四川省江油高二（下）开学考试物理试题（word版含答案）

四川省江油高二（下）开学考试物理试题
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、多选题
1．如图所示，在国庆周年阅兵盛典上，我国预警机“空警”在天安门上空时机翼保持水平，以的速度自东向西飞行。该机的翼展（两翼尖之间的距离）为50m，北京地区地磁场的竖直分量方向向下，大小为，则（　　）
A．两翼尖之间的电势差为
B．两翼尖之间的电势差为
C．飞行员左方翼尖的电势比右方翼尖的电势高
D．飞行员左方翼尖的电势比右方翼尖的电势低
2．如图所示为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器．升压变压器T1的原、副线圈匝数之比为n1：n2＝1：10．在T1的原线圈两端接入一正弦交流电，输电线的总电阻为2r＝2Ω，降压变压器T2的原、副线圈数之比为n3：n4＝10：1，若T2的“用电设备”两端的电压为U4＝200V且“用电设备”消耗的电功率为10kW，不考虑其它因素的影响，则（　　）
A．T1的副线圈两端电压的最大值为2010V
B．T2的原线圈两端的电压为2000V
C．输电线上损失的电功率为100W
D．T1原线圈输入的电功率为10.1kW
3．下列说法正确的是____。
A．机械波和电磁波都必须依赖于介质才能够传送信息和能量
B．在同一介质中，波长越短的光，传播速度越小
C．在打磨精密光学平面时，可以利用干涉法检查平面的平整程度
D．光的偏振现象可以说明光是横波
E．狭义相对性原理指出，力学规律在任何参考系中都是相同的
4．如图所示，L1和L2是远距离输电的两根高压线，在靠近用户端的某处用电压互感器和电流互感器监测输电参数．在用电高峰期，用户接入电路的用电器逐渐增多的时候（ ）
A．甲电表为电流表 B．甲电表的示数变小
C．乙电表为电压表 D．乙电表的示数变大
5．关于传感器的作用，下列说法正确的是（　　）
A．传感器一般是把非电学量转换为电学量或转换为电路的通断
B．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断
C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便进行测量、传输、处理和控制
D．电磁感应是把磁学量转换成电学量，所以电磁感应也是传感器
6．闭合回路中的磁通量Φ随时间t变化的图像分别如①②③④所示，关于回路中产生的感应电动势的下列说法正确的是（　　）
A．图①的回路中感应电动势恒定不变
B．图②的回路中感应电动势变大
C．图③的回路中0~t1时间内的感应电动势大于t1~t2时间内的感应电动势
D．图④的回路中感应电动势先变小再变大
7．图甲为兴趣小组制作的无线充电装置中的受电线圈示意图，已知线圈匝数n＝100、电阻r＝1 Ω、横截面积S＝1.5×10－3 m2，外接电阻R＝7 Ω.线圈处在平行于线圈轴线的匀强磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化如图乙所示，则(　　)
A．在t＝0.01 s时通过R的电流方向发生改变
B．在t＝0.01 s时线圈中的感应电动势E＝0.6 V
C．在0～0.02 s内通过电阻R的电荷量q＝1.5×10－3 C
D．在0.02～0.03 s内R产生的焦耳热为Q＝1.8×10－3 J
二、单选题
8．某同学在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，分别选用红色和绿色滤光片做实验，得到的干涉图样是如下四幅图中的两幅。则用红色滤光片做实验得到的干涉图样是（　　）
A． B． C． D．
9．在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压U1和输电线上的电阻R均保持不变。随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有（　　）
A．升压变压器的输出电压U2增大
B．降压变压器的输出电压U4增大
C．输电线上损耗的功率减小
D．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大
10．下列各图所描述的物理情境中，没有感应电流的是
A． B．
C． D．
