2021-2022学年高二物理选择性必修第二册期末复习：线框进出磁场类问题（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 2021-2022学年高二物理选择性必修第二册期末复习：线框进出磁场类问题（word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 849.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-06-10 10:41:49 | ||
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文档简介
2021-2022学年高二物理选择性必修第二册期末复习：
线框进出磁场类问题
一、选择题（本大题共12小题）
1．如图所示，正方形金属线框静止在水平面上，其右侧有一匀强磁场，方向垂直纸面向外，计时开始，在垂直于磁场边界的水平外力作用下，线框以恒定加速度进入磁场区域，时刻线框全部进入磁场。其中电流、外力随时间变化的关系正确的是（ ）
A． B． C． D．
2．如图所示，空心“十”字形金属框ABCDEFGHIJKL各边边长相等，均为a，总阻值为R。在金属框的右上侧足够大的空间存在垂直金属框所在平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为，金属框上A、K两点的连线与磁场的边界虚线重合，在同一平面内建有沿FL连线方向的x轴。某时刻开始，金属框以恒定的速度沿x轴方向进入磁场（规定电流逆时针方向为正方向），则在进入磁场过程中，穿过金属框的磁通量、金属框中的电流i随时间t变化的关系图像可能是（ ）
A． B．
C． D．
3．如图所示，两个连续的有界匀强磁场的磁感应强度大小均为B，方向分别垂直光滑水平桌面向下和向上，磁场宽度均为L。紧贴磁场区域的左侧边界处，有一边长为L的正方形均匀导体线框置于桌面上。现用外力使线框由静止开始匀加速穿过磁场区域，以初始位置为计时起点，规定逆时针方向为电流正方向，外力F向右为正方向，磁感线垂直纸面向里时磁通量为正值。以下反映线框中的感应电流i、磁通量、电功率P、外力F随时间t或位移x的变化规律可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
4．如图所示，边长为L的正方形线圈置于光滑绝缘的水平面上。在线圈右侧，水平面内相距L的两平行虚线和之间存在竖直向下的匀强磁场。线圈的右边和虚线平行且相距2L。某时刻，线圈在与其右边垂直的水平恒力F作用下由静止开始向右运动，刚要进入磁场时立刻撤去F，线圈继续运动，在刚穿出磁场时恰好停止。下列说法正确的是（ ）
A．线圈在通过磁场时加速度先减小后增大
B．线圈从开始运动到刚要进磁场的时间小于线圈通过磁场的时间
C．线圈进入磁场的过程产生的热量和穿出磁场的过程产生的热量相同
D．整个过程中线圈产生的焦耳热为2FL
5．如图所示，在竖直平面内有一上下边界均水平且方向垂直线框所在平面的匀强磁场，磁感应强度B＝2.5T。正方形单匝金属线框在磁场上方h＝0.45m处，质量为m＝0.1kg，边长为L＝0.4m，总阻值为R＝1Ω。现将线框由静止释放，下落过程中线框ab边始终与磁场边界平行，ab边刚好进入磁场和刚好离开磁场时的速度均为v＝2m/s，不计空气阻力，重力加速度取，则（ ）
A．cd边刚进入磁场时克服安培力做功的功率为9W
B．匀强磁场区域的高度为0.75m
C．穿过磁场的过程中线框电阻产生的焦耳热为1.3J
D．线框通过磁场上边界所用时间为0.3s
6．如图所示，质量为、材质均匀的圆形线圈半径为，电阻为，其下方存在一匀强磁场区域，磁感应强度为，时刻开始，线圈在外力作用下以速度竖直向下匀速进入磁场，下列判断正确的是（ ）
