2020高考物理 章末質(zhì)量檢測(十)第十章 電磁感應(yīng)(含解析)魯科版
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1、第十章 電磁感應(yīng) (時(shí)間:50分鐘) 一、選擇題(本題共8小題,1~5題為單項(xiàng)選擇題,6~8題為多項(xiàng)選擇題) 1.如圖1所示的裝置中,當(dāng)接通電源后,小磁針A的指向如圖所示,則( ) 圖1 A.小磁針B的N極向紙外轉(zhuǎn) B.小磁針B的N極向紙里轉(zhuǎn) C.小磁針B不轉(zhuǎn)動(dòng) D.因電流未標(biāo)出,所以無法判斷小磁針B如何轉(zhuǎn)動(dòng) 解析 如題圖,根據(jù)同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引,所以通電螺線管的左端是S極,右端是N極;根據(jù)安培定則,右手握住螺線管,四指指向電流的方向,大拇指所指的方向是通電螺線管的N極。可以判斷電流從螺線管的左端流入,從右端流出,所以,電源的左端是正極,右端是負(fù)極。
2、而小磁針B在電流產(chǎn)生的磁場中,根據(jù)右手螺旋定則可知,N極的指向垂直紙面向外,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。 答案 A 2.如圖2所示,線圈L的自感系數(shù)很大,且其直流電阻可以忽略不計(jì),L1、L2是兩個(gè)完全相同的小燈泡,開關(guān)S閉合和斷開的過程中,燈L1、L2的亮度變化情況是(燈絲不會(huì)斷)( ) 圖2 A.S閉合,L1亮度不變,L2亮度逐漸變亮,最后兩燈一樣亮;S斷開,L2立即熄滅,L1逐漸變亮 B.S閉合,L1亮度不變,L2很亮;S斷開,L1、L2立即熄滅 C.S閉合,L1、L2同時(shí)亮,而后L1逐漸熄滅,L2亮度不變;S斷開,L2立即熄滅,L1亮一下才熄滅 D.S閉合,L1、L2同
3、時(shí)亮,而后L1逐漸熄滅,L2則逐漸變得更亮;S斷開,L2立即熄滅,L1亮一下才熄滅 答案 D 3.如圖3甲所示,固定閉合線圈abcd處于方向垂直紙面向外的磁場中,磁感線分布均勻,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示,則下列說法正確的是( ) 圖3 A.t=1 s時(shí),ab邊受到的安培力方向向左 B.t=2 s時(shí),ab邊受到的安培力為0 C.t=2 s時(shí),ab邊受到的安培力最大 D.t=4 s時(shí),ab邊受到的安培力最大 解析 由題圖知,0~2 s內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小逐漸增大,根據(jù)楞次定律知線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針方向,根據(jù)左手定則判斷知ab邊受到的安培力方向
4、向右,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;t=2 s時(shí),=0,感應(yīng)電流I=0,安培力F=0,選項(xiàng)B正確,C錯(cuò)誤;t=4 s時(shí),B=0,安培力F=0,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案 B 4.一半徑為r、質(zhì)量為m、電阻為R的金屬圓環(huán)用一根長為L的絕緣輕細(xì)桿懸掛于O1點(diǎn),桿所在直線過圓環(huán)圓心,在O1點(diǎn)的正下方有一半徑為L+2r的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域,其圓心O2與O1點(diǎn)在同一豎直線上,O1點(diǎn)在圓形磁場區(qū)域邊界上,如圖4所示?,F(xiàn)使絕緣輕細(xì)桿從水平位置由靜止釋放,下擺過程中金屬圓環(huán)所在平面始終與磁場垂直,已知重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力及其他摩擦阻力,則下列說法正確的是 ( ) 圖4 A.金屬圓環(huán)最終會(huì)靜止在O1點(diǎn)的正下方
5、 B.金屬圓環(huán)在整個(gè)過程中產(chǎn)生的焦耳熱為mgL C.金屬圓環(huán)在整個(gè)過程中產(chǎn)生的焦耳熱為mg(L+2r) D.金屬圓環(huán)在整個(gè)過程中產(chǎn)生的焦耳熱為mg(L+r) 解析 圓環(huán)最終要在如圖中A、C位置間擺動(dòng),因?yàn)榇藭r(shí)圓環(huán)中的磁通量不再發(fā)生改變,圓環(huán)中不再有感應(yīng)電流產(chǎn)生。由幾何關(guān)系可知,圓環(huán)在A、C位置時(shí),其圓心與O1、O2的距離均為L+r,則圓環(huán)在A、C位置時(shí),圓環(huán)圓心到O1的高度為。由能量守恒可得金屬圓環(huán)在整個(gè)過程中產(chǎn)生的焦耳熱為mg(L+2r),C正確。 答案 C 5.(2019·山東濟(jì)南模擬)如圖5甲所示,間距L=0.2 m的水平金屬導(dǎo)軌CD、EF固定在水平地面上,一質(zhì)量m=4×10-