11．如图所示，匀强磁场宽度为，有一边长为的正方形线框，线框与磁场边界重合，现让线框向右开始做往复运动，运动速度，其振幅小于，设回路中电流顺时针方向为正方向，线框受的安培力向右为正方向，以下图像中正确的是（　　）
A． B．
C． D．
12．如图所示，竖直平行金属导轨MN、PQ上端接有电阻R，金属杆ab质量为m、电阻为r，跨在平行导轨上，垂直导轨平面的水平匀强磁场为B，不计导轨电阻，不计摩擦，且ab与导轨接触良好．若ab杆在竖直向上的外力F作用下加速上升，则以下说法正确的是(　 　)
A．拉力F和安培力做功的和等于棒ab增加的机械能
B．杆ab克服安培力做的功等于电阻R上产生的热量
C．拉力F所做的功等于棒增加重力势能和回路产生的热量之和
D．拉力F与重力做功的代数和小于回路上产生的总热量
13．如图所示的下列实验中，有感应电流产生的是（　　）
A． B．
C． D．
14．如图所示电路中，L是一个不计直流电阻的电感线圈，直流电源1的电压值与交流电源2电压有效值相等，S是单刀双掷开关，C是电容器，A、B是完全相同的小灯泡，则下列叙述正确的有（　　）
A．开关S与2接通后，灯B发光，而灯A不发光
B．开关S与1接通后，灯B的亮度比开关与2接通稳定后灯B的亮度低
C．开关S与1接通时，灯A亮一下后熄灭，而灯B逐渐变亮
D．若将电源2换成一个既含有高频信号又含有低频信号的信号源，则当开关与2接通时，通过B灯的主要是高频信号
15．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0Ω，外接电阻为95.0Ω的灯泡，如图乙所示，则（ ）
A．电压表的示数为220V
B．电路中的电流方向每秒钟改变50次
C．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J
D．线框在如图乙位置时，穿过线框的磁通量为零，线框的感应电动势也为零
16．下列说法正确的是
A．从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线有良好的穿透能力
B．玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立
C．衰变的实质是一个中子转化为一个质子和一个电子
D．目前核电站利用的是核裂变释放的核能
17．如图5所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，导体棒AB在金属框上向右运动；以下说法正确的是：
A．AB中无电流
B．AB中有电流，方向由A向B
C．AB中有电流，方向由B向A
D．AB中有电流，方向时而由A向B，时而由B向A
18．一矩形线圈在匀强磁场中转动，产生交变电流的电动势为e＝220sin 100πt V，关于这个交变电流的说法正确的是（ ）
A．交流电的频率为100 Hz，周期为0.01 s
B．此交变电流电动势的有效值为220 V
C．此交变电流电动势的峰值约为380 V
D．t＝0时，线圈平面与中性面垂直，此时磁通量为零
三、实验题
19．如图所示是某实验小组在“研究感应电流方向与磁通量变化的关系”实验中的部分操作示意图，图甲是闭合开关，电流通过灵敏电流计G时指针的偏转情况
(1)图甲电路中，串联定值电阻R的主要目的是____
A．减小路端电压，保护电源
B．增大电源的内电压，保护电源
C．减小电路中的电流，保护灵敏电流计
D．增大电路中的电流，便于观察灵敏电流计的示数
(2)如图乙所示，当磁铁向上抽出线圈时，电流计G指针将____选填“左”“右”或“不”偏如图丙所示，根据电流计G指针偏转方向，可知此时条形磁铁的运动是____选填“插入”或“抽出”线圈
(3)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，变压器原、副线圈的匝数分别为120匝和60匝，测得的原、副线圈两端的电压分别为和，据此可知电压比与匝数比不相等，可能原因是______
20．如图所示，某同学在利用双缝干涉测量单色光波长时，第一次分划板中心刻线对齐A条纹中心时（图a），游标卡尺的示数如图b所示，第二次分划板中心刻线对齐B条纹中心时（图c），游标卡尺的示数如图d所示，已知双缝间距为0.5 mm，从双缝到屏的距离为1 m，则图b中游标卡尺的示数为______mm，图d中游标卡尺的示数为______mm，由此可得相邻两亮条纹的间距Δx＝________mm，所测单色光的波长为________m.
