江苏省南通市如皋市2015-2016学年高二（上）期中物理试卷（解析版）

2015-2016学年江苏省南通市如皋市高二（上）期中物理试卷
　
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共计24题．每小题只有一个选项符合题意．
1．下列说法中正确的是（　　）
A．一切运动电荷在磁场中都要受到磁场力的作用
B．一小段通电导线在某处不受磁场力作用，该处的磁感应强度一定为零
C．磁场中某处磁感应强度的方向，与通电导线在该处所受磁场力的方向相同
D．磁感应强度的单位可以用Wb/m2来表示
　
2．长直螺线管中通有电流，沿螺线管中心轴线射入一电子，若螺线管中电流增大，方向不变，电子在螺线管中心轴线上运动情况是（　　）
A．做匀速直线运动 B．做变加速直线运动
C．做变减速直线运动 D．做间距变大的螺旋运动
　
3．如图所示，a、b都是较轻的铝环，a环闭合，b环断开，横梁可以绕中间支点自由转动，开始时整个装置静止．下列说法中正确的是（　　）

A．条形磁铁插入a环时，横梁不会发生转动
B．只有当条形磁铁N极拔出铝环时，横梁才会转动
C．条形磁铁用相同方式分别插入a、b环时，两环转动情况相同
D．铝环a产生的感应电流总是阻碍铝环与磁铁间的相对运动
　
4．如图所示，有界磁场的方向竖直向下，通电直导线ab的两端都在磁场的边界之外，当直导线由水平位置1绕端点a在竖直平面内转到位置2，且b端仍在磁场右边界之外，则通电导线所受安培力是（　　）

A．数值变大，方向不变 B．数值变小，方向不变
C．数值不变，方向改变 D．数值，方向均保持不变
　
5．两个相同的定值电阻 1、2 分别接在正弦交流电和直流电两端，直流电压恒为 U0．当电阻 1、2 的通电时间分别为 t 和 2t 时，两个电阻上产生的热量均为 Q．则该正弦交流电压的最大值是 （　　）

A． U0 B． U0 C．U0 D．2U0
　
6．如图所示为洛伦兹力演示仪的结构图．励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直纸面向外，电子束由电子枪产生，其速度方向与磁场方向垂直．电子速度的大小和磁场强弱可分别由通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节．下列说法正确的是（　　）

A．仅增大励磁线圈中电流，电子束径迹的半径变大
B．仅提高电子枪加速电压，电子束径迹的半径变大
C．仅增大励磁线圈中电流，电子做圆周运动的周期将变大
D．仅提高电子枪加速电压，电子做圆周运动的周期将变大
　
7．小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示，矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压（　　）

A．峰值是e0 B．峰值是2e0 C．有效值是e0 D．有效值是Ne0
　
8．如图，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上．当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc．已知bc边的长度为l．下列判断正确的是（　　）

A．Ua＞Uc，金属框中无电流
B．Ub＞Uc，金属框中电流方向沿a﹣b﹣c﹣a
C．Ubc=﹣Bl2ω，金属框中无电流
D．Ubc=Bl2ω，金属框中电流方向沿a﹣c﹣b﹣a
　
　
二、多项选择题：本题共6小题，每小题5分，共计30题．在每小题给出的四个选项中，有多个正确选项，全部选对的得5分，选不全的得3分，有错选或不答的得0分．
9．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1所示，产生的交变电动势的图象如图2所示，则（　　）

A．t=0.005s时线框的磁通量变化率为零
B．t=0.01s时线框平面与中性面重合
C．线框产生的交变电动势有效值为311V
D．线框产生的交变电动势的频率为50Hz
　
10．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（　　）

A．带电粒子由加速器的中心附近进入加速器
B．带电粒子由加速器的边缘进入加速器
C．电场使带电粒子加速，磁场使带电粒子旋转
D．离子从D形盒射出时的动能与加速电场的电压无关
　
11．在一水平通电直导线的正下方，有一半圆形光滑圆弧轨道，一导体圆环自轨道左侧的A点无初速度释放，则下列说法中正确的是（　　）

A．圆环中有感应电流产生
B．圆环能滑到轨道右侧与A点等高处C
C．圆环最终停在轨道的最低点B
D．圆环运动过程中机械能守恒
　
12．我国未来航母上飞机弹射起飞可以利用电磁驱动来实现．电磁驱动原理如图所示．当固定线圈上突然通过直流电流时，线圈端点的金属环被弹射出去．现在固定线圈左侧同一位置，先后放有分别用横截面积相等的铜和铝导线制成形状、大小相同的两个闭合环，且电阻率ρ铜＜ρ铝．合上开关S的瞬间（　　）

