沪科版物理选修3-2第1章测评B（word版含答案解析）

第1章测评B

一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一个选项符合题目要求,第6~8题有多个选项符合题目要求。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有错选的得0分)
1.在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是(　　)
A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,然后观察电流表的变化
B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,然后观察电流表的变化
C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接,往线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表的变化
D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表的变化
2.

英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发感生电场。如图所示,一个半径为r的绝缘细圆环水平放置,环内存在竖直向上的匀强磁场B,环上套一带电荷量为+q的小球。已知磁感应强度B随时间均匀增加,其变化率为k,若小球在环上运动一周,则感生电场对小球的作用力所做功的大小是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.0 B.12r2qk
C.2πr2qk D.πr2qk
3.很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放,形成一很长的竖直圆筒。一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置,其下端与圆筒上端开口平齐。让条形磁铁从静止开始下落。条形磁铁在圆筒中的运动速率(　　)
A.均匀增大
B.先增大,后减小
C.逐渐增大,趋于不变
D.先增大,再减小,最后不变
4.如图所示,上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置,小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放,并落至底部,则小磁块(　　)

A.在P和Q中都做自由落体运动
B.在两个下落过程中的机械能都守恒
C.在P中的下落时间比在Q中的长
D.落至底部时在P中的速度比在Q中的大
5.

如图所示,一正方形线圈的匝数为n,边长为a,线圈平面与匀强磁场垂直,且一半处在磁场中。在Δt时间内,磁感应强度的方向不变,大小由B均匀地增大到2B。在此过程中,线圈中产生的感应电动势为(　　)
A.Ba22Δt B.nBa22Δt
C.nBa2Δt D.2nBa2Δt
6.

如图所示,匀强磁场垂直于软导线回路平面,由于磁场发生变化,回路变为圆形。则磁场(　　)
A.逐渐增强,方向向外
B.逐渐增强,方向向里
C.逐渐减弱,方向向外
D.逐渐减弱,方向向里
7.如图所示,一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内,通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定,导体棒与轨道垂直且接触良好,在向右匀速通过M、N两区的过程中,导体棒所受安培力分别用FM、FN表示。不计轨道电阻。以下叙述正确的是(　　)

A.FM向右 B.FN向左
C.FM逐渐增大 D.FN逐渐减小
8.如图所示,在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源,过了几分钟,杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间,下列措施可行的有(　　)

A.增加线圈的匝数
B.提高交流电源的频率
C.将金属杯换为瓷杯
D.取走线圈中的铁心
二、填空题(本题共2小题,共16分。把答案填在题中的横线上)
9.(8分)(1)图示为研究电磁感应现象的实验所需要的仪器,请你根据实验原理,用实线完成实验电路图的连接。

(2)将实验电路连接好以后,在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下,某同学发现当他将滑动变阻器的滑片P向左滑动时,灵敏电流表的指针向右偏转,则下列说法正确的是　　　　　。?
A.线圈A向上移动或滑动变阻器的滑片P向右加速滑动,都能引起灵敏电流表的指针向左偏转
B.线圈A中铁心向上拔出或断开开关,都能引起灵敏电流表的指针向右偏转
C.滑动变阻器的滑片P匀速向左或匀速向右滑动,都能使灵敏电流表的指针静止在中央
D.因为线圈A、线圈B的绕线方向未知,故无法判断灵敏电流表的指针偏转的方向
10.(8分)如图所示,足够长平行金属导轨倾斜放置,倾斜角为37°,宽度为0.5 m,电阻忽略不计,其上端接一小灯泡,电阻为1 Ω。一导体棒MN垂直于导轨放置,质量为0.2 kg,接入电路的电阻为1 Ω,两端与导轨接触良好,与导轨间的动摩擦因数为0.5。在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为0.8 T。将导体棒MN由静止释放,运动一段时间后,小灯泡稳定发光,此后导体棒MN的运动速度是　　　　　,小灯泡消耗的电功率为　　　　　(重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6)。?

