高三物理同步测试 电磁感应
本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。共150分考试用时120分钟
第Ⅰ卷（选择题共40分）
一、本题共10小题；每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确。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．穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟均匀地减少了2Wb，则 （ ）
A．线圈中感应电动势每秒增加2V
B．线圈中感应电动势每秒减少2V
C．线圈中无感应电动势
D．线圈中感应电动势大小不变
2．在电磁感应现象中，下列说法正确的是 （ ）
A．感应电流的磁场总是跟原来的磁场方向相反
B．闭合线框放在变化的磁场中一定能产生感应电流
C．闭合线框放在匀强磁场中做切割磁感线运动，一定产生感应电流
D．感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化
3．德国《世界报》报道，个别西方发达国家正在研制电磁脉冲波武器—电磁炸弹。若一枚原始脉冲波功率10千兆瓦，频率5千兆赫兹的电磁炸弹在不到100m的高空爆炸，它将使方圆400～500m2地面范围内电场强度达到每米数千伏，使得电网设备、通信设施和计算机中的硬盘与软件均遭到破坏。电磁炸弹有如此破坏力的主要原因是 （ ）
A．电磁脉冲引起的电磁感应现象
B．电磁脉冲产生的动能
|
D．电磁脉冲产生的强光
4．如图，矩形线圈放在两同向相等的直线电流之间，都在同一平面
内，矩形线圈从左向右匀速运动到虚线位置时，回路中感应电流
方向情况为（ ）
A．先adcba后abcda B．先abcda后adcba
B．一直是adcba D．一直是abcda
5．如图甲所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中有固定的金属框架ABC，已知∠B＝θ，导体棒DE在框架上从B点开始在外力作用下，沿垂直DE方向以速度v匀速向右平移，使导体棒和框架构成等腰三角形回路。设框架和导体棒材料相同，其单位长度的电阻均为R，框架和导体棒均足够长，不计摩擦及接触电阻。关于回路中的电流I和电功率P随时间t变化的下列四个图像中可能正确的是图乙中的 （ ）
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
6．如图所示，一有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直纸面向里和向外，磁场宽度均为L，在磁场区域的左侧相距为L处，有一边长为L的正方形导体线框，总电阻为R，且线框平面与磁场方向垂直。现使线框以速度v匀速穿过磁场区域。若以初始位置为计时起点，规定电流逆时针方向时的电流和电动势方向为正，B垂直纸面向里时为正，则以下四个图象中对此过程描述不正确的是（ ）
7．如图所示，上下不等宽的平行金属导轨的EF和GH两部分导轨间的距离为2L，I J和MN两部分导轨间的距离为L，导轨竖直放置，整个装置处于水平向里的匀强磁场中，金属杆ab和cd的质量均为m，都可在导轨上无摩擦地滑动，且与导轨接触良好，现对金属杆ab施加一个竖直向上的作用力F，使其匀速向上运动，此时cd处于静止状态，则F的大小为（ ）
A．2mg B．3mg C．4mg D．mg
8．吉他以其独特的魅力吸引了众多音乐爱好者，电吉他与普通吉他不同的地方是它的每一根琴弦下面安装了一种叫做“拾音器”的装置，能将琴弦的振动转化为电信号，电信号经扩音器放大，再经过扬声器就能播出优美音乐声。如图是拾音器的结构示意图，多匝线圈置于永久磁铁与钢制的琴弦（电吉他不能使用尼龙弦）之间，当弦沿着线圈振动时，线圈中就会产生感应电流。关于感应电流，以下说法正确的是（ ）
A．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流是恒定的
B．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小变化，方向不变
C．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小不变。方向变化
D．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小和方向都会发生变化
|
A．C2 B．C1 C．L1或L2 D．F
10．赤道上某处有一竖直的避雷针，当带有正电的乌云经过避雷针上方时，避雷针开始放电，则地磁场对避雷针的作用力方向为 （ ）
A．正南 B．正东 C．正西 D．正北