A．从左侧看环中感应电流沿顺时针方向
B．铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力
C．若将铜环放置在线圈右方，环将向左运动
D．电池正负极调换后，金属环仍能向左弹射
　
13．一质量m、电荷量+q的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动．细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中．现给圆环向右初速度v0，以后的运动过程中圆环运动的速度图象可能是（　　）

A． B． C． D．
　
14．如图，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中．一接入电路电阻为R的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦．在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中（　　）

A．PQ中电流先增大后减小
B．PQ两端电压先减小后增大
C．PQ上拉力的功率先减小后增大
D．线框消耗的电功率先增大后减小
　
　
三、填空与实验题：本题共2小题，共20分．将答案填在答题纸相应的位置上．
15．在研究电磁感应现象实验中，
（1）为了能明显地观察到实验现象，请在如图所示的实验器材中，选择必要的器材，在图中用实线连接成相应的实物电路图；
（2）将原线圈插人副线圈中，闭合电键，副线圈中感生电流与原线圈中电流的绕行方向　　　　　　（填“相同”或“相反”）；
（3）将原线圈拔出时，副线圈中的感生电流与 原线圈中电流的绕行方向　　　　　　（填“相同”或“相反”）．

　
16．某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律，实验装置如图所示，打点计时器的电源为50Hz的交流电．
（1）下列实验操作中，不正确的是　　　　　　．
A．将铜管竖直地固定在限位孔的正下方
B．纸带穿过限位孔，压在复写纸下面
C．用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落
D．在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源
（2）该同学按正确的步骤进行实验，将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，并对纸带的数据进行处理，由测量数据可知，磁铁运动速度逐渐增大，最后匀速下落，说明磁铁受到阻尼作用的变化情况是　　　　　　．
（3）该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作，结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同，对比两次实验结果得到的结论是　　　　　　．

　
　
四、计算题：本大题共3小题，共48分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后结果的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．
17．如图所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒，导体棒中通有大小为I、方向垂直纸面向里的电流，欲使导体棒静止在斜面上，可以施加方向垂直于导体棒的匀强磁场．求：
（1）若匀强磁场的方向在竖直方向，则磁场方向向上还是向下？磁感应强度为多大？
（2）若导体棒与斜面间无挤压，则施加的磁场方向如何？则磁感应强度为多大？
（3）沿什么方向施加匀强磁场可使磁感应强度最小？最小为多少？

　
18．质谱仪是用来测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，如图所示，电容器两极板相距为d，两板间电压为U，极板间匀强磁场的磁感应强度为B1，方向垂直纸面向外．一束电荷电量相同、质量不同的带正电的粒子，沿电容器的中线平行于极板射入电容器，沿直线匀速穿过电容器后进入另一磁感应强度为B2的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外．结果分别打在感光片上的a、b两点，设a、b两点之间距离为△x，粒子所带电荷量为q，且不计重力，求：
（1）粒子进入磁场B2时的速度v的大小？
（2）打在a、b两点的粒子的质量之差△m？
（3）试比较这两种带电粒子在磁场B2中运动时间的大小关系，并说明理由？

　
19．如图所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ与水平面成θ=30°角放置，磁感应强度B=1.00T的匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨上端M与P间连接R=0.30Ω的电阻，长L=0.40m、电阻r=0.10Ω的金属棒ab与MP等宽紧贴在导轨上，现使金属棒ab由静止开始下滑，其下滑距离x与时间t的关系如下表所示，导轨电阻不计，g=10m/s2．求：
时间 t（s）
0
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
下滑距离x（m）
0
0.02
0.08
0.15
0.25
0.35
0.45
0.55
（1）在0～0.4s时间内，通过金属棒ab截面的电荷量；
（2）金属棒的质量；
（3）在0～0.7s时间内，金属棒ab上产生的焦耳热．

　
　

