高考物理大一輪復(fù)習(xí)第10章電磁感應(yīng)(課件試題教學(xué)案)(打包10套).zip
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章末檢測十 電磁感應(yīng)
(時間:60分鐘 滿分:100分)
一、選擇題(本題共8小題,每小題6分,共48分,1~5題每小題只有一個選項正確,6~8小題有多個選項符合題目要求,全選對得6分,選對但不全得3分,有選錯的得0分)
1.首先發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的物理學(xué)家分別是( )
A.安培和法拉第 B.法拉第和楞次
C.奧斯特和安培 D.奧斯特和法拉第
解析:選D.首先發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的科學(xué)家是奧斯特;發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是法拉第,故選項D正確.
2.磁鐵在線圈中心上方開始運動時,線圈中產(chǎn)生如圖方向的感應(yīng)電流,則磁鐵( )
A.向上運動 B.向下運動
C.向左運動 D.向右運動
解析:選B.據(jù)題意,從圖示可以看出磁鐵提供的穿過線圈原磁場的磁通量方向向下,由安培定則可知線圈中感應(yīng)電流激發(fā)的感應(yīng)磁場方向向上,即兩個磁場的方向相反,則由楞次定律可知原磁場通過線圈的磁通量的大小在增加,故選項B正確.
3.某學(xué)校操場上有如圖所示的運動器械:兩根長金屬鏈條將一根金屬棒ab懸掛在固定的金屬架上.靜止時ab水平且沿東西方向.已知當(dāng)?shù)氐牡卮艌龇较蜃阅舷虮毙毕蛳赂Q直方向成45°,現(xiàn)讓ab隨鏈條蕩起來,跟豎直方向最大偏角45°,則下列說法正確的是( )
A.當(dāng)ab棒自南向北經(jīng)過最低點時,ab中感應(yīng)電流的方向是自西向東
B.當(dāng)鏈條與豎直方向成45°時,回路中感應(yīng)電流最大
C.當(dāng)ab棒自南向北經(jīng)過最低點時,安培力的方向與水平向南的方向成45°斜向下
D.在ab棒運動過程中,不斷有磁場能轉(zhuǎn)化為電場能
解析:選C.當(dāng)ab棒自南向北經(jīng)過最低點時,由右手定則知電流方向自東向西,故A錯誤;當(dāng)ab運動方向與B方向垂直時感應(yīng)電流最大,當(dāng)鏈條偏南與豎直方向成45°時,ab運動方向(沿圓軌跡的切線方向)與磁場方向平行,此時感應(yīng)電流為零,最小,故B錯誤;當(dāng)ab棒自南向北經(jīng)過最低點時,由左手定則知安培力的方向與水平向南的方向成45°斜向下,C正確;在ab棒運動過程中,不斷有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電場能,故D錯誤.
4.如圖甲所示,線圈ABCD固定于勻強磁場中,磁場方向垂直紙面向外,當(dāng)磁場變化時,線圈AB邊所受安培力向右且變化規(guī)律如圖乙所示,則磁場的變化情況可能是下列選項中的( )
解析:選D.由題意可知,安培力的方向向右,根據(jù)左手定則,可知:感應(yīng)電流的方向由B到A,再由右手定則可知,當(dāng)垂直向外的磁場在增加時,會產(chǎn)生由B到A的感應(yīng)電流,由法拉第電磁感應(yīng)定律,結(jié)合閉合電路歐姆定律,則安培力的表達(dá)式F=B,因安培力的大小不變,則B是定值,若磁場B增大,則減小,若磁場B減小,則增大,故D正確,A、B、C錯誤.
5.如圖所示,a、b兩個閉合正方形線圈用同樣的導(dǎo)線制成,匝數(shù)均為10匝,邊長la=3lb,圖示區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場,且磁感應(yīng)強度隨時間均勻增大,不考慮線圈之間的相互影響,則( )
A.兩線圈內(nèi)產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流
B.a(chǎn)、b線圈中感應(yīng)電動勢之比為9∶1
C.a(chǎn)、b線圈中感應(yīng)電流之比為3∶4
D.a(chǎn)、b線圈中電功率之比為3∶1
解析:選B.根據(jù)楞次定律可知,兩線圈內(nèi)均產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流,選項A錯誤;因磁感應(yīng)強度隨時間均勻增大,則=k,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知E=n=nl2,則=2=,選項B正確;根據(jù)I====∝l,故a、b線圈中感應(yīng)電流之比為3∶1,選項C錯誤;電功率P=IE=·nl2=∝l3,故a、b線圈中電功率之比為27∶1,選項D錯誤;故選B.
