高考物理真题选修32.docx
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高考物理真题选修32
2014年高考物理真题选修3-2汇编
电磁感应部分
(2014上海)17.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
17.CD[解析]本题考查了楞次定律,感应电流的磁场方向总是阻碍引起闭合回路中磁通量的变化,体现在面积上是“增缩减扩”,而回路变为圆形,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CD都有可能。
14.[2014·新课标全国卷Ⅰ]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
14.D 产生感应电流的条件是:
只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中就会产生感应电流.本题中的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D选项正确.
18.[2014·新课标全国卷Ⅰ]如图(a)所示,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( )
18.C [解析]本题考查了电磁感应的图像.根据法拉第电磁感应定律,ab线圈电流的变化率与线圈cd上的波形图一致,线圈cd上的波形图是方波,ab线圈电流只能是线性变化的,所以C正确.
[2014·江苏卷]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.
B.
C.
D.
1.B [解析]根据法拉第电磁感应定律知E=n
=n
,这里的S指的是线圈在磁场中的有效面积,即S=
,故E=n
=
,因此B项正确.
16.[2014·山东卷]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
16.BCD [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.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=B
L=
,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.
6.[2014·四川卷]如图所示,不计电阻的光滑U形金属框水平放置,光滑、竖直玻璃挡板H、P固定在框上,H、P的间距很小.质量为0.2kg的细金属杆CD恰好无挤压地放在两挡板之间,与金属框接触良好并围成边长为1m的正方形,其有效电阻为0.1Ω.此时在整个空间加方向与水平面成30°角且与金属杆垂直的匀强磁场,磁感应强度随时间变化规律是B=(0.4-0.2t)T,图示磁场方向为正方向.框、挡板和杆不计形变.则( )
A.t=1s时,金属杆中感应电流方向从C到D
B.t=3s时,金属杆中感应电流方向从D到C
C.t=1s时,金属杆对挡板P的压力大小为0.1N
D.t=3s时,金属杆对挡板H的压力大小为0.2N
6.AC [解析]由于B=(0.4-0.2t)T,在t=1s时穿过平面的磁通量向下并减少,则根据楞次定律可以判断,金属杆中感应电流方向从C到D,A正确.在t=3s时穿过平面的磁通量向上并增加,则根据楞次定律可以判断,金属杆中感应电流方向仍然是从C到D,B错误.由法拉第电磁感应定律得E=
=
Ssin30°=0.1V,由闭合电路的欧姆定律得电路电流I=
=1A,在t=1s时,B=0.2T,方向斜向下,电流方向从C到D,金属杆对挡板P的压力水平向右,大小为FP=BILsin30°=0.1N,C正确.同理,在t=3s时,金属杆对挡板H的压力水平向左,大小为FH=BILsin30°=0.1N,D错误.
20.[2014·安徽卷]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.0B.
r2qkC.2πr2qkD.πr2qk
20.D [解析]本题考查电磁感应、动能定理等知识点,考查对“变化的磁场产生电场”的理解能力与推理能力.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=
=
·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。
20.[2014·全国卷]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
20.C [解析]本题考查楞次定律、法拉第电磁感应定律.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.
15.[2014·广东卷]如图8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
15.C [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.
7.[2014·江苏卷]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.取走线圈中的铁芯
7.AB [解析]根据法拉第电磁感应定律E=n
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故选项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;取走线圈中的铁芯,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.故选项C、D错误.
25.[2014·新课标Ⅱ卷]半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内,一长为r、质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面,BA的延长线通过圆导轨中心O,装置的俯视图如图所示.整个装置位于一匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,方向竖直向下.在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻(图中未画出).直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕O逆时针匀速转动,在转动过程中始终与导轨保持良好接触.设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ,导体棒和导轨的电阻均可忽略.重力加速度大小g.求
(1)通过电阻R的感应电流的方向和大小:
(2)外力的功率.
25.[答案]
(1)从C端流向D端
(2)
μmgωr+
[解析]
(1)在Δt时间内,导体棒扫过的面积为
ΔS=
ωΔt[(2r)2-r2]①
根据法拉第电磁感应定律,导体棒上感应电动势的大小为
ε=
②
根据右手定则,感应电流的方向是从B端流向A端.因此,通过电阻R的感应电流的方向是从C端流向D端.由欧姆定律可知,通过电阻R的感应电流的大小I满足
I=
③
联立①②③式得
I=
.④
(2)在竖直方向有
mg-2N=0⑤
式中,由于质量分布均匀,内、外圆导轨对导体棒的正压力大小相等,其值为N,两导轨对运行的导体棒的滑动摩擦力均为
f=μN⑥
在Δt时间内,导体棒在内、外圆轨上扫过的弧长为
l1=rωΔt⑦
和
l2=2rωΔt⑧
克服摩擦力做的总功为
Wf=f(l1+l2)⑨
在Δt时间内,消耗在电阻R上的功为
WR=I2RΔt⑩
根据能量转化和守恒定律知,外力在Δt时间内做的功为
W=Wf+WR⑪
外力的功率为
P=
⑫
由④至12式得
P=
μmgωr+
⑬
23.[2014·安徽卷](16分)如图1所示,匀强磁场的磁感应强度B为0.5T,其方向垂直于倾角θ为30°的斜面向上.绝缘斜面上固定有“A”形状的光滑金属导轨的MPN(电阻忽略不计),MP和NP长度均为2.5m,MN连线水平,长为3m.以MN中点O为原点、OP为x轴建立一维坐标系Ox.一根粗细均匀的金属杆CD,长度d为3m,质量m为1kg、电阻R为0.3Ω,在拉力F的作用下,从MN处以恒定速度v=1m/s在导轨上沿x轴正向运动(金属杆与导轨接触良好).g取10m/s2.
图1
图2
(1)求金属杆CD运动过程中产生的感应电动势E及运动到x=0.8m处电势差UCD;
(2)推导金属杆CD从MN处运动到P点过程中拉力F与位置坐标x的关系式,并在图2中画出Fx关系图像;
(3)求金属杆CD从MN处运动到P点的全过程产生的焦耳热.
23.[答案]
(1)-0.6V
(2)略 (3)7.5J
[解析]
(1)金属杆CD在匀速运动中产生的感应电动势
E=Blv(l=d),E=1.5V(D点电势高)
当x=0.8m时,金属杆在导轨间的电势差为零.设此时杆在导轨外的长度为l外,则
l外=d-
d
OP=
得l外=1.2m
由楞次定律判断D点电势高,故CD两端电势差
UCB=-Bl外v,UCD=-0.6V
(2)杆在导轨间的长度l与位置x关系是
l=
d=3-
x
对应的电阻R1为R1=
R,电流I=
杆受的安培力F安=BIl=7.5-3.75x
根据平衡条件得F=F安+mgsinθ
F=12.5-3.75x(0≤x≤2)
画出的Fx图像如图所示.
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