2015-2016学年江苏省南通市如皋市高二（上）期中物理试卷
参考答案与试题解析
　
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共计24题．每小题只有一个选项符合题意．
1．下列说法中正确的是（　　）
A．一切运动电荷在磁场中都要受到磁场力的作用
B．一小段通电导线在某处不受磁场力作用，该处的磁感应强度一定为零
C．磁场中某处磁感应强度的方向，与通电导线在该处所受磁场力的方向相同
D．磁感应强度的单位可以用Wb/m2来表示
【考点】磁感应强度．
【分析】运动电荷在磁场中不一定会受到磁场力，通电导线在磁场中，不一定受到磁场力，还与放置的角度有关，从而即可求解．
【解答】解：A、运动电荷在磁场中不一定会受到磁场力，还和运动方向与磁场方向之间的关系有关，故A错误；
B、一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度不一定为零，可能平行与磁场放置，故B错误；
C、根据左手定则，磁场中某处磁感应强度的方向，与通电导线在该处所受磁场力的方向垂直，故C错误；
D、Wb是磁通量的单位，根据Φ=BS，所以，1T=1Wb/m2．故 Wb/m2也是磁感应强度的单位，故D正确；
故选：D
【点评】考查电荷在电场中一定受电场力，而通电导线在磁场中不一定受磁场力，注意通电导线在磁场中放置角度．
　
2．长直螺线管中通有电流，沿螺线管中心轴线射入一电子，若螺线管中电流增大，方向不变，电子在螺线管中心轴线上运动情况是（　　）
A．做匀速直线运动 B．做变加速直线运动
C．做变减速直线运动 D．做间距变大的螺旋运动
【考点】带电粒子在匀强磁场中的运动．
【专题】带电粒子在磁场中的运动专题．
【分析】根据安培定则可知通电螺线管内部磁场方向与电子运动方向的关系，分析电子所受洛伦兹力情况，来分析电子的运动情况．
【解答】解：根据安培定则可知通电螺线管内部磁场方向沿螺线管中心轴线，电子运动方向也沿螺线管中心轴线，电子运动方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力，当电流增大时，通电螺线管内部磁场方向仍然沿螺线管中心轴线，电子仍不受洛伦兹力．故电子做匀速直线运动．
故选A
【点评】带电粒子所受洛伦兹力方向与粒子的运动方向与磁场方向的夹角有关：当粒子运动方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力；当粒子运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力最大．本题比较容易．
　
3．如图所示，a、b都是较轻的铝环，a环闭合，b环断开，横梁可以绕中间支点自由转动，开始时整个装置静止．下列说法中正确的是（　　）

A．条形磁铁插入a环时，横梁不会发生转动
B．只有当条形磁铁N极拔出铝环时，横梁才会转动
C．条形磁铁用相同方式分别插入a、b环时，两环转动情况相同
D．铝环a产生的感应电流总是阻碍铝环与磁铁间的相对运动
【考点】楞次定律．
【分析】当条形磁铁向a环靠近a时，穿过a环的磁通量增加，a环闭合产生感应电流，根据楞次定律判断a环的运动情况．
当条形磁铁向b环靠近b时，b环不闭合，不产生感应电流，根据有无安培力判断b环的运动情况，从而即可求解．
【解答】解：A、当条形磁铁向a环靠近时，穿过a环的磁通量增加，a环闭合产生感应电流，磁铁对a环产生安培力，阻碍两者相对运动，因此a环阻碍磁铁靠近，出现转动现象；
当条形磁铁向b环靠近b时，b环中不产生感应电流，磁铁对b环没有安培力作用，b环将静止不动．故ABC错误．
D、根据楞次定律可知，环a产生的感应电流总是阻碍铝环与磁铁间的相对运动，故D正确．
故选：D．
【点评】本题也可以根据楞次定律的另一种表述：感应电流的磁场总要阻碍导体与磁体间的相对运动来直接判断．
　
4．如图所示，有界磁场的方向竖直向下，通电直导线ab的两端都在磁场的边界之外，当直导线由水平位置1绕端点a在竖直平面内转到位置2，且b端仍在磁场右边界之外，则通电导线所受安培力是（　　）

A．数值变大，方向不变 B．数值变小，方向不变
C．数值不变，方向改变 D．数值，方向均保持不变
【考点】安培力．
【分析】通电直导线放在匀强磁场中，所受的安培力大小公式为F=BILsinα，α是导线与磁场方向的夹角，方向由左手定则判断，根据这两个知识进行分析．
【解答】解：通电直导线所受的安培力F=BILsinα，α是导线与磁场方向的夹角，由题知，B、I、Lsinα不变，则F大小不变；
根据左手定则判断可知，安培力方向始终与纸面垂直向里或向外，保持不变．故D正确，ABC错误．
故选：D．
【点评】本题考查了安培力的大小公式和安培力方向的判断，比较简单，很容易掌握．
　
5．两个相同的定值电阻 1、2 分别接在正弦交流电和直流电两端，直流电压恒为 U0．当电阻 1、2 的通电时间分别为 t 和 2t 时，两个电阻上产生的热量均为 Q．则该正弦交流电压的最大值是 （　　）