6.如圖所示是法拉第做成的世界上第一臺發(fā)電機(jī)模型的原理圖.將銅盤放在磁場中,讓磁感線垂直穿過銅盤;圖中a、b導(dǎo)線與銅盤的中軸線處在同一豎直平面內(nèi);轉(zhuǎn)動銅盤,就可以使閉合電路獲得電流.若圖中銅盤半徑為L,勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B,回路總電阻為R,從上往下看逆時針勻速轉(zhuǎn)動銅盤的角速度為ω.則下列說法正確的是( )
A.回路中有大小和方向周期性變化的電流
B.回路中電流大小恒定,且等于
C.回路中電流方向不變,且從b導(dǎo)線流進(jìn)燈泡,再從a導(dǎo)線流向旋轉(zhuǎn)的銅盤
D.若將勻強磁場改為仍然垂直穿過銅盤的正弦變化的磁場,不轉(zhuǎn)動銅盤,燈泡中一定有電流流過
解析:選BC.據(jù)題意,當(dāng)盤轉(zhuǎn)動后,由右手定則可以確定電流流向盤的中心,從b端流出到達(dá)a端,故選項A錯誤;所產(chǎn)生的電動勢大小為:E=BLv=BL,則產(chǎn)生的電流大小為:I==,故B選項正確;根據(jù)右手定則判斷電流方向,電流為b到a,所以C正確;如果將勻強磁場改成變化的磁場,銅盤不轉(zhuǎn)動的話,沒有導(dǎo)體切割磁場,回路中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,故D選項錯誤.
7.如圖所示的電路中,電感L的自感系數(shù)很大,電阻可忽略,D為理想二極管,則下列說法正確的有( )
A.當(dāng)S閉合時,L1立即變亮,L2逐漸變亮
B.當(dāng)S閉合時,L1一直不亮,L2逐漸變亮
C.當(dāng)S斷開時,L2立即熄滅
D.當(dāng)S 斷開時,L1突然變亮,然后逐漸變暗至熄滅
解析:選BD.當(dāng)S閉合時,因二極管加上了反向電壓,故二極管截止,L1一直不亮;通過線圈的電流增加,感應(yīng)電動勢阻礙電流增加,故使得L2逐漸變亮,選項B正確,A錯誤;當(dāng)S斷開時,由于線圈自感電動勢阻礙電流的減小,故通過L的電流要在L2-L1-D-L之中形成新的回路,故L1突然變亮,然后逐漸變暗至熄滅,選項C錯誤,D正確;故選B、D.
8.如圖所示,兩根光滑、足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在水平面上.滑動變阻器接入電路的電阻值為R(最大阻值足夠大),導(dǎo)軌的寬度L=0.5 m,空間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場,磁感應(yīng)強度的大小B=1 T.內(nèi)阻r=1 Ω的金屬桿在F=5 N的水平恒力作用下由靜止開始運動.經(jīng)過一段時間后,金屬桿的速度達(dá)到最大速度vm,不計導(dǎo)軌電阻,則有( )
A.R越小,vm越大
B.金屬桿的最大速度大于或等于20 m/s
C.在金屬桿達(dá)到最大速度之前,恒力F所做的功等于電路中消耗的電能
D.金屬桿達(dá)到最大速度后,金屬桿中電荷沿桿長度方向定向移動的平均速率ve與恒力F成正比
解析:選BD.當(dāng)導(dǎo)體棒達(dá)到最大速度時滿足F=F安;則F=BL,解得vm=,可知R越大,vm越大,選項A錯誤;金屬桿的最大速度vm===20(1+R)m/s,則金屬桿的最大速度大于或等于20 m/s,選項B正確;在金屬桿達(dá)到最大速度之前,恒力F所做的功等于電路中消耗的電能與導(dǎo)體棒動能增量之和,選項C錯誤;金屬桿達(dá)到最大速度后導(dǎo)體棒中的電流I=,則I=neSve,則ve==,故金屬桿達(dá)到最大速度后,金屬桿中電荷沿桿長度方向定向移動的平均速率ve與恒力F成正比,選項D正確;故選B、D.
