第二章 电磁感应练习（Word版含解析）
文档属性
| 名称 | 第二章 电磁感应练习（Word版含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 398.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-11-29 14:52:48 | ||
图片预览
文档简介
本章达标检测
(满分:100分;时间:75分钟)
一、选择题(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,第1~7小题只有一项符合题目要求,第8~10小题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选不全的得2分,选错或不答的得0分)
1.(2020河北张家口高二上月考)磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置,比靠摩擦力刹车更稳定。如图为该新型装置的原理图(从后面朝前看),过山车的两侧装有铜片,停车区的轨道两侧装有强力磁铁,当过山车进入停车区时,铜片与磁铁的相互作用能使过山车很快停下来。下列说法正确的是 ( )
A.磁力刹车利用了电流的磁效应
B.磁力刹车属于电磁驱动现象
C.磁力刹车的过程中动能转化为电能,最终转化成内能
D.过山车的质量越大,进入停车区时由电磁作用引起的刹车阻力越大
2.(2021吉林松原实验高级中学高二下月考)电吉他中电拾音器的基本结构如图所示,磁体附近的金属弦被磁化,因此弦振动时,在线圈中产生感应电流,电流经电路放大后传送到音箱发出声音,下列说法正确的是 ( )
A.为了减小电阻,电吉他应选用银质弦
B.使磁体N、S位置互换,电吉他将不能正常工作
C.减少线圈的匝数可以减小线圈中的感应电动势
D.弦振动过程中,线圈中的电流大小发生变化,方向保持不变
3.(2021江苏盐城一中、大丰高级中学等四校高二上期中)如图所示,固定的水平长直细导线中通有方向向右的恒定电流I,一矩形金属线框位于竖直平面内,紧靠导线且两者之间绝缘,若线框从图中实线位置由静止释放,在下落到虚线位置的过程中,下列说法正确的是 ( )
A.穿过线框的磁通量变小
B.线框所受安培力的方向始终竖直向上
C.线框中感应电流方向先是逆时针后变为顺时针
D.线框的机械能守恒
4.(2021江苏苏州高三下模拟)如图所示,匀强磁场中有一等边三角形线框abc,匀质导体棒在线框上向右匀速运动。导体棒与线框接触点之间的感应电动势为E,通过的电流为I。忽略线框的电阻,导体棒与线框接触良好,则导体棒 ( )
A.从位置①到②的过程中,E增大、I增大
B.经过位置②时,E最大、I为零
C.从位置②到③的过程中,E减小、I不变
D.从位置①到③的过程中,E和I都保持不变
5.(2021山东济南高二下月考)M、N两个闭合正方形线圈用相同的导线制成,分别为10匝和30匝,边长lM=3lN,图示区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场,且磁感应强度B随时间变化的规律为B=B0+kt(k<0),不考虑线圈之间的相互影响,则下列说法正确的是 ( )
A.两线圈内产生顺时针方向的感应电流
B.M、N线圈中感应电动势大小之比为1∶9
C.M、N线圈中感应电流大小之比为1∶3
D.M、N线圈中的电功率之比为1∶27
6.(2021河南焦作高二下期中)如图所示,金属导轨OM、ON焊接在O点处的金属块(大小不计,图中黑色所示)上,虚线OP是∠MON的角平分线,整个空间分布着垂直导轨平面的匀强磁场。t=0时刻,足够长的金属棒由O点沿OP方向做匀速直线运动,棒始终与导轨接触良好且与OP垂直,除金属块外其他电阻不计,则在开始计时后的两段连续相等时间内,通过棒中点横截面的感应电荷量之比为 ( )
A.1∶1 B.1∶2
C.1∶3 D.2∶3
7.(2021湖北鄂东南省级示范高中教育教学改革联盟高二下期中)如图所示,两根足够长且平行的金属导轨置于磁感应强度为B= T的匀强磁场中,磁场的方向垂直于导轨平面,两导轨间距L=0.1 m,导轨左端连接一个电阻R,阻值为0.5 Ω,其余电阻不计,导轨右端连一个电容器C,电容为2.5×1010 pF。一根长度为0.2 m的导体棒ab,a端与下侧导轨接触良好,导体棒从图中实线位置开始,绕a点以角速度ω=4 rad/s顺时针匀速转动75°(转动60°时棒到达图中虚线位置,此时导体棒b端脱离上侧导轨),此过程通过电阻R的电荷量为 (深度解析)