四、解答题
21．如图所示，在磁感应强度为的匀强磁场中，让长、电阻的导体棒MN在无摩擦的框架上以的速度向右做匀速直线运动，电阻，其他导体的电阻不计。
（1）导体棒MN中产生的感应电动势为多大？流经导体棒MN的电流为多少？
（2）导体棒MN中产生的电功率为多大？
（3）驱动导体棒做匀速直线运动的外力为多大？外力的功率为多大？
（4）外电阻、及内阻r上分别消耗了多少电功率？
（5）通过定量检验，说明这个过程中是否符合能量的转化和守恒。
22．磁悬浮列车是一种高速运载工具。它具有两个重要系统。一是悬浮系统，利用磁力（可由超导电磁铁提供）使车体在导轨上悬浮起来与轨道脱离接触。另一是驱动系统，在沿轨道上安装的三相绕组（线圈）中，通上三相交流电，产生随时间、空间作周期性变化的磁场，磁场与固连在车体下端的感应金属板相互作用，使车体获得牵引力。为了有助于了解磁悬浮列车的牵引力的来由，我们求解下面的问题。设有一与轨道平面垂直的磁场，磁感应强度B随时间t和空间位置x变化规律为式中、、均为已知常量，坐标轴x与轨道平行。在任一时刻t，轨道平面上磁场沿x方向的分布是不均匀的，如图所示。图中Oxy平面代表轨道平面，“×”表示磁场的方向垂直Oxy平面指向纸里，“· ”表示磁场的方向垂直Oxy平面指向纸外。规定指向纸外时B取正值。“×”和“· ”的疏密程度表示沿着x轴B的大小分布。一与轨道平面平行的具有一定质量的金属矩形框MNPQ处在该磁场中，已知与轨道垂直的金属框边MN的长度为，与轨道平行的金属框边MQ的长度为d，金属框的电阻为R，不计金属框的电感。
（1）试求在时刻t，当金属框的MN边位于x处时磁场作用于金属框的安培力，设此时刻金属框沿x轴正方向移动的速度为。
（2）试讨论安培力的大小与金属框几何尺寸的关系。
23．图中线圈以P为轴，从图示位置开始匀速转动．已知B为1.5T，AB为10cm，BC为4cm，角速度=2πrad/s，线圈电阻R=0.12．
（1）求其感应电动势的最大值；
（2）求线圈转过90的过程中，流过线圈的电量；
（3）求线圈转过90的过程中，线圈的发热量．
试卷第页，共页
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参考答案：
1．BC
【解析】
【详解】
AB．根据可得，两翼尖之间的电势差为
故B正确，A错误；
CD．由右手定则可知，电路中感应电动势方向自左向右，因飞机此时作为电源处理，故行员左方翼尖的电势比右方翼尖的电势高，故C正确，D错误。
故选BC。
2．AB
【解析】
【分析】
根据降压变压器的输出电压，结合匝数比求出输入电压，从而得出输电线电流，根据输电线的电阻得出损失的功率，根据电压损失得出升压变压器的输出功率．
【详解】
T2副线圈电流 ，设输电线中的电流为I3．则比得，则有I3＝5A，设T2原线圈两端的电压为U3．则，即得 U3＝2000V，输电线上的损失电压为 U损＝I3 2r＝5×2＝10V，T1的副线圈两端电压 U2＝U损+U3＝10+2000＝2010V，所以T1的副线圈两端电压的最大值为2010 V，故AB正确；输电线上损失的功率 P损＝I32 2r＝52×2＝50W，故C错误；T1的原线圈输入的电功率为 P1＝10kW+50W＝10.05kW，故D错误．所以AB正确，CD错误．
【点睛】
解决本题的关键要知道：1、输送功率与输送电压、电流的关系；2、变压器原副线圈的电压比与匝数比的关系；3、升压变压器输出电压、降压变压器输入电压、电压损失的关系；4、升压变压器的输出功率、功率损失、降压变压器的输入功率关系．