A． U0 B． U0 C．U0 D．2U0
【考点】交流的峰值、有效值以及它们的关系．
【专题】交流电专题．
【分析】有效值是根据电流的热效应来定义的，故根据两电阻中热量相等由功率公式列式求解即可明确交流电的有效值，再由有效值和最大值之间的关系可求得最大值．
【解答】解：设交流电的有效值为U，则有：
==Q
解得：U=U0；
再根据有效值和最大值之间的关系可知，最大值Um=U=2U0
故选：D．
【点评】本题考查交流电有效值及最大值之间的关系，要注意明确交流电的有效值是采用电流的热效应来定义的，同时最大值是有效值的倍．
　
6．如图所示为洛伦兹力演示仪的结构图．励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直纸面向外，电子束由电子枪产生，其速度方向与磁场方向垂直．电子速度的大小和磁场强弱可分别由通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节．下列说法正确的是（　　）

A．仅增大励磁线圈中电流，电子束径迹的半径变大
B．仅提高电子枪加速电压，电子束径迹的半径变大
C．仅增大励磁线圈中电流，电子做圆周运动的周期将变大
D．仅提高电子枪加速电压，电子做圆周运动的周期将变大
【考点】带电粒子在匀强磁场中的运动；带电粒子在匀强电场中的运动．
【分析】根据动能定理表示出加速后获得的速度，然后根据洛伦兹力提供向心力推导出半径的表达式．
【解答】解：根据电子所受洛伦兹力的方向结合右手定则判断励磁线圈中电流方向是顺时针方向，电子在加速电场中加速，由动能定理有：
eU=mv02…①
电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，有：eBv0=m②
解得：r==…③
T=④
可见增大励磁线圈中的电流，电流产生的磁场增强，由③式可得，电子束的轨道半径变小．由④式知周期变小，故AC错误；
提高电子枪加速电压，电子束的轨道半径变大、周期不变，故B正确D错误；
故选：B．
【点评】本题考查了粒子在磁场中运动在实际生活中的应用，正确分析出仪器的原理是关键．
　
7．小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示，矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压（　　）

A．峰值是e0 B．峰值是2e0 C．有效值是e0 D．有效值是Ne0
【考点】正弦式电流的图象和三角函数表达式；交流的峰值、有效值以及它们的关系．
【专题】交流电专题．
【分析】根据矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势求出整个矩形线圈产生的感应电动势的最大值；
根据正弦交变电压电动势最大值与有效值的关系求解发电机输出电压．
【解答】解：矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，所以矩形线圈产生的感应电动势的最大是2Ne0，
根据正弦交变电压电动势最大值与有效值的关系得
发电机输出电压有效值U==Ne0，
故选：D．
【点评】本题考查了交流电产生的原理和最大值、有效值的关系，知道整个矩形线圈产生的感应电动势是ab边和cd边产生的感应电动势之和．
　
8．如图，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上．当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc．已知bc边的长度为l．下列判断正确的是（　　）

A．Ua＞Uc，金属框中无电流
B．Ub＞Uc，金属框中电流方向沿a﹣b﹣c﹣a
C．Ubc=﹣Bl2ω，金属框中无电流
D．Ubc=Bl2ω，金属框中电流方向沿a﹣c﹣b﹣a
【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；楞次定律．
【专题】电磁感应与电路结合．
【分析】金属框中磁通量不变，故没有感应电流；但导体棒切割磁感线，有感应电动势产生，根据E=BL求解切割电动势即可．
【解答】解：AB、导体棒bc、ac做切割磁感线运动，产生感应电动势，根据右手定则，感应电动势的方向从b到c，或者说是从a到c，故Ua=Ub＜Uc，磁通量一直为零，不变，故金属框中无电流，故A错误，B错误；
CD、感应电动势大小=Bl（）=Bl2ω，由于Ub＜Uc，所以Ubc=﹣Bl2ω，磁通量一直为零，不变，金属框中无电流，故C正确，D错误；
故选：C．
【点评】本题关键是明确感应电流的产生条件是穿过闭合回路的磁通量发生改变，要会根据E=Blv求解感应电动势，会利用右手定则判断感应电动势的方向．
　
二、多项选择题：本题共6小题，每小题5分，共计30题．在每小题给出的四个选项中，有多个正确选项，全部选对的得5分，选不全的得3分，有错选或不答的得0分．
9．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1所示，产生的交变电动势的图象如图2所示，则（　　）

