2019-2020年高中物理 第1章 電磁感應(yīng)章末檢測(cè) 教科版選修3-2.doc

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2019-2020年高中物理 第1章 電磁感應(yīng)章末檢測(cè) 教科版選修3-2 一、選擇題（本題共10小題，每小題4分，共40分） 1．豎直平面內(nèi)有一金屬環(huán)，半徑為a，總電阻為R，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過環(huán)平面，與環(huán)的最高點(diǎn)A鉸鏈連接的長(zhǎng)度為2a，電阻為的導(dǎo)體棒AB由水平位置緊貼環(huán)面擺下(如圖1所示)．當(dāng)擺到豎直位置時(shí)，B點(diǎn)的線速度為v，則這時(shí)AB兩端的電壓大小為(　　) 圖1 A．2Bav B．Bav C. D. 答案　D 解析　由推論知，當(dāng)導(dǎo)體棒擺到豎直位置時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLv中＝B2av＝Bav，此時(shí)回路總電阻R總＝＋＝，這時(shí)AB兩端的電壓大小U＝＝，D項(xiàng)正確． 2．如圖2所示，光滑的水平桌面上放著兩個(gè)完全相同的金屬環(huán)a和b，當(dāng)一條形磁鐵的S極豎直向下迅速靠近兩環(huán)中間時(shí)，則(　　) 圖2 A．a(chǎn)、b均靜止不動(dòng) B．a(chǎn)、b互相靠近 C．a(chǎn)、b互相遠(yuǎn)離 D．a(chǎn)、b均向上跳起 答案　C 3. 如圖3所示，閉合導(dǎo)線框的質(zhì)量可以忽略不計(jì)，將它從如圖所示的位置勻速拉出勻強(qiáng)磁場(chǎng)．若第一次用0.3 s時(shí)間拉出，外力所做的功為W1，通過導(dǎo)線截面的電荷量為q1；第二次用0.9 s時(shí)間拉出，外力所做的功為W2，通過導(dǎo)線截面的電荷量為q2，則(　　) 圖3 A．W1W2，q1＝q2 D．W1>W2，q1>q2 答案　C 解析　設(shè)線框長(zhǎng)為l1，寬為l2，第一次拉出速度為v1，第二次拉出速度為v2，則v1＝3v2.勻速拉出磁場(chǎng)時(shí)，外力所做的功恰等于克服安培力所做的功，有W1＝F1l1＝BI1l2l1＝，同理W2＝，故W1>W2；又由于線框兩次拉出過程中，磁通量的變化量相等，即ΔΦ1＝ΔΦ2，由q＝，得q1＝q2. 4. 如圖4所示,在PQ、QR區(qū)域中存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向均垂直于紙面.一導(dǎo)線框abcdefa位于紙面內(nèi),框的鄰邊都相互垂直,bc邊與磁場(chǎng)的邊界P重合.導(dǎo)線框與磁場(chǎng)區(qū)域的尺寸如圖所示.從t=0時(shí)刻開始,線框勻速橫穿兩個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域.以a→b→c→d→e→f為線框中的電動(dòng)勢(shì)E的正方向,以下四個(gè)E-t關(guān)系示意圖中正確的是 (　　) 圖4 答案　C 解析　楞次定律或右手定則可判定線框剛開始進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，電流方向，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤；1 s～2 s內(nèi)，磁通量不變化，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；2 s～3 s內(nèi)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝2Blv＋Blv＝3Blv，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向(正方向)，故C選項(xiàng)正確． 5．如圖5所示，用恒力F將閉合線圈自靜止開始(不計(jì)摩擦)從圖示位置向左加速拉出有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則在此過程中(　　) 圖5 A．線圈向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng) B．