3．BCD
【解析】
【详解】
A．机械波是机械振动在介质中传播过程，必须依赖于介质，没有介质不能形成机械波；电磁波传播的是电磁场，而电磁场本身就是一种物体，不需要借助其他物质来传播，所以电磁波可以在真空中传播，故A错误；
B．同种介质中，光的波长越短，频率越高，传播速度越慢，故B正确；
C．在打磨精密光学平面时，利用了光的干涉现象，故C正确；
D．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，当看到透射光的强度发生变化时，则说明光的振动方向与传播方向相垂直，故光的偏振现象说明也证明了光是横波，故D正确；
E．狭义相对性原理指出，力学规律在任何惯性系中都是相同的，故E错误。
故选BCD。
4．BD
【解析】
【详解】
解：A、由图可知，甲并联在电路中，乙串联在电路中，则甲是电压表，乙是电流表，所以甲是电压互感器，乙是电流互感器，故AC错误；
B、在用电高峰期，用户接入电路的用电器逐渐增多的时候，副线圈总电阻变小，副线圈总电流变大，所以输电导线电流变大，输电导线电阻R不变，由U=IR可知，电压损失变大，所以高压线上输出电压变小，根据匝数比等于电压之比，所以甲电表的示数变小，输电导线电流变大，所以乙电表的示数变大，故BD正确；
故选BD
【点评】本题实质是电压互感器与电流互感器的简单运用，电压互感器与电流互感器是利用变压器原理将电压、电流减小到可测范围进行测量的仪器．掌握电路的动态分析，这是高考中的热点．
5．AC
【解析】
【分析】
【详解】
A B．传感器一般是把非电学量转换为电学量或转换为电路的逼断，故A正确，B错误；
C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便进行测量、传输、处理和控制，故C正确；
D．电磁感应是原理，不是元件和装置，不能称为传感器，故D错误。
故选AC。
6．CD
【解析】
【分析】
【详解】
A．由图①看出，穿过回路的磁能量保持不变，则回路中没有感应电动势产生。故A错误；
B．由图②看出，穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t均匀变化时，一定，则回路中产生的感应电动势恒定不变。故B错误；
C．由图③看出，回路中0-t1时间内的大于t1-t2时间内的，根据法拉第电磁感应定律得知，回路中0-t1时间内的感应电动势大于t1-t2时间内的感应电动势。故C正确；
D．图中磁通量Φ随时间t变化的图象的斜率先变小后变大，磁通量的变化率先变小后变大，所以感应电动势先变小后变大，故D正确。
故选CD。
7．BC
【解析】
【详解】
A.根据楞次定律可知，在0～0.01 s内和在0.01～0.02 s内电流方向相同，故A错误；
B.在0～0.02 s内，根据法拉第电磁感应定律可知：E＝n ＝n S＝100×4×1.5×10－3 V＝0.6 V，故B正确；
C.在0～0.02 s内，产生的感应电流为I＝ A＝0.075 A，通过电阻R的电荷量为q＝It＝0.075×0.02 C＝1.5×10－3 C，故C正确；
D.在0.02～0.03 s内，产生的感应电动势为E′＝n＝nS＝100×8×1.5×10－3 V＝1.2 V，产生的感应电流为I′＝＝A＝0.15 A，R上产生的焦耳热为Q＝I′2Rt＝0.152×7×0.01 J＝1.575×10－3 J，故D错误.