A．时线圈中电流大小为
B．时线圈受到的安培力大小为
C．时间内通过线圈横截面的电荷量为
D．时线圈的热功率为
7．如图所示，边长为、电阻为的正方形单匝导体线框放于纸面内，在边的左侧有足够大的匀强磁场，磁感应强度大小为、方向垂直纸面向里，现使导线框绕过点且平行于磁场方向的轴以角速度沿顺时针方向匀速转动，在导线框转过的过程中（ ）
A．导线框产生沿逆时针方向的感应电流
B．导线框经过虚线位置时产生的瞬时感应电动势大小为2
C．导线框受到的安培力逐渐增大，方向不变
D．流过导线框的电荷量为
8．如图，边长、材料相同，粗细不同的单匝正方形金属线框甲、乙。乙线框导线的横截面积是甲的2倍。在竖直平面内距磁场相同高度由静止开始同时下落，一段时间后进入方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图所示。不计空气阻力，则在甲、乙线框进入磁场的过程中（ ）
A．感应电流的方向均一定为顺时针方向
B．甲、乙线框的加速度时时相同
C．甲线框的焦耳热是乙线框的2倍
D．通过甲线框的电荷量是乙线框的2倍
9．进入二十一世界后，火药推进已经不能满足人类的需求，电磁推进成为了科学研究的热门问题，而我国在这个方面的研究领先全球。如图为其中一种电磁推进方式，两条平行光滑绝缘轨道固定在水平面上，其间连续分布着竖直向下和竖直向上的等大的匀强磁场，磁场宽度相等，一矩形金属线框放置在导轨上方，其长宽恰好等于导轨的间距和磁场的宽度，电阻一定，当磁场开始向右匀速时，已知线框移动的过程中所受摩擦阻力恒定，则下列关于线框的速度v、电流i及穿过线框的电荷量q随时间t的变化v-t、i-t、q-t图像、线框产生的焦耳热Q随线框位移x的变化Q-x图像的说法中可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
10．如图甲所示，边长l的正方形金属线圈abcd随水平传送带一起以恒定速度v0运动，边界PQ与MN垂直传送带，其间存在竖直方向的匀强磁场。线圈在图示位置开始计时，直到ab边刚离开磁场，其速度与时间的关系如图乙所示，且在传送带上始终保持ab、cd边平行于磁场边界，重力加速度为g。则（ ）
A．t1～t2时间内线圈所受安培力大于摩擦力
B．t1～t2和t2～t3时间内线圈所受摩擦力方向相反
C．边界PQ与MN的距离为
D．线圈与传送带间的动摩擦因数为
11．如图所示，甲、乙是两个完全相同的闭合导线线框，a、b是边界范围、磁感应强度大小和方向都相同的两个匀强磁场区域，只是a区域到地面的高度比b高一些。甲、乙线框分别从磁场区域的正上方距地面相同高度处同时由静止释放，穿过磁场后落到地面。下落过程中线框平面始终保持与磁场方向垂直。以下说法正确的是（ ）
A．甲乙两框同时落地
B．乙框比甲框先落地
C．落地时甲乙两框速度相同
D．穿过磁场的过程中甲线框中通过的电荷量小于乙线框
12．如图所示，一平放在光滑水平面上的矩形导体框位于匀强磁场区域内，磁场的磁感应强度大小为 B，方向沿竖直方向，现以恒定速度 v将线框拉出有界的磁场区域。设磁场的边界与线框的一边平行，且线框的总电阻为R，周长为 2l，而其长、宽则可以变化，则外力将线框拉出磁场区域的过程中，线框发热量的最大值为（ ）
A． B． C． D．以上答案都不对
二、解答题（本大题共5小题）
13．如图甲所示，利用粗糙绝缘的水平传送带输送一正方形单匝金属线圈abcd，传送带以恒定速度v0运动。传送带的某正方形区域内有一竖直向上的匀强磁场，该磁场相对地面静止，且磁感应强度大小为B，当金属线圈的bc边进入磁场时开始计时，直到bc边离开磁场，其速度与时间的关系如图乙所示，且在传送带上始终保持ad、bc边平行于磁场边界。已知金属线圈质量为m，电阻为R，边长为L，线圈与传送带间的动摩擦因数为μ，且ad边刚进入磁场时线框的速度大小为v1，重力加速度为g。求：
