名师一号高中物理 第四章 电磁感应单元测评 新人教版选修32.docx
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名师一号高中物理第四章电磁感应单元测评新人教版选修32
单元测评
(一) 电磁感应
(时间:
90分钟 满分:
100分)
第Ⅰ卷(选择题,共48分)
一、选择题(本题有12小题,每小题4分,共48分.)
1.下列现象中,属于电磁感应现象的是( )
A.小磁针在通电导线附近发生偏转
B.通电线圈在磁场中转动
C.因闭合线圈在磁场中运动而产生的电流
D.磁铁吸引小磁针
解析:
电磁感应是指“磁生电”的现象,而小磁针和通电线圈在磁场中转动,反映了磁场力的性质,所以A、B、D项不是电磁感应现象
,C项是电磁感应现象.
答案:
C
2.
如图所示,开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直,且一半在磁场内,一半在磁场外,若要使线框中产生感应电流,下列办法中不可行的是( )
A.将线框向左拉出磁场
B.以ab边为轴转动(小于90°)
C.以ad边为轴转动(小于60°)
D.以bc边为轴转动(小于60°)
解析:
将线框向左拉出磁场的过程中,线框的bc部分做切割磁感线运动,或者说穿过线框的磁通量减少,所以线框中将产生感应电流.
当线框以ab边为轴转动时,线框的cd边的右半段在做切割磁感线运动,或者说穿过线框的磁通量在发生变化,所以线框中将产生感应电流.
当线框以ad边为轴转动(小于60°)时,穿过线框的磁通量在减小,所以在这个过程中线框中会产生感应电流.如果转过的角度超过60°(60°~300°),bc边将进入无磁
场区,那么线框中将不产生感应电流.
当线框以bc边为轴转动时,如果转动的角度小于60°,则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积).
答案:
D
3.
如图所示,通电螺线管水平固定,OO′为其轴线,a、b、c三点在该轴线上,在这三点处各放一个完全相同的小圆环,且各圆环平面垂直于OO′轴.则关于这三点的磁感应强度Ba、Bb、Bc的大小关系及穿过三个小圆环的磁通量Φa、Φb、Φc的大小关系,下列判断正确的是( )
A.Ba=Bb=Bc,Φa=Φb=Φc
B.Ba>Bb>Bc,Φa<Φb<Φc
C.Ba>Bb>Bc,Φa>Φb>Φc
D.Ba>
Bb>Bc,Φa=Φb=Φc
解析:
根据通电螺线管产生的磁场特点可知Ba>Bb>Bc,由Φ=BS可得Φa>Φb>Φc,故C项正确.
答案:
C
4.
如图所示,一均匀的扁平条形
磁铁的轴线与圆形线圈在同一平面内,磁铁中心与圆心重合,为了在磁铁开始运动时在线圈中得到逆时针方向的感应电流,磁铁的运动方式应是( )
A.N极向纸内,S极向纸外,使磁铁绕O点转动
B.N极向纸外,S极向纸内,使磁铁绕O点转动
C.磁铁在线圈平面内顺时针转动
D.磁铁在线圈平面内逆时针转动
解析:
当N极向纸内、S极向纸外转动时,穿过线圈的磁场由无到有并向里,感应电流的磁场应向外,电流方向为逆时针,A选项正确;当N极向纸外、S极向纸内转动时,穿过线圈的磁场向外并增加,电流方向为顺时针,B选项错误;当磁铁在线圈平面内绕O点转动时,穿过线圈的磁通量始终为零,因而不产生感应电流,C、D选项错误.
答案:
A
5.穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图象分别如图所示,下列关于回路中产生的感应电动势的论述,正确的是( )
①②
③④
A.图①中回路产生的感应电动势恒定不变
B.图②中回路产生的感应电动势一直在变大
C.图③中回路在0~t1时间内产生的感应电动势小于在t1~t2时间内产生的感应电动势
D.图④中回路产生的感应电动势先变小再变大
解析:
图④中磁通量的变化率先变小后变大,因此,回路产生的感应电动势先变小再变大.
答案:
D
6.(多选题)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的,而不是采用一整块硅钢,这是因为( )
A.增大涡流,提高变压器的效率
B.减小涡流,提高变压器的效率
C.增大铁芯中的电阻,以产生更多的热量
D.增大铁芯中的电阻,以减小发热量
解析:
不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片,这样做的目的是增大铁芯中的电阻,阻断涡流回路,来减少电能转化成铁芯的内能,提高效率是防止涡流而采取的措施.本题正确选项是BD.