第Ⅱ卷（非选择题 共110分）
二、本题共三小题，21分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作图
11．（6分）如图是一种风速仪示意图，试回答下列问题：
（1）有水平风吹来时磁体如何转动？（自上往下看） 。
（2）为什么能用它测定风速大小？ 。
12．（8分）在操场上，两同学相距L为10m左右，在东偏北、西偏南11°的沿垂直于地磁场方向的两个位置上，面对面将一并联铜芯双绞线，象甩跳绳一样摇动，并将线的两端分别接在灵敏电流计上。双绞线并联后的电阻R为2Ω，绳摇动的频率配合节拍器的节奏，保持f=2Hz。如果同学摇动绳子的最大圆半径h=1m，电流计的最大值I=3mA。（1）试估算地磁场的磁感应强度的数量级 。数学表达式B= 。（用R，I，L，f，h等已知量表示）（2）将两人的位置改为与刚才方向垂直的两点上，那么电流计的读数 。
13．（7分）现代汽车在制动时，有一种ABS系统，它能阻止制动时车轮抱死变为纯滑动。这种滑动不但制动效果不好，而且易使车辆失去控制。为此需要一种测定车轮是否还在转动的装置。如果检测出车辆不再转动，就会自动放松制动机构，让轮子仍保持缓慢转动状态。这种检测装置称为电磁脉冲传感器，如图甲，B是一根永久磁铁，外面绕有线圈，它的左端靠近一个铁质齿轮，齿轮与转动的车轮是同步的。图乙是车轮转动时输出电流随时间变化的图象。
（1）说明为什么有电流输出？
（2）若车轮转速减慢了，图象会变成怎样？（画在图乙上）
三、本题共七小题，89分。解答应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写出数值和单位。
14．（12分）如图所示的螺线管的匝数n=1500，横截面积S=20cm2，电阻r=1.5Ω，与螺线管串联的外电阻R1=10Ω，R2=3.5Ω。若穿过螺线管的磁场的磁感应强度按图（b）所示的规律变化，计算R1上消耗的电功率。
15．（15分）MN与PQ为足够长的光滑金属导轨，相距L=0.5m，导轨与水平方向成
θ=30°放置。匀强磁场的磁感应强度B=0.4T，方向与导轨平面垂直指向左上方。金属棒ab、cd放置于导轨上（与导轨垂直），质量分别为mab=0.1kg和mcd=0.2kg，ab、cd的总电阻为R=0.2Ω（导轨电阻不计）。当金属棒ab在外力的作用下以1.5m/s的速度沿导轨匀速向上运动时，求
（1）当ab棒刚开始沿导轨匀速运动时，cd棒所受安培力的大小和方向。
（2）cd棒运动时能达到的最大速度。
16．（12分）如图，金属杆MN放在完全相同的导体制成的金属框abcd上，并接触良好。沿线框bc边建立x轴，以b为坐标原点。矩形框ad边长2L，ab边长为L，导体单位长度的电阻为R0，磁感应强度为B的匀强磁场与框架平面垂直。现对MN杆施加沿x轴正方向的拉力，使之从框架左端开始，以速度v向右匀速运动，不计一切摩擦，求：
|
（2）作用在MN杆上的外力的最大值与最小值之比。
17．（12分）半径为a的圆形区域内有均匀磁场，磁感应强度为B=0.2T，磁场方向垂直纸面向里，半径为b的金属圆环面垂直，其中a＝0.4m，b＝0.6m.金属环上分别接有灯L1、L2，两灯的电阻均为R0＝2Ω，一金属棒MN与金属环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计.（1）若棒以v0＝5m/s的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径
的瞬时，（如图），MN中的电动势和流过灯L1的电流.
（2）撤去中间的金属棒MN，将右面的半圆环
以为轴向上翻转90o，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为
，求L1的功率.
18．（13分）如图所示，MN、PQ是两条水平放置彼此平行的金属导轨，匀强磁场的磁感线垂直导轨平面．导轨左端接阻值R=1.5Ω的电阻，电阻两端并联一电压表，垂直导轨跨接一金属杆ab，ab的质量m=0.1kg，电阻r=0.5Ω．ab与导轨间动摩擦因数μ=0.5，导轨电阻不计，现用F=0.7N的恒力水平向右拉ab，使之从静止开始运动，经时间t=2s后，ab开始做匀速运动，此时电压表示数U=0.3V．重力加速度g=10m／s2．求：
|
（2）ab杆加速过程中，通过R的电量．
（3）ab杆加速运动的距离．
19．（12分）正方形金属线框abcd，每边长
=0.1m，总质量m=0.1kg，回路总电阻
Ω，用细线吊住，线的另一端跨过两个定滑轮，挂着一个质量为M=0.14kg的砝码。线框上方为一磁感应强度B=0.5T的匀强磁场区，如图，线框abcd在砝码M的牵引下做加速运动，当线框上边ab进入磁场后立即做匀速运动。接着线框全部进入磁场后又做加速运动（g=10m/s2）。问：
