-1106805339725此卷只装订不密封
班级 姓名 准考证号 考场号 座位号
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2020-2021学年度高中物理单元双基精品试卷
选修3-2第四单元电磁感应(A)
注意事项:
1.答题前,先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上,并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2.选择题的作答:每小题选出答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑,写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3.非选择题的作答:用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4.考试结束后,请将本试题卷和答题卡一并上交。
一、选择题(本大题共10小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,第1~6题只有一项是符合题目要求,第7~10题有多项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.如图所示的实验示意图中,用于探究“磁生电”的是( )
2.宇航员登月后想探测一下月球表面是否有磁场,他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈,则下列推断正确的是( )
A.直接将电流表放于月球表面,看是否有示数来判断磁场有无
B.将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈沿某一方向运动,如果电流表无示数,则判断月球表面无磁场
C.将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈沿某一方向运动,如果电流表有示数,则可判断月球表面有磁场
D.将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈在某个平面内沿各个方向运动,如电流表无示数,则可判断月球表面无磁场
3.物理课上,老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图所示,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,经重复试验,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
4.如图所示,在一固定水平放置的闭合导体圆环正上方,有一条形磁铁从静止开始下落,下落过程中始终保持竖直方向,起始高度为h,最后落在水平地面上。若不计空气阻力,重力加速度大小为g,下列说法中正确的是( )
A.磁铁在整个下落过程中,圆环中的感应电流方向始终为顺时针方向(俯视圆环)
B.磁铁在整个下落过程中,圆环受到它的作用力总是竖直向下的
C.磁铁在整个下落过程中,它的机械能不变
D.磁铁落地时的速率一定等于
5.演示自感现象的电路如图所示,L为电感线圈。闭合开关S,电路稳定时,两只完全相同的灯泡A1、A2亮度相同,下列说法正确的是( )
A.闭合开关S时,A1、A2同时变亮
B.若断开开关,通过A2的电流从左向右
C.L的直流电阻与R的阻值相同
D.若断开开关,A1逐渐变暗,A2闪亮一下再逐渐变暗
6.无线充电技术已经广泛应用于日常生活中,如图甲为电动汽车无线充电原理图,M为受电线圈,N为送电线圈。图乙为受电线圈M的示意图,线圈匝数为n、横截面积为S,a、b两端连接车载变流装置,某段Δt时间内线圈N产生的磁场平行于圆轴线向上穿过线圈M。下列说法正确是( )
A.当线圈M中磁感应强度B不变时,能为电动汽车充电
B.当线圈N接入恒定电流时,线圈M两端产生恒定电压
C.当线圈M中的磁感应强度B增加时,线圈M两端产生电压可能变大
D.若这段Δt时间内线圈M中磁感应强度大小均匀增加ΔB,则M中产生的电动势为
7.关于涡流,下列说法中正确是( )
A.真空冶炼炉是利用通电导线的发热来熔化金属的装置
B.家用电磁炉锅体中的涡流是由交变磁场产生的
