人教版高中物理选修3-2测试题及答案解析全套

人教版高中物理选修3-2测试题及答案解析全套

含模块综合测试题，共4套

第四章 电磁感应

(时间：50分钟 满分：100分)

一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分，第1～5小题中只有一个选项符合题意，第6～8小题中有多个选项符合题意，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)

1.如图1所示，大圆导线环A中通有电流，方向如图所示，另在导线环所在的平面画一个圆B，它的一半面积在A环内，另一半面积在A环外。则B圆内的磁通量( )

图1

A．为零

B．垂直纸面向里

C．垂直纸面向外

D．条件不足，无法判断

解析：选B 根据右手螺旋定则可知，A产生的磁场在A线圈内部垂直纸面向里，在外部垂直纸面向外，由于磁感线是闭合的曲线，所以A内部的磁感线一定比A外部的磁感线要密一些，所以B项正确。

2.如图2所示，a为圆形金属环，b为直导线，且b垂直环面穿过圆环中心( )

图2

A．若直导线b中通入恒定电流，金属环a中会产生感应电流

B．若直导线b中通入交变电流，金属环a中会产生感生电流

C．若直导线b中通入恒定电流，同时让直导线b绕过圆环中心的水平轴在竖直平面内转动，金属环a中会产生感应电流

D．以上三种说法均不对

解析：选D 产生感应电流的条件是闭合回路中磁通量发生变化，不管b中通入什么样的电流，穿过a中的磁通量始终为0，D对。

3．半径为r带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置，在圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接，两板间距为d，如图3甲所示。有一变化的磁场垂直于纸面，规定向内为正，变化规律如图乙所示。在t＝0时刻平板之间中心有一重力不计，电荷量为q的静止微粒。则以下说法正确的是( )

图3

A．第2秒内上极板为正极

B．第3秒内上极板为负极

C．第2秒末微粒回到了原来位置

D．第2秒末两极板之间的电场强度大小为0.2 πr2/d

解析：选A 根据楞次定律，结合图像可以判断：在0～1 s内，下极板为正极，上极板为负极；第2秒内上极板为正极，下极板为负极；第3秒内上极板为正极，下极板为负极；第4秒内上极板为负极，下极板为正极，故A选项正确，B选项错误。由于磁感应强度均匀变化，故产生的感应电动势大小是恒定的，感应电动势大小E＝ΔΦΔt＝ΔBΔtS＝0.1πr2，第2秒末两极板间的电场强度为Ed＝0.1πr2d，D选项错误。在第1秒内微粒从静止沿向上或向下的方向开始做匀加速运动，第2秒内电场反向，电荷沿该方向做匀减速运动，第2秒末速度为0，第3秒内电荷做反向匀加速运动，第4秒内电荷沿反向做匀减速运动，第4秒末回到原来位置，故C选项错误。

4.如图4所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd，ab边长大于bc边长，置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN。第一次ab边平行MN进入磁场。线框上产生的热量为Q1，通过线框导体横截面的电荷量为q1；第二次bc边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为Q2，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则( )

图4 A．Q1＞Q2 q1＝q2 B．Q1＞Q2 q1＞q2

C．Q1＝Q2 q1＝q2 D．Q1＝Q2 q1＞q2

解析：选A 设线框ab边长为L1，bc边长为L2，进入磁场的速度为v，电阻为R，ab边平行MN进入磁场时，根据功能关系，线框进入磁场的过程中产生的热量等于克服安培力做的功，即Q1＝B2L12vR·L2，通过线框导体横截面的电荷量q1＝ΔΦR＝BL1L2R，同理得bc边平行MN进入磁场时，Q2＝B2L22vR·L1，q2＝ΔΦR＝BL1L2R，q1＝q2，由于L1＞L2，因此Q1＞Q2，A项正确。

5.如图5所示，水平虚线MN的上方有一匀强磁场，矩形导线框abcd从某处以v0的速度竖直上抛，向上运动高度H后进入与线圈平面垂直的匀强磁场，此过程中导线框的ab边始终与边界MN平行，在导线框从抛出到速度减为零的过程中，以下四个图中能正确反映导线框的速度与时间关系的是( )

图5

解析：选C 在导线框从抛出到ab边接近MN时，导线框做匀减速直线运动；在ab边进入磁场后切割磁感线产生感应电流，受到安培力作用加速度瞬时变大，速度迅速变小。随着速度减小，产生的感应电流减小，安培力减小，加速度减小，所以能正确反映导线框的速度与时间关系的是图C。

6.如图6所示，两圆环A、B置于同一水平面上，其中A为均匀带电绝缘环，B为导体环。当A以如图所示方向绕中心转动的角速度发生变化时，B中产生如图所示的方向的感应电流，则( )

图6

A．A可能带正电且转速减小

B．A可能带正电且转速增大

C．A可能带负电且转速减小

D．A可能带负电且转速增大 解析：选BC 由题目所给的条件可以判断，感应电流的磁场方向垂直于纸面向外，根据楞次定律，原磁场的方向与感应电流的磁场方向相同时，磁通量是减少的，环A应该做减速运动，产生逆时针方向的电流，应该带负电，故选项C是正确的，同理可得B是正确的。

7.如图7所示，两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置，间距为l＝1 m，cd间、de间、cf间分别接阻值为R＝10 Ω的电阻。一阻值为R＝10 Ω的导体棒ab以速度v＝4 m/s匀速向左运动，导体棒与导轨接触良好；导轨所在平面存在磁感应强度大小为B＝0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场。下列说法中正确的是( )

