人教版选修32 电磁感应 单元测试 3.docx
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人教版选修32电磁感应单元测试3
章末过关检测卷
(一)
第四章 电磁感应
(测试时间:
50分钟 评价分值:
100分)
一、单项选择题(本题共4小题,每题4分,共16分.在每小题给出的四个选项中,只有一个选项正确.)
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(D)
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:
本题考查电磁感应现象中感应电流产生的条件,其中的选项C把物理学史中科学家失败的做法也融入了进来,变相地考查了物理学史的知识.
2.目前金属探测器已经广泛应用于各种安检、高考及一些重要场所,关于金属探测器的下列有关论述正确的是(A)
A.金属探测器可用于月饼生产中,用来防止细小的金属颗粒混入月饼馅中
B.金属探测器能帮助医生探测儿童吞食或扎到手脚中的金属物,是因为探测器的线圈中能产生涡流
C.使用金属探测器的时候,应该让探测器静止不动,探测效果会更好
D.能利用金属探测器检测考生是否携带手机等违禁物品,是因为探测器的线圈中通有直流电
解析:
金属探测器是通过其通有交流电的探测线圈,会在隐蔽金属中激起涡流,反射回探测线圈,从而改变原交流电的大小和相位,从而起到探测作用,B、D项错;当探测器对于被测金属发生相对移动时,探测器中的线圈的交流电产生的磁场相对变化较快,在金属中产生的涡流会更强,检测效果更好,故C选项错,正确选项为A.
3.如图,在一水平、固定的闭合导体圆环上方.有一条形磁铁(N极朝上,S极朝下)由静止开始下落,磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触,关于圆环中感应电流的方向(从上向下看),下列说法正确的是(C)
A.总是顺时针B.总是逆时针
C.先顺时针后逆时针D.先逆时针后顺时针
解析:
磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触,则导体环中,先是向上的磁通量增加,磁铁过中间以后,向上的磁通量减少,根据楞次定律,产生的感应电流先顺时针后逆时针,选项C正确.
4.如图(a),线圈ab、cd绕在同一软铁芯上.在ab线圈中通以变化的电流,用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示.已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比,则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中,可能正确的是(C)
解析:
考查法拉第电磁感应定律.cd间产生稳定的周期性变化的电压,则产生感应电流的磁场的变化是均匀的,根据题目所给信息知道,ab中电流的变化应该是均匀的.只有C选项有此特点,因此选择C项.
二、多项选择题(本题共5小题,每题6分,共30分.在每小题给出的四个选项中有多个选项正确,全部选对得6分,漏选得3分,错选或不选得0分.)
5.如图,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.则该磁场(CD)
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:
根据楞次定律可知,感应电流的磁场具有阻碍原磁通量变化的作用,回路变成圆形,说明面积在变大,根据增缩减扩的原理可知,线圈中的磁通量无论什么方向,只要减少即会发生此现象,故C、D正确.
6.如图所示的电路中,A1和A2是完全相同的灯泡,线圈L的电阻可以忽略不计,下列说法中正确的是(AD)
A.合上开关S接通电路时,A2先亮A1后亮,最后一样亮
B.合上开关S接通电路时,A1和A2始终一样亮
C.断开开关S切断电路时,A2立即熄灭,A1过一会熄灭
D.断开开关S切断电路时,A1和A2都要过一会才熄灭
解析:
S闭合接通电路时,A2支路中的电流立即达到最大,A2先亮;由于线圈的自感作用,A1支路电流增加的慢,A1后亮.A1中的电流稳定后,线圈的阻碍作用消失,A1与A2并联,亮度一样,故A正确,B不正确.S断开时,L和A1、A2组成串联的闭合回路,A1和A2亮度一样,由于L中产生自感电动势阻碍L中原电流的消失,使A1和A2过一会才熄灭,故D选项正确.
7.如图所示,电阻不计的平行金属导轨固定在一绝缘斜面上,两相同的金属导体棒a、b垂直于导轨静止放置,且与导轨接触良好,匀强磁场垂直穿过导轨平面.现用一平行于导轨的恒力F作用在a的中点,使其向上运动.若b始终保持静止,则它所受摩擦力可能(AB)
A.变为0
B.先减小后不变
C.等于F
D.先增大再减小
解析:
a导体棒在恒力F作用下加速运动,闭合回路中产生感应电流,导体棒b受到安培力方向应沿斜面向上,且逐渐增大.最后不变,b受到的安培力大小与a受到的安培力相等,方向沿斜面向上.所以b导体棒受摩擦力可能先减小后不变,可能减小到0保持不变,也可能减小到0然后反向增大保持不变,所以选项A、B正确,C、D错误.
8.如图所示,两水平放置的平行金属板M、N放在匀强磁场中,导线ab贴着M、N边缘以速度v向右匀速滑行.当一带电粒子以水平速度v0射入两板间后,能保持匀速直线运动.该带电粒子可能(CD)
A.带正电,速度方向向左
B.带负电,速度方向向左
C.带正电,速度方向向右
D.带负电,速度方向向右
解析:
导体棒ab向右匀速运动,根据右手定则知:
a点电势高,M板带正电,N板带负电,M、N板间电场方向向下.电荷在电场中,正电荷受电场力方向向下,负电荷受电场力方向向上,带电粒子要做匀速直线运动,正电荷受洛伦兹力方向必须向上,负电荷也必须速度方向向右才符合题意.
