电磁感应综合检测
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共14小题,每小题3分,共42分.在每小题给出的四个选项中,第1～8小题只有一个选项正确,第9～14小题有多个选项正确,全部选对的得3分,选对但不全的得2分,有选错或不选的 得0分)
1.如图所示,ab是水平面上一个圆的直径,在ab的正上方有一根通电导线ef,且ef平行于ab,当ef竖直向上平移时,穿过这个圆面的磁通量将( C )
A.逐渐变大 B.逐渐变小 C.始终为零
D.不为零,但始终保持不变
解析:由题意,通电直导线产生稳定的磁场,且处在ab正上方,电流I产生的磁感线为垂直于ef的同心圆,因此,穿过圆面的磁通量为零,当ef竖直向上平移时,穿过这个圆面的磁通量总为零,故C正确,A,B,D错误.
2.等离子体气流由左方以速度v0连续射入P1和P2两板间的匀强磁场中,ab直导线与P1,P2相连接,线圈A与直导线cd连接.线圈A内有如图(乙)所示的变化磁场,且磁场B的正方向规定为向左,如图(甲)所示,则下列叙述正确的是( B )
A.0～1 s内ab,cd导线互相排斥 B.1～2 s内ab,cd导线互相吸引 C.2～3 s内ab,cd导线互相吸引 D.3～4 s内ab,cd导线互相吸引
解析:由左侧电路可以判断ab中电流方向由a到b;由右侧电路及图(乙)可以判断,0～2 s内cd中电流由c到d,跟ab中电流同向,因此ab,cd相互吸引,故A错误,B正确;2～4 s内cd中电流由d到c,跟ab中电流反向,因此ab,cd相互排斥,故C,D错误.
3.将一段导线绕成图(甲)所示的闭合电路,并固定在水平面(纸面)内,回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中.回路的圆形区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ,以向里为磁场Ⅱ的正方向,其磁感应强度B随时间t变化的图像如图(乙)所示.用F表示ab边受到的安培力,以水平向右为F的正方向,能正确反映F随时间t变化的图像是( B )
解析:在0到时间内,磁感应强度均匀减小,回路中产生的感应电流恒定,由楞次定律可判断出为顺时针方向.由左手定则可判断出ab边受到的安培力方向为水平向左.同理可判断出其他时间段的安培力方向,能正确反映F随时间t变化的图像是B.
4.如图所示,一直升机停在南半球的地磁极上空,该处地磁场的方向竖直向上,磁感应强度为B,直升机螺旋桨叶片的长度为l,近轴端为a,远轴端为b,转动的频率为f,顺着地磁场的方向看,螺旋桨按顺时针方向转动.如果忽略a到转轴中心线的距离,用E表示每个叶片中的感应电动势,则( A )
A.E=πflB,且a点电势低于b点电势
2
B.E=2πflB,且a点电势低于b点电势
2
C.E=πflB,且a点电势高于b点电势
2
D.E=2πflB,且a点电势高于b点电势
解析:每个叶片都切割磁感线,根据右手定则,a点电势低于b点电势.叶片端点的线速度
2
v=ωl=2πfl,叶片的感应电动势E=Blv=Bl×2πlf=πflB.故选A.
5.在如图所示的电路中,a,b为两个完全相同的灯泡,L为自感线圈,E为电源,S为开关.关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序,下列说法正确的是( C )
2
A.合上开关,a先亮,b逐渐变亮;断开开关,a,b同时熄灭
B.合上开关,b先亮,a逐渐变亮;断开开关,a先熄灭,b后熄灭 C.合上开关,b先亮,a逐渐变亮;断开开关,a,b同时熄灭 D.合上开关,a,b同时亮;断开开关,b先熄灭,a后熄灭
解析:由于a,b为两个完全相同的灯泡,当开关接通瞬间,b灯泡立刻发光,而a灯泡由于线圈的自感作用渐渐变亮;当开关断开瞬间,两灯泡串联,由线圈产生瞬间电压提供电流,导致两灯泡同时逐渐熄灭.故选C.
6.如图所示,空间存在一有边界的水平方向匀强磁场,磁场上下边界的间距为L.一个边长也为L的正方形导线框在位置Ⅰ获得向上初速度后进入磁场沿竖直方向运动,线框所在平面始终与磁场方向垂直,且线框上、下边始终保持水平.若导线框返回一直加速下落,经过一段时间回到初始位置Ⅰ.则导线框( B )
A.上升过程加速度减小,下落过程加速度增大 B.上升过程加速度减小,下落过程加速度减小 C.上升过程加速度增大,下落过程加速度增大 D.上升过程加速度增大,下落过程加速度减小
解析:线框在磁场运动时,受到重力和安培力,安培力的大小与运动速度成正比.上升过程中,安培力方向与重力方向相同,由于速度减小,故加速度减小;下降过程中,安培力与重力方向相反,由于速度增大,故加速度减小,B正确.