A.3×10-2 C
B.2×10-3 C
C.(30+2)×10-3 C
D.(30-2)×10-3 C
8.(2021黑龙江哈尔滨三中高二下月考)竖直放置的平行光滑导轨,其电阻不计,磁场方向如图所示,磁感应强度大小为B=0.5 T,导体ab及cd长均为0.2 m,电阻均为0.1 Ω,重均为0.1 N,现用力向上推动导体ab,使之匀速上升(与导轨接触良好),此时cd恰好静止不动,那么ab上升时,下列说法正确的是 ( )
A.ab受到的推力大小为4 N
B.ab向上的速度为2 m/s
C.在2 s内,推力做功转化的电能是0.4 J
D.在2 s内,推力做功为0.6 J
9.(2021湖北智学联盟高二上月考)如图所示的电路中,三个相同的灯泡a、b、c和电感线圈L1、L2与直流电源连接,电感线圈的电阻忽略不计,开关S从闭合状态突然断开时,下列判断正确的有 ( )
A.a先变亮,然后逐渐熄灭
B.b先变亮,然后逐渐熄灭
C.c先变亮,然后逐渐熄灭
D.b、c逐渐熄灭
10.(2021重庆育才中学高二下月考)如图所示,正方形MNPQ内的两个三角形区域存在匀强磁场,形状与MNPQ完全相同的闭合导线框M'N'P'Q'在外力作用下沿轴线OO'水平向左匀速运动。设通过导线框的感应电流为i,逆时针方向为电流的正方向,当t=0时M'Q'与NP重合,在M'Q'从NP运动到临近MQ的过程中,下列图像中不能反映i随时间t变化规律的是 ( )
A B C D
二、非选择题(本题共6小题,共60分)
11.(2021安徽皖北名校高二下联考)(6分)为了探究电磁感应现象,某同学选择了相关器材按如图所示连接进行实验。若将条形磁铁的N极向下从线圈上方竖直插入线圈L时,发现电流计的指针向左偏转,则:
(1)当条形磁铁插入线圈L后,让其停止在线圈中不动,则电流计指针 (填“会”或“不会”)偏转;
(2)若将条形磁铁从图中的虚线位置沿箭头方向远离线圈L时,则电流计指针 (填“向右”或“向左”)偏转,若增大条形磁铁从虚线位置远离线圈L的速率,则电流计指针偏转角度 (填“增大”“减小”或“不变”)。
12.(2021山西运城高中联合体高二下调研)(9分)某学习小组在“研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系”实验中采用了如图甲所示的实验装置。
(1)实验需用螺旋测微器测量挡光片的宽度Δd,如图乙所示,Δd= mm。
(2)在实验中,让小车以某一速度靠近螺线管,记录下光电门挡光时间Δt内感应电动势的平均值E,改变小车速度,进行多次实验,得到多组数据。这样的实验设计满足了物理实验中常用的“控制变量法”,你认为小车以不同速度靠近螺线管过程中不变的量是:在Δt时间内 。
(3)得到多组Δt与E的数据之后,若以E为纵坐标、Δt为横坐标画出E-Δt图像,发现图像是一条曲线,不容易得出清晰的实验结论,为了使画出的图像为一条直线,最简单的改进办法是以 为横坐标。
(4)根据改进后画出的图像得出的结论是:在误差允许的范围内, 。
(5)其他条件都不变,若换用匝数加倍的线圈做实验,根据实验数据所作出的那条直线,其斜率 (填“减半”“不变”或“加倍”)。
13.(2021天津六校高二上联考)(8分)如图,两根足够长的金属导轨ab、cd竖直放置,导轨间距离为L,电阻不计。在导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平,且与导轨接触良好。已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为g。求:
(1)灯泡正常发光时,通过金属棒MN的电流I;
(2)磁感应强度B的大小。
14.(2020湖北黄冈高二上月考)(10分)如图甲所示,在磁感应强度B=1.0 T的有界匀强磁场中(MN为边界),用外力将边长为L=10 cm的正方形金属线框向右匀速拉出磁场,已知在线框被拉出磁场的过程中,ab边受到的磁场力F随时间t变化的关系如图乙所示,以bc边刚离开磁场的时刻为计时起点(即此时t=0)。求:
(1)金属线框被拉出磁场的过程中产生的热量Q;
(2)金属线框的电阻R。
15.(2021湖北武汉部分重点中学高二上联考)(12分)如图甲所示是宽度均为L=0.25 m的匀强磁场区域,磁感应强度大小B=1 T,方向相反。一边长L=0.25 m、质量m=0.1 kg、电阻R=0.25 Ω的正方形金属线框,在外力作用下,以初速度v=5 m/s匀速穿过磁场区域。
(1)取顺时针方向为正,在图乙中作出i-t图像,并写出分析过程;