C.阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动
D.变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流
8.一个圆形闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,如图甲所示。设垂直于纸面向里的磁感应强度方向为正,垂直于纸面向外的磁感应强度方向为负。线圈中顺时针方向的感应电流为正,逆时针方向的感应电流为负。已知圆形线圈中感应电流i随时间变化的图象如图乙所示,则线圈所在处的磁场的磁感应强度随时间变化的图象可能是( )
9.如图所示,线圈C连接光滑平行导轨,导轨处在方向垂直纸面向里的匀强磁场中,导轨电阻不计,导轨上放着导体棒MN。为了使闭合线圈A产生图示方向的感应电流,可使导体棒MN( )
A.向右加速运动
B.向右减速运动
C.向左加速运动
D.向左减速运动
10.如图甲所示为固定在匀强磁场中的正三角形导线框abc,磁场的方向与导线框所在平面垂直,磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示。规定垂直纸面向里为磁场的正方向,逆时针方向为线框中感应电流的正方向,水平向左为安培力的正方向,关于线框中的电流I与ab边所受的安培力F随时间t变化的图象(不考虑2 s末和4 s末线框中的电流及ab边的受力情况),下列选项正确的是( )
二、非选择题(本题共6小题,共60分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
11.(6分)如图组装的实验器材,可以探究电磁感应现象,发现电磁感应的条件。当闭合开关S时,可发现电流表指针向右偏转一下后,又回到中央位置。现在通电状态下继续实验。
(1)把原线圈A抽出副线圈B的过程中,电流表的指针将___________;(填“向左偏转”或“向右偏转”或“指零刻线”)
(2)把原线圈插入副线圈后静止,电流表的指针将___________;(填“向左偏转”或“向右偏转”或“指零刻线”)
(3)原、副线圈保持不动,把变阻器滑动片P向右移动过程中,电流表的指针将___________。(填“向左偏转”或“向右偏转”或“指零刻线”)
12.(6分)如图甲所示是某同学研究自感现象的实验电路图,并用电流传感器显示出在t=1×10-3 s时断开开关前后一段时间内各时刻通过线圈L的电流(如图乙)。已知电源电动势E=6 V,内阻不计,灯泡R1的阻值为6 Ω,电阻R的阻值为2 Ω。
(1)线圈的直流电阻为________Ω。
(2)开关断开时,该同学观察到的现象为:_______________。
13.(8分)将一根阻值R=0.8 Ω的导线弯成一个n=10匝圆形线圈,放置在磁感应强度B=0.2 T的匀强磁场中,线圈平面与磁场垂直,如图甲所示,此时线圈的面积S=0.4 m2,现同时向两侧拉动线圈,使线圈的面积在Δt=0.5 s时间内减小为原来的一半,如图乙所示。在上述变化过程中,求:
(1)线圈中感应电流的方向及感应电动势的平均值E;
(2)通过导线横截面的电荷量q。
14.(10分)如图所示,在水平面内固定着两根平行且足够长的光滑金属导轨,导轨间距L=2 m,在虚线ab右侧存在垂直导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度B=1 T,在导轨左端连接一个额定电压为3 V的小灯泡(小灯泡电阻不变)。一根电阻为1.5 Ω、长度也为L的金属棒在外力F的作用下以3 m/s的速度进入磁场并匀速运动,小灯泡随即保持正常发光,金属棒与导轨始终保持良好接触,不计空气阻力。求:
(1)小灯泡的额定功率P;
(2)外力F的大小。
15.(14分)如图所示,有一夹角为θ的金属角架,角架所围区域内存在匀强磁场,磁场的磁感强度为B,方向与角架所在平面垂直,一段直导线ab,从顶角c贴着角架以速度v向右匀速运动。求:
(1)t时刻角架的瞬时感应电动势;
(2)t时间内角架的平均感应电动势。
16.(16分)如图所示,在竖直平面内有一个“日”字形线框,线框总质量为m,每条短边长度均为l。线框横边的电阻均为r,竖直边的电阻不计。在线框的下部有一个垂直“日”字平面方向向里的磁感应强度为B的匀强磁场,磁场的高度也为l。让线框自空中一定高处自由落下,当线框下边刚进入磁场时立即做匀速运动。重力加速度为g。求:
