创新设计学年高中物理选修32同步训练 章末检测1.docx
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创新设计学年高中物理选修32同步训练章末检测1
章末检测
(时间:
90分钟 满分:
100分)
一、单项选择题(本题共6小题,每小题5分,共30分)
1.超导研究是当今高科技的热点之一,对超导材料的研制与开发是一项重大的科研课题.当一块磁体靠近超导体时,超导体中将产生强大的电流,其主要原因是( ).
A.超导体的电阻为零
B.超导体的电阻很大
C.穿过超导体的磁通量很大
D.穿过超导体的磁通量很小
解析 当磁体靠近超导体时,超导体内产生感应电动势、感应电流,由于超导体的电阻为零,所以即使很小的感应电动势也可以产生强大的电流.
答案 A
2.如图1所示,甲是闭合铜线框,乙是有缺口的铜线框,丙是闭合的塑料线框,它们的正下方都放置一薄强磁铁,现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放(各线框下落过程中不翻转),则以下说法正确的是( ).
图1
A.三者同时落地
B.甲、乙同时落地,丙后落地
C.甲、丙同时落地,乙后落地
D.乙、丙同时落地,甲后落地
解析 甲是铜线框,在下落过程中产生感应电流,所受的安培力阻碍它的下落,故所需的时间长;乙没有形成闭合回路,丙是塑料线框,故都不会产生感应电流,它们做自由落体运动,故D正确.
答案 D
图2
3.绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上,铁芯上套着一个铝环,线圈与电源、开关相连,如图2所示.闭合开关的瞬间,铝环跳起一定高度.保持开关闭合,下列现象正确的是( ).
A.铝环停留在这一高度,直到开关断开铝环回落
B.铝环不断升高,直到断开开关铝环回落
C.铝环回落,断开开关时铝环又跳起
D.铝环回落,断开开关时铝环不再跳起
解析 在闭合开关的瞬间,铝环的磁通量增加,产生感应电流,由楞次定律知道,铝环受到向上的安培力跳起一定高度,当保持开关闭合时,回路中电流不再增加,铝环中不再有感应电流,不再受安培力,将在重力作用下回落,所以A、B均错误;铝环回落后,断开开关时,铝环中因磁通量变化产生感应电流,使铝环受到向下的安培力,不会再跳起,所以C错误、D正确.
答案 D
4.一矩形线圈位于一随时间t变化的匀强磁场内,磁场方向垂直线圈所在的平面(纸面)向里,如图3中甲所示.磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示.以I表示线圈中的感应电流,以图甲中线圈上箭头所示方向的电流为正,则以下的I-t图像中正确的是( ).
图3
解析 题中线圈的面积S一定,磁感应强度B的变化引起穿过回路的磁通量发生变化,从而使回路中产生感应电流.根据E=
=
,I=
可知,I=
·
(R为线圈电阻),可见I∝
,所以在第1、2、4、6秒内,产生的是恒定电流,在第3、5秒内无感应电流产生,选项C、D均错;在第1秒内,B不断增大,由楞次定律可得,产生的感应电流方向与图示方向相反,即负方向,故选项A正确.
答案 A
5.如图4所示,这是一个自制的演示电磁感应现象的装置.在一根较长的铁钉上用漆包线绕两个线圈A和B.将线圈B的两端接在一起,并把CD段漆包线放在静止的小磁针的正上方.小磁针放在水平桌面上.当闭合S,使线圈A与干电池接通的瞬间,小磁针偏转的方向是( ).
图4
A.俯视,N极顺时针偏转 B.俯视,N极逆时针偏转
C.侧视,N极向下倾斜 D.侧视,S极向下倾斜
解析 当S闭合时,穿过B线圈的磁通量增加,方向向左,于是在B线圈中产生感生电流方向由C到D,小磁针N极应向纸内转动,故A项正确.
答案 A
图5
6.(2012·课标,20)如图5所示,一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行.已知在t=0到t=t1的时间间隔内,直导线中电流i发生某种变化,而线框中的感应电流总是沿顺时针方向;线框受到安培力的合力先水平向左、后水平向右.设电流i正方向与图中箭头所示方向相同,则i随时间t变化的图线可能是( ).