(2)求线框穿过磁场区域的过程中外力做的功。
16.(2021山东泰安高二上期末)(15分)如图(a)所示,一对平行光滑金属轨道放置在水平面上,两轨道相距L,两轨道间并列连接阻值为R的电阻和电容为C的电容器,有一质量为m的导体棒静止地放在轨道上,与两轨道垂直,导体棒的电阻为r,轨道足够长且轨道的电阻忽略不计,整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道平面向下。现用水平恒力F沿水平方向向右拉动导体棒,则:
(1)求导体棒最终速度;
(2)已知导体棒从静止开始直到达到稳定速度所经历的位移为s,求在此过程中电阻R上所产生的热量(电容器储存的电能的表达式为E0=,U是电容器两端的电压);
(3)若不计导体棒电阻,且把电阻R去掉,如图(b)所示,求导体棒运动过程中的加速度大小。
答案全解全析
本章达标检测
1.C 磁力刹车过程会产生涡流,属于电磁感应现象,并非是电流的磁效应,也不属于电磁驱动现象,选项A、B错误;磁力刹车的过程中,铜片穿过磁铁时产生涡流,在磁场中受到安培力作用,阻碍过山车的运动,故磁力刹车的过程中动能转化为电能,最终转化成内能,选项C正确;过山车的速度越大,进入停车区时由电磁作用引起的刹车阻力越大,和质量无关,选项D错误。
2.C 银质弦不易被磁化,所以不能选用银质弦,A错误;使磁体N、S位置互换,金属弦仍然可以被磁化,所以电吉他能正常工作,B错误;根据法拉第电磁感应定律E=n可知,减少线圈的匝数可以减小线圈中的感应电动势,C正确;弦振动过程中,靠近磁铁,螺线管磁通量增加,远离磁铁,螺线管磁通量减少,所以线圈中电流方向变化,D错误。故选C。
3.B 线框下落过程中,穿过线框的磁通量先减小后增大,A错误;在整个过程中,线框一直下落,由楞次定律可知,为阻碍线框下落,线框受到的安培力一直向上,B正确;由安培定则可知,在导线上方磁感应强度向外,在导线下方,磁感应强度向里,开始时穿过线框的合磁场方向向外,磁通量减少,由楞次定律可得,感应电流沿逆时针方向,后来穿过线框的合磁场方向向里,磁通量增加,由楞次定律可知,感应电流沿逆时针方向,感应电流方向不变化,C错误;在线框进入或离开磁场过程中,线框中产生感应电流,一部分机械能转化为电能,线框的机械能减小,D错误。故选B。
4.C 由导体切割磁感线产生感应电动势公式E=BLv可知,L增大,E就会增大,由电阻定律可知R=ρ,导体棒中的电流为I===,导体棒做匀速运动,所以I不变,A错误;经过②位置时,L最大,E最大,电流不为0,B错误;从位置②到位置③,L减小,E减小,电流不变,C正确;从位置①到③的过程中,E先增大后减小,I保持不变,D错误。故选C。
5.C 穿过两线圈的磁通量随时间不断减小,根据楞次定律可知两线圈内产生逆时针方向的感应电流,A错误;穿过两线圈的磁通量随时间的变化率相等,根据法拉第电磁感应定律可得M、N线圈中感应电动势大小之比为==,B错误;根据电阻定律R=ρ·可得M、N线圈的电阻之比为==1,根据闭合电路欧姆定律可得M、N线圈中感应电流大小之比为=·=,C正确;M、N线圈中的电功率之比为=·=,D错误。故选C。
6.C Δt时间内通过棒中点横截面的感应电荷量q=Δt,又=,金属棒由O点沿OP方向做匀速直线运动,切割磁感线,则有=,可得电荷量为q=Δt=Δt=Δt==,因整个空间分布着垂直导轨平面的匀强磁场,故某段时间内的感应电荷量只与该段时间内金属棒扫过的面积的大小有关,由几何关系可得,连续相等时间内面积之比为1∶3,故电荷量之比为1∶3,故选C。
7.C 导体棒ab以a点为轴旋转到b端脱离上侧导轨过程中,产生的感应电动势平均值为E==B,其中ΔS=L·L=,因电磁感应而流经R的电荷量Q1===3×10-2 C,在这一过程中电容器充电量Q2=CUm,其中Um=B·2L·=2BL2ω,所以ab棒脱轨后电容器放电流过R的电荷量为Q2=2BL2Cω=2×10-3 C,最终通过电阻R的电荷量为Q=Q1+Q2=(30+2)×10-3 C,故选C。
导师点睛
流过电阻R的电荷量有两部分,一部分是导体棒未脱轨前,导体棒切割磁感线产生的,一部分是导体棒脱轨后,电容器放电产生的。
8.BC 两导体棒组成的整体,合力为零,根据平衡条件,ab棒受到的推力为F=2mg=0.2 N,A错误;对ab棒根据平衡条件,有F安=F-mg=mg,F安=BIL,I=,联立可得v=2 m/s,B正确;在2 s内,推力做功转化的电能全部转化为内能,有Q=t,E=BLv,代入数据,得Q=0.4 J,C正确;在2 s内,推力做功为W=Fvt=0.8 J,D错误。故选B、C。