(1)“日”字形线框做匀速运动的速度v的大小;
(2)“日”字形线框从开始下落起,至线框上边离开磁场的过程中所经历的时间t。
物 理(A)答 案
一、选择题(本大题共10小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,第1~6题只有一项是符合题目要求,第7~10题有多项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.【答案】A
【解析】法拉第最后才领悟到,磁生电是一种在变化、运动过程中才能产生的效应。最后他将引起电流的原因归为五类:变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。
2.【答案】C
【解析】电流表有示数时可判断有磁场存在,沿某方向运动而无示数不能确定磁场是否存在,C正确。
3.【答案】D
【解析】当闭合S瞬间,线圈L内产生的磁场B及磁通量的变化率ΔΦΔt随电压及线圈匝数增加而增大,如果套环是金属材料又闭合,由楞次定律可知,环内会产生感应电流I及磁场B',环会受到向上的安培力F,当F>mg时,环跳起,ΔΦΔt越大,环电阻越小,F越大。如果环越轻,跳起效果越好,所以B、C错误;如果套环换用电阻大、密度大的材料,I减小、F减小,mg增大,套环可能无法跳起,D正确;如果使用交变电流,S闭合后,套环受到的安培力大小及方向(上下)周期性变化,S闭合瞬间,F大小、方向都不确定,直流电效果会更好,A错误。
4.【答案】B
【解析】当条形磁铁靠近圆环时,穿过圆环的磁通量增加,根据楞次定律可知圆环中感应电流的方向为逆时针(俯视圆环),A错误;据楞次定律的推论“来拒去留”,可判断磁铁在整个下落过程中受圆环对它的作用力始终竖直向上,而圆环受到磁铁的作用力总是竖直向下的,B正确;磁铁在整个下落过程中受到磁场力的作用,机械能不守恒,C错误;若磁铁从高度h处做自由落体运动,其落地时的速度v=,但磁铁穿过圆环的过程中要产生一部分电热,根据能量守恒定律可知,其落地速度一定小于,B错误。
5.【答案】C
【解析】闭合开关S时,A2立即变亮;由于线圈的自感作用将阻碍电流的快速变大,使电流缓慢变大,所以与其串联的灯泡A1缓慢变亮,故A错误;电路稳定时,两只完全相同的灯泡A1、A2亮度相同,说明L的直流电阻与R的阻值相同,故C正确;断开开关时,电路中的电流突然减小为零,线圈内将产生阻碍原电流减小的自感电流,即自感电流的方向与原电流方向相同;灯泡A1、A2所在的两个支路构成了一个闭合回路,自感电流通过灯泡A1、A2,通过A2时方向从右向左,随着自感电流的减小,两个灯泡同时熄灭,因两个灯泡之前电流相同,因此灯不会闪烁一下,故BD错误。
6.【答案】C
【解析】当送电线圈N接入恒定电流,则产生的磁场不变化,受电线圈M中的磁通量没有发生变化,故无法产生感应电流,不能为电动汽车充电,故A错误;当线圈N接入恒定电流时,受电线圈M中的磁通量不变,故M两端不能产生感应电动势,线圈M两端无电压,故B错误;穿过线圈M的磁感应强度增加,根据法拉第电磁感应定律,如果磁感应强度增加的越来越快,则产生增大的感应电动势,线圈M两端产生的电压就可能变大,故C正确;根据法拉第电磁感应定律,有E=nΔΦΔt=,故D错误。
7.【答案】BCD
【解析】真空冶炼路炉是用涡流来熔化金属对其进行冶炼的,炉内放入被冶炼的金属,线圈内通入高频交变电流,这时被冶炼的金属中产生涡流就能被熔化,故A错误;电磁炉利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场,当含铁质锅具放置炉面时,铁磁性锅体被磁化,锅具即切割交变磁感线而在锅具底部产生交变的涡流,恒定磁场不会产生涡流,故B正确;根据楞次定律,阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动,当金属板从磁场中穿过时,金属板板内感应出的涡流会对金属板的运动产生阻碍作用,故C正确;变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块的铁芯,以减小涡流,故D正确。
8.【答案】CD
【解析】根据题图甲和题图乙,我们只研究最初的一个周期,即2 s内的情况,由图甲、乙所表示的圆线圈中感应电流的方向、大小,运用楞次定律,判断出感应电流的磁场方向、大小;再根据楞次定律,判断引起电磁感应现象发生的磁场应该如何变化。从而找出正确选项为C、D。