答案:
BD
7.(多选题)
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( )
A.变为0 B.先减小后不变
C.等于FD.先增大再减小
解析:
导体棒a在恒力F作用下加速运动,最后匀速运动,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.由力平衡可知,导体棒b受到的摩擦力先沿斜面向上逐渐减小
,最后不变,所以选项A、B正确,选项C、D错误.
答案:
AB
8.如图所示,两条平行虚线之间存在匀强磁场,虚线间的距离为l,磁场方向垂直纸面向里,abcd是位于纸面内的梯形线圈,ad与bc间的距离也为l,t=0时刻,bc边与磁场区域左边界重合.现令线圈以向右的恒定速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域,取沿a→b→c→d→a方向的感应电流为正,则在线圈穿越磁场区域的过程中,
感应电流I随时间t的变化的图线是图中的( )
AB
CD
解析:
0~
段,由右手定则判断感应电流方向为a→d→c→b→a,大小逐渐增大;
~
段,由右手定则判断感应电流方向为a→b→c→d→a,大小逐渐增大,故B选项正确.
答案:
B
9.(多选题)
如图所示,水平放置的平行金属导轨左边接有电阻R,轨道所在处有竖直向下的匀强磁场,金属棒ab横跨导
轨,它在外力的作用下向右匀速运动,速度为v.若将金属棒的运动速度变为2v,(除R外,其余电阻不计,导轨光滑)则( )
A.作用在ab上的外力应增大到原来的2倍
B.感应电动势将增大为原来的4倍
C.感应电流的功率将增大为原来的2倍
D.外力的功率将增大为原来的4倍
解析:
由平衡条件可知,F=
v,可见,将金属棒的运动速度变为2v时,作用在ab上的外力应增大到原来的2倍,外力的功率将增大为原来的4倍.
答案:
AD
10.(多选题)
如图所示,E为电池,L是电阻可忽略不计、自感系数足够大的线圈,D1、D2是两个规格相同且额定电压足够大的灯泡,S是控制电路的开关.对于这个电路,下列说法正确的是( )
A.刚闭合开关S的瞬间,通过D1、D2的电流大小相等
B.刚闭合开关S的瞬间,通过D1、D2的电流大小不相等
C.闭合开关S待电路达到稳定,D2熄灭,D1比原来更亮
D.闭合开关S待电路达到稳定,再将S断开的瞬间,D2立即熄灭,D1闪亮一下再熄灭
解析:
由于线圈的电阻可忽略不计、自感系数足够大,在开关S闭合的瞬间线圈的阻碍作用很大,线圈中的电流为零,所以通过D1、D2的电流大小相等,A项正确、B项错误;闭合开关S待电路达到稳定时线圈短路,D1中电流为零,回路电阻减小,D2比原来更亮,C项错误;闭合开关S待电路达到稳定,再将S断开瞬间,D2立即熄灭,线圈和D1形成回路,D1闪亮一下再熄灭,D项正确.
答案:
AD
11.
如图所示,矩形线圈放置在水平薄木板上,有两块相同的蹄形磁铁,四个磁极之间的距离相等,当两块磁铁匀速向右通过线圈时,线圈仍静止不动,那么线圈受到木板的摩擦力方向是( )
A.先向左,后向右
B.先向左、后向右、再向左
C.一直向右
D.一直向左
解析:
当两块磁铁匀速向右通过线圈时,线圈内产生感应电流,线圈受到的安培力阻碍线圈相对磁铁的向左运动,故线圈有相对木板向右运动的趋势,故受到的静摩擦力总是向左.选项D正确,A、B、C项错误.
答案:
D
12.
光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图所示,抛物线的方程为y=x2,其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中,磁场的上边界是y=a的直线(如图中的虚线所示).一个小金属块从抛物线上y=b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑,假设曲面足够长,则金
属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是( )
A.mgbB.
mv2
C.mg(b-a)D.mg(b-a)+
mv2
解析:
金属块进出磁场时,会产生涡流,部分机械能转化成焦耳热,所能达到的最高位置越来越低,当最高位置y=a时,由于金属块中的磁通量不再发生变化,金属块中不再产生涡流,机械能也不再损失,金属块会在磁场中往复运动,此时的机械能为mga,整个过程中减少的机械能为mg(b-a)+
mv2,全部转化为内能,所以D项正确.
答案:
D
第Ⅱ卷(非选择题,共52分)
二、实验题(本题有2小题,共14分.请按题目要求作答)
13.(6分)如图所示,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的两端与漆包线CD相连,使CD平放在静止的小磁针的正上方,与小磁针平行.试判断合上开关的瞬间,小磁针N极的偏转情况?