解析 线框abcd中电流I大小相同,Iab=Icd,而ab边与直线电流i之间的作用力大于cd边与直线电流i之间的作用力.且直线电流之间同向相吸异向相斥.依据楞次定律,当直导线中i向上且均匀减小时,线框中产生adcba方向的电流且恒定,此时线框受力向左;当直导线中电流i向下且增加时,线框中依然产生adcba方向的电流且恒定,此时线框受力向右.则可以判断A图正确.
答案 A
二、多项选择题(本题共5小题,每小题6分,共30分.每小题选对但不全的得4分,有选错的或不选的得0分)
7.地球是一个巨大的磁体,具有金属外壳的人造卫星环绕地球做匀速圆周运动,若不能忽略所经之处地磁场的强弱差别,则( ).
A.运行速率将越来越小
B.运行周期将越来越小
C.轨道半径将越来越小
D.向心加速度将越来越小
解析 人造地球卫星的金属外壳即为闭合回路,卫星所经之处地磁场的强弱有别,将发生电磁感应,卫星的机械能转化为电能可等效为卫星受阻力影响,则轨道半径将越来越小,万有引力将增大,向心加速度将越来越大.又根据卫星做圆周运动的规律v=
得,运行速率将越来越大,运行周期将越来越小.
答案 BC
8.将如图6甲中开关S闭合后电流表指针由中央向左偏,当把一个线圈A和这个电流表串联起来(图乙),将一个条形磁铁B插入或拔出线圈时,线圈中产生感应电流,经观察发现,电流表指针由中央位置向右偏,这说明( ).
图6
A.如果磁铁的下端是N极,则磁铁正在远离线圈
B.如果磁铁的下端是S极,则磁铁正在远离线圈
C.如果磁铁的下端是N极,则磁铁正在靠近线圈
D.如果磁铁的下端是S极,则磁铁正在靠近线圈
解析 根据图甲,可以知道电流表的指针偏转方向是向电流流入的方向偏转,螺线管相当于一个电源,电源的正极在上端,根据右手螺旋定则,螺线管上端是S极,如果磁铁的下端是N极,则磁铁正在远离线圈,如果磁铁的下端是S极,则磁铁正在靠近线圈.
答案 AD
图7
9.一个面积S=4×10-2m2、匝数n=100匝的线圈放在匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,磁感应强度B随时间t变化的规律如图7所示,则下列判断正确的是( ).
A.在开始的2s内穿过线圈的磁通量变化率等于0.08Wb/s
B.在开始的2s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零
C.在开始的2s内线圈中产生的感应电动势等于8V
D.在第3s末线圈中的感应电动势等于零
解析 由图线可知,0~1s磁感应强度正向减小,1~2s磁感应强度负向增大,两过程产生的感应电动势等效,故0~2s可视为整体变化过程,而图线的斜率k=
,则0~2s内E1=n
·S=100×
×4×10-2V=-8V,大小为8V,故C正确.因为穿过线圈的磁通量的变化量和变化率均与线圈匝数无关,所以
·S=
×4×10-2Wb/s=-0.08Wb/s,大小为0.08Wb/s,故A正确.
开始2s内线圈的磁通量变化ΔΦ=|Φ2-Φ1|=|-2×4×10-2-2×4×10-2|Wb=-0.16Wb,故B错误;
第3s末的磁通量为0,但感应电动势等于2~4s内的感应电动势,即E2=n
·S=8V,故D错.
答案 AC
10.某同学在学习了法拉第电磁感应定律之后,自己制作了一个手动手电筒,如图8是手电筒的简单结构示意图,左右两端是两块完全相同的条形磁铁,中间是一根绝缘直杆,由绝缘细铜丝绕制的多匝环形线圈只可在直杆上自由滑动,线圈两端接一灯泡,摇动手电筒时线圈也来回滑动,灯泡就会发光,其中O点是两磁极连线的中点,a、b两点关于O点对称,则下列说法中正确的是( ).
图8
A.线圈经过O点时穿过的磁通量最小
B.线圈经过O点时受到的磁场力最大
C.线圈沿不同方向经过b点时所受的磁场力方向相反
D.线圈沿同一方向经过a、b两点时其中的电流方向相同
答案 AC
图9
11.如图9所示电路中,L为自感系数很大的电感线圈,N为试电笔中的氖管(起辉电压约70V),电源电动势为10V,已知直流电使氖管起辉时辉光只发生在负极周围,则( ).
