2018-2019学年物理（人教版）选修3-2试题：章末质量评估（一）

章末质量评估(一)
(时间：90分钟　分值：100分)
一、单项选择题(本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求)
1．如图所示，a、b是两个同平面、同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过圆环且与两环平面垂直，则穿过两圆环的磁通量Φa、Φb的大小关系为(　　)
A．Φa>Φb　　　　　 B．Φa<Φb
C．Φa＝Φb D．不能比较
解析：条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是：①磁铁内外磁感线的条数相同；②磁铁内外磁感线的方向相反；③磁铁外部磁感线的分布是两端密、中间疏．两个同心放置的同平面的金属圆环与磁铁垂直且磁铁在中央时，通过其中的磁感线的俯视图如图所示，穿过圆环的磁通量Φ＝Φ进－Φ出，由于两圆环面积SaΦb，故A正确．
答案：A
2．如图所示，一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上，细线从一水平金属圆环中穿过．现将环从位置Ⅰ释放，环经过磁铁到达位置Ⅱ.设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分别为FT1和FT2，重力加速度大小为g，则(　　)
A．FT1>mg，FT2>mg B．FT1C．FT1>mg，FT2mg
解析：当圆环经过磁铁上端时，磁通量增加，根据楞次定律可知磁铁要把圆环向上推，根据牛顿第三定律可知圆环要给磁铁一个向下的磁场力，因此有FT1>mg.当圆环经过磁铁下端时，磁通量减少，根据楞次定律可知磁铁要把圆环向上吸，根据牛顿第三定律可知圆环要给磁铁一个向下的磁场力，因此有FT2>mg，所以只有A正确．
答案：A
3．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物．下列相关的说法中正确的是(　　)
A．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作
B．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关
C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物
D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗
解析：直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故A错误；锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故B正确；锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，故C错误；电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制作，故D错误．
答案：B
4．如图所示，边长为l的正方形导体框匀速地从磁场左边穿过磁场运动到磁场右边，磁场的宽度为d，线框的速度为v.若l＜d，则线框中存在感应电流的时间为(　　)
A. B.
C. D.
解析：线框从开始进到完全进入，从开始出到完全出来的过程，线框中存在感应电流．所以线框中存在感应电流的时间t＝＋＝，故选项B正确．
答案：B
5.如图所示，闭合金属导线框放置在竖直向上的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度的大小随时间变化．下列说法正确的是(　　)
①当磁感应强度增大时，线框中的感应电流可能减小　②当磁感应强度增大时，线框中的感应电流一定增大　③当磁感应强度减小时，线框中的感应电流一定增大　④当磁感应强度减小时，线框中的感应电流可能不变
A．只有②④正确 B．只有①③正确
C．只有②③正确 D．只有①④正确
解析：I＝，而由法拉第电磁感应定律E＝n得E与B的增大还是减小无关，而与磁通量的变化率有关．
答案：D
6．物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”．如图，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环，闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起．某同学另找来器材再探究此实验．他连接好电路，经重复实验．线圈上的套环均未动．对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是(　　)
A．线圈接在了直流电源上
B．电源电压过高
C．所选线圈的匝数过多
D．所用套环的材料与老师的不同
解析：金属套环跳起的原因是开关S闭合时，套环上产生的感应电流与通电螺线管上的电流相互作用而引起的．线圈接在直流电源上，S闭合时，金属套环也会跳起．电压越高，线圈匝数越多，S闭合时，金属套环跳起越剧烈．若套环是非导体材料，则套环不会跳起．故选项A、B、C错误，选项D正确．
答案：D
7．铁路上使用一种电磁装置向控制中心传输信号以确定火车的位置．能产生匀强磁场的磁铁被安装在火车首节车厢下面，如图甲所示(俯视图)．当它经过安放在两铁轨间的线圈时，便会产生一电信号，被控制中心接收．当火车通过线圈时，若控制中心接收到的线圈两端的电压信号如图乙所示，则说明火车在做(　　)
　　　　图甲　　　　　　　图乙
A．匀速直线运动
B．匀加速直线运动
C．匀减速直线运动
D．加速度逐渐增大的变加速直线运动
答案：B
8．如图所示，闭合线圈abcd从高处自由下落一段时间后垂直于磁场方向进入一有界磁场．从ab边刚进入磁场到cd边刚进入磁场的这段时间内，下列说法正确的是(　　)
A．a端的电势高于b端
B．ab边所受安培力方向为水平向左
C．线圈可能一直做匀速运动
D．线圈可能一直做匀加速直线运动
解析：此过程中ab边始终切割磁感线，ab边为电源，由右手定则可知电流为逆时针方向，由a流向b，电源内部电流从低电势流向高电势，故a端的电势低于b端，选项A错误；由左手定则可知ab边所受安培力方向竖直向上，选项B错误；如果刚进入磁场时安培力等于重力，则一直匀速进入，如果安培力不等于重力，则mg－＝ma，做变加速运动，选项C正确，D错误．
答案：C
9．在如图所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，E为电源，S为开关．关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序，下列说法正确的是(　　)
A．合上开关，a先亮，b逐渐变亮；断开开关，a、b同时熄灭
B．合上开关，b先亮，a逐渐变亮；断开开关，a先熄灭，b后熄灭
C．合上开关，b先亮，a逐渐变亮；断开开关，a、b同时熄灭
D．合上开关，a、b同时亮；断开开关，b先熄灭，a后熄灭
解析：合上开关S后，电流由零突然变大，电感线圈产生较大的感应电动势，阻碍电流的增大，故Ib>Ia，随电流逐渐增大至稳定过程，电感的阻碍作用越来越小，故合上开关，b先亮，a逐渐变亮；开关S断开后，由于电感L产生自感电动势，灯a、b回路中电流要延迟一段时间再熄灭，且同时熄灭，故选C.