二、非選擇題(共4小題, 52分)
9.(12分)很多人喜歡到健身房騎車鍛煉,某同學(xué)根據(jù)所學(xué)知識設(shè)計了一個發(fā)電測速裝置,如圖所示.自行車后輪置于垂直車身平面向里的勻強磁場中,后輪圓形金屬盤在磁場中轉(zhuǎn)動時,可等效成一導(dǎo)體棒繞圓盤中心O轉(zhuǎn)動.已知磁感應(yīng)強度B=0.5 T,圓盤半徑l=0.3 m,圓盤電阻不計.導(dǎo)線通過電刷分別與后輪外邊緣和圓心O相連,導(dǎo)線兩端a、b間接一阻值R=10 Ω的小燈泡.后輪勻速轉(zhuǎn)動時,用電壓表測得a、b間電壓U=0.6 V.
(1)與a連接的是電壓表的正接線柱還是負(fù)接線柱?
(2)圓盤勻速轉(zhuǎn)動10分鐘,則此過程中產(chǎn)生了多少電能 ?
(3)自行車車輪邊緣線速度是多少?
解析:(1)根據(jù)右手定則,輪子邊緣點是等效電源的負(fù)極,則a點接電壓表的負(fù)接線柱
(2)根據(jù)焦耳定律Q=t
代入數(shù)據(jù)得Q=21.6 J
(3)由U=E=Bl2ω得v=lω=8 m/s
答案:(1)負(fù) (2)Q=21.6 J (3)v=8 m/s
10.(12分)如圖所示,平行光滑U形導(dǎo)軌傾斜放置,傾角θ=30°,導(dǎo)軌間的距離L=1.0 m,電阻R=R1=3.0 Ω,電容器電容C=2×10-8F,導(dǎo)軌電阻不計,勻強磁場的方向垂直于導(dǎo)軌平面向上,磁感應(yīng)強度B=2.0 T,質(zhì)量m=0.4 kg,電阻r=1.0 Ω的金屬棒ab垂直置于導(dǎo)軌上,現(xiàn)用沿軌道平面且垂直于金屬棒的大小F=5.0 N的恒力,使金屬棒ab從靜止起沿導(dǎo)軌向上滑行,求:
(1)金屬棒ab達(dá)到勻速運動時的速度大小(g=10 m/s2 );
(2)金屬棒ab從靜止開始到勻速運動的過程中通過電阻R1的電荷量.
解析:(1)當(dāng)金屬棒勻速運動時,由力的平衡條件得:F=mgsin 30°+BIL求得:I=1.5 A.
由閉合電路歐姆定律得:I==
聯(lián)立以上方程解得金屬棒勻速運動的速度大小為:
v=3 m/s.
(2)當(dāng)金屬棒勻速運動時,電容器兩端的電壓
U=IR=4.5 V
電容器極板上聚集的電荷量Q=CU=9×10-8 C,
所以通過R1的電荷量Q′=Q=9×10-8C
答案:(1)v=3 m/s (2)9×10-8 C
11.(12分)如圖所示,水平放置的三條光滑平行金屬導(dǎo)軌a,b,c,相距均為d=1 m,導(dǎo)軌ac間橫跨一質(zhì)量為m=1 kg的金屬棒MN,棒與導(dǎo)軌始終良好接觸.棒的總電阻r=2 Ω,導(dǎo)軌的電阻忽略不計. 在導(dǎo)軌bc間接一電阻為R=2 Ω的燈泡,導(dǎo)軌ac間接一理想電壓表.整個裝置放在磁感應(yīng)強度B=2 T勻強磁場中,磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向下.現(xiàn)對棒MN施加一水平向右的拉力F,使棒從靜止開始運動,已知施加的水平外力功率恒定,經(jīng)過t=1 s時間棒達(dá)到穩(wěn)定時速度3 m/s.試求:
(1)金屬棒達(dá)到穩(wěn)定時施加水平恒力F為多大?水平外力F的功率為多少?