9.AD 如下图所示,开关S闭合时,流过电感L1的电流等于流过b、c灯的电流之和,流过电感L2的电流等于流过c灯的电流;断开开关S的瞬间,流过电感的电流突然减小,三个灯泡均处于回路中,故流过b、c灯泡的电流逐渐减小,且流过灯泡a的电流等于流过灯泡b、c的电流之和,故灯泡a先变亮,然后逐渐熄灭,故选A、D。
10.ACD M'Q'运动到MNPQ中间位置过程,线框切割磁感线的有效长度L均匀减小,M'Q'从MNPQ中间位置运动到MQ位置过程,线框切割磁感线的有效长度L均匀增加,感应电流i==,由于L先均匀减小后均匀增加,线框匀速运动过程感应电流i先均匀减小后均匀增加;磁感应强度垂直于纸面向里,在线框的整个运动过程中,穿过线框的磁通量始终增大,由楞次定律可知,感应电流始终沿逆时针方向,感应电流始终是正的,符合的图像只有B。本题选不能反映i随时间t变化规律的,故选A、C、D。
11.答案 (1)不会(2分) (2)向左(2分) 增大(2分)
解析 (1)当条形磁铁插入线圈中不动时,穿过线圈的磁通量保持不变,回路中没有感应电流产生,指针不会偏转。
(2)当条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时,穿过L的磁通量向上,磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流磁场应向上,指针向左偏转。增大条形磁铁从虚线位置远离线圈L的速率,则磁通量的变化率变大,产生的感应电动势变大,电路中感应电流变大,电流计指针偏转角度增大。
12.答案 (1)5.665(5.663~5.667均可)(2分)
(2)穿过螺线管的磁通量的变化量(2分)
(3)(1分)
(4)感应电动势与磁通量的变化率成正比(或者在磁通量变化量相同的情况下,感应电动势与时间成反比)(2分)
(5)加倍(2分)
解析 (1)螺旋测微器固定刻度读数为5.5 mm,可动刻度读数为0.01 mm×16.5=0.165 mm,所以最终读数为5.5 mm+0.165 mm=5.665 mm。
(2)在挡光片每次经过光电门的过程中,条形磁铁与螺线管之间相对位置的改变量都一样,穿过螺线管磁通量的变化量ΔΦ都相同。
(3)根据E=n,因n、ΔΦ不变,E与成正比,横坐标应该是。
(4)感应电动势与磁通量的变化率成正比(或者在磁通量变化量相同的情况下,感应电动势与时间成反比)。
(5)匝数n加倍后,产生的感应电动势加倍,E-图像的斜率加倍。
13.答案 (1)2 (2)
解析 (1)设小灯泡的额定电流为I0,有P=R (2分)
由题意,在金属棒沿导轨竖直下落的某时刻后,小灯泡保持正常发光,流经MN的电流为I=2I0
得I=2 (2分)
(2)两灯泡正常发光时,金属棒MN所受的重力和安培力大小相等,下落的速度达到最大值,有
mg=BLI (2分)
得B= (2分)
14.答案 (1)2.0×10-3 J (2)1.0 Ω
解析 (1)由题意及图像可知,在t=0时刻ab边受到的磁场力最大,则
F1=ILB=0.02 N(2分)
可得I== A=0.2 A(2分)
线框匀速运动,其受到的安培力为阻力,大小为F1,由能量守恒定律可得
Q=W安=F1L=0.02×0.1 J=2.0×10-3 J(2分)
(2)金属线框被拉出磁场的过程中产生的热量Q=I2Rt (2分)
线框的电阻R== Ω=1.0 Ω(2分)
15.答案 (1)见解析 (2)1.875 J
解析 (1)线框进入Ⅰ区域过程,电流I1==5 A,由楞次定律及安培定则可知,此过程中电流为正值,时间间隔Δt1=0.05 s; (2分)
当线框由Ⅰ区域进入Ⅱ区域时,线框两条边都切割磁感线产生电动势,由右手定则可知右边电流向上,左边电流向下,因此叠加,I2==10 A,电流为负值,时间间隔Δt2=0.05 s; (2分)
当线框出Ⅱ区域时,有I3==5 A,电流为正值,时间间隔Δt3=0.05 s, (2分)
如图
(3分)
(2)因为线框匀速运动,所以外力做的功等于电流做的功
W=RΔt1+RΔt2+RΔt3=1.875 J(3分)
16.答案 (1) (2)
(3)
解析 (1)导体棒在力F作用下加速运动,最后匀速,设匀速时速度为v,则
E=BLv ①(1分)
I= ②(1分)
F安=BIL ③(1分)
F=F安 ④
由①②③④解得v= ⑤(1分)
(2)速度稳定时,电动势E= (1分)
电容器两端电压U=E ⑥(1分)
由能量守恒得Fs=Q+E0+mv2 ⑦(2分)
R上产生的热量为QR=Q ⑧(1分)
QR= ⑨(1分)
(3)导体棒在Δt时间内速度增加量为Δv