A．t=0.005s时线框的磁通量变化率为零
B．t=0.01s时线框平面与中性面重合
C．线框产生的交变电动势有效值为311V
D．线框产生的交变电动势的频率为50Hz
【考点】交流的峰值、有效值以及它们的关系．
【专题】电磁感应——功能问题．
【分析】由图2可知任何时刻的感应电动势，根据电动势的特点，可判处金属线框所处的位置；由图象还可知电动势的峰值和周期，根据有效值和峰值的关系便可求电动势的有效值，根据周期和频率的关系可求频率．
【解答】解：A、t=0.005s时，感应电动势最大，由法拉第电磁感应定律E=n可知，磁通量的变化率最大，不是零，故A错误．
B、由图2可知t=0.01s时，e=0，说明此时线圈正经过中性面，故B正确．
C、由图2可知 T=0.02s，Em=311V．根据正弦式交变电流有效值和峰值的关系可得，该交变电流的有效值为：E==220V，故C错误．
D、据周期和频率的关系可得，该交变电流的频率为：f==50Hz，故D正确．
故选：BD．
【点评】本题考察的是有关交变电流的产生和特征的基本知识，注意会由图象得出线圈从何处开始计时，并掌握正弦交流电的最大值与有效值的关系．
　
10．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（　　）

A．带电粒子由加速器的中心附近进入加速器
B．带电粒子由加速器的边缘进入加速器
C．电场使带电粒子加速，磁场使带电粒子旋转
D．离子从D形盒射出时的动能与加速电场的电压无关
【考点】质谱仪和回旋加速器的工作原理；霍尔效应及其应用．
【专题】带电粒子在磁场中的运动专题．
【分析】被加速离子由加速器的中心附近进入加速器，而从边缘离开加速器；洛伦兹力并不做功，而电场力对带电离子做功．
【解答】解：A、被加速离子只能由加速器的中心附近进入加速器，而从边缘离开加速器，故A正确，B错误．
C、由于洛伦兹力并不做功，而离子通过电场时有qU=mv2，故离子是从电场中获得能量，故C正确．
D、当离子离开回旋加速器时，动能最大，根据半径公式r=知，v=，则粒子的最大动能Ek=mv2=，与加速的电压无关，故D正确
故选：ACD．
【点评】解决本题的关键知道回旋加速器的工作原理，运用电场加速，磁场偏转，但是最大动能与加速的电压无关．
　
11．在一水平通电直导线的正下方，有一半圆形光滑圆弧轨道，一导体圆环自轨道左侧的A点无初速度释放，则下列说法中正确的是（　　）

A．圆环中有感应电流产生
B．圆环能滑到轨道右侧与A点等高处C
C．圆环最终停在轨道的最低点B
D．圆环运动过程中机械能守恒
【考点】感应电流的产生条件；通电直导线和通电线圈周围磁场的方向．
【分析】水平通电导线周围有磁场，且离导线越远磁场强度越小，在圆环下落过程中，通过圆环的磁通量变小故能判断圆环中是否有感应电流．
【解答】解：A、水平通电导线周围有磁场，且离导线越远磁场强度越小，在圆环下落过程中，通过圆环的磁通量变小故有感应电流产生，故A正确；
B、因为圆环在运动的过程中，有感应电流，对整个过程由能量守恒定律得，重力势能转化为电能，故不能上升到右侧与C点等高处，故B错误；
C、由于小环运动的范围内，各处的磁场强度不同，所以小环运动的过程中机械能不断转化为电能，故小球的机械能会越来越小，最终停在最低点B，故C正确；
D、整个过程重力势能转化为电能，机械能不守恒，故D错误；
故选：AC
【点评】此题要掌握通电导线周围的磁场是越来越小，并会对整个过程的能量转化进行分析，难度不大．
　
12．我国未来航母上飞机弹射起飞可以利用电磁驱动来实现．电磁驱动原理如图所示．当固定线圈上突然通过直流电流时，线圈端点的金属环被弹射出去．现在固定线圈左侧同一位置，先后放有分别用横截面积相等的铜和铝导线制成形状、大小相同的两个闭合环，且电阻率ρ铜＜ρ铝．合上开关S的瞬间（　　）

A．从左侧看环中感应电流沿顺时针方向
B．铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力
C．若将铜环放置在线圈右方，环将向左运动
D．电池正负极调换后，金属环仍能向左弹射
【考点】楞次定律；安培力．
【分析】由右手螺旋定则可求得线圈中的磁场方向，再由楞次定律明确电流方向及环的受力方向．
【解答】解：A、线圈中电流为右侧流入，磁场方向为向左，在闭合开关的过程中，磁场变强，则由楞次定律可知，感应电流由左侧看为顺时针；故A正确；
B、由于铜环的电阻较小，故铜环中感应电流较大；故铜环受到的安培力要大于铝环，故B正确；
C、若环放在线圈右方，根据“来拒去留”可得，环将向右运动；故C错误；
D、电池正负极调换后，金属环受力向左，故仍将向左弹出；故D正确；
故选：ABD
【点评】本题要掌握楞次定律的两种描述，一是“增反减同”；二是“来拒去留”；并能灵活根据它们去判断电流方向及受力方向．
　
13．一质量m、电荷量+q的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动．细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中．现给圆环向右初速度v0，以后的运动过程中圆环运动的速度图象可能是（　　）