7.如图所示,有水平方向的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T,在与磁场垂直的竖直平面内有一如图所示的金属导轨框架ABCD,AB,CD边与BC边的夹角均为53°,BC边水平,且长度L=0.8 m,电阻R=4 Ω,其余两边电阻不计.现有一长也为L=0.8 m,电阻不计的金属棒,在外力作用下从紧贴导轨BC处以某一初速度v0沿框架竖直向上运动,运动过程中都不脱离导轨,且BC边消耗的电功率保持P=0.16 W不变,则下列说法中正确的是( D )
A.该过程中金属棒做匀速直线运动 B.金属棒的初速度v0=1 m/s
C.金属棒从BC开始向上运动到0.2 m时,金属棒的速度v=4 m/s
D.金属棒从BC开始向上运动0.2 m的过程中,BC中产生的焦耳热Q=0.013 J
解析:由于BC边消耗的电功率保持不变,回路中电流保持不变,但有效切割长度在变小,所以
棒的速度变大,棒应加速运动,A错;根据P=IR得I=0.2 A,开始时I=
2
,求得v0=2 m/s,B
错,金属棒向上运动0.2 m时,由几何关系知有效切割长度L′=0.5 m,根据I=,求得
v=3.2 m/s,C错;金属棒向上运动0.2 m的过程中回路中的感应电荷量q=It=
2
,可求出运动
时间t,又回路中产生的焦耳热Q=IRt,可求得Q=0.013 J,D对.
8.如图所示,两根间距为L的光滑平行金属导轨与水平面夹角为α,图中虚线下方区域内存在磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直于导轨平面向上,两金属杆质量均为m,电阻均为R,垂直于导轨放置,开始时金属杆ab处在距磁场上边界一定距离处,金属杆cd处在导轨的最下端,被与导轨垂直的两根小柱挡住,现将金属杆ab由静止释放,当金属杆ab刚进入磁场便开始做匀速直线运动,已知重力加速度为g,则( C )
A.金属杆ab进入磁场时感应电流的方向由a到b
B.金属杆ab进入磁场时速度大小为
C.金属杆ab进入磁场后产生的感应电动势为
D.金属杆ab进入磁场后金属杆cd对两根小柱的压力大小为mgsin α
解析:由右手定则可知,ab进入磁场时产生的感应电流由b流向a,故A错误;ab进入磁场时
受到的安培力F=BIL=BL=,由平衡条件得=mgsin α,解得v=,故
B错误;ab产生的感应电动势 E=BLv=,故C正确;由左手定则可知,cd受到的安培
力平行于斜面向下,则cd对两根小柱的压力等于FN=mgsin α+F>mgsin α,故D错误.
9.如图,一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内,通过恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定,导体棒与轨道垂直且接触良好.在向右匀速通过M,N两区的过程中,导体棒所受安培力分别用FM,FN表示.不计轨道电阻.以下叙述正确的是( BCD )
A.FM向右 B.FN向左 C.FM逐渐增大 D.FN逐渐减小 解析:根据安培定则,在轨道内的M区、N区通电长直导线产生的磁场分别垂直轨道平面向外和向里,当导体棒运动到M区时,根据右手定则,在导体棒内产生的感应电流与长直绝缘导线中的电流方向相反,再根据左手定则可知,金属棒在M区时受到的安培力方向向左,因此选项A错误;同理可以判定选项B正确;导体棒在M区匀速靠近长直绝缘导线时对应的磁场强度越来越大,因此产生的感应电动势越来越大,根据闭合电路的欧姆定律和安培力的公式可知,导体棒所受的安培力FM也逐渐增大,故选项C正确,同理选项D正确.
10.如图所示,在竖直面内有一方向垂直纸面向外、宽度为d的有界匀强磁场,磁场上、下边界水平.有一个连接小灯泡的总质量为m,边长为L的正方形金属线框从磁场上方某一高度由静止释放,穿越磁场的过程中,小灯泡始终正常发光.已知小灯泡的额定功率为P、额定电压为U,线框电阻不计,且下落过程中,底边始终保持水平,重力加速度为g,则( ABC )