电容器两端的电压ΔU=BLΔv ⑩(1分)
电容器增加的电荷量Δq=CΔU (1分)
电路中的电流I= (1分)
由牛顿第二定律F-BIL=ma (1分)
a=
解得a= (1分)
(满分:100分;时间:75分钟)
一、选择题(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,第1~7小题只有一项符合题目要求,第8~10小题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选不全的得2分,选错或不答的得0分)
1.(2020河北张家口高二上月考)磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置,比靠摩擦力刹车更稳定。如图为该新型装置的原理图(从后面朝前看),过山车的两侧装有铜片,停车区的轨道两侧装有强力磁铁,当过山车进入停车区时,铜片与磁铁的相互作用能使过山车很快停下来。下列说法正确的是 ( )
A.磁力刹车利用了电流的磁效应
B.磁力刹车属于电磁驱动现象
C.磁力刹车的过程中动能转化为电能,最终转化成内能
D.过山车的质量越大,进入停车区时由电磁作用引起的刹车阻力越大
2.(2021吉林松原实验高级中学高二下月考)电吉他中电拾音器的基本结构如图所示,磁体附近的金属弦被磁化,因此弦振动时,在线圈中产生感应电流,电流经电路放大后传送到音箱发出声音,下列说法正确的是 ( )
A.为了减小电阻,电吉他应选用银质弦
B.使磁体N、S位置互换,电吉他将不能正常工作
C.减少线圈的匝数可以减小线圈中的感应电动势
D.弦振动过程中,线圈中的电流大小发生变化,方向保持不变
3.(2021江苏盐城一中、大丰高级中学等四校高二上期中)如图所示,固定的水平长直细导线中通有方向向右的恒定电流I,一矩形金属线框位于竖直平面内,紧靠导线且两者之间绝缘,若线框从图中实线位置由静止释放,在下落到虚线位置的过程中,下列说法正确的是 ( )
A.穿过线框的磁通量变小
B.线框所受安培力的方向始终竖直向上
C.线框中感应电流方向先是逆时针后变为顺时针
D.线框的机械能守恒
4.(2021江苏苏州高三下模拟)如图所示,匀强磁场中有一等边三角形线框abc,匀质导体棒在线框上向右匀速运动。导体棒与线框接触点之间的感应电动势为E,通过的电流为I。忽略线框的电阻,导体棒与线框接触良好,则导体棒 ( )
A.从位置①到②的过程中,E增大、I增大
B.经过位置②时,E最大、I为零
C.从位置②到③的过程中,E减小、I不变
D.从位置①到③的过程中,E和I都保持不变
5.(2021山东济南高二下月考)M、N两个闭合正方形线圈用相同的导线制成,分别为10匝和30匝,边长lM=3lN,图示区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场,且磁感应强度B随时间变化的规律为B=B0+kt(k<0),不考虑线圈之间的相互影响,则下列说法正确的是 ( )
A.两线圈内产生顺时针方向的感应电流
B.M、N线圈中感应电动势大小之比为1∶9
C.M、N线圈中感应电流大小之比为1∶3
D.M、N线圈中的电功率之比为1∶27
6.(2021河南焦作高二下期中)如图所示,金属导轨OM、ON焊接在O点处的金属块(大小不计,图中黑色所示)上,虚线OP是∠MON的角平分线,整个空间分布着垂直导轨平面的匀强磁场。t=0时刻,足够长的金属棒由O点沿OP方向做匀速直线运动,棒始终与导轨接触良好且与OP垂直,除金属块外其他电阻不计,则在开始计时后的两段连续相等时间内,通过棒中点横截面的感应电荷量之比为 ( )
A.1∶1 B.1∶2
C.1∶3 D.2∶3
7.(2021湖北鄂东南省级示范高中教育教学改革联盟高二下期中)如图所示,两根足够长且平行的金属导轨置于磁感应强度为B= T的匀强磁场中,磁场的方向垂直于导轨平面,两导轨间距L=0.1 m,导轨左端连接一个电阻R,阻值为0.5 Ω,其余电阻不计,导轨右端连一个电容器C,电容为2.5×1010 pF。一根长度为0.2 m的导体棒ab,a端与下侧导轨接触良好,导体棒从图中实线位置开始,绕a点以角速度ω=4 rad/s顺时针匀速转动75°(转动60°时棒到达图中虚线位置,此时导体棒b端脱离上侧导轨),此过程通过电阻R的电荷量为 (深度解析)
A.3×10-2 C
B.2×10-3 C
C.(30+2)×10-3 C
D.(30-2)×10-3 C