（1）线框匀速上升的速度多大？此时磁场对线框的作用力多大？
（2）线框匀速上升过程中，重物M做功多少？其中有多少转变为电能？
20．（13分）两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为l，导轨上面横放着两根导体棒ab和cd，构成矩形回路，如图5所示，两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，回路中其余部分的电阻可不计，在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B，设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行，开始时，棒cd静止，棒ab有指向棒cd的初速度υ0（见图）。若两导体棒在运动中始终不接触，
求：（1）在运动中产生的焦耳热量是多少。
（2）当ab棒的速度变为初速度的
时，cd棒的加速度是多少？
参考答案
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| D | A | C | D | B | B | D | D | AC | B |
4．D因线圈的磁通量均匀变化，所以磁通量的变化率为定值，所以D正确。
10．B避雷针中形成自上而下的电流，该处地磁场水平向北，由左手定则知地磁场对避雷针的作用力方向为正东。
11．答案：（1）逆时针转动 （2）风速越大磁体转速越大，线圈中磁通量变化率越大，根据法拉第电磁感应定律，感应电动势越大，感应电流就越大，则可从电流计中读出风速的大小。
12．答案：10－5 IR/2πLhf 0
13．（1）当齿轮上的齿靠近线圈时，由于磁化使永久磁体磁场增强，产生感应电流，齿轮离开时产生反方向的感应电流。
（2）车轮转速减慢，电流变化频率变小，周期变大，电流值变小。如图所示。
14．解：根据法拉第电磁感应定律，螺线管中产生的感应电动势E为：
6.0V
整个回路中产生产生的感应电流为
A
根据电功率的公式
W。
15．解：（1）cd棒受安培力方向沿斜面向上FA=BIL=BLE/R=B2L2v/R=0.3N
（2）对cd棒mcdgsin30°=0.2×10×0.5=1N＞0.3N
所以cd棒做向下加速运动（a逐渐减小），当它沿斜面方向合力为零时，a=0，则v最大。
mcdgsin30°=BIL=BL(v+vmax)LB/R
代入数据，解得vmax=3.5m/s
16．解：（1）设导体杆MN的坐标为x，则杆左侧电阻R1和右侧电阻R2分别为R1=(L+2x)R0，R2=[L+2(2L－)]R0，
回路总电阻R=
杆运动产生的感应电动势
杆中电流
（2）当
时，R有最大值，I有最小值，拉力F也有最小值，
当x=0或x=2L时，R有最小值，I有最大值，拉力F也有最大值，
所以
17．解：（1）棒滑过圆环直径时切割磁感线的有效长度L＝2a，棒中产生的感应电动势为
E＝BLv＝0.2×2×0.4×5V＝0.8V
当不计棒与环的电阻时，直径两端的电压U＝E＝0.8V，所以通过灯L1的电流为
I1＝
（2）右半圆环向上翻转90o后，穿过回路的磁场有效面积变为原来的一半，即
＝
.磁场变化时在回路中产生的感应电动势为
＝2×（0.4）2V＝0.32V
由于L1、L2两灯相同，圆环电阻不计，所以每灯的电压均为
，L1的功率为
P1＝
18
．解：（1）设导轨间距为L，磁感应强度为B，ab杆匀速运动的速度为v，电流为I，此时ab杆受力如图所示：由平衡条件得：F=μmg+ILB ①
由欧姆定律得：
②
由①②解得：BL=1T·m v=0.4m/s ③
F的功率：P=Fv=0.7×0.4W=0.28W ④
（2）设ab加速时间为t，加速过程的平均感应电流为
，由动量定理得：
⑤
解得：
⑥
（3）设加速运动距离为s，由法拉第电磁感应定律得
⑦
又
⑧
由⑥⑦⑧解得 
19．解：（1）当线框上边ab进入磁场，线圈中产生感应电流I，由楞次定律可知产生阻碍运动的安培力为F=BIl 由于线框匀速运动，线框受力平衡，F+mg=Mg
联立求解，得I=8A 由欧姆定律可得，E=IR=0.16V
由公式E=Blv，可求出v=3.2m/s F=BIl=0.4N
（2）重物M下降做的功为W=Mgl=0.14J
由能量守恒可得产生的电能为
J
20．解：（1）从初始至两棒达到速度相同的过程中，两棒总动量守恒有mυ1＝2 mυ
根据能量守恒，整个过程中产生的总热量
Q＝
－（2m）υ2＝
（2）设ab棒的速度变为初速度的时，cd棒的速度为
，则由动量守恒可知
mυ0＝mυ0＋m
此时回路中的感应电动势和感应电流分别为
＝（zυ0－）Bl I＝
此时cd棒所受的安培力
F＝Ibl ca棒的加速度 a＝
由以上各式，可得 a＝