三、计算题(本题共3小题,共36分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
11.(10分)如图所示,匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd,线圈平面与磁场垂直。已知线圈的匝数N=100,边长ab=1.0 m,bc=0.5 m,电阻r=2 Ω。磁感应强度B在0~1 s内从零均匀变化到0.2 T。在1~5 s内从0.2 T均匀变化到-0.2 T,取垂直纸面向里为磁场的正方向。求:

(1)0.5 s时线圈内感应电动势的大小E和感应电流的方向;
(2)在1~5 s内通过线圈的电荷量q;
(3)在0~5 s内线圈产生的焦耳热Q。




12.(12分)某同学设计一个发电测速装置,工作原理如图所示。一个半径为R=0.1 m的圆形金属导轨固定在竖直平面上,一根长为R的金属棒OA,A端与导轨接触良好,O端固定在圆心处的转轴上。转轴的左端有一个半径为r=R3的圆盘,圆盘和金属棒能随转轴一起转动。圆盘上绕有不可伸长的细线,下端挂着一个质量为m=0.5 kg的铝块。在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T。a点与导轨相连,b点通过电刷与O端相连。测量a、b两点间的电势差U可算得铝块速度。铝块由静止释放,下落h=0.3 m时,测得U=0.15 V。(细线与圆盘间没有滑动,金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计,重力加速度g取10 m/s2)

(1)测U时,与a点相接的是电压表的“正极”还是“负极”?
(2)求此时铝块的速度大小;
(3)求此下落过程中铝块机械能的损失。






13.(14分)如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ=30°的斜面上,导轨电阻不计,间距L=0.4 m。导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ,两区域的边界与斜面的交线为MN,Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下,Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁场感应度大小均为B=0.5 T。在区域Ⅰ中,将质量m1=0.1 kg,电阻R1=0.1 Ω的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑。然后,在区域Ⅱ中将质量m2=0.4 kg,电阻R2=0.1 Ω的光滑导体棒cd置于导轨上,由静止开始下滑。cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中,ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触,取g=10 m/s2,问

(1)cd下滑的过程中,ab中的电流方向;
(2)ab刚要向上滑动时,cd的速度v多大;
(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,cd滑动的距离x=3.8 m,此过程中ab上产生的热量Q是多少?




第1章测评B

一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一个选项符合题目要求,第6~8题有多个选项符合题目要求。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有错选的得0分)
1.在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是(　　)
A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,然后观察电流表的变化
B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,然后观察电流表的变化
C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接,往线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表的变化
D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表的变化
解析:A、B选项都不会使电路中的磁通量发生变化,不满足产生感应电流的条件,故不正确;C选项虽然在插入条形磁铁瞬间电路中的磁通量发生变化,但是当人到相邻房间时,电路已达到稳定状态,电路中的磁通量不再发生变化,故观察不到感应电流。在给线圈通电、断电瞬间,会引起闭合电路磁通量的变化,产生感应电流,因此选项D正确。
答案:D
2.

英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发感生电场。如图所示,一个半径为r的绝缘细圆环水平放置,环内存在竖直向上的匀强磁场B,环上套一带电荷量为+q的小球。已知磁感应强度B随时间均匀增加,其变化率为k,若小球在环上运动一周,则感生电场对小球的作用力所做功的大小是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.0 B.12r2qk
C.2πr2qk D.πr2qk
解析:由法拉第电磁感应定律可知,沿圆环一周的感生电动势E感=ΔΦΔt=ΔBΔt·S=k·πr2,电荷环绕一周,受环形电场的加速作用,应用动能定理可得W=qE感=πr2qk。选项D正确。
答案:D
3.很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放,形成一很长的竖直圆筒。一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置,其下端与圆筒上端开口平齐。让条形磁铁从静止开始下落。条形磁铁在圆筒中的运动速率(　　)
A.均匀增大
B.先增大,后减小
C.逐渐增大,趋于不变
D.先增大,再减小,最后不变
解析:竖直圆筒相当于闭合电路,磁铁穿过闭合电路,产生感应电流,根据楞次定律,磁铁受到向上的阻碍磁铁运动的安培力,开始时磁铁的速度小,产生的感应电流也小,安培力也小,磁铁加速运动,随着速度的增大,产生的感应电流增大,安培力也增大,直到安培力等于重力的时候,磁铁匀速运动。所以C正确。
答案:C
4.如图所示,上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置,小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放,并落至底部,则小磁块(　　)

A.在P和Q中都做自由落体运动
B.在两个下落过程中的机械能都守恒
C.在P中的下落时间比在Q中的长
D.落至底部时在P中的速度比在Q中的大
解析:磁块在铜管中运动时,铜管中产生感应电流,根据楞次定律,磁块会受到向上的磁场力,因此磁块下落的加速度小于重力加速度,且机械能不守恒,选项A、B错误;磁块在塑料管中运动时,只受重力的作用,做自由落体运动,机械能守恒,磁块落至底部时,根据直线运动规律和功能关系,磁块在P中的下落时间比在Q中的长,落至底部时在P中的速度比在Q中的小,选项C正确,选项D错误。
答案:C
5.