9.【答案】AD
【解析】当C中电流产生的磁场与A中电流产生磁场方向相同时,由右手定则判断MN应向左运动,磁场减弱则电流减小,故MN应减速,故可判断MN向左减速,同理可判断向右加速也可,故选A、D。
10.【答案】AD
【解析】0~2 s时间内,磁场垂直纸面向里且均匀增大,Φ均匀增大,由楞次定律可知线框中的感应电流沿逆时针方向,且是恒定的正值;2~3 s、3~4 s线框中的感应电流沿顺时针方向,且是恒定的负值,大小变为0~2 s时间内电流的5倍;4~6 s时间内,B垂直纸面向外且均匀减小,Φ均匀减小,线框中的感应电流沿逆时针方向,且是恒定的正值,故A正确,B错误;0~2 s时间内,感应电流恒定,B均匀增大,安培力随B均匀增大,根据左手定则可知ab边所受安培力方向向右,为负值;2~3 s时间内,感应电流恒定,B均匀减小,安培力随B均匀减小,ab边所受安培力方向向左,为正值,且2 s末安培力突变为原来的5倍;3~4 s时间内,感应电流恒定,B均匀增大,安培力随B均匀增大,ab边所受安培力方向向右,为负值;4~6 s时间内,感应电流恒定,B均匀减小,安培力随B均匀减小,ab边所受安培力方向向左,为正值,故C错误,D正确。
二、非选择题(本题共6小题,共60分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
11.(6分)
【答案】(1)向左偏转 (2)指零刻线 (3)向右偏转
【解析】(1)根据题意,当闭合开关S时,可发现电流表指针向右偏转一下后,又回到中央位置,可判断原线圈中电流产生的磁场方向向下。现把原线圈抽出副线圈的过程中,磁通量减小,因为原磁场向下,所以副线圈中感应电流产生的磁场方向也向下,则副线圈中感应电流的方向为由上向下看为顺时针,则把副线圈等效为电源,上端为正极,下端为负极,则电流表的指针向左偏转。
(2)把原线圈插入副线圈后静止,穿过副线圈的磁通量不再变化,副线圈中不会产生感应电流,则电流表的指针指向零刻线。
(3)原、副线圈保持不动,把变阻器滑动片P向右移动过程中,原线圈中电流增大,产生的磁场磁感应强度增大,穿过副线圈的磁通量增大,原磁场方向向下,则副线圈中感应电流产生的磁场方向向上,感应电流的方向由上向下看为逆时针,则把副线圈等效为电源,上端为负极,下端为正极,则电流表的指针向右偏转。
12.(6分)
【答案】(1)2 (2)灯泡闪亮一下再熄灭
【解析】(1)由题图乙可知,当开关S闭合时,线圈L中的电流IL=1.5 A,此时有E=IL(RL+R),解得RL=2 Ω。
(2)S闭合时,灯泡中的电流I1=ER1=66 A=1 A,故IL>I1,当断开S时,通过灯泡中的电流由IL逐渐减为零,所以灯泡闪亮一下熄灭。
13.(8分)
【解析】(1)由楞次定律可知感应电流方向为顺时针(俯视观察)
由法拉弟电磁感应电流可得E=nΔΦΔt=0.8 V。
(2)由闭合电路欧姆定律可得回路中平均电流I=ER=1 A
通过导线横截面的电荷量q=It=0.5 C。
14.(10分)
【解析】(1)导体棒匀速切割磁感线产生动生电动势:E=BLv=6 V
因灯泡和导体棒串联,而灯泡正常发光有3 V的路端电压,导体棒的内阻r=1.5 Ω,通过的电流为
则灯泡的额定功率P=UI=6 W。
(2)因导体棒匀速运动,受力平衡,有:F=FA=BIL
联立可得:F=4 N。
15.(14分)
【解析】(1)ab杆向右运动的过程中切割磁感线,构成回路的长度不断变大,感应电动势的大小不断变化。在t时间内设位移为x,则x=vt
切割长度L=xtan θ
E=BLv
联立解得:E=Bv2ttan θ。
(2)由法拉第电磁感应定律得=ΔΦΔt
ΔΦ=S·B=12x·L·B
联立解得:=12Bv2ttan θ。
16.(16分)
【解析】(1)进入磁场时的速度为v,据题意有:
IBl=mg
I=3r2=2Blv3r
解得:v=3gmr2B2l2。
(2)线框下边进入磁场区域前做自由下落运动,设下落的时间为t1,从线框下边进入磁场到上边离开磁场下边界做匀速运动,设此过程的下落时间为t2,据题意有:
v=gt1
t1=3mr2B2l2
t2=3lv
解得:t2=2B2l3mgr
由两式解得全过程所用时间:t=t1+t2=3mr2B2l2+2B2l3mgr。