8．A
【解析】
【分析】
【详解】
干涉图样是间距相等明暗相间的条纹，而衍射条纹明暗间距不相等，因此AB选项是干涉图样，而CD选项是衍射图样；由于红光的波长大于绿光的波长，根据可知，红光的干涉图样的明暗相间的条纹更宽。
故选A。
9．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．由于发电厂的输出电压不变，升压变压器的匝数不变，所以根据
可知升压变压器的输出电压不变，故A错误；
B．由于发电厂的输出功率增大，则升压变压器的输出功率增大，又升压变压器的输出电压不变，根据
可输电线上的电流线增大，根据
损线
可知输电线上的电压损失增大，根据降压变压器的输入电压
损
可得降压变压器的输入电压减小，降压变压器的匝数不变，所以降压变压器的输出电压减小，故B错误；
C．升压变压器副线圈中的电流等于输电线中的电流，则输电线中的电流增大，根据
损
知输电线上损失的功率增大，故C错误；
D．输电线上损耗的功率占总功率的比例为
因为输电线上的电流增大，则电压损失增大，不变，所以输电线上损耗的功率占发电厂输出总功率的比例增大，故D正确。
故选D。
10．A
【解析】
【分析】
根据产生感应电流的条件：穿过闭合线圈的磁通量要发生变化来判断．图丙中，线圈磁通量为零．
【详解】
A．电键S闭合稳定后，穿过线圈的磁通量保持不变，线圈不产生感应电流，故A符合题意；
B．磁铁向铝环A靠近，穿过线圈的磁通量在增大，线圈产生感应电流．故B不符合题意；
C．金属框从A向B运动，穿过线圈的磁通量时刻在变化，线圈产生感应电流，故C不符合题意；
D．铜盘在磁场中按图示方向转动，铜盘的一部分切割磁感线，产生感应电流，故D不符合题意．
11．C
【解析】
【分析】
【详解】
AB．根据法拉第电磁感应定律可得
由欧姆定律得
线框向右运动，减速到零再向左运动到中心位置，由右手定则可知，电流方向先顺时针再逆时针，由于磁场宽度与线框等宽，当线框回到中心位置时，电流方向发生突变，故交流电的周期，选项AB错误；
CD．根据安培力
当线框向右运动时，线框受的安培力向左，当线框向左运动时安培力向右，且周期，根据安培力向右为正方向，可知C正确，D错误。
故选C。
【快解】
线框做简谐运动的周期为，由于是有界磁场，始终有一条边在磁场中，线框每回到平衡位置时电流方向突然反向，产生交流电的周期为，从而确定图像；再根据安培力的大小和方向确定图像。
12．A
【解析】
【分析】
ab杆加速上升时，动能增加，重力势能增加，整个回路的内能增加，根据能量守恒进行分析．
【详解】
对ab杆加速上升的过程，由根据动能定理，而，.
A、由功能关系，则拉力F和安培力做功的和等于棒ab增加的机械能；故A正确.
B、根据电磁感应的发电原理，，杆ab克服安培力做的功等于电阻R和r上产生的总热量；B错误.
C、由功能关系，即拉力F所做的功等于棒增加重力势能和回路产生的热量、增加的动能之和；C错误.
D、由功能关系，拉力F与重力做功的代数和等于回路上产生的总热量、增加的动能，；故D错误.
【点睛】
解决本题的关键理清整个过程中的能量转换，结合能量守恒定律和功能关系进行解决．
13．C
【解析】
【详解】
A．闭合导体环在无限大匀强电场中加速平动，磁通量没有变化，不能产生感应电流，故A错误；
B．线圈与磁场方向平行，无论线圈怎么转动，磁通量不发生改变，故不能产生感应电流，故B错误；
C．闭合回路中金属杆切割磁感线运动，能够产生感应电流，故C正确；
D．导体细杆切割磁感线的过程中，磁通量不发生变化，故不能产生感应电流，故D错误。
故选C。
14．C
【解析】
【详解】
A．电容器的特点为隔直流通交流，当开关S与2接通时灯A灯发光，A错误；
B．开关S与2接通后，电感线圈始终会阻碍电流的变化，这种阻碍一直存在，所以接通1时要比接通2时更亮，B错误；
C．开关S与1接通一瞬间，电容器充电，有电流通过，灯泡A亮一下，充满电后，电容器不再有电流，灯泡A熄灭；接通电路时，电流增大，电感线圈对电流有阻碍作用，灯泡B逐渐变亮，C正确；
D．线圈对交流电有通低频阻高频的作用，电容器对交流电有通高频阻低频的作用，所以若将电源2换成一个既含有高频信号又含有低频信号的信号源，则当开关与2接通时，电容器作为旁路电容，高频电流通过电容器，同时电感线圈阻碍高频电流，所以通过B灯的主要是低频信号，故D错误。
故选C。
【点睛】
对于电容器来说能通交流隔直流，而频率越高越容易通过。对于线圈来讲通直流阻交流，通低频率交流阻高频率交流。
15．C
【解析】
【详解】
试题分析：交流电的有效值为220V，则电压表的读数为，选项A错误；交流电的周期为0.02s，一个周期电流方向改变2次，则电路中的电流方向每秒钟改变100次，选项B错误；电路中电流的有效值，则发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为，选项C正确；线框在如图乙位置时，穿过线框的磁通量为零，但是线框的感应电动势最大，选项D错误；故选C.