6、3 kg的金屬棒GH垂直地放置導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌處于沿水平方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=0.2 T的勻強(qiáng)磁場中。有一匝數(shù)n=20匝、面積S=0.02 m2的線圈通過開關(guān)S與導(dǎo)軌相連,線圈處于通過線圈軸線、方向豎直向上的另一勻強(qiáng)磁場B2中,B2大小隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖乙所示。在t=0.2 s時(shí)刻閉合開關(guān)S時(shí),金屬棒GH瞬間跳起(金屬棒跳起瞬間安培力遠(yuǎn)大于重力),跳起的最大高度為h=0.2 m,不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g=10 m/s2,下列說法正確的是( ) 圖5 A.磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的方向水平向右 B.開關(guān)S閉合瞬間,GH中的電流方向由H到G C.線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為3 V D.開
7、關(guān)S閉合瞬間,通過金屬棒GH的電荷量為0.3 C 解析 由楞次定律可知,在螺線管中磁通量向上增加,產(chǎn)生的感應(yīng)電流流過導(dǎo)體棒的方向是由H到G,金屬棒受向上安培力,可知磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的方向水平向左,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為E=nS=20××0.02 V=6 V,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;金屬棒跳起時(shí)的初速度v==2 m/s;對金屬棒由動(dòng)量定理:B1LΔt=mv,q=Δt,則q== C=0.2 C,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案 B 6.(2019·三明模擬)如圖6所示,正方形線框的邊長為L,電容器的電容為C。正方形線框的一半放在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度以變化率k均勻減小時(shí),下
8、列說法正確的是( ) 圖6 A.線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為kL2 B.電壓表沒有讀數(shù) C.a點(diǎn)的電勢高于b點(diǎn)的電勢 D.電容器所帶的電荷量為零 解析 由于線框的一半放在磁場中,因此線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由于線框所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢是恒定的,且線框連接了一個(gè)電容器,相當(dāng)于電路斷路,電路中無電流,電壓表沒有讀數(shù),選項(xiàng)B正確;根據(jù)楞次定律可以判斷,a點(diǎn)的電勢高于b點(diǎn)的電勢,選項(xiàng)C正確;電容器所帶電荷量為Q=C,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案 BC 7.邊長為a的閉合金屬正三角形輕質(zhì)框架,左邊豎直且與磁場右邊界平行,完全處于垂直于框架平面向里的勻強(qiáng)磁場中,現(xiàn)把框架勻速水平向右拉出
9、磁場,如圖7所示,則下列圖象與這一拉出過程相符合的是( ) 圖7 解析 設(shè)正三角形輕質(zhì)框架開始出磁場的時(shí)刻t=0,則其切割磁感線的有效長度L=2xtan 30°=x,則感應(yīng)電動(dòng)勢E電動(dòng)勢=BLv=Bvx,則C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤;框架勻速運(yùn)動(dòng),故F外力=F安==∝x2,A項(xiàng)錯(cuò)誤;P外力功率=F外力v∝F外力∝x2,B項(xiàng)正確。 答案 BC 8.如圖8所示,豎直懸掛的彈簧下端拴有導(dǎo)體棒ab,ab無限靠近豎直平行導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)、與導(dǎo)軌處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,導(dǎo)體棒MN與平行導(dǎo)軌處于垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場中,當(dāng)MN以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),ab恰好靜止,彈簧無形變,現(xiàn)使v減半仍沿原方向勻速運(yùn)