（1）正方形磁场区的边长d；
（2）线圈完全进入磁场的时间t；
14．如图所示，为某研究小组设计的磁悬浮电梯的简化模型，在竖直平面上相距为的两根很长的平行滑轨，竖直安置，沿轨道安装的线路通上励磁电流，便会产生沿轨道移动的周期性磁场。组成周期性磁场的每小块磁场沿滑轨方向宽度相等，相间排列。相间的匀强磁场B1和B2垂直轨道平面，B1和B2方向相反，大小相等，即B1=B2=B，每个磁场的宽度都是。采用轻巧碳纤维材料打造的一电梯轿厢里固定着绕有N匝金属导线的闭合正方形线框ABCD（轿厢未画出且与线框绝缘），边长为，总电阻为R。利用移动磁场与金属线框的相互作用，使轿厢获得牵引力，从而驱动电梯上升。已知磁场以速度v0向上匀速运动，电梯轿厢的总质量为M、运动中所受的摩擦阻力恒为，重力加速度为g。
（1）电梯轿厢向上运动的最大速度；
（2）不考虑其它能量损耗，为了维持轿厢匀速上升，外界在单位时间内需提供的总能量；
（3）假设磁场由静止开始向上做匀加速运动来启动电梯轿厢，当两磁场运动的时间为t时，电梯轿厢也在向上做匀加速直线运动，此时轿厢的运动速度为v，求由磁场开始运动到电梯轿厢刚开始运动所需要的时间。
15．国家高山滑雪中心赛道“雪飞燕”长约3000多米、落差近900米、滑行速度可能超过每小时140公里，极具危险性。所以电磁滑道成为未来运动的一种设想，我们可以通过控制磁场强弱，实现对滑动速度的控制。为了方便研究，做出以下假设：如图甲所示，足够长的光滑斜面与水平面成角，虚线EF上方的整个区域存在如图乙规律变化且垂直导轨平面的匀强磁场，时刻磁场方向垂直斜面向上（图中未画出）磁感应强度在0~t1时间内均匀变化，磁感应强度最大值为，t1时刻后稳定为、0~时间内，单匝正方形闭合金属框ABCD在外力作用下静止在斜面上，金属框CD边与虚线EF的距离为时刻撤去外力，金属框将沿斜面下滑，金属框上边AB刚离开虚线EF时的速度为v1，已知金属框质量为、边长为d，每条边电阻为。求：（计算结果保留两位小数）
（1）CD边刚过虚线EF时，AB两点间的电势差：
（2）从时刻到AB边经过虚线EF的过程中金属框产生的焦耳热；
（3）从撤去外力到AB边经过虚线EF的总时间。
16．如图1所示，在绝缘光滑水平桌面上，以O为原点、水平向右为正方向建立x轴，在区域内存在方向竖直向上的匀强磁场。桌面上有一边长L=0.5m、电阻R=0.25Ω的正方形线框abcd，当平行于磁场边界的cd边进入磁场时，在沿x方向的外力F作用下以v=1.0m/s的速度做匀速运动，直到ab边进入磁场时撤去外力。若以cd边进入磁场时作为计时起点，在内磁感应强度B的大小与时间t的关系如图2所示，由图2可知，0.5s时ab边刚好进入磁场，1.0s时cd边开始出磁场，1.5s时线框刚好全部出磁场。已知在内线框始终做匀速运动。
（1）求外力F的大小；
（2）在内存在连续变化的磁场从而保证线框能匀速出磁场，求在这段时间内磁感应强度B的大小与时间t的关系；
（3）求在内流过导线横截面的电荷量q。
17．如图甲所示，在倾角的光滑斜面上有一矩形线框，质量，电阻，边长，边长。斜面上和是相距的两条水平边界线，和之间充满垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度B随时间t的变化情况如图乙所示，在时刻线框从距为处由静止开始运动，运动过程中边始终与边平行，求：
（1）线框边进入磁场时的速度v；
（2）线框由静止开始运动到边至处过程中通过截面的电量；
（3）线框由静止开始运动到边至处过程中产生的热量。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．BD
2．AC
3．CD
4．BD
5．ACD
6．BD
7．CD