如图所示,一正方形线圈的匝数为n,边长为a,线圈平面与匀强磁场垂直,且一半处在磁场中。在Δt时间内,磁感应强度的方向不变,大小由B均匀地增大到2B。在此过程中,线圈中产生的感应电动势为(　　)
A.Ba22Δt B.nBa22Δt
C.nBa2Δt D.2nBa2Δt
解析:根据法拉第电磁感应定律知E=nΔΦΔt=nΔB·SΔt,这里的S指的是线圈在磁场中的有效面积,即S=a22,故E=n(2B-B)SΔt=nBa22Δt,因此B项正确。
答案:B
6.

如图所示,匀强磁场垂直于软导线回路平面,由于磁场发生变化,回路变为圆形。则磁场(　　)
A.逐渐增强,方向向外
B.逐渐增强,方向向里
C.逐渐减弱,方向向外
D.逐渐减弱,方向向里
解析:回路变为圆形,面积是增加了,说明磁场是在逐渐减弱。因不知回路中电流方向,故无法判定磁场方向,故选项C、D都有可能。
答案:CD
7.如图所示,一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内,通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定,导体棒与轨道垂直且接触良好,在向右匀速通过M、N两区的过程中,导体棒所受安培力分别用FM、FN表示。不计轨道电阻。以下叙述正确的是(　　)

A.FM向右 B.FN向左
C.FM逐渐增大 D.FN逐渐减小
解析:根据安培定则可判断出,通电导线在M区产生竖直向上的磁场,在N区产生竖直向下的磁场。当导体棒匀速通过M区时,由楞次定律可知导体棒受到的安培力向左,选项A错误。当导体棒匀速通过N区时,由楞次定律可知导体棒受到的安培力也向左,选项B正确。设导体棒的电阻为r,轨道的宽度为L,导体棒产生的感应电流为I',则导体棒受到的安培力F安=BI'L=BBLvR+rL=B2L2vR+r,在导体棒从左到右匀速通过M区时,磁场由弱到强,所以FM逐渐增大;在导体棒从左到右匀速通过N区时,磁场由强到弱,所以FN逐渐减小。选项C、D正确。
答案:BCD
8.如图所示,在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源,过了几分钟,杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间,下列措施可行的有(　　)

A.增加线圈的匝数
B.提高交流电源的频率
C.将金属杯换为瓷杯
D.取走线圈中的铁心
解析:根据法拉第电磁感应定律E=nΔΦΔt知,增加线圈的匝数n,提高交流电源的频率即缩短交流电源的周期(相当于减小Δt),这两种方法都能使感应电动势增大,选项A、B正确。将金属杯换为瓷杯,则没有闭合电路,也就没有感应电流;取走线圈中的铁心,则使线圈中的磁场大大减弱,则磁通量的变化率减小。感应电动势减小。选项C、D错误。
答案:AB
二、填空题(本题共2小题,共16分。把答案填在题中的横线上)
9.(8分)(1)图示为研究电磁感应现象的实验所需要的仪器,请你根据实验原理,用实线完成实验电路图的连接。

(2)将实验电路连接好以后,在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下,某同学发现当他将滑动变阻器的滑片P向左滑动时,灵敏电流表的指针向右偏转,则下列说法正确的是　　　　　。?
A.线圈A向上移动或滑动变阻器的滑片P向右加速滑动,都能引起灵敏电流表的指针向左偏转
B.线圈A中铁心向上拔出或断开开关,都能引起灵敏电流表的指针向右偏转
C.滑动变阻器的滑片P匀速向左或匀速向右滑动,都能使灵敏电流表的指针静止在中央
D.因为线圈A、线圈B的绕线方向未知,故无法判断灵敏电流表的指针偏转的方向
答案:(1)电路图如图所示

(2)B
10.(8分)如图所示,足够长平行金属导轨倾斜放置,倾斜角为37°,宽度为0.5 m,电阻忽略不计,其上端接一小灯泡,电阻为1 Ω。一导体棒MN垂直于导轨放置,质量为0.2 kg,接入电路的电阻为1 Ω,两端与导轨接触良好,与导轨间的动摩擦因数为0.5。在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为0.8 T。将导体棒MN由静止释放,运动一段时间后,小灯泡稳定发光,此后导体棒MN的运动速度是　　　　　,小灯泡消耗的电功率为　　　　　(重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6)。?