答案：C
10.如图所示，一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方，直导线与圆环在同一竖直面内，当通电直导线中电流增大时，弹性圆环的面积S和橡皮绳的长度l将(　　)
A．S增大，l变长 B．S减小，l变短
C．S增大，l变短 D．S减小，l变长
解析：当通电直导线中电流增大时，穿过金属圆环的磁通量增大，金属圆环中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流要阻碍磁通量的增大：一是用缩小面积的方式进行阻碍；二是用远离直导线的方法进行阻碍，故D正确．
答案：D
二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分．在每小题给出的四个选项中有多项符合题目要求，全部选对得6分，漏选得3分，错选或不选得0分)
11．为了研究磁通量变化时感应电流的方向，先通过右图确定电流通过检流计时指针的偏转方向．实验过程中，竖直放置的线圈固定不动，将条形磁铁从线圈上方插入或拔出，线圈和检流计构成的闭合回路中就会产生感应电流．下列各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈运动的方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中下列正确的是(　　)
A　　　　　　　B
C　　　　　　　D
解析：选项A中条形磁铁向下插入线圈中时，向下穿过线圈的磁通量逐渐增大，所以感应电流产生的磁场方向向上，根据安培定则可知，选项A错误，同理可知，选项B错误，选项C、D正确．
答案：CD
12.如图所示，先后以速度v1和v2匀速把一矩形线圈水平拉出有界匀强磁场区域，v1＝2v2，则在先后两种情况下(　　)
A．线圈中的感应电动势之比为E1∶E2＝2∶1
B．线圈中的感应电流之比为I1∶I2＝1∶2
C．线圈中产生的焦耳热之比Q1∶Q2＝1∶4
D．通过线圈某截面的电荷量之比q1∶q2＝1∶1
解析：根据E＝Blv∝v以及v1＝2v2，可知，选项A正确；因为I＝∝E，所以I1∶I2＝2∶1，选项B错误；线圈中产生的焦耳热Q＝I2Rt＝t＝·＝∝v，所以Q1∶Q2＝2∶1，选项C错误；根据q＝It＝·t＝或者q＝It＝·t＝·＝＝，可见，选项D正确．
答案：AD
13．单匝线圈所围的面积为0.1 m2，线圈电阻为1 Ω.规定线圈中感应电流I的正方向从上往下看是顺时针方向，如图甲所示．磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示．则以下说法正确的是(　　)
　 图甲　　　　　　　图乙　　　
A．在时间0～5 s内，I的最大值为0.01 A
B．在第4 s时刻，I的方向为逆时针
C．前2 s内，通过线圈某截面的总电荷量为0.01 C
D．第3 s内，线圈的发热功率最大
解析：E＝n＝n·S，由题图乙知，在0～5 s内，0时刻最大，此时E＝0.01 V，所以I＝＝0.01 A，A正确；在第4 s时刻，B处于减少过程中，由楞次定律得I的方向为逆时针，B正确；前2 s内，q＝I·Δt＝·Δt＝Δt＝n＝0.01 C，C正确；第3 s内，B不变，I＝0，D错误．
答案：ABC
14．如图所示，光滑的水平地面上方有两个磁感应强度大小均为B、方向相反的垂直于纸面的水平匀强磁场，PQ为两个磁场的边界，磁场范围足够大．一个位于纸面内的半径为a、质量为m、电阻为R的金属圆环沿垂直于磁场方向的速度v从如图所示的位置开始运动，当圆环运动到其直径刚好与边界线PQ重合时，圆环的速度为，则下列说法正确的是(　　)
A．此时圆环中的电功率为
B．此时圆环的加速度为
C．此过程中通过圆环截面的电荷量为
D．此过程中回路产生的电能为0.75mv2
解析：感应电动势E＝2·B·2a·＝2Bav，感应电流I＝＝，此时圆环中的电功率P＝I2R＝R＝，安培力F＝2B·2aI＝4BaI＝，此过程中通过圆环截面的电荷量q＝I·Δt＝·Δt＝＝，此过程中产生的电能E电＝mv2－m＝mv2.综上可知，选项A、C正确．
答案：AC
三、实验题(10分)
15．在研究电磁感应现象的实验中，所需的实验器材如图所示．现已用导线连接了部分实验电路．
(1)请画实线作为导线从箭头1和2处连接其余部分电路．