考点：交流电的有效值；电功和电热的计算
【名师点睛】此题是关于交流电的计算问题；要知道交流电的“四值”的意义，计算电功及电功率时必须要用交流电的有效值计算；线圈在中性面时磁通量最大，感应电动势为零；而在线圈平面与磁场平行的位置磁通量为零，但是感应电动势最大.
16．D
【解析】
【详解】
试题分析：从高空对地面进行遥感摄影是利用红外线有良好的穿透能力，选项A错误；卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，选项B错误；β衰变的实质是一个中子转化为一个质子和一个电子，选项C正确；目前核电站利用的是核裂变释放的核能，选项D正确；故选D．
考点：红外线；粒子散射实验；β衰变；核能
【名师点睛】解答此题要知道：卫星遥感的工作原理与红外线夜视仪的工作原理是相同的是利用红外线良好的穿透能力；卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型；β衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来；核电站运用的时重核裂变．
17．C
【解析】
【详解】
穿过闭合电路的磁通量发生变化，有电流产生，由楞次定律可知C对；
18．B
【解析】
【分析】
本题考查了交流电的描述，根据交流电的表达式，可知电压的最大值，以及线圈转动的角速度等物理量，然后进一步求出其它物理量，如有效值、周期、频率等，耐压值为最大值．
【详解】
由，得角速度，故其周期为：，频率为，交流电的最大值为，则有效值，故A错误，B正确；此交变电流电动势的峰值约为311V，故C错误；当t=0，时e=0，此时线圈处在中性面上，磁通量最大，故D错误；故选B．
【点睛】
对于交流电的产生和描述要正确理解，要会推导交流电的表达式，明确交流电表达式中各个物理量的含义，注意耐压值为最大值．
19． C 右 抽出 漏磁、铁芯发热、导线发热
【解析】
【详解】
(1)[1]电路中串联定值电阻，目的是减小电流，保护灵敏检流计，故C正确，ABD错误.
故选C。
(2)[2]在乙图中，当磁铁向上抽出，磁通量减小，根据楞次定律知，感应电流的磁场与原磁场方向相同，则流过电流计的电流方向为从下往上，所以检流计指针向右偏。
[3]在丙图中，知感应电流流过检流计的方向是从上而下，则感应电流的磁场方向向上，与原磁场方向相同，知磁通量在减小，即磁铁抽出线圈；
(3)[4]变压器是在交流电的条件下工作的，所以需要接交流电，变压器工作时会漏磁，所以电压比与匝数比不等，同时铁芯和导线发热也会影响变压器的能量损耗。
20． 11.5 16.7 1.3 6.5×10－7
【解析】
【详解】
[1][2]游标卡尺读数等于固定刻度读数加上游标尺读数；10分度游标卡尺精确度为0.1 mm，题图b中游标尺第5刻线与主尺刻线对齐，故读数为11 mm＋0.1 mm×5＝11.5 mm；
图d中游标尺第7刻线与主尺刻线对齐，故读数为16 mm＋0.1 mm×7＝16.7 mm；
[3]故条纹间距为
Δx＝ mm＝1.3 mm
[4]根据双缝干涉的条纹间距公式
Δx＝λ
解得
21．（1）0.5V，0.25A；（2）0.125W；（3）0.025N，0.125W；（4）0.03125W，0.03125W，0.0625W；（5）见解析
【解析】
【详解】
（1）由动生电动势公式可得，导体棒MN中产生的感应电动势为
E=BLv=0.5×0.2×5V=0.5V
由闭合电路欧姆定律，得流经导体棒MN的电流为