10、動(dòng),ab開始沿導(dǎo)軌下滑,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,導(dǎo)軌寬均為L,導(dǎo)體棒ab、MN質(zhì)量相同、電阻均為R,其他電阻不計(jì),導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好,彈簧始終在彈性限度內(nèi),彈簧的勁度系數(shù)為k,ab與豎直平行導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,則( ) 圖8 A.MN中電流方向從M到N B.ab受到的安培力垂直紙面向外 C.ab開始下滑直至速度首次達(dá)到峰值的過程中,克服摩擦產(chǎn)生的熱量為 D.ab速度首次達(dá)到峰值時(shí),電路的電熱功率為 解析 MN向右勻速運(yùn)動(dòng),根據(jù)右手定則知電流由N到M,故A錯(cuò)誤;電流由a到b,根據(jù)左手定則知ab所受安培力垂直紙面向外,故B正確;當(dāng)MN以速度v向右勻
11、速運(yùn)動(dòng)時(shí),ab恰好靜止,則電流I=,ab受到的最大靜摩擦力fm=μBIL=,根據(jù)平衡條件得=mg,當(dāng)v′=v時(shí),fm′=·,速度第一次達(dá)到最大時(shí),加速度等于零,ab再次平衡,mg=fm′+kx,則ab下落的距離x=,克服摩擦力產(chǎn)生的熱量Q1=fm′x=,故C正確;ab速度首次達(dá)到峰值時(shí),電路電流I1=,電路的電熱功率為P=2IR=,故D錯(cuò)誤。 答案 BC 二、非選擇題 9.(1)探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象應(yīng)選用如圖9__________(選填“甲”或“乙”)所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)現(xiàn)象中感應(yīng)電流的方向與__________的方向和磁感線方向有關(guān)。 圖9 (2)如圖丙所示,A為彈簧測力
12、計(jì)(量程足夠大),B為條形磁鐵(下端為S極),C為螺線管,螺線管線圈的電阻忽略不計(jì)。現(xiàn)將S1斷開,S2由1改接到2,則彈簧測力計(jì)的示數(shù)將__________;若S2接2不變,再閉合S1,彈簧測力計(jì)的示數(shù)將__________。(均選填“變大”“變小”或“不變”) 解析 (1)探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置,只需要有磁場、導(dǎo)體棒、電流表即可,不需要電源,分析圖甲與乙可知,探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象應(yīng)選用甲圖裝置,在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,感應(yīng)電流的方向與導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)的方向和磁感線的方向有關(guān)。 (2)根據(jù)安培定則,由圖丙可知,閉合開關(guān),螺線管上端是N極,條形磁鐵下端是S極,條形磁鐵受到向下的吸引力,現(xiàn)將S1斷
13、開,S2由1改到2,電路電流變少,通電的螺線管圈數(shù)變小,電磁鐵的磁性變?nèi)?,螺線管對條形磁鐵的吸引力變小,彈簧測力計(jì)示數(shù)變小,若S2接2不變,閉合S1,電阻R2短路,電路電流變大,螺線管的磁場變強(qiáng),條形磁鐵受到的吸引力變大,彈簧測力計(jì)的示數(shù)變大。 答案 (1)甲 導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)(或“導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)”) (2)變小 變大 10.如圖10甲,在水平桌面上固定著兩根相距L=20 cm、相互平行的無電阻軌道P、Q,軌道一端固定一根電阻R=0.02 Ω 的導(dǎo)體棒a,軌道上橫置一根質(zhì)量m=40 g、電阻可忽略不計(jì)的金屬棒b,兩棒相距也為L=20 cm。該軌道平面處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可以調(diào)節(jié)的豎直向上的勻強(qiáng)
14、磁場中。開始時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度B0=0.1 T。設(shè)棒與軌道間的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,g取10 m/s2。 圖10 (1)若保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B0的大小不變,從t=0時(shí)刻開始,給b棒施加一個(gè)水平向右的拉力,使它由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。此拉力F的大小隨時(shí)間t變化關(guān)系如圖乙所示。求b棒做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度及b棒與軌道間的滑動(dòng)摩擦力; (2)若從t=0開始,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t按圖丙中圖象所示的規(guī)律變化,求在金屬棒b開始運(yùn)動(dòng)前,這個(gè)裝置釋放的熱量。 解析 (1)F安=B0IL ① E=B0Lv ② I== ③ v=at ④ 所以F安=t 當(dāng)b棒勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),根據(jù)牛