(2)实验时，将线圈L1插入线圈L2中，闭合开关的瞬间，观察到检流计的指针发生偏转，这个现象揭示的规律是_______________．
(3)某同学设想使线圈L1中电流逆时针(俯视)流动，线圈L2中电流顺时针(俯视)流动，可行的实验操作是________．
A．抽出线圈L1 B．插入软铁棒
C．使变阻器滑片P左移 D．断开开关
解析：(1)将箭头1、线圈L1、箭头2依次连接起来组成闭合回路。线圈L2与检流计连接起来组成闭合回路．(2)闭合开关的瞬间，流过线圈L1的电流瞬间增大，产生的磁感应强度增大，穿过线圈L2的磁通量增大，线圈L2中产生感应电动势，有感应电流流过检流计；该实验表明“穿过闭合电路中的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流”．(3)要使两线圈中的电流方向相反，只需使线圈L1产生的磁通量逐渐增大，可行的方法有插入软铁棒或增大线圈L1中的电流(即使变阻器滑片P左移)，选项B、C正确．
答案：(1)如图所示．
(2)穿过闭合电路中的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流
(3)BC
四、计算题(本题共3小题，共36分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)
16．(10分)如图所示，边长为L的正方形金属框，质量为m，电阻为R，用细线把它悬挂于一个有界的匀强磁场边缘，金属框的上半部处于磁场内，下半部处于磁场外，磁场随时间变化规律为B＝kt(k＞0)，已知细线所能承受的最大拉力为2mg，求从t＝0开始，经过多长时间细线会被拉断．
解析：由题意知＝k.
根据法拉第电磁感应定律知E＝·S＝k·.①
当绳刚要断开时：mg＝F安＝BIL，②
I＝＝，③
B＝kt.④
联立②③④解得：t＝.
17．(12分)均匀导线制成的单匝正方形闭合线框abcd，每边长为L，总电阻为R，总质量为m.将其置于磁感应强度为B的水平匀强磁场上方h处，如图所示．线框由静止自由下落，线框平面保持在竖直平面内，且cd边始终与水平的磁场边界平行．当cd边刚进入磁场时，
(1)求线框中产生的感应电动势大小；
(2)求cd两点间的电势差大小；
(3)若此时线框加速度恰好为零，求线框下落的高度h.
解析：(1)cd边刚进入磁场时，线框速度：v＝
线框中产生的感应电动势E＝BLv＝BL
(2)此时线框中的电流I＝
cd切割磁感线相当于电源，cd两点间的电势差即路端电压：
U＝I·R＝BL
(3)安培力：F安＝BIL＝
根据牛顿第二定律：mg－F安＝ma，
由a＝0，解得下落高度h＝.
18．(14分)如图甲所示，MN、PQ是间距l为0.5 m的足够长的平行导轨，NQ⊥MN，导轨的电阻均不计．导轨平面与水平面间的夹角θ为37°，NQ间连接有一个R为4 Ω的电阻．有一匀强磁场垂直于导轨平面且方向向上，磁感应强度B0为1 T．将一根质量m为0.05 kg的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上，且与导轨接触良好．现由静止释放金属棒，当金属棒滑行至cd处时达到稳定速度，已知在此过程中通过金属棒截面的电荷量q为0.2 C，且金属棒的加速度a与速度v的关系如图乙所示，设金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行．求：
(1)金属棒与导轨间的动摩擦因数μ；
(2)cd离NQ的距离x；
(3)金属棒滑行至cd处的过程中，电阻R上产生的热量．
(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.g取10 m/s2)
图甲　　　　　　　图乙　　　　　　　
解析：(1)当v＝0时，a＝2 m/s2，
mgsin θ－μmgcos θ＝ma，μ＝0.5.
(2)由图象可知vmax＝2 m/s时，金属棒速度稳定，当金属棒达到稳定速度时，有安培力F＝B0Il，
E＝B0lvmax，I＝，
mgsin θ＝F＋μmgcos θ，
解得r＝1 Ω.
q＝IΔt＝Δt＝＝，
解得x＝2 m.
(3)根据动能定理有
mgh－μmgxcos 37°－WF＝mv2－0，
WF＝Q总＝0.1 J，
则电阻R上产生的热量QR＝Q总＝0.08 J.