A． B． C． D．
【考点】洛仑兹力；匀变速直线运动的速度与时间的关系；力的合成与分解的运用．
【专题】电学图像专题．
【分析】带正电的小环向右运动时，受到的洛伦兹力方向向上，注意讨论洛伦兹力与重力的大小关系，然后即可确定其运动形式，注意洛伦兹力大小随着速度的大小是不断变化的．
【解答】解：当qvB=mg时，小环做匀速运动，此时图象为A，故A正确；
当qvB＞mg时，FN=qvB﹣mg，此时：μFN=ma，所以小环做加速度逐渐减小的减速运动，直到qvB=mg时，小环开始做匀速运动，故D图象正确，故D正确；
当qvB＜mg时，FN=mg﹣qvB此时：μFN=ma，所以小环做加速度逐渐增大的减速运动，直至停止，所以其v﹣t图象的斜率应该逐渐增大，故BC错误．
故选AD．
【点评】分析洛伦兹力要用动态思想进行分析，注意讨论各种情况，同时注意v﹣t图象斜率的物理应用，总之本题比较全面的考查了高中所学物理知识．
　
14．如图，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中．一接入电路电阻为R的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦．在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中（　　）

A．PQ中电流先增大后减小
B．PQ两端电压先减小后增大
C．PQ上拉力的功率先减小后增大
D．线框消耗的电功率先增大后减小
【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；电功、电功率．
【专题】电磁感应与电路结合．
【分析】本题可分段过程分析：当PQ从左端滑到ab中点的过程和从ab中点滑到右端的过程，抓住棒PQ产生的感应电动势不变．导体棒由靠近ab边向bc边匀速滑动的过程中，产生的感应电动势不变，外电路总电阻先增大后减小，由欧姆定律分析PQ中电流和PQ两端的电压如何变化；PQ上外力的功率等于电功率，由P=，分析功率的变化；
根据矩形线框总电阻与PQ电阻的关系，分析其功率如何变化．当矩形线框的总电阻等于PQ的电阻时，线框的功率最大．
【解答】解：A、导体棒由靠近ad边向bc边匀速滑动的过程中，产生的感应电动势E=BLv，保持不变，外电路总电阻先增大后减小，由欧姆定律分析得知PQ中的电流先减小后增大，故A错误．
B、PQ中电流先减小后增大，PQ两端电压为路端电压，由U=E﹣IR，可知PQ两端的电压先增大后减小．故B错误；
C、导体棒匀速运动，PQ上外力的功率等于回路的电功率，而回路的总电阻R先增大后减小，由P=，分析得知，PQ上拉力的功率先减小后增大．故C正确．
D、线框作为外电路，总电阻最大值为 R总==＜R，则导体棒PQ上的电阻始终大于线框的总电阻，当导体棒向右运动的过程中电路中的总电阻先增大后减小，根据闭合电路的功率的分配关系与外电阻的关系可知，当外电路的电阻值与电源的内电阻相等时外电路消耗的电功率最大，所以可得线框消耗的电功率先增大后减小．故D正确．
故选：CD
【点评】本题一要分析清楚线框总电阻如何变化，抓住PQ位于ad中点时线框总电阻最大，分析电压的变化和电流的变化；二要根据推论：外电阻等于电源的内阻时电源的输出功率最大，分析功率的变化．
　
三、填空与实验题：本题共2小题，共20分．将答案填在答题纸相应的位置上．
15．在研究电磁感应现象实验中，
（1）为了能明显地观察到实验现象，请在如图所示的实验器材中，选择必要的器材，在图中用实线连接成相应的实物电路图；
（2）将原线圈插人副线圈中，闭合电键，副线圈中感生电流与原线圈中电流的绕行方向　相反　（填“相同”或“相反”）；
（3）将原线圈拔出时，副线圈中的感生电流与 原线圈中电流的绕行方向　相同　（填“相同”或“相反”）．

【考点】研究电磁感应现象．
【专题】实验题．
【分析】（1）注意该实验中有两个回路，一是电源、电键、变阻器（上、下各连一个接线柱）、小螺线管串联成的回路，二是电流计与大螺线管串联成的回路，据此可正确解答．
（2）闭合电键时，正确判断副线圈中磁通量的变化情况，然后根据楞次定律判断感应电流方向，即可正确解答．
（3）同理判断原线圈拔出时，正确判断副线圈中磁通量的变化，则根据楞次定律即可解答．
【解答】解：（1）将电源、电键、变阻器（上、下各连一个接线柱）、小螺线管串联成一个回路，再将电流计与大螺线管串联成另一个回路，实物图如下：

