rt＝qIR，而这里的电流I比棒的速度大小为v时的电流I′＝小，故这一过程产生的焦耳热小于qBLv，故选项D错误．答案：AB4．(2015届黄山市高三第一次质检)如图所示，固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d，其右端接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向上的磁感应强度大小为B的匀强磁场中，一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为μ.当杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动一段距离时，速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)．设杆接入电路的电阻为r，导轨电阻不计，重力加速度大小为g.则此过程( )A．轻杆在做匀加速直线运动B．流过导体棒的电流从a→bC．恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量D．恒力F做的功、安培力做的功与摩擦力做的功三者之和等于杆动能的变化量解析：导体棒切割磁感线运动，由右手定则可知流过导体棒的电流为从b到a，选项B错误；导体棒在恒力F作用下做加速运动，随着速度的变化，导体棒受到的安培力发生变化，所以导体棒不可能做匀加速运动，选项A错误；导体棒达到最大速度的过程中，外力对导体棒做功，安培力和摩擦力对导体棒做负功，由动能定理可知，合外力做功等于物体的动能变化量，故选项D正确，选项C错误．答案：D5．如图所示，磁场垂直于纸面，磁感应强度在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布．一铜制圆环用丝线悬挂于O点，将圆环拉至位置a后无初速度释放，在圆环从a摆向b的过程中( )A．感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针B．感应电流方向一直是逆时针C．安培力方向始终与速度方向相反D．安培力方向始终沿水平方向10\n解析：分两组研究．先看感应电流方向，根据法拉第电磁感应定律，铜制圆环内磁通量先向里并增大，铜制圆环感应电流的磁场向外，感应电流为逆时针；铜制圆环越过最低点过程中，铜制圆环内磁通量向里的减小，向外的增大，所以铜制圆环感应电流的磁场向里，感应电流为顺时针；越过最低点以后，铜制圆环内磁通量向外并减小，所以铜制圆环感应电流的磁场向外，感应电流为逆时针．再看安培力方向，根据左手定则，铜制圆环所受安培力因为左右不等，合力方向始终沿水平方向．故选项A、D正确．答案：AD6．(2015届北京市房山区高三期末考试)物理课上，教师做了一个奇妙的“电磁阻尼”实验．如图所示，A是由铜片和绝缘细杆组成的摆，其摆动平面通过电磁铁的两极之间，当绕在电磁铁上的励磁线圈未通电时，铜片可自由摆动，要经过较长时间才会停下来．当线圈通电时，铜片迅速停止摆动．某同学另找来器材再探究此实验．他连接好电路，经重复试验，均没出现摆动迅速停止的现象．对比老师的演示实验，下列四个选项中，导致实验失败的原因可能是( )A．电源的正负极接反B．电源的电压过高C．所选线圈的匝数过多D．构成摆的材料与老师的不同解析：当铜片进入和离开磁场区域时，通过铜片的磁通量会发生变化，在铜片中产生感应电流，同时受到安培力作用，铜片克服安培力做功将机械能转化为铜片产生的焦耳热，所以，铜片会迅速停止摆动，如果通过磁场区域的是非导体材料则不会产生电磁阻尼现象，故选项D正确．答案：D7．(2015届北京市丰台区高三期末考试)法拉第发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机．铜质圆盘竖直放置在水平向左的匀强磁场中，圆盘圆心处固定一个摇柄，边缘和圆心处各有一个铜电刷与其紧贴，用导线将电刷与电阻R连接起来形成回路．转动摇柄，使圆盘如图示方向转动．已知匀强磁场的磁感应强度为B，圆盘半径为l，圆盘匀速转动的角速度为ω.