线圈A中电流稳定后,小磁针又怎样偏转?
解析:
在开关合上的瞬间,线圈A内有了由小变大的电流,根据安培定则可判断出此时线圈A在铁钉内产生了一个由小变大的向右的磁场.由楞次定律可知,线圈B内感应电流的磁场应该阻碍铁钉内的磁场在线圈B内的磁通量的增加,即线圈B内感应电流的磁场方向是向左的.由安培定则可判断出线圈B内感应电流流经CD时的方向是由C到D.再由安培定则可以知道直导线CD内电流所产生的磁场在其正下方垂直于纸面向里,因此,小磁针N极应该向纸内偏转.线圈A内电流稳定后,CD内不再有感应电流,所以,小磁针又回到原来位置.
答案:
在开关合上的瞬间,小磁针的N极向纸内偏转.(3分)
当线圈A内的电流稳定以后,小磁针又回到原来的位置(3分)
14.(8分)如图所示为“研究电磁感应现象”的实验装置,部分导线已连接.
(1)用笔画线代替导线将图中未完成的电路连接好.
(2)如果在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么闭合电键后,将原线圈迅速插入副线圈的过程中,电流计指针将向________偏;原线圈插入副线圈后,将滑动变阻器滑片迅速向右移动时,电流计指针将向________偏.
答案:
(1)如图所示.(4分)
(2)右(2分) 左(2分)
三、计算题(本题有3小题,共38分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,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)
15.(10分)匀强磁场的磁感应强度B=0.8T,矩形线圈abcd的面积S=0.5m2,共10匝,开始B与S垂直且线圈有一半在磁场中,如图所示.
(1)当线圈绕ab边转过60°时,线圈的磁通量以及此过程中磁通量的改变量为多少?
(2)当线圈绕dc边转过60°时,求线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的改变量.
解析:
(1)当线圈绕ab转过60°时,
Φ=BS⊥=BScos60°=0.8×0.5×
Wb=0.2Wb(此时的S⊥正好全部处在磁场中).
在此过程中S⊥没变,穿过线圈的磁感线条数没变,
故磁通量变化量ΔΦ=0.(5分)
(2)当线圈
绕dc边转过60°时,Φ=BS⊥,
此时没有磁场穿过S⊥,所以Φ=0;
不转时Φ1=B·
=0.2Wb,
转动后Φ2=0,ΔΦ=Φ2-Φ1=-0.2
Wb,
故磁通量改变了0.2Wb.(5分)
答案:
(1)0
(2)0.2Wb
16.(14分)两根光滑的长直金属导轨MN、M′N′平行置于同一水平面内,导轨间距为l,电阻不计,M、M′处接有如图20所示的电路,电路中各电阻的阻值均为R,电容器的电容为C.长度也为l、阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置,导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中.ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触,在ab运动距离为x的过程中,整个回路中产生的焦耳热为Q.求:
(1)ab运动速度v的大小;
(2)电容器所带的电荷量q.
解析
(1)设ab上产生的感应电动势为E,回路中的电流为I,ab运动距离为x,所用时间为t,
则有E=Blv(2分)
I=
(2分)
t=
(2分)
Q=I2(4R)t(2分)
由上述方程得v=
(2分)
(2)设电容器两极板间的电势差为U,
则有U=IR,电容器所带电荷量q=CU,(2分)
解得q=
(2分)
答案:
(1)
(2)
17.(14分)如图所示,两足够长的光滑金属导轨竖直放置,相距为L,一理想电流表与两导轨相连,匀强磁场与导轨平面垂直.一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放.导体棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐减小,最终稳定为I.
整个运动过程中,导体棒与导轨接触良好,且始终保持水平,不计导轨的电阻.求:
(1)磁感应强度的大小B;
(2)电流稳定后,导体棒运动速度的大小v;
(3)流经电流表电流的最大值Im.
解析:
(1)电流稳定后,导体棒做匀速运动,受力平衡,
有F安=G,即BI
L=mg ①(2分)
解得B=
②(2分)
(2)由法拉第电磁感应定律得导体棒产生的感应电动势
E=BLv ③(1分)
闭合电路中产生的感应电流I=
④(1分)
由②③④式解得v=
(2分)
(3)由题意知,导体棒刚进入磁场时的速度最大,设为vm,
由机械能守恒
定律得
mv
=mgh(2分)
感应
电动势的最大值Em=Blvm(1分)
感应电流的最大值Im=
(1分)
解得Im=
.(2分)
答案:
(1)
(2)
(3)
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