（2）闭合电键瞬间，副线圈中磁通量增大，根据楞次定律可知，副线圈中的感应电流磁场阻碍其磁通量的增大，形成与原线圈中电流的绕行方向相反的感应电流．
故答案为：相反．
（3）同理将原线圈拔出时，副线圈中的磁通量减小，同理根据楞次定律可知副线圈中形成与原线圈中电流的绕行方向相同的感应电流．
故答案为：相同．
【点评】本题考查研究电磁感应现象及验证楞次定律的实验，对于该实验注意两个回路的不同．
　
16．某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律，实验装置如图所示，打点计时器的电源为50Hz的交流电．
（1）下列实验操作中，不正确的是　CD　．
A．将铜管竖直地固定在限位孔的正下方
B．纸带穿过限位孔，压在复写纸下面
C．用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落
D．在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源
（2）该同学按正确的步骤进行实验，将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，并对纸带的数据进行处理，由测量数据可知，磁铁运动速度逐渐增大，最后匀速下落，说明磁铁受到阻尼作用的变化情况是　逐渐增大到等于重力　．
（3）该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作，结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同，对比两次实验结果得到的结论是　磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用，磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用　．

【考点】楞次定律．
【分析】（1）小磁铁竖直下落，做的是直线运动，根据打点计时器的使用方法可以判断选项的结果；
（2）根据磁铁速度的变化情况可以得出变化的情况情况，分析速度变化的原因；
（3）塑料管不会产生电磁感应现象，与铜管中运动的情况对比明显．
【解答】解：（1）A、小磁铁竖直下落，穿过铜管，所以铜管要竖直地固定在限位孔的正下方，所以A正确；
B、纸带要穿过限位孔，并且压在复写纸下面，所以B正确；
C、手应该拉住纸带，而不是捏紧磁铁，所以C错误；
D、应该先接通打点计时器的电源，在让磁铁下落，所以D错误；
本题选错误的，故选：CD．
（2）根据题意，磁铁运动速度的变化情况是逐渐增大，之后匀速运动，说明磁铁受到的阻尼作用是逐渐增大，最后等于重力的大小．
（3）磁铁在塑料管中不会产生电磁感应现象，不受阻尼作用的影响，对比实验①和②可知，磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用．
故答案为：（1）CD；
（2）逐渐增大到等于重力；
（3）磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用，磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用．
【点评】本题是对纸带运动情况的考查，同时也考查的对电磁感应现象理解，根据纸带的运动情况分析电磁感应对运动情况的影响，抓住实验的本质即可分析本题．
　
四、计算题：本大题共3小题，共48分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后结果的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．
17．如图所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒，导体棒中通有大小为I、方向垂直纸面向里的电流，欲使导体棒静止在斜面上，可以施加方向垂直于导体棒的匀强磁场．求：
（1）若匀强磁场的方向在竖直方向，则磁场方向向上还是向下？磁感应强度为多大？
（2）若导体棒与斜面间无挤压，则施加的磁场方向如何？则磁感应强度为多大？
（3）沿什么方向施加匀强磁场可使磁感应强度最小？最小为多少？

【考点】共点力平衡的条件及其应用；安培力．
【分析】通电导线在磁场中的受到安培力作用，由公式F=BIL求出安培力大小，由左手定则来确定安培力的方向，然后结合共点力作用下物体的平衡条件即可正确解答．
【解答】解：（1）若匀强磁场的方向在竖直方向，根据左手定则可知，磁场的方向竖直向上，安培力的方向水平向右，
由 BIL=mg tanα，得
（2）若导体棒与斜面间无挤压，则安培力的方向向上，根据左手定则可知，施加的磁场方向方向水平向左
由BIL=mg 得 
（3）根据分力与合力之间的关系可知，安培力的方向沿斜面向上时，安培力最小，此时的磁感应强度最小，根据左手定则可知磁场的方向垂直斜面向上
由 BIL=mg sinα，得
答：（1）若匀强磁场的方向在竖直方向，则磁场方向向上，磁感应强度为；
（2）若导体棒与斜面间无挤压，则施加的磁场方向水平向左，则磁感应强度为；
（3）沿垂直斜面向上方向施加匀强磁场可使磁感应强度最小，最小为
【点评】学会区分左手定则与右手定则，前者是判定安培力的方向，而后者是判定感应电流的方向．
　
18．质谱仪是用来测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，如图所示，电容器两极板相距为d，两板间电压为U，极板间匀强磁场的磁感应强度为B1，方向垂直纸面向外．一束电荷电量相同、质量不同的带正电的粒子，沿电容器的中线平行于极板射入电容器，沿直线匀速穿过电容器后进入另一磁感应强度为B2的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外．结果分别打在感光片上的a、b两点，设a、b两点之间距离为△x，粒子所带电荷量为q，且不计重力，求：
（1）粒子进入磁场B2时的速度v的大小？
（2）打在a、b两点的粒子的质量之差△m？
（3）试比较这两种带电粒子在磁场B2中运动时间的大小关系，并说明理由？