線圈向左運(yùn)動(dòng)且速度逐漸增大 C．線圈向左運(yùn)動(dòng)且加速度逐漸減小 D．線圈中感應(yīng)電流逐漸增大 答案　BCD 解析　加速運(yùn)動(dòng)則速度變大，電流變大，安培力變大．安培力是阻力，故加速度減?。蔬xB、C、D項(xiàng)． 6. 兩塊水平放置的金屬板間的距離為d，用導(dǎo)線與一個(gè)n匝線圈相連，線圈電阻為r，線圈中有豎直方向的磁場(chǎng)，電阻R與金屬板連接，如圖6所示，兩板間有一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量＋q的油滴恰好處于靜止．則線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化情況和磁通量的變化率分別是(　　) 圖6 A．磁感應(yīng)強(qiáng)度B豎直向上且正增強(qiáng)，＝ B．磁感應(yīng)強(qiáng)度B豎直向下且正增強(qiáng)，＝ C．磁感應(yīng)強(qiáng)度B豎直向上且正減弱，＝ D．磁感應(yīng)強(qiáng)度B豎直向下且正減弱，＝ 答案　C 解析　油滴靜止說明電容器下極板帶正電，線圈中電流自上而下(電源內(nèi)部)，由楞次定律可以判斷，線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為向上的減弱或向下的增強(qiáng)． 又E＝n ① UR＝E ② ＝mg ③ 由①②③式可解得：＝ 7．如圖7所示，粗細(xì)均勻的電阻絲繞制的矩形導(dǎo)線框abcd處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，另一種材料的導(dǎo)體棒MN可與導(dǎo)線框保持良好接觸并做無摩擦滑動(dòng)．當(dāng)導(dǎo)體棒MN在外力作用下從導(dǎo)線框左端開始做切割磁感線的勻速運(yùn)動(dòng)一直滑到右端的過程中，導(dǎo)線框上消耗的電功率的變化情況可能為(　　) 圖7 A．逐漸增大 B．先增大后減小 C．先減小后增大 D．先增大后減小，再增大，接著再減小 答案　BCD 解析　導(dǎo)體棒MN在框架上做切割磁感線的勻速運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于電源，其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于電源的電動(dòng)勢(shì)E，其電阻相當(dāng)于電源的內(nèi)阻r，線框abcd相當(dāng)于外電路，等效電路如下圖所示． 由于MN的運(yùn)動(dòng)，外電路的電阻是變化的，設(shè)MN左側(cè)電阻為R1，右側(cè)電阻為R2，導(dǎo)線框的總電阻為R＝R1＋R2，所以外電路的并聯(lián)總電阻： R外＝R1R2/(R1＋R2)＝R1R2/R 由于R1＋R2＝R為定值，故當(dāng)R1＝R2時(shí)，R外最大． 在閉合電路中，外電路上消耗的電功率P外是與外電阻R外有關(guān)的． P外＝2R外＝ 可見，當(dāng)R外＝r時(shí)，P外有最大值，P外隨R外的變化圖象如右圖所示． 下面根據(jù)題意，結(jié)合圖象討論P(yáng)外變化的情況有： (1)若R外的最大值Rmaxr，且R外的最小值Rminr，則導(dǎo)線框上消耗的電功率是先減小后增大． 綜上所述，B、C、D均可選． 8．在如圖8所示的電路中，a、b為兩個(gè)完全相同的燈泡，L為自感線圈，E為電源，S為開關(guān)．關(guān)于兩燈泡點(diǎn)亮和熄滅的先后次序，下列說法正確的是(　　) 圖8 A．合上開關(guān)，a先亮，b逐漸變亮；斷開開關(guān)，a、b同時(shí)熄滅 B．合上開關(guān)，b先亮，a逐漸變亮；斷開開關(guān)，a先熄滅，b后熄滅 C．合上開關(guān)，b先亮，a逐漸變亮；斷開開關(guān)，a、b同時(shí)熄滅 D．合上開關(guān)，a、b同時(shí)亮；斷開開關(guān)，b先熄滅，a后熄滅 答案　C 解析　合上開關(guān)S后，電流由零突然變大，電感線圈產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流的增大，故Ib>Ia，隨電流逐漸增大至穩(wěn)定過程，電感的阻礙作用越來越小，故合上開關(guān)，b先亮，a逐漸變亮；開關(guān)S斷開后，雖然由于電感L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)的作用，燈a、b回路中電流要延遲一段時(shí)間熄滅，且同時(shí)熄滅，故選C. 9．