解析:导体棒MN匀速下滑时受力如图所示,由平衡条件可得F安+μmgcos θ=mgsin θ,所以F安=mg(sin θ-μcos θ)=0.4 N,由F安=BIL得I=F安BL=1 A,所以E=I(R灯+RMN)=2 V,导体棒的运动速度v=EBL=5 m/s,小灯泡消耗的电功率为P灯=I2R灯=1 W。

答案:5 m/s　1 W
三、计算题(本题共3小题,共36分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
11.(10分)如图所示,匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd,线圈平面与磁场垂直。已知线圈的匝数N=100,边长ab=1.0 m,bc=0.5 m,电阻r=2 Ω。磁感应强度B在0~1 s内从零均匀变化到0.2 T。在1~5 s内从0.2 T均匀变化到-0.2 T,取垂直纸面向里为磁场的正方向。求:

(1)0.5 s时线圈内感应电动势的大小E和感应电流的方向;
(2)在1~5 s内通过线圈的电荷量q;
(3)在0~5 s内线圈产生的焦耳热Q。
解析:(1)感应电动势E1=NΔΦ1Δt1,磁通量的变化ΔΦ1=ΔB1S
解得E1=NΔB1SΔt1
代入数据得E1=10 V
感应电流的方向为a→d→c→b→a
(2)同理可得E2=NΔB2SΔt2
感应电流I2=E2r
电荷量q=I2Δt2
解得q=NΔB2Sr
代入数据得q=10 C
(3)0~1 s内的焦耳热Q1=I12rΔt1
且I1=E1r
1~5 s内的焦耳热Q2=I22rΔt2
由Q=Q1+Q2,代入数据得Q=100 J
答案:(1)10 V　a→d→c→b→a　(2)10 C　(3)100 J
12.(12分)某同学设计一个发电测速装置,工作原理如图所示。一个半径为R=0.1 m的圆形金属导轨固定在竖直平面上,一根长为R的金属棒OA,A端与导轨接触良好,O端固定在圆心处的转轴上。转轴的左端有一个半径为r=R3的圆盘,圆盘和金属棒能随转轴一起转动。圆盘上绕有不可伸长的细线,下端挂着一个质量为m=0.5 kg的铝块。在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T。a点与导轨相连,b点通过电刷与O端相连。测量a、b两点间的电势差U可算得铝块速度。铝块由静止释放,下落h=0.3 m时,测得U=0.15 V。(细线与圆盘间没有滑动,金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计,重力加速度g取10 m/s2)

(1)测U时,与a点相接的是电压表的“正极”还是“负极”?
(2)求此时铝块的速度大小;
(3)求此下落过程中铝块机械能的损失。
解析:(1)由右手定则知,金属棒电流背离圆心,圆周为正极,故与a点相接的是电压表的正极。
(2)由电磁感应定律得U=E=ΔΦΔt
ΔΦ=12BR2Δθ　U=12BωR2
v=rω=13ωR
所以v=2U3BR=2 m/s
(3)ΔE=mgh-12mv2
ΔE=0.5 J
答案:(1)正极　(2)2 m/s　(3)0.5 J
13.(14分)如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ=30°的斜面上,导轨电阻不计,间距L=0.4 m。导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ,两区域的边界与斜面的交线为MN,Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下,Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁场感应度大小均为B=0.5 T。在区域Ⅰ中,将质量m1=0.1 kg,电阻R1=0.1 Ω的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑。然后,在区域Ⅱ中将质量m2=0.4 kg,电阻R2=0.1 Ω的光滑导体棒cd置于导轨上,由静止开始下滑。cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中,ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触,取g=10 m/s2,问

(1)cd下滑的过程中,ab中的电流方向;
(2)ab刚要向上滑动时,cd的速度v多大;
(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,cd滑动的距离x=3.8 m,此过程中ab上产生的热量Q是多少?
解析:(1)由右手定则可以直接判断出电流是由a流向b。
(2)开始放置ab刚好不下滑时,ab所受摩擦力为最大静摩擦力,设其为fmax,有fmax=m1gsin θ①
设ab刚好要上滑时,cd棒的感应电动势为E,由法拉第电磁感应定律有E=BLv②
设电路中的感应电流为I,
由闭合电路欧姆定律有I=ER1+R2③
设ab所受安培力为F安,有F安=ILB④
此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下,由平衡条件有F安=m1gsin θ+fmax⑤
综合①②③④⑤式,代入数据解得v=5 m/s⑥
(3)设cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为Q总,由能量守恒有m2gxsin θ=Q总+12m2v2⑦
又Q=R1R1+R2Q总⑧
解得Q=1.3 J
答案:(1)由a流向b　(2)5 m/s　(3)1.3 J