（2）由电功率公式，得导体棒MN中产生的电功率为
P=EI=0.5×0.25W=0.125W
（3）驱动导体棒做匀速直线运动的外力与导体棒上的安培力大小相等为
F=F安=BIL=0.5×0.25×0.2N=0.025N
外力的功率
P外=Fv=0.025×5W=0.125W
（4）外电阻消耗的电功率
P1=I12R1=0.1252×2 W =0.03125W
外电阻R2消耗的电功率
P2=I22R2=0.1252×2W=0.03125W
内阻r上消耗的电功率
P内=I2r=0.252×1W=0.0625W
（5）经计算可知，外力克服安培力做了多少功，就把其它形式的能转化为多少电路中的电能，电路中的电流做了多少功，就把电路中多少电能全部转化为电阻上的内能，说明这个过程中符合能量的转化和守恒。
22．（1）；（2）见解析
【解析】
【分析】
【详解】
1.题给的磁场随时间和空间的变化具有周期性，在某时刻，磁场的空间分布为
在时刻，磁场的空间分布为
比较上面两式，不难看出，和这两个时刻的磁场的空间分布规律是相同的，只是时刻原位于处的磁场，经历时间，在时刻，出现在处。即整个磁场的分布经时间间隔沿x轴的正方向平移了一段距离
平移速度
（1）
平移速度为恒量。由此可见，题给出的磁场可视为一在空间按余弦规律分布的非均匀磁场区域以速度沿x轴的正方向平移。如果金属框移动的速度小于磁场区域平移的速度，那么通过金属框的磁通将随时间发生变化，从而在金属框中产生感应电流，感应电流将受到磁场的安培力作用。
由题已知，在时刻t，金属框移动的速度为，金属框MN边位于坐标x处，PQ边位于坐标处。设此时金属框的磁通为（规定由纸内到纸外为正）；经过一很短的时间间隔，整个磁场分布区域向x方向移动了一段距离，金属框向x方向移动了一段距离，其结果是：MN边左侧穿过面积为的磁通移进了金属框，PQ边左侧穿过面积为的磁通移出了金属框，故在时刻，通过金属框的磁通为
在时间间隔内，通过金属框的磁通增量为
（2）
规定框内的感应电动势沿顺时针方向（沿回路MNPQM方向）为正，由电磁感应定律，可得t时刻的感应电动势
（3）
规定金属框内的感应电流沿顺时针方向（沿回路MNPQM方向）为正，可得t时刻的感应电流为
（4）
磁场对于上下两边NP和MQ的安培力的大小相等，方向相反，二者的合力为零。规定向右的力为正，则磁场作用于金属框MN边的安培力为；由于PQ边和MN边的电流方向相反，磁场作用于金属框PQ边的安培力为 ，故金属框的安培力的合力
（5）
由（1）、（2）、（3）、（4）、（5）式及题给定的磁场分布规律，得
（6）
利用三角学公式，得
（7）
称为安培力的幅度。从（7）式可以看出，安培力在的幅度内随时间变化，但其值不会小于零，表示磁场作用于金属框的安培力始终向右。
2.讨论安培力的大小与线框几何尺寸的关系就是讨论与线框几何尺寸的关系。与金属框长度l的平方成正比，与金属框的宽度d有关：
当， 即
（8）
得
（9）
当，即
（10）
达最大值
（11）
当d取其它值时，介于0与最大值之间。
23．（1）0.012πV；（2）0.05C；（3）1.510-42J
【解析】
【详解】
（1）感应电动势的最大值Em=BS=1.50.10.042V=0.012V．
（2）线圈转过90的过程中产生的平均电动势E==，平均电流I=，流过线圈的电量Q=It==C=0.05C．
（3）线圈转过90的过程中产生的热量Q热=Rt=R=0.12J=1.510-42J．
试卷第页，共页
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