1、1第四章 电磁感应本试卷分第 卷(选择题)和第 卷(非选择题)两部分 .第 卷 40分,第 卷 60分,共100分,考试时间 90分钟 .第 卷 (选择题 共 40分)一、选择题(本题共 10小题,每小题 4分,共 40分 .17小题只有一个选项符合题意,8 10小题有多个选项符合题意 .全部选对的得 4分,选对但不全的得 2分,选错或不答的得 0分)物理学的基本原理在生产生活中有着广泛应用 .下面列举的四种器件中,在工作时利用了电磁感应现象的是 ( )A.回旋加速器 B .电饭锅 C.电热壶 D .电磁炉图 C1-1一个单匝闭合线圈放在磁场中,下列说法中正确的是 ( )A.穿过闭合线圈的磁通
2、量的变化量越大,线圈中产生的感应电动势一定越大B.穿过闭合线圈的磁通量越大,线圈中产生的感应电动势一定越大C.闭合线圈放在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势越大D.穿过闭合线圈的磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势一定越大2017郑州外国语学校高二期末如图 C1-2所示,电源的电动势为 E,内阻 r不能忽略,A、B 是两个相同的小灯泡, L是一个自感系数相当大而电阻很小的线圈 .关于这个电路,以下说法正确的是 ( )图 C1-2A.由开关闭合到电路中电流稳定的时间内,A 灯立刻亮,而后逐渐变暗,最后亮度稳定B.由开关闭合到电路中电流稳定的时间内,B 灯立刻亮,而后逐渐变暗,最后亮度稳定C
3、.开关由闭合到断开瞬间,A 灯闪亮一下再熄灭D.开关由闭合到断开瞬间,电流自左向右通过 A灯如图 C1-3所示,竖直放置的条形磁铁中央处有一闭合金属弹性圆环,条形磁铁的中心线与弹性圆环的轴线重合 .现将弹性圆环均匀向外扩大,下列说法中正确的是 ( )图 C1-3A.穿过弹性圆环的磁通量增大B.从上往下看,弹性圆环中有顺时针方向的感应电流C.弹性圆环中无感应电流D.弹性圆环受到的安培力方向沿半径背离圆心如图 C1-4所示,质量为 m、高为 h的矩形导线框在竖直面内下落,其上、下两边始终保持水平,途中恰好匀速穿过一个高也为 h的有界匀强磁场区域,重力加速度为 g,则线框在穿过该磁场区域的过程中产生
4、的内能 ( )2图 C1-4A.等于 mghB.等于 2mghC.大于 mgh而小于 2mghD.大于 2mgh一个圆环形线圈放在匀强磁场中,设第 1s内磁感线垂直于线圈平面(即纸面)向里,如图C1-5甲所示 .若磁感应强度 B随时间 t变化的关系如图乙所示,那么第 3s内线圈中感应电流大小的变化情况与其各处所受安培力的方向分别是 ( )甲 乙图 C1-5 A.感应电流大小恒定,安培力方向沿顺时针方向与圆相切B.感应电流大小恒定,安培力方向沿着圆半径指向圆心C.感应电流逐渐增大,安培力方向沿着圆半径背离圆心D.感应电流逐渐增大,安培力方向沿逆时针方向与圆相切两块水平放置的金属板间的距离为 d,
5、用导线将金属板与一个匝数为 n的线圈相连,线圈的电阻为 r,线圈中有竖直方向的磁场,阻值为 R的定值电阻与金属板并联,如图 C1-6所示 .若两金属板间有一个质量为 m、电荷量为 +q的油滴,该油滴恰好处于静止状态,重力加速度为 g,则线圈中磁感应强度 B的方向及变化情况和磁通量的变化率 可能分别是 ( ) t图 C1-6A.B竖直向上且在增强, = tdmgnqB.B竖直向下且在增强, = tdmgnqC.B竖直向上且在减弱, = tdmg(R+r)nqRD.B竖直向下且在减弱, = tdmg(R+r)nqR一般的短跑跑道两侧设有跟踪仪,其原理如图 C1-7甲所示 .水平面上两根足够长的金属
6、导轨平行固定放置,间距 L=0.5m,导轨一端通过导线与阻值 R=0.5 的电阻连接;导轨上放一质量 m=0.5kg的金属杆,金属杆与导轨的电阻忽略不计;匀强磁场方向竖直向下 .将与导轨平行的拉力 F作用在金属杆上,使杆以速度 v匀速运动 .当改变拉力 F的大小时,对应的速度3v也会变化,从而使跟踪仪始终与运动员保持速度一致 .已知 v和 F的关系如图乙所示,重力加速度 g取 10m/s2,则 ( )图 C1-7A.金属杆受到的拉力与速度成正比B.该磁场的磁感应强度为 1TC.图线在横轴上的截距表示金属杆与导轨间的阻力大小D.导轨与金属杆之间的动摩擦因数为 0.4如图 C1-8所示,固定放置在
7、同一水平面上的两根平行长直金属导轨的间距为 d,导轨右端接有阻值为 R的电阻,整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度大小为 B的匀强磁场中 .一根质量为 m的导体杆 ab垂直于导轨放置,且与导轨保持良好接触,杆与导轨之间的动摩擦因数为 . 当杆在水平向左且垂直于杆的恒力 F的作用下由静止开始沿导轨运动的距离为 l时,速度恰好达到最大,已知在运动过程中杆始终与导轨保持垂直 .设杆接入电路的电阻为 r,导轨电阻不计,重力加速度大小为 g.在此过程中 ( )图 C1-8A.杆的最大速度为(F-mg)RB2d2B.通过电阻 R的电荷量为BdlR+rC.恒力 F做的功与摩擦力做的功的代数和等于杆的动能的变