8.(2021黑龙江哈尔滨三中高二下月考)竖直放置的平行光滑导轨,其电阻不计,磁场方向如图所示,磁感应强度大小为B=0.5 T,导体ab及cd长均为0.2 m,电阻均为0.1 Ω,重均为0.1 N,现用力向上推动导体ab,使之匀速上升(与导轨接触良好),此时cd恰好静止不动,那么ab上升时,下列说法正确的是 ( )
A.ab受到的推力大小为4 N
B.ab向上的速度为2 m/s
C.在2 s内,推力做功转化的电能是0.4 J
D.在2 s内,推力做功为0.6 J
9.(2021湖北智学联盟高二上月考)如图所示的电路中,三个相同的灯泡a、b、c和电感线圈L1、L2与直流电源连接,电感线圈的电阻忽略不计,开关S从闭合状态突然断开时,下列判断正确的有 ( )
A.a先变亮,然后逐渐熄灭
B.b先变亮,然后逐渐熄灭
C.c先变亮,然后逐渐熄灭
D.b、c逐渐熄灭
10.(2021重庆育才中学高二下月考)如图所示,正方形MNPQ内的两个三角形区域存在匀强磁场,形状与MNPQ完全相同的闭合导线框M'N'P'Q'在外力作用下沿轴线OO'水平向左匀速运动。设通过导线框的感应电流为i,逆时针方向为电流的正方向,当t=0时M'Q'与NP重合,在M'Q'从NP运动到临近MQ的过程中,下列图像中不能反映i随时间t变化规律的是 ( )
A B C D
二、非选择题(本题共6小题,共60分)
11.(2021安徽皖北名校高二下联考)(6分)为了探究电磁感应现象,某同学选择了相关器材按如图所示连接进行实验。若将条形磁铁的N极向下从线圈上方竖直插入线圈L时,发现电流计的指针向左偏转,则:
(1)当条形磁铁插入线圈L后,让其停止在线圈中不动,则电流计指针 (填“会”或“不会”)偏转;
(2)若将条形磁铁从图中的虚线位置沿箭头方向远离线圈L时,则电流计指针 (填“向右”或“向左”)偏转,若增大条形磁铁从虚线位置远离线圈L的速率,则电流计指针偏转角度 (填“增大”“减小”或“不变”)。
12.(2021山西运城高中联合体高二下调研)(9分)某学习小组在“研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系”实验中采用了如图甲所示的实验装置。
(1)实验需用螺旋测微器测量挡光片的宽度Δd,如图乙所示,Δd= mm。
(2)在实验中,让小车以某一速度靠近螺线管,记录下光电门挡光时间Δt内感应电动势的平均值E,改变小车速度,进行多次实验,得到多组数据。这样的实验设计满足了物理实验中常用的“控制变量法”,你认为小车以不同速度靠近螺线管过程中不变的量是:在Δt时间内 。
(3)得到多组Δt与E的数据之后,若以E为纵坐标、Δt为横坐标画出E-Δt图像,发现图像是一条曲线,不容易得出清晰的实验结论,为了使画出的图像为一条直线,最简单的改进办法是以 为横坐标。
(4)根据改进后画出的图像得出的结论是:在误差允许的范围内, 。
(5)其他条件都不变,若换用匝数加倍的线圈做实验,根据实验数据所作出的那条直线,其斜率 (填“减半”“不变”或“加倍”)。
13.(2021天津六校高二上联考)(8分)如图,两根足够长的金属导轨ab、cd竖直放置,导轨间距离为L,电阻不计。在导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平,且与导轨接触良好。已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为g。求:
(1)灯泡正常发光时,通过金属棒MN的电流I;
(2)磁感应强度B的大小。
14.(2020湖北黄冈高二上月考)(10分)如图甲所示,在磁感应强度B=1.0 T的有界匀强磁场中(MN为边界),用外力将边长为L=10 cm的正方形金属线框向右匀速拉出磁场,已知在线框被拉出磁场的过程中,ab边受到的磁场力F随时间t变化的关系如图乙所示,以bc边刚离开磁场的时刻为计时起点(即此时t=0)。求:
(1)金属线框被拉出磁场的过程中产生的热量Q;
(2)金属线框的电阻R。
15.(2021湖北武汉部分重点中学高二上联考)(12分)如图甲所示是宽度均为L=0.25 m的匀强磁场区域,磁感应强度大小B=1 T,方向相反。一边长L=0.25 m、质量m=0.1 kg、电阻R=0.25 Ω的正方形金属线框,在外力作用下,以初速度v=5 m/s匀速穿过磁场区域。
(1)取顺时针方向为正,在图乙中作出i-t图像,并写出分析过程;
(2)求线框穿过磁场区域的过程中外力做的功。