(2)金屬棒達(dá)到穩(wěn)定時電壓表的讀數(shù)為多少?
(3)此過程中燈泡產(chǎn)生的熱量是多少?
解析:(1)當(dāng)F=F安時,金屬棒速度達(dá)到穩(wěn)定,
則F安=BId
I=,聯(lián)立得F=4 N,P=Fv=12 W.
(2)設(shè)電壓表的讀數(shù)為U,則有U=Bdv+UL
UL=R,代入數(shù)據(jù)得U=10 V.
(3)設(shè)小燈泡和金屬棒產(chǎn)生的熱量分別為Q1、Q2,根據(jù)焦耳定律得知:=.
由功能關(guān)系得:Pt=Q1+Q2+mv2,代入數(shù)據(jù)得Q1=5 J.
答案:(1)F=4 N P=12 W (2)U=10 V
(3)Q1=5 J
12.(16分)如圖甲所示,斜面的傾角α=30°,在斜面上放置一矩形線框abcd,ab邊的邊長L1=1 m,bc邊的邊長L2=0.6 m,線框的質(zhì)量m=1 kg,線框的電阻R= 0.1 Ω,線框受到沿斜面向上的恒力F的作用,已知F=15 N,線框與斜面間的動摩擦因數(shù)μ=.線框的邊ab∥ef∥gh,斜面的efhg區(qū)域有垂直斜面向上的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化情況如圖乙的B-t圖象所示,時間t是從線框由靜止開始運動起計時的.如果線框從靜止開始運動,進(jìn)入磁場最初一段時間是勻速的,ef線和gh線的距離x=5.1 m,取g=10 m/s2.求:
(1)線框進(jìn)入磁場前的加速度a;
(2)線框進(jìn)入磁場時勻速運動的速度v;
(3)在丙圖中畫出線框從靜止開始運動直至ab邊運動到gh線過程的v-t圖象;
(4)線框從靜止開始運動直至ab邊運動到gh線的過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q.
解析:(1)線框進(jìn)入磁場前,線框受到線框的重力、拉力F、斜面的支持力和斜面對線框的摩擦力作用,由牛頓第二定律:F-mgsin α-μmgcos α=ma
得線框進(jìn)入磁場前的加速度a=5 m/s2.
(2)因為線框進(jìn)入磁場的最初一段時間做勻速運動,ab邊進(jìn)入磁場切割磁感線,產(chǎn)生的電動勢E1=BL1v
形成的感應(yīng)電流I1=
受到沿斜面向下的恒定的安培力F安=BI1L1
線框受力平衡,有F=mgsin α+μmgcos α+F安
此時磁感應(yīng)強度必恒定不變B=0.5 T,
代入數(shù)據(jù)解得v=2 m/s.
(3)線框abcd進(jìn)入磁場前做勻加速直線運動,進(jìn)入磁場前的運動時間
t1==0.4 s
進(jìn)入磁場過程中線框做勻速運動的時間t2==0.3 s.
線框完全進(jìn)入磁場后至運動到gh線,線框受力情況與進(jìn)入磁場前相同,仍做勻加速直線運動,所以該階段的加速度大小仍為a=5 m/s2,該過程有x-l2=vt3+at,解得t3=1 s
線框從靜止開始運動直至ab邊運動到gh線過程的v-t圖象如圖;
(4)線框整體進(jìn)入磁場后,ab邊運動到gh線的過程中,線框中有感應(yīng)電流的時間
t4=t1+t2+t3-0.9 s=0.8 s
E2== V=0.25 V
此過程產(chǎn)生的焦耳熱Q2=t4=0.5 J.
線框勻速進(jìn)入磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q1=IRt2=3 J
線框從靜止開始運動直至ab邊運動到gh線的過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q=Q1+Q2=3.5 J
答案:(1)5 m/s2 (2)2 m/s (3)如圖 (4)3.5 J
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