8．B
9．AD
10．AC
11．B
12．B
13．（1）；（2）
14．（1）；（2）；（3）
15．（1）；（2）；（3）
16．（1）0.0625N；（2）；（3）0.5C
17．（1）；（2）5C；（3）3.5J
答案第1页，共2页
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线框进出磁场类问题
一、选择题（本大题共12小题）
1．如图所示，正方形金属线框静止在水平面上，其右侧有一匀强磁场，方向垂直纸面向外，计时开始，在垂直于磁场边界的水平外力作用下，线框以恒定加速度进入磁场区域，时刻线框全部进入磁场。其中电流、外力随时间变化的关系正确的是（ ）
A． B． C． D．
2．如图所示，空心“十”字形金属框ABCDEFGHIJKL各边边长相等，均为a，总阻值为R。在金属框的右上侧足够大的空间存在垂直金属框所在平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为，金属框上A、K两点的连线与磁场的边界虚线重合，在同一平面内建有沿FL连线方向的x轴。某时刻开始，金属框以恒定的速度沿x轴方向进入磁场（规定电流逆时针方向为正方向），则在进入磁场过程中，穿过金属框的磁通量、金属框中的电流i随时间t变化的关系图像可能是（ ）
A． B．
C． D．
3．如图所示，两个连续的有界匀强磁场的磁感应强度大小均为B，方向分别垂直光滑水平桌面向下和向上，磁场宽度均为L。紧贴磁场区域的左侧边界处，有一边长为L的正方形均匀导体线框置于桌面上。现用外力使线框由静止开始匀加速穿过磁场区域，以初始位置为计时起点，规定逆时针方向为电流正方向，外力F向右为正方向，磁感线垂直纸面向里时磁通量为正值。以下反映线框中的感应电流i、磁通量、电功率P、外力F随时间t或位移x的变化规律可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
4．如图所示，边长为L的正方形线圈置于光滑绝缘的水平面上。在线圈右侧，水平面内相距L的两平行虚线和之间存在竖直向下的匀强磁场。线圈的右边和虚线平行且相距2L。某时刻，线圈在与其右边垂直的水平恒力F作用下由静止开始向右运动，刚要进入磁场时立刻撤去F，线圈继续运动，在刚穿出磁场时恰好停止。下列说法正确的是（ ）
A．线圈在通过磁场时加速度先减小后增大
B．线圈从开始运动到刚要进磁场的时间小于线圈通过磁场的时间
C．线圈进入磁场的过程产生的热量和穿出磁场的过程产生的热量相同
D．整个过程中线圈产生的焦耳热为2FL
5．如图所示，在竖直平面内有一上下边界均水平且方向垂直线框所在平面的匀强磁场，磁感应强度B＝2.5T。正方形单匝金属线框在磁场上方h＝0.45m处，质量为m＝0.1kg，边长为L＝0.4m，总阻值为R＝1Ω。现将线框由静止释放，下落过程中线框ab边始终与磁场边界平行，ab边刚好进入磁场和刚好离开磁场时的速度均为v＝2m/s，不计空气阻力，重力加速度取，则（ ）
A．cd边刚进入磁场时克服安培力做功的功率为9W
B．匀强磁场区域的高度为0.75m
C．穿过磁场的过程中线框电阻产生的焦耳热为1.3J
D．线框通过磁场上边界所用时间为0.3s
6．如图所示，质量为、材质均匀的圆形线圈半径为，电阻为，其下方存在一匀强磁场区域，磁感应强度为，时刻开始，线圈在外力作用下以速度竖直向下匀速进入磁场，下列判断正确的是（ ）
A．时线圈中电流大小为
B．时线圈受到的安培力大小为
C．时间内通过线圈横截面的电荷量为
D．时线圈的热功率为
7．如图所示，边长为、电阻为的正方形单匝导体线框放于纸面内，在边的左侧有足够大的匀强磁场，磁感应强度大小为、方向垂直纸面向里，现使导线框绕过点且平行于磁场方向的轴以角速度沿顺时针方向匀速转动，在导线框转过的过程中（ ）