如圖9所示，用細(xì)線懸吊一塊薄金屬板，在平衡位置時(shí)，板的一部分處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的方向與板面垂直，當(dāng)讓薄板離開平衡位置附近做微小的擺動(dòng)時(shí)，它將(　　) 圖9 A．做簡(jiǎn)諧振動(dòng) B．在薄板上有渦流產(chǎn)生 C．做振幅越來越小的阻尼振動(dòng) D．以上說法均不正確 答案　BC 解析　本題考查渦流的產(chǎn)生．由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，薄板上出現(xiàn)電流，機(jī)械能減少，故正確答案為B、C. 10．如圖10所示，相距為d的兩水平虛線分別是水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，正方形線框abcd邊長(zhǎng)為L(zhǎng)(L、＝或<)． 答案　＝?。? 三、計(jì)算題（本題共4小題，共47分） 13．（10分）如圖13所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直向上穿過水平放置的金屬框架，框架寬為L(zhǎng)，右端接有電阻R，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一根質(zhì)量為m、電阻不計(jì)的金屬棒以v0的初速度沿框架向左運(yùn)動(dòng)，棒與框架的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，測(cè)得棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，通過任一截面的電量為q，求： 圖13 (1)棒能運(yùn)動(dòng)的距離； (2)R上產(chǎn)生的熱量． 答案　見解析 解析　(1)設(shè)在整個(gè)過程中，棒運(yùn)動(dòng)的距離為l，磁通量的變化量ΔΦ＝BLl，通過棒的任一截面的電量q＝IΔt＝，解得l＝. (2)根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，金屬棒的動(dòng)能的一部分克服摩擦力做功，一部分轉(zhuǎn)化為電能，電能又轉(zhuǎn)化為熱能Q，即有mv＝μmgl＋Q，解得Q＝mv－μmgl＝mv－. 14．（10分）U形金屬導(dǎo)軌abcd原來靜止放在光滑絕緣的水平桌面上，范圍足夠大、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)穿過導(dǎo)軌平面，一根與bc等長(zhǎng)的金屬棒PQ平行bc放在導(dǎo)軌上，棒左邊靠著絕緣的固定豎直立柱e、f.已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.8 T，導(dǎo)軌質(zhì)量M＝2 kg，其中bc段長(zhǎng)0.5 m、電阻r＝0.4 Ω，其余部分電阻不計(jì)，金屬棒PQ質(zhì)量m＝0.6 kg、電阻R＝0.2 Ω、與導(dǎo)軌間的摩擦因數(shù)μ＝0.2.若向?qū)к壥┘臃较蛳蜃蟆⒋笮镕＝2 N的水平拉力，如圖14所示．求：導(dǎo)軌的最大加速度、最大電流和最大速度(設(shè)導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，g取10 m/s2)． 圖14 答案　見解析 解析　導(dǎo)軌受到PQ棒水平向右的摩擦力f＝μmg， 根據(jù)牛頓第二定律并整理得F－μmg－F安＝Ma， 剛拉動(dòng)導(dǎo)軌時(shí)，I感＝0，安培力為零，導(dǎo)軌有最大加速度 am＝＝ m/s2＝0.4 m/s2 隨著導(dǎo)軌速度的增大，感應(yīng)電流增大，加速度減小，當(dāng)a＝0時(shí)，速度最大．設(shè)速度最大值為vm，電流最大值為Im，此時(shí)導(dǎo)軌受到向右的安培力F安＝BImL， F－μmg－BImL＝0 Im＝ 代入數(shù)據(jù)得Im＝ A＝2 A I＝，Im＝ vm＝＝ m/s＝3 m/s. 15．