下列说法正确的是( )A．圆盘产生的电动势为Bωl2，流过电阻R的电流方向为从b到a10\nB．圆盘产生的电动势为Bωl2，流过电阻R的电流方向为从a到bC．圆盘产生的电动势为Bωπl2，流过电阻R的电流方向为从b到aD．圆盘产生的电动势为Bωπl2，流过电阻R的电流方向为从a到b解析：由题意可知圆盘转动过程中切割磁感线，由右手定则可知经过R的电流方向为由b到a，故选项B、D错误；圆盘产生的感应电动势E＝Bl＝Bωl2，故选项A正确，选项C错误．答案：A8．右图中有A、B两个线圈．线圈B连接一电阻R，要使流过电阻R的电流大小恒定，且方向由c点流经电阻R到d点．设线圈A中电流i从a点流入线圈的方向为正方向，则线圈A中的电流随时间变化的图象是( )解析：若流过电阻R的电流方向为由c到d，由楞次定律可知通过B线圈的磁通量应为水平向右均匀减小或水平向左均匀增加，由此可知，线圈a中若流入正方向电流，则电流应均匀增加，或者线圈a中电流为负方向，且均匀减小，故选项A正确．答案：A9．(2015届福建省泉州市高三上学期质检)如图所示，平放在水平面的铁芯上分别绕有线圈L1、L2，每个线圈各接有两条光滑的平行金属导轨，金属棒MN、PQ均垂直于导轨放置，MN棒可自由移动而PQ棒固定．MN所在轨道之间有竖直向上的匀强磁场B1,PQ棒所在轨道之间有沿竖直方向的变化磁场B2，规定竖直向上为B2的正方向．当B2变化时，MN在磁场B1的作用下向右运动，则B2随时间变化的B2t图象可能是下图中的( )解析：导体棒MN在磁场B1中受安培力向右运动，则可知MN中电流方向为由M到N，由楞次定律可知，通过L1的磁通量为向上的减小或向下的增加，在PQ中的电流应为由Q到P的减小或由P到Q10\n的增加，由此可知，B2向上应为非线性增加或向下非线性减小，故选项D正确．答案：D10．(2015届甘肃省天水市高三期末考试)如图所示，两平行的虚线间的区域内存在着有界匀强磁场，有一较小的三角形线框abc的ab边与磁场边界平行，现使此线框向右匀速穿过磁场区域，运动过程中保持速度方向与ab边垂直．则下列各图中哪一个可以定性地表示线框在通过磁场的过程中感应电流随时间变化的规律( )解析：根据法拉第电磁感应定律和楞次定律，可以定性地表示线框在通过磁场的过程中感应电流随时间变化的规律的是图D.答案：D11．如图所示，金属三角形导轨COD上放有一根金属棒MN，MN垂直于OD.拉动MN，使它以速度v向右匀速运动，如果导轨和金属棒都是粗细相同的均匀导体，电阻率都相同，那么在MN运动的过程中，闭合回路的( )A．感应电动势保持不变B．感应电流保持不变C．感应电动势逐渐增大D．感应电流逐渐增大10\n解析：根据E＝BLv，可知金属棒MN向右匀速运动过程中，其切割磁感线的有效长度L逐渐增大，故E逐渐增大；设导体的单位长度电阻为R0，则根据I＝，得I＝，可以判断出感应电流保持不变．答案：BC12．如图所示，垂直纸面的正方形匀强磁场区域内，有一位于纸面且电阻均匀的正方形导体框abcd，现将导体框分别朝两个方向以v、3v速度匀速拉出磁场，则导体框从两个方向移出磁场的两过程中( )A．导体框中产生的感应电流方向相同B．导体框中产生的焦耳热相同C．导体框ad边两端电势差相同D．通过导体框截面的电荷量相同解析：由右手定则可得两种情况导体框中产生的感应电流方向相同，选项A正确；热量Q＝I2Rt＝2R·＝，可知导体框产生的焦耳热与运动速度有关，选项B错误；电荷量q＝It＝·＝，故通过截面的电荷量与速度无关，电荷量相同，选项D正确；以速度v拉出时，Uad＝Blv，以速度3v拉出时，Uad＝Blv，选项C错误．答案：AD第Ⅱ卷(非选择题，共40分)二、计算题(本题共3小题，共40分，解答时写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤．只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确数值和单位)13．(11分)(2015届青岛市高三上学期期末考试)如图所示，光滑绝缘水平面上方有两个方向相反的水平方向匀强磁场，竖直虚线为其边界，磁场范围足够大，磁感应强度的大小分别为B1＝B，B2＝3B.