A．导线框产生沿逆时针方向的感应电流
B．导线框经过虚线位置时产生的瞬时感应电动势大小为2
C．导线框受到的安培力逐渐增大，方向不变
D．流过导线框的电荷量为
8．如图，边长、材料相同，粗细不同的单匝正方形金属线框甲、乙。乙线框导线的横截面积是甲的2倍。在竖直平面内距磁场相同高度由静止开始同时下落，一段时间后进入方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图所示。不计空气阻力，则在甲、乙线框进入磁场的过程中（ ）
A．感应电流的方向均一定为顺时针方向
B．甲、乙线框的加速度时时相同
C．甲线框的焦耳热是乙线框的2倍
D．通过甲线框的电荷量是乙线框的2倍
9．进入二十一世界后，火药推进已经不能满足人类的需求，电磁推进成为了科学研究的热门问题，而我国在这个方面的研究领先全球。如图为其中一种电磁推进方式，两条平行光滑绝缘轨道固定在水平面上，其间连续分布着竖直向下和竖直向上的等大的匀强磁场，磁场宽度相等，一矩形金属线框放置在导轨上方，其长宽恰好等于导轨的间距和磁场的宽度，电阻一定，当磁场开始向右匀速时，已知线框移动的过程中所受摩擦阻力恒定，则下列关于线框的速度v、电流i及穿过线框的电荷量q随时间t的变化v-t、i-t、q-t图像、线框产生的焦耳热Q随线框位移x的变化Q-x图像的说法中可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
10．如图甲所示，边长l的正方形金属线圈abcd随水平传送带一起以恒定速度v0运动，边界PQ与MN垂直传送带，其间存在竖直方向的匀强磁场。线圈在图示位置开始计时，直到ab边刚离开磁场，其速度与时间的关系如图乙所示，且在传送带上始终保持ab、cd边平行于磁场边界，重力加速度为g。则（ ）
A．t1～t2时间内线圈所受安培力大于摩擦力
B．t1～t2和t2～t3时间内线圈所受摩擦力方向相反
C．边界PQ与MN的距离为
D．线圈与传送带间的动摩擦因数为
11．如图所示，甲、乙是两个完全相同的闭合导线线框，a、b是边界范围、磁感应强度大小和方向都相同的两个匀强磁场区域，只是a区域到地面的高度比b高一些。甲、乙线框分别从磁场区域的正上方距地面相同高度处同时由静止释放，穿过磁场后落到地面。下落过程中线框平面始终保持与磁场方向垂直。以下说法正确的是（ ）
A．甲乙两框同时落地
B．乙框比甲框先落地
C．落地时甲乙两框速度相同
D．穿过磁场的过程中甲线框中通过的电荷量小于乙线框
12．如图所示，一平放在光滑水平面上的矩形导体框位于匀强磁场区域内，磁场的磁感应强度大小为 B，方向沿竖直方向，现以恒定速度 v将线框拉出有界的磁场区域。设磁场的边界与线框的一边平行，且线框的总电阻为R，周长为 2l，而其长、宽则可以变化，则外力将线框拉出磁场区域的过程中，线框发热量的最大值为（ ）
A． B． C． D．以上答案都不对
二、解答题（本大题共5小题）
13．如图甲所示，利用粗糙绝缘的水平传送带输送一正方形单匝金属线圈abcd，传送带以恒定速度v0运动。传送带的某正方形区域内有一竖直向上的匀强磁场，该磁场相对地面静止，且磁感应强度大小为B，当金属线圈的bc边进入磁场时开始计时，直到bc边离开磁场，其速度与时间的关系如图乙所示，且在传送带上始终保持ad、bc边平行于磁场边界。已知金属线圈质量为m，电阻为R，边长为L，线圈与传送带间的动摩擦因数为μ，且ad边刚进入磁场时线框的速度大小为v1，重力加速度为g。求：
（1）正方形磁场区的边长d；
（2）线圈完全进入磁场的时间t；