（12分）如圖15所示，a、b是兩根平行直導(dǎo)軌，MN和OP是垂直跨在a、b上并可左右滑動(dòng)的兩根平行直導(dǎo)線，每根長(zhǎng)為l，導(dǎo)軌上接入阻值分別為R和2R的兩個(gè)電阻和一個(gè)板長(zhǎng)為L(zhǎng)′、間距為d的平行板電容器．整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．當(dāng)用外力使MN以速率2v向右勻速滑動(dòng)、OP以速率v向左勻速滑動(dòng)時(shí)，兩板間正好能平衡一個(gè)質(zhì)量為m的帶電微粒，試問： 圖15 (1)微粒帶何種電荷？電荷量是多少？ (2)外力的功率和電路中的電功率各是多少？ 答案　(1)負(fù)電　　(2)　 解析　(1)當(dāng)MN向右滑動(dòng)時(shí)，切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1＝2Blv，方向由N指向M. OP向左滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2＝Blv，方向由O指向P. 兩者同時(shí)滑動(dòng)時(shí)，MN和OP可以看成兩個(gè)順向串聯(lián)的電源，電路中總的電動(dòng)勢(shì)：E＝E1＋E2＝3Blv，方向沿NMOPN. 由全電路歐姆定律得電路中的電流強(qiáng)度I＝＝，方向沿NMOPN. 電容器兩端的電壓相當(dāng)于把電阻R看做電源NM的內(nèi)阻時(shí)的路端電壓，即 U＝E1－IR＝2Blv－R＝Blv 由于上板電勢(shì)比下板高，故在兩板間形成的勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向豎直向下，可見懸浮于兩板間的微粒必帶負(fù)電． 設(shè)微粒的電荷量為q，由平衡條件mg＝Eq＝q，得 q＝＝ (2)NM和OP兩導(dǎo)線所受安培力均為F＝BIl＝Bl＝，其方向都與它們的運(yùn)動(dòng)方向相反． 兩導(dǎo)線都勻速滑動(dòng)，由平衡條件可知所加外力應(yīng)滿足條件 F外＝F＝ 因此，外力做功的機(jī)械功率 P外＝F2v＋Fv＝3Fv＝. 電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流總的電功率 P電＝IE＝3Blv＝ 可見，P外＝P電，這正是能量轉(zhuǎn)化和守恒的必然結(jié)果． 16．（15分）如圖16所示，質(zhì)量m1＝0.1 kg，電阻R1＝0.3 Ω，長(zhǎng)度l＝0.4 m的導(dǎo)體棒ab橫放在U形金屬框架上．框架質(zhì)量m2＝0.2 kg，放在絕緣水平面上，與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2.相距0.4 m的MM′、NN′相互平行，電阻不計(jì)且足夠長(zhǎng)．電阻R2＝0.1 Ω的MN垂直于MM′.整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5 T．垂直于ab施加F＝2 N的水平恒力，ab從靜止開始無摩擦地運(yùn)動(dòng)，始終與MM′、NN′保持良好接觸．當(dāng)ab運(yùn)動(dòng)到某處時(shí)，框架開始運(yùn)動(dòng)．設(shè)框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，g取10 m/s2. 圖16 (1)求框架開始運(yùn)動(dòng)時(shí)ab速度v的大小； (2)從ab開始運(yùn)動(dòng)到框架開始運(yùn)動(dòng)的過程中，MN上產(chǎn)生的熱量Q＝0.1 J，求該過程ab位移x的大小． 答案　(1)6 m/s　(2)1.1 m 解析　(1)ab對(duì)框架的壓力F1＝m1g 框架受水平面的支持力N＝m2g＋F1 依題意，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，則框架受到最大靜摩擦力F2＝μN(yùn) ab中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Blv MN中電流I＝ MN受到的安培力F安＝IlB 框架開始運(yùn)動(dòng)時(shí)F安＝F2 由上述各式，代入數(shù)據(jù)解得v＝6 m/s (2)閉合回路中產(chǎn)生的總熱量Q總＝Q 由能量守恒定律，得Fx＝m1v2＋Q總 代入數(shù)據(jù)解得x＝1.1 m