A.S接通时,氖管不会亮
B.S接通时起辉,辉光在a端
C.S接通后迅速切断时起辉,辉光在a端
D.若条件同C,则辉光在电极b处
解析 开关接通时,由于氖管两端的电压只能是10V,没有能够达到氖管的起辉电压,所以氖管不能发光;当开关断开时,由于电感线圈的自感系数很大,当通过它的电流突然减小时,它产生一个很大自感电动势,点燃氖管,氖管的a端是正极,所以辉光发生在b端.
答案 AD
三、非选择题(40分)
图10
12.(10分)
(1)在磁感应强度为B的匀强磁场中放入半径分别为R和r的圆形导线框,如图10所示,相切处有间隔.
①穿过半径为R的圆面的磁通量是________.
②穿过半径为r的圆面的磁通量是________.
③穿过大圆和小圆所围面积的磁通量是________.
图11
(2)有一金属棒弯折程度如图11所示,其中ab=bc=L,在垂直于ab、bc棒所决定的平面内有一匀强磁场区域.磁感强度为B,若让棒沿图中虚线方向以速度v匀速向右运动,则ac两点的电势差为________;若让棒沿bc方向以速度v匀速运动,则ac两点的电势差为________.
解析
(1)由图可以看出所给平面与磁场垂直,因此只要求出面积问题就可得解.而第③问中的面积应是πR2-πr2,而不能认为是πR2+πr2.
(2)公式E=BLv中L应为导体的有效切割长度,当棒沿虚线方向做匀速运动时,有效切割长度为
L,当棒沿bc方向做匀速运动时,有效切割长度为
L,因此Uac=
BLv,Uac′=
BLv.
答案
(1)①πBR2 ②πBr2 ③πB(R2-r2)
(2)(1+
)BLv
BLv
13.(14分)在图12甲中,直角坐标系Oxy的1、3象限内有匀强磁场,第1象限内的磁感应强度大小为2B,第3象限内的磁感应强度大小为B,磁感应强度的方向均垂直于纸面向里.现将半径为l,圆心角为90°的扇形导线框OPQ以角速度ω绕O点在纸面内沿逆时针匀速转动,导线框回路电阻为R.
图12
(1)求导线框中感应电流最大值.
(2)在图乙中画出导线框匀速转动一周的时间内感应电流I随时间t变化的图像.(规定与图甲中线框的位置相对应的时刻为t=0)
(3)求线框匀速转动一周产生的热量.
解析
(1)线框从图甲位置开始(t=0)转过90°的过程中,产生的感应电动势为:
E1=
·2B·ω·l2
由闭合电路欧姆定律得,回路电流为:
I1=
联立以上各式解得:
I1=
同理可求得线框进出第3象限的过程中,回路电流为:
I2=
,故感应电流最大值为:
Im=
.
(2)I-t图像如下图所示
(3)线框转动一周产生的热量
Q=2(I
·R·
+I
·R·
)
又T=
,解得Q=
.
答案
(1)
(2)见解析图 (3)
14.(16分)如图13所示,质量m1=0.1kg,电阻R1=0.3Ω,长度l=0.4m的导体棒ab横放在U型金属框架上.框架质量m2=0.2kg,放在绝缘水平面上,与水平面间的动摩擦因数μ=0.2.相距0.4m的MM′、NN′相互平行,电阻不计且足够长.电阻R2=0.1Ω的MN垂直于MM′.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=0.5T.垂直于ab施加F=2N的水平恒力,ab从静止开始无摩擦地运动,始终与MM′、NN′保持良好接触.当ab运动到某处时,框架开始运动.设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2.
图13
(1)求框架开始运动时ab速度v的大小;
(2)从ab开始运动到框架开始运动的过程中,MN上产生的热量Q=0.1J,求该过程ab位移x的大小.
解析
(1)ab对框架的压力
F1=m1g
框架受水平面的支持力
N=m2g+F1
依题意,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则框架受到最大静摩擦力f2=μN
ab中的感应电动势
E=Blv
MN中电流
I=
MN受到的安培力
F安=IlB
框架开始运动时
F安=f2
由上述各式代入数据解得
v=6m/s
(2)闭合回路中产生的总热量
Q总=
Q
由能量守恒定律,得
Fx=
m1v2+Q总
代入数据解得x=1.1m
答案
(1)6m/s
(2)1.1m
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