14．如图所示，为某研究小组设计的磁悬浮电梯的简化模型，在竖直平面上相距为的两根很长的平行滑轨，竖直安置，沿轨道安装的线路通上励磁电流，便会产生沿轨道移动的周期性磁场。组成周期性磁场的每小块磁场沿滑轨方向宽度相等，相间排列。相间的匀强磁场B1和B2垂直轨道平面，B1和B2方向相反，大小相等，即B1=B2=B，每个磁场的宽度都是。采用轻巧碳纤维材料打造的一电梯轿厢里固定着绕有N匝金属导线的闭合正方形线框ABCD（轿厢未画出且与线框绝缘），边长为，总电阻为R。利用移动磁场与金属线框的相互作用，使轿厢获得牵引力，从而驱动电梯上升。已知磁场以速度v0向上匀速运动，电梯轿厢的总质量为M、运动中所受的摩擦阻力恒为，重力加速度为g。
（1）电梯轿厢向上运动的最大速度；
（2）不考虑其它能量损耗，为了维持轿厢匀速上升，外界在单位时间内需提供的总能量；
（3）假设磁场由静止开始向上做匀加速运动来启动电梯轿厢，当两磁场运动的时间为t时，电梯轿厢也在向上做匀加速直线运动，此时轿厢的运动速度为v，求由磁场开始运动到电梯轿厢刚开始运动所需要的时间。
15．国家高山滑雪中心赛道“雪飞燕”长约3000多米、落差近900米、滑行速度可能超过每小时140公里，极具危险性。所以电磁滑道成为未来运动的一种设想，我们可以通过控制磁场强弱，实现对滑动速度的控制。为了方便研究，做出以下假设：如图甲所示，足够长的光滑斜面与水平面成角，虚线EF上方的整个区域存在如图乙规律变化且垂直导轨平面的匀强磁场，时刻磁场方向垂直斜面向上（图中未画出）磁感应强度在0~t1时间内均匀变化，磁感应强度最大值为，t1时刻后稳定为、0~时间内，单匝正方形闭合金属框ABCD在外力作用下静止在斜面上，金属框CD边与虚线EF的距离为时刻撤去外力，金属框将沿斜面下滑，金属框上边AB刚离开虚线EF时的速度为v1，已知金属框质量为、边长为d，每条边电阻为。求：（计算结果保留两位小数）
（1）CD边刚过虚线EF时，AB两点间的电势差：
（2）从时刻到AB边经过虚线EF的过程中金属框产生的焦耳热；
（3）从撤去外力到AB边经过虚线EF的总时间。
16．如图1所示，在绝缘光滑水平桌面上，以O为原点、水平向右为正方向建立x轴，在区域内存在方向竖直向上的匀强磁场。桌面上有一边长L=0.5m、电阻R=0.25Ω的正方形线框abcd，当平行于磁场边界的cd边进入磁场时，在沿x方向的外力F作用下以v=1.0m/s的速度做匀速运动，直到ab边进入磁场时撤去外力。若以cd边进入磁场时作为计时起点，在内磁感应强度B的大小与时间t的关系如图2所示，由图2可知，0.5s时ab边刚好进入磁场，1.0s时cd边开始出磁场，1.5s时线框刚好全部出磁场。已知在内线框始终做匀速运动。
（1）求外力F的大小；
（2）在内存在连续变化的磁场从而保证线框能匀速出磁场，求在这段时间内磁感应强度B的大小与时间t的关系；
（3）求在内流过导线横截面的电荷量q。
17．如图甲所示，在倾角的光滑斜面上有一矩形线框，质量，电阻，边长，边长。斜面上和是相距的两条水平边界线，和之间充满垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度B随时间t的变化情况如图乙所示，在时刻线框从距为处由静止开始运动，运动过程中边始终与边平行，求：
（1）线框边进入磁场时的速度v；
（2）线框由静止开始运动到边至处过程中通过截面的电量；
（3）线框由静止开始运动到边至处过程中产生的热量。
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参考答案：
1．BD
2．AC
3．CD
4．BD
5．ACD
6．BD
7．CD
8．B
9．AD
10．AC
11．B
12．B
13．（1）；（2）
14．（1）；（2）；（3）
15．（1）；（2）；（3）
16．（1）0.0625N；（2）；（3）0.5C
17．（1）；（2）5C；（3）3.5J
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