【考点】质谱仪和回旋加速器的工作原理．
【分析】（1）电场力和洛伦兹力平衡，根据平衡条件列式求解速度；
（2）粒子入磁场B2后做匀速圆周运动，根据轨道半径之差，运用洛伦兹力提供向心力列式后联立求出粒子的质量差．
（3）根据圆周运动的周期公式，打在a处的粒子的运动时间t1大于打在b处的粒子的运动时间t2，即可求解．
【解答】解：（1）两极板间电场强度：E=
粒子在电容器中做直线运动，故qE=qvB1
解得
（2）带电粒子在匀强磁场B2中做匀速圆周运动，
则
打在a处的粒子的质量
打在b处的粒子的质量
又△x=2R1﹣2R2
联立得△m=m1﹣m2==
（3）打在a处的粒子的运动时间t1大于打在b处的粒子的运动时间t2；
因为，t=
由上式可解得m1＞m2；
故 t1＞t2；
答：（1）粒子进入磁场B2时的速度v的大小；
（2）打在a、b两点的粒子的质量之差；
（3）t1＞t2，理由如上所述．
【点评】解决本题的关键知道从速度选择器进入偏转磁场，速度相同．以及知道在偏转磁场中的半径与电荷的比荷有关；明确同位素的电量相同、质量不同，偏转的半径就不同．
　
19．如图所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ与水平面成θ=30°角放置，磁感应强度B=1.00T的匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨上端M与P间连接R=0.30Ω的电阻，长L=0.40m、电阻r=0.10Ω的金属棒ab与MP等宽紧贴在导轨上，现使金属棒ab由静止开始下滑，其下滑距离x与时间t的关系如下表所示，导轨电阻不计，g=10m/s2．求：
时间 t（s）
0
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
下滑距离x（m）
0
0.02
0.08
0.15
0.25
0.35
0.45
0.55
（1）在0～0.4s时间内，通过金属棒ab截面的电荷量；
（2）金属棒的质量；
（3）在0～0.7s时间内，金属棒ab上产生的焦耳热．

【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；焦耳定律．
【专题】电磁感应与电路结合．
【分析】（1）根据法拉第电磁感应定律，求出感应电动势的平均值，由电量与电流的关系式q=△t求解在0.4s时间内，通过金属棒ab截面的电荷量．
（2）根据数据确定匀速直线运动的位移和时间，从而求出匀速运动的速度，结合安培力的表达式，闭合电路欧姆定律与感应电动势的表达式，即可求解金属棒的质量；
（3）根据棒在下滑过程中，克服安培力做的功等于回路的焦耳热，由能量转化与守恒定律，即可求解在0.7s时间内，整个回路产生的热量．
【解答】解：（1）根据法拉第电磁感应定律得：
感应电动势的平均值 ==
感应电流的平均值 =
通过金属棒ab截面的电荷量 q=?△t=
由表中数据可知 x=0.25m
所以q==C=0.25C
（2）由表中数据可知，0.3s后棒作匀速运动的速度为：v==m/s=1m/s
由平衡条件得：mgsinθ﹣F=0；
安培力为：F=BIL；
由闭合电路欧姆定律得：I=；
感应电动势为：E=BLv；
联立得，m==kg=0.08kg；
（3）棒在下滑过程中，有重力和安培力做功，克服安培力做的功等于回路的焦耳热．则：
mgsin30°?x7﹣Q=﹣0
得：Q=mgsin30°?x7﹣=0.08×10×0.55×0.5﹣=0.18（J）
金属棒ab上产生的焦耳热 QR=Q=0.045J
答：
（1）在0～0.4s时间内，通过金属棒ab截面的电荷量为0.25C；
（2）金属棒的质量为0.08kg；
（3）在0～0.7s时间内，金属棒ab上产生的焦耳热为0.045J．
【点评】本题是电磁感应中的力平衡问题，关键在于推导感应电荷量的表达式和安培力的计算式．并能读懂表格反映的运动情况．