16.(2021山东泰安高二上期末)(15分)如图(a)所示,一对平行光滑金属轨道放置在水平面上,两轨道相距L,两轨道间并列连接阻值为R的电阻和电容为C的电容器,有一质量为m的导体棒静止地放在轨道上,与两轨道垂直,导体棒的电阻为r,轨道足够长且轨道的电阻忽略不计,整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道平面向下。现用水平恒力F沿水平方向向右拉动导体棒,则:
(1)求导体棒最终速度;
(2)已知导体棒从静止开始直到达到稳定速度所经历的位移为s,求在此过程中电阻R上所产生的热量(电容器储存的电能的表达式为E0=,U是电容器两端的电压);
(3)若不计导体棒电阻,且把电阻R去掉,如图(b)所示,求导体棒运动过程中的加速度大小。
答案全解全析
本章达标检测
1.C 磁力刹车过程会产生涡流,属于电磁感应现象,并非是电流的磁效应,也不属于电磁驱动现象,选项A、B错误;磁力刹车的过程中,铜片穿过磁铁时产生涡流,在磁场中受到安培力作用,阻碍过山车的运动,故磁力刹车的过程中动能转化为电能,最终转化成内能,选项C正确;过山车的速度越大,进入停车区时由电磁作用引起的刹车阻力越大,和质量无关,选项D错误。
2.C 银质弦不易被磁化,所以不能选用银质弦,A错误;使磁体N、S位置互换,金属弦仍然可以被磁化,所以电吉他能正常工作,B错误;根据法拉第电磁感应定律E=n可知,减少线圈的匝数可以减小线圈中的感应电动势,C正确;弦振动过程中,靠近磁铁,螺线管磁通量增加,远离磁铁,螺线管磁通量减少,所以线圈中电流方向变化,D错误。故选C。
3.B 线框下落过程中,穿过线框的磁通量先减小后增大,A错误;在整个过程中,线框一直下落,由楞次定律可知,为阻碍线框下落,线框受到的安培力一直向上,B正确;由安培定则可知,在导线上方磁感应强度向外,在导线下方,磁感应强度向里,开始时穿过线框的合磁场方向向外,磁通量减少,由楞次定律可得,感应电流沿逆时针方向,后来穿过线框的合磁场方向向里,磁通量增加,由楞次定律可知,感应电流沿逆时针方向,感应电流方向不变化,C错误;在线框进入或离开磁场过程中,线框中产生感应电流,一部分机械能转化为电能,线框的机械能减小,D错误。故选B。
4.C 由导体切割磁感线产生感应电动势公式E=BLv可知,L增大,E就会增大,由电阻定律可知R=ρ,导体棒中的电流为I===,导体棒做匀速运动,所以I不变,A错误;经过②位置时,L最大,E最大,电流不为0,B错误;从位置②到位置③,L减小,E减小,电流不变,C正确;从位置①到③的过程中,E先增大后减小,I保持不变,D错误。故选C。
5.C 穿过两线圈的磁通量随时间不断减小,根据楞次定律可知两线圈内产生逆时针方向的感应电流,A错误;穿过两线圈的磁通量随时间的变化率相等,根据法拉第电磁感应定律可得M、N线圈中感应电动势大小之比为==,B错误;根据电阻定律R=ρ·可得M、N线圈的电阻之比为==1,根据闭合电路欧姆定律可得M、N线圈中感应电流大小之比为=·=,C正确;M、N线圈中的电功率之比为=·=,D错误。故选C。
6.C Δt时间内通过棒中点横截面的感应电荷量q=Δt,又=,金属棒由O点沿OP方向做匀速直线运动,切割磁感线,则有=,可得电荷量为q=Δt=Δt=Δt==,因整个空间分布着垂直导轨平面的匀强磁场,故某段时间内的感应电荷量只与该段时间内金属棒扫过的面积的大小有关,由几何关系可得,连续相等时间内面积之比为1∶3,故电荷量之比为1∶3,故选C。
7.C 导体棒ab以a点为轴旋转到b端脱离上侧导轨过程中,产生的感应电动势平均值为E==B,其中ΔS=L·L=,因电磁感应而流经R的电荷量Q1===3×10-2 C,在这一过程中电容器充电量Q2=CUm,其中Um=B·2L·=2BL2ω,所以ab棒脱轨后电容器放电流过R的电荷量为Q2=2BL2Cω=2×10-3 C,最终通过电阻R的电荷量为Q=Q1+Q2=(30+2)×10-3 C,故选C。
导师点睛
流过电阻R的电荷量有两部分,一部分是导体棒未脱轨前,导体棒切割磁感线产生的,一部分是导体棒脱轨后,电容器放电产生的。
8.BC 两导体棒组成的整体,合力为零,根据平衡条件,ab棒受到的推力为F=2mg=0.2 N,A错误;对ab棒根据平衡条件,有F安=F-mg=mg,F安=BIL,I=,联立可得v=2 m/s,B正确;在2 s内,推力做功转化的电能全部转化为内能,有Q=t,E=BLv,代入数据,得Q=0.4 J,C正确;在2 s内,推力做功为W=Fvt=0.8 J,D错误。故选B、C。
9.AD 如下图所示,开关S闭合时,流过电感L1的电流等于流过b、c灯的电流之和,流过电感L2的电流等于流过c灯的电流;断开开关S的瞬间,流过电感的电流突然减小,三个灯泡均处于回路中,故流过b、c灯泡的电流逐渐减小,且流过灯泡a的电流等于流过灯泡b、c的电流之和,故灯泡a先变亮,然后逐渐熄灭,故选A、D。