竖直放置的正方形金属线框边长为l、电阻为R、质量为m.线框通过一绝缘细线与套在光滑竖直杆上的质量为M的物块相连，滑轮左侧细线水平．开始时，线框与物块静止在图中虚线位置且细线水平伸直．将物块由图中虚线位置静止释放，当物块下滑h时速度大小为v0，此时细线与水平夹角θ＝30°，线框刚好有一半处于右侧磁场中．(已知重力加速度g，不计一切摩擦)求：10\n(1)此过程中通过线框截面的电荷量q；(2)此时安培力的功率；(3)此过程在线框中产生的焦耳热Q.解析：(1)此过程的平均感应电动势为：＝＝通过线框截面的电荷量：q＝Δt＝Δt＝解得：q＝.(2)此时线框的速度为：v＝v0cos60°＝线框中的感应电动势：E＝B1lv＋B2lv＝2Blv0线框中的感应电流：I＝此时安培力的功率：P＝I2R＝.(3)对于系统由功能关系：Q＝Mgh－Mv－mv2＝Mgh－Mv－mv.答案：(1) (2) (3)Mgh－Mv－mv14．(14分)(2015届江苏省盐城市高三质检)如图所示，空间存在竖直向下的有界匀强磁场B，一单匝边长为L，质量为m的正方形线框abcd放在水平桌面上，在水平外力作用下从左边界以速度v匀速进入磁场，当cd边刚好进入磁场后立刻撤去外力，线框ab边恰好到达磁场的右边界，然后将线框以ab边为轴，以角速度ω匀速翻转到图示虚线位置．已知线框与桌面间动摩擦因数为μ，磁场宽度大于L，线框电阻为R，重力加速度为g，求：(1)当ab边刚进入磁场时，ab两端的电压Uab；(2)水平拉力F的大小和磁场的宽度d；(3)匀速翻转过程中线框产生的热量Q.10\n解析：(1)E＝BLvI＝＝Uab＝IR＝BLv.(2)F＝FA＋μmg＝＋μmg，撤去拉力后，线框匀减速运动，x1＝，所以，d＝L＋.(3)线框在绕ab轴翻转过程中，Em＝BL2ω，有效值E＝，t＝T＝产生焦耳热Q＝I2Rt＝t＝.答案：(1)Uab＝BLv (2)d＝L＋ (3)Q＝15．(15分)(2015届合肥市高三质检)如图(a)所示，平行长直导轨MN、PQ水平放置，两导轨间距L＝0.5m，导轨左端M、P间接有一阻值R＝0.2Ω的定值电阻，导体棒ab质量m＝0.1kg，与导轨间的动摩擦因数μ＝0.1，导体棒垂直于导轨放在距离左端为d＝1.0m处，导轨和导体棒始终接触良好，电阻均忽略不计．整个装置处在范围足够大的匀强磁场中，t＝0时刻，磁场方向竖直向下，此后，磁感应强度B随时间t的变化如图(b)所示，不计感应电流磁场的影响．取重力加速度g＝10m/s2.(1)求t＝0时棒所受到的安培力F0；(2)分析前3s时间内导体棒的运动情况并求前3s内棒所受的摩擦力f随时间t变化的关系式；(3)若t＝3s时，突然使ab棒获得向右的速度v0＝8m/s，同时垂直棒施加一方向水平、大小可变化的外力F，使棒的加速度大小恒为a＝4m/s2、方向向左．求从t＝3s到t＝4s的时间内通过电阻的电荷量q.解析：(1)由图知＝T/s＝0.1T/st＝0时棒的速度为零，故只有感生电动势：E＝＝＝0.1×0.5×1V＝0.05VI＝＝A＝0.25A10\n得：t＝0时棒所受到的安培力F0＝IB0L＝0.025N.(2)棒与轨道间的最大静摩擦力fm＝μmg＝0.1×0.1×10N＝0.1N＞F0＝0.025N所以t＝0时棒静止不动，加速度为零，这以后磁感应强度B都小于B0，棒所受到的安培力都小于最大静摩擦力，故前3s时间内导体棒静止不动，电流恒为I＝0.25A在0～3s的时间内，磁感应强度B＝B0－kt＝0.2－0.1t因导体棒静止不动，故棒在水平方向受安培力和静摩擦力，合力为零．f＝BIL＝(0.2－0.1t)×0.25×0.5N＝0．0125(2－t)N(t＜3s)．(3)3s～4s时间内磁感应强度大小恒为B2＝0.1T，ab棒做匀变速运动，Δt2＝4－3s＝1s，设t＝4s时速度大小为v，位移为x，则v＝v0－aΔt＝4m/sx＝Δt＝6m，在这段时间内的平均电动势为＝在这段时间内通过电阻的电量为q＝Δt2＝Δt2＝＝＝1.5C.答案：(1)0.025N (2)见解析 (3)1.5C10