15、頓第二定律有 F-Ff-F安=ma ⑤ 聯(lián)立可得F-Ff-t=ma ⑥ 由圖象可得: 當(dāng)t=0時(shí),F(xiàn)=0.4 N, 當(dāng)t=1 s時(shí),F(xiàn)=0.5 N。 代入⑥式,可解得a=5 m/s2,F(xiàn)f=0.2 N。 (2)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時(shí),閉合電路中有恒定的感應(yīng)電流I。以b棒為研究對象,它受到的安培力逐漸增大,靜摩擦力也隨之增大,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增大到b所受安培力F安′與最大靜摩擦力Ff相等時(shí)開始滑動(dòng) 感應(yīng)電動(dòng)勢E′=L2=0.02 V ⑦ I′==1 A ⑧ 棒b將要運(yùn)動(dòng)時(shí),有F安′=BtI′L=Ff ⑨ 所以Bt=1 T,根據(jù)Bt=B0+t ⑩ 得t=1.8
16、s,回路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q=I′2Rt=0.036 J。 答案 (1)5 m/s2 0.2 N (2)0.036 J 11.同一水平面上的兩根正對平行金屬直軌道MN、M′N′,如圖11所示放置,兩軌道之間的距離l=0.5 m,軌道的MM′端之間接一阻值R=0.4 Ω 的定值電阻,軌道的電阻可忽略不計(jì),NN′端與兩條位于豎直面內(nèi)的半圓形光滑金屬軌道NP、N′P′平滑連接,兩半圓軌道的半徑均為R0=0.5 m,水平直軌道MK、M′K′段粗糙,KN、K′N′段光滑,且KNN′K′區(qū)域恰好處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.64 T,磁場區(qū)域的寬度d=1 m,且其右邊界與NN′重合?,F(xiàn)有一
17、質(zhì)量m=0.2 kg、電阻r=0.1 Ω的導(dǎo)體桿ab靜止在距磁場左邊界s=2 m處,在與桿垂直的水平恒力F=2 N作用下開始運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體桿ab與粗糙導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1,當(dāng)運(yùn)動(dòng)至磁場的左邊界時(shí)撤去F,結(jié)果導(dǎo)體桿ab恰好能通過半圓形軌道的最高處PP′。已知導(dǎo)體桿在運(yùn)動(dòng)過程中與軌道始終垂直且接觸良好,g取10 m/s2。求: 圖11 (1)導(dǎo)體桿剛進(jìn)入磁場時(shí),通過導(dǎo)體桿的電流大小和方向; (2)導(dǎo)體桿穿過磁場的過程中通過電阻R的電荷量; (3)導(dǎo)體桿穿過磁場的過程中整個(gè)電路中產(chǎn)生的焦耳熱。 解析 (1)設(shè)導(dǎo)體桿在F的作用下運(yùn)動(dòng)至磁場的左邊界時(shí)的速度為v1,由動(dòng)能定理有(F-μm
18、g)s=mv-0, 代入數(shù)據(jù)解得v1=6 m/s, 導(dǎo)體桿剛進(jìn)入磁場時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢 E=Blv1=1.92 V, 此時(shí)通過導(dǎo)體桿的電流I==3.84 A,根據(jù)右手定則可知,電流方向由b向a。 (2)設(shè)導(dǎo)體桿在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值為,則由法拉第電磁感應(yīng)定律有 ==, 通過電阻R的感應(yīng)電流的平均值=, 通過電阻R的電荷量q=t==0.64 C。 (3)設(shè)導(dǎo)體桿離開磁場時(shí)的速度大小為v2,運(yùn)動(dòng)到半圓形軌道最高處的速度為v3,因?qū)w桿恰好能通過半圓形軌道的最高處,則在軌道最高處時(shí),由牛頓第二定律有 mg=m, 代入數(shù)據(jù)解得v3= m/s, 桿從NN′運(yùn)動(dòng)至PP′的過程,根據(jù)機(jī)械能守恒定律有 mv=mv+mg·2R0, 代入數(shù)據(jù)解得v2=5 m/s, 導(dǎo)體桿穿過磁場的過程中損失的機(jī)械能 ΔE=mv-mv=1.1 J, 此過程中電路中產(chǎn)生的焦耳熱Q熱=ΔE=1.1 J。 答案 (1)3.84 A 由b向a (2)0.64 C (3)1.1 J - 9 -
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