10.ACD M'Q'运动到MNPQ中间位置过程,线框切割磁感线的有效长度L均匀减小,M'Q'从MNPQ中间位置运动到MQ位置过程,线框切割磁感线的有效长度L均匀增加,感应电流i==,由于L先均匀减小后均匀增加,线框匀速运动过程感应电流i先均匀减小后均匀增加;磁感应强度垂直于纸面向里,在线框的整个运动过程中,穿过线框的磁通量始终增大,由楞次定律可知,感应电流始终沿逆时针方向,感应电流始终是正的,符合的图像只有B。本题选不能反映i随时间t变化规律的,故选A、C、D。
11.答案 (1)不会(2分) (2)向左(2分) 增大(2分)
解析 (1)当条形磁铁插入线圈中不动时,穿过线圈的磁通量保持不变,回路中没有感应电流产生,指针不会偏转。
(2)当条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时,穿过L的磁通量向上,磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流磁场应向上,指针向左偏转。增大条形磁铁从虚线位置远离线圈L的速率,则磁通量的变化率变大,产生的感应电动势变大,电路中感应电流变大,电流计指针偏转角度增大。
12.答案 (1)5.665(5.663~5.667均可)(2分)
(2)穿过螺线管的磁通量的变化量(2分)
(3)(1分)
(4)感应电动势与磁通量的变化率成正比(或者在磁通量变化量相同的情况下,感应电动势与时间成反比)(2分)
(5)加倍(2分)
解析 (1)螺旋测微器固定刻度读数为5.5 mm,可动刻度读数为0.01 mm×16.5=0.165 mm,所以最终读数为5.5 mm+0.165 mm=5.665 mm。
(2)在挡光片每次经过光电门的过程中,条形磁铁与螺线管之间相对位置的改变量都一样,穿过螺线管磁通量的变化量ΔΦ都相同。
(3)根据E=n,因n、ΔΦ不变,E与成正比,横坐标应该是。
(4)感应电动势与磁通量的变化率成正比(或者在磁通量变化量相同的情况下,感应电动势与时间成反比)。
(5)匝数n加倍后,产生的感应电动势加倍,E-图像的斜率加倍。
13.答案 (1)2 (2)
解析 (1)设小灯泡的额定电流为I0,有P=R (2分)
由题意,在金属棒沿导轨竖直下落的某时刻后,小灯泡保持正常发光,流经MN的电流为I=2I0
得I=2 (2分)
(2)两灯泡正常发光时,金属棒MN所受的重力和安培力大小相等,下落的速度达到最大值,有
mg=BLI (2分)
得B= (2分)
14.答案 (1)2.0×10-3 J (2)1.0 Ω
解析 (1)由题意及图像可知,在t=0时刻ab边受到的磁场力最大,则
F1=ILB=0.02 N(2分)
可得I== A=0.2 A(2分)
线框匀速运动,其受到的安培力为阻力,大小为F1,由能量守恒定律可得
Q=W安=F1L=0.02×0.1 J=2.0×10-3 J(2分)
(2)金属线框被拉出磁场的过程中产生的热量Q=I2Rt (2分)
线框的电阻R== Ω=1.0 Ω(2分)
15.答案 (1)见解析 (2)1.875 J
解析 (1)线框进入Ⅰ区域过程,电流I1==5 A,由楞次定律及安培定则可知,此过程中电流为正值,时间间隔Δt1=0.05 s; (2分)
当线框由Ⅰ区域进入Ⅱ区域时,线框两条边都切割磁感线产生电动势,由右手定则可知右边电流向上,左边电流向下,因此叠加,I2==10 A,电流为负值,时间间隔Δt2=0.05 s; (2分)
当线框出Ⅱ区域时,有I3==5 A,电流为正值,时间间隔Δt3=0.05 s, (2分)
如图
(3分)
(2)因为线框匀速运动,所以外力做的功等于电流做的功
W=RΔt1+RΔt2+RΔt3=1.875 J(3分)
16.答案 (1) (2)
(3)
解析 (1)导体棒在力F作用下加速运动,最后匀速,设匀速时速度为v,则
E=BLv ①(1分)
I= ②(1分)
F安=BIL ③(1分)
F=F安 ④
由①②③④解得v= ⑤(1分)
(2)速度稳定时,电动势E= (1分)
电容器两端电压U=E ⑥(1分)
由能量守恒得Fs=Q+E0+mv2 ⑦(2分)
R上产生的热量为QR=Q ⑧(1分)
QR= ⑨(1分)
(3)导体棒在Δt时间内速度增加量为Δv
电容器两端的电压ΔU=BLΔv ⑩(1分)
电容器增加的电荷量Δq=CΔU (1分)
电路中的电流I= (1分)
由牛顿第二定律F-BIL=ma (1分)
a=
解得a= (1分)