图7

A．导体棒ab中电流的流向为由b到a

B．cd两端的电压为1 V

C．de两端的电压为1 V

D．fe两端的电压为1 V

解析：选BD 由右手定则可判知A选项错；由法拉第电磁感应定律E＝Blv＝0.5×1×4 V＝2 V，Ucd＝RR＋RE＝1 V，B正确；由于de、cf间电阻没有电流流过，故Ucf＝Ude＝0，所以Ufe＝Ucd＝1 V，C错误，D正确。

8.如图8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后无初速释放，在圆环从a摆向b的过程中( )

图8

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

解析：选AD 圆环从位置a运动到磁场分界线前，磁通量向里增大，感应电流为逆时针；跨越分界线过程中，磁通量由向里最大变为向外最大，感应电流为顺时针；再摆到b的过程中，磁通量向外减小，感应电流为逆时针，所以A正确。由于圆环所在处的磁场，上下对称，所受安培力竖直方向平衡，因此总的安培力沿水平方向，故D正确。

二、计算题(本题共3小题，共52分)

9．(15分)(2016·全国乙卷)如图9，两固定的绝缘斜面倾角均为θ，上沿相连。两细金属棒ab(仅标出a端)和cd(仅标出c端)长度均为L，质量分别为2m和m；用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca，并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上，使两金属棒水平。右斜面上存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于斜面向上。已知两根导线刚好不在磁场中，回路电阻为R，两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为μ，重力加速度大小为g。已知金属棒ab匀速下滑。求

图9

(1)作用在金属棒ab上的安培力的大小；

(2)金属棒运动速度的大小。

解析：(1)设导线的张力的大小为T，右斜面对ab棒的支持力的大小为N1，作用在ab棒上的安培力的大小为F，左斜面对cd棒的支持力大小为N2。对于ab棒，由力的平衡条件得

2mgsin θ＝μN1＋T＋F①

N1＝2mgcos θ②

对于cd棒，同理有

mgsin θ＋μN2＝T③

N2＝mgcos θ④

联立①②③④式得

F＝mg(sin θ－3μcos θ)。⑤

(2)由安培力公式得

F＝BIL⑥

这里I是回路abdca中的感应电流。ab棒上的感应电动势为

ε＝BLv⑦

式中，v是ab棒下滑速度的大小。由欧姆定律得

I＝εR⑧

联立⑤⑥⑦⑧式得 v＝(sin θ－3μcos θ)mgRB2L2。⑨

答案：(1)mg(sin θ－3μcos θ)

(2)(sin θ－3μcos θ)mgRB2L2

10．(17分)如图10(a)所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路，线圈的半径为r1，在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图(b)所示。图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0。导线的电阻不计，求0至t1时间内：

(1)通过电阻R1上的电流大小和方向；

(2)通过电阻R1上的电量q及电阻R1上产生的热量。

图10

解析：(1)根据法拉第电磁感应定律，电路中产生的感应电动势：E＝nΔΦΔt＝nΔBΔt·S＝n·B0t0πr22

通过电阻R1上的电流：

I＝ER＋R1＝E3R＝nπB0r223Rt0

根据楞次定律，可判定流经电阻R1的电流方向从b到a。

(2)在0至t1时间内通过电阻R1的电量

q＝It1＝nπB0r22t13Rt0，

电阻R1上产生的热量

Q＝I2R1t1＝2n2π2B02r24t19Rt02。

答案：见解析

11．(20分)如图11甲所示，固定在水平面上的平行光滑金属导轨电阻不计，间距d＝0.5 m，导轨右端连接一阻值R＝4 Ω的小灯泡L，在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化如图乙所示，CF长为2 m。在t＝0时刻，电阻为1 Ω的金属棒ab在水平恒力F作用下，由静止开始沿导轨向右运动，4 s末刚好到达CD位置。已知金属棒从开始运动到EF位置的整个过程中，始终受到恒力F作用，且小灯泡的亮度始终不变。求：

图11

(1)通过小灯泡的电流强度；

(2)恒力F的大小；

(3)金属棒在磁场中运动的速度。

解析：(1)电路总电阻R总＝R＋Rab＝5 Ω

金属棒进入磁场前，回路中感应电动势

E1＝ΔΦΔt＝ΔBSΔt＝0.5 V，

灯泡中的电流强度为：IL＝E1R总＝0.1 A。

(2)因灯泡亮度不变，故棒进入磁场后做匀速运动，此时金属棒中的电流强度I＝IL＝0.1 A

恒力大小：F＝FA＝BId＝0.1 N。

(3)因灯泡亮度不变，金属棒产生的感应电动势为：

E2＝E1＝0.5 V

E2＝Bdv

得v＝E2Bd＝0.5 m/s。

答案：见解析

第五章 交变电流

(时间：50分钟 满分：100分)

一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分，第1～5小题中只有一个选项符合题意，第6～8小题中有多个选项符合题意，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)

1．(2015·江苏高考)一电器中的变压器可视为理想变压器，它将220 V交变电流改变为110 V。已知变压器原线圈匝数为800，则副线圈匝数为( )

A．200 B．400

C．1 600 D．3 200

解析：选B 根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系U1U2＝n1n2，得n2＝n1U2U1＝800×110220＝400，选项B正确。