9.在竖直向上的匀强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,线圈所围的面积为0.1m2,线圈电阻为1Ω.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.以下说法正确的是(BC)
A.在时间0~5s内,I的最大值为0.1A
B.在4s时,I的方向为逆时针
C.前2s内,通过线圈某截面的总电荷量为0.01C
D.第3s内,线圈的发热功率最大
解析:
0~5s时间内,
在0时刻时最大为0.1T/s,根据I=
=
,此时的I最大为0.01A,A错误;4s时,磁感应强度减小,根据楞次定律,感应电流的方向为逆时针,B正确;前2秒,通过线圈某截面的总电荷量根据I=
和q=It可得为0.01C,C正确;第3s内,磁感应强度不变,线圈中没有感应电流,D错误.
三、非选择题(本大题3小题,共54分.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.)
10.(18分)如图甲所示,光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上,两导轨间距L=0.2m,电阻R=0.4Ω,导轨上停放一质量m=0.1kg、电阻r=0.1Ω的金属杆,导轨电阻可忽略不计,整个装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下,现用一拉力F沿水平方向拉此金属杆,使之由静止开始做匀加速直线运动,若理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图乙所示.求:
(1)5s末通过电阻R中的电流大小和方向?
(2)5s末金属杆产生的感应电动势和速度分别是多大?
(3)5s末拉力F的大小.
解析:
(1)由图乙可知第5s末电压表示数为U=2V,
所以,5s末通过电阻R中的电流大小为I=
=
=5A,
又由右手定则可知电阻R的电流方向为从M流向P.
(2)设5s末金属杆的感应电动势为E,速度为v,
由闭合电路欧姆定律有E=I(R+r),
代入数据解得E=2.5V,
又由法拉第电磁感应定律有E=BLv,
代入数据解得v=25m/s.
(3)设金属杆的加速度为a,5s末金属杆受到安培力为F安,
由牛顿第二定律有F-F安=ma,
而F安=BIL,
v=at,
联立上述三式代入数据解得F=1N.
答案:
见解析
11.(18分)如图所示,两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行固定在倾角θ=37°的绝缘斜面上,两导轨间距L=1m,导轨的电阻可忽略.M、P两点间接有阻值为R的电阻.一根质量m=1kg、电阻r=0.2Ω的均匀直金属杆ab放在两导轨上,与导轨垂直且接触良好.整套装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下.自图示位置起,杆ab受到大小为F=0.5v+2(式中v为杆ab运动的速度,力F的单位为N)、方向平行导轨沿斜面向下的拉力作用,由静止开始运动,测得通过电阻R的电流随时间均匀增大.g取10m/s2,sin37°=0.6.
(1)试判断金属杆ab在匀强磁场中做何种运动,并写出推理过程;
(2)求电阻R的阻值;
(3)求金属杆ab自静止开始下滑通过位移s=1m所需的时间t.
解析:
(1)金属杆做匀加速运动(或金属杆做初速度为零的匀加速运动).
通过R的电流I=
=
,因通过R的电流I随时间均匀增大,即杆的速度v随时间均匀增大,杆的加速度为恒量,故金属杆做匀加速运动.
(2)对回路,根据闭合电路欧姆定律I=
,
对杆,根据牛顿第二定律有:
F+mgsinθ-BIL=ma,
将F=0.5v+2代入得:
2+mgsinθ+
v=ma,
因a与v无关,所以a=
=8m/s2,
0.5-
=0,得R=0.3Ω.
(3)由s=
at2得,所需时间t=
=0.5s.
答案:
(1)见解析
(2)0.3Ω (3)0.5s
12.(18分)如图所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距l=0.5m,左端接有阻值R=0.3Ω的电阻.一质量m=0.1kg,电阻r=0.1Ω的金属棒MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.4T.棒在水平向右的外力作用下,由静止开始以a=2m/s2的加速度做匀加速运动.当棒的位移s=9m时撤去外力,棒继续运动一段距离后停下来,已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1.导轨足够长且电阻不计,棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触.求:
(1)棒在匀加速运动过程中,通过电阻R的电荷量q;
(2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2;
(3)外力做的功WF.
解析:
(1)设棒匀加速运动的时间为Δt,回路的磁通量变化量为ΔΦ,回路中的平均感应电动势为E,由法拉第电磁感应定律得:
E=
,①
其中:
ΔΦ=Bls,②
设回路中的平均电流为I,由闭合电路的欧姆定律得:
I=
,③
则通过电阻R的电荷量为:
q=IΔt,④
联立①②③④式,代入数据得:
q=4.5C.⑤
(2)设撤去外力时棒的速度为v,对棒的匀加速运动过程,由运动学公式得:
v2=2as,⑥
设棒在撤去外力后的运动过程中安培力做功为W,由动能定理得:
W=0-
mv2,⑦
撤去外力后回路中产生的焦耳热:
Q2=-W,⑧
联立⑥⑦⑧式,代入数据得:
Q2=1.8J.⑨
(3)由题意知,撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1,
可得:
Q1=3.6J.⑩
在棒运动的整个过程中,由功能关系可知:
WF=Q1+Q2,⑪
由⑨⑩⑪式得WF=3.6J+1.8J=5.4J.⑫
答案:
(1)4.5C
(2)1.8J (3)5.4J
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