8、化量D.恒力 F做的功与安培力做的功的代数和大于杆的动能的变化量2017郑州一中期末如图 C1-9所示,在水平桌面上放置两条相距 L的平行且无限长的粗糙金属导轨 ab和 cd,阻值为 R的电阻与导轨的 a、 c端相连,其余电路电阻不计,金属滑杆 MN垂直于导轨并可在导轨上滑动 .整个装置放于匀强磁场中,磁场方向竖直向上,磁感应强度的大小为 B.滑杆的中点系一不可伸长的轻绳,绳绕过固定在桌边的光滑轻滑轮后,与一质量为 m的物块相连,绳处于拉直状态 .现若由静止开始释放物块,用 I表示稳定后回路中的感应电流, g表示重力加速度,设滑杆在运动中所受摩擦力恒为 f,则在物块下落过程中 ( )图 C1-
9、9A.物块的最终速度为(mg-f)RBLB.物块的最终速度为I2Rmg-f4C.稳定后物块重力的功率为 I2RD.物块重力的最大功率为mg(mg-f)RB2L2第 卷(非选择题 共 60分)二、实验题(本题共 2小题,11 题 6分,12 题 9分,共 15分)图 C1-10为“研究电磁感应现象”的实验装置,部分导线已连接 .图 C1-10(1)用笔画线代替导线将图中未完成的电路连接好 .(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么闭合开关后,将小线圈迅速插入大线圈的过程中,电流计的指针将向 偏;小线圈插入大线圈后,将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时,电流计的指针将向 偏 .(均
10、选填“左”或“右”) 在 “研究电磁感应现象”的实验中,实验装置如图 C1-11所示 .线圈 C与灵敏电流表构成闭合电路 .电源、开关、带有铁芯的线圈 A、滑动变阻器构成另一个独立电路 .表格中的第3行已经列出了实验操作以及与此操作对应的电流表指针的偏转方向,请以此为参考,把表格填写完整 .图 C1-11实验操作 电流表指针 偏向闭合开关 S瞬间在开关 S闭合的情况下,滑动变阻器的滑片向右滑动时指针向右摆动在开关 S闭合的情况下,线圈 A远离线圈 C时在开关 S闭合的情况下,将线圈 A中的软铁棒抽出时三、计算题(本题共 4小题,13 题 10分,14 题 10分,15 题 12分,16 题 1
11、3分,共 45分 .解答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)如图 C1-12所示,光滑的 U形金属导轨 NMMN水平地固定在磁感应强度为 B的竖直向上的匀强磁场中 .两平行导轨的间距为 L,导轨长度足够长, M、 M之间接有一个阻值为 R的电阻,导轨电阻不计 .一根质量为 m、电阻也为 R的金属棒 ab恰能放在导轨之上,并与导轨接触良好 .给棒施加一个水平向右的瞬间作用力,棒就沿导轨以初速度 v0开始向右滑行,则:(1)开始运动时,棒中的瞬时电流 i和棒两端的瞬时电压 u分别为多大?(2)在棒的速度由 v0减小到 的过程中,棒中产生的热量 Q是多少?v0105
12、图 C1-122017山东德州一中高二月考在如图 C1-13甲所示的电路中,螺线管上线圈的匝数n=1500匝,横截面积 S=20cm2.螺线管上线圈的电阻 r=1.0,定值电阻 R1=4.0、 R2=5.0,电容器的电容 C=30F .在一段时间内,螺线管中磁场的磁感应强度 B按如图乙所示的规律变化 .(1)求螺线管中产生的感应电动势 .(2)闭合开关 S,电路中的电流稳定后,求电阻 R2的电功率 .(3)开关 S断开后,求流经电阻 R2的电荷量 .图 C1-1362016北师大附中高二期中如图 C1-14所示,足够长的光滑金属导轨 ab、 cd固定在竖直平面内,导轨间距为 L,b、 c两点间
13、接一阻值为 R的电阻 .ef是一水平放置的导体杆,其质量为 m,有效电阻值为 R,杆与 ab、 cd保持良好接触 .整个装置放在磁感应强度大小为 B的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直 .现用一竖直向上的力拉导体杆,使导体杆由静止开始做加速度为 的匀加速运动,上升了 h高度,这一过程中 b、 c间电阻 R产生的焦耳热为 Q.重力g2加速度为 g,不计导轨电阻及感应电流间的相互作用 .求:(1)导体杆上升 h高度过程中通过杆的电荷量;(2)导体杆上升到 h高度时所受拉力 F的大小;(3)导体杆上升 h高度过程中拉力做的功 .图 C1-14如图 C1-15所示,两根平行金属导轨固定在同一水平面内,
14、间距为 l,导轨左端连接一个电阻 .一根质量为 m、电阻为 r的金属杆 ab垂直放置在导轨上并与导轨接触良好 .在杆 ab的右方与杆 ab的距离为 d处右侧有一个匀强磁场,磁场方向垂直于导轨平面向下,磁感应强度为 B.现对杆 ab施加一个大小为 F、方向平行于导轨的恒力,使杆 ab由静止开始运动,已知杆 ab进入磁场区域时的速度为 v,之后在磁场区域内恰好做匀速运动 .不计导轨的电阻,假定导轨与杆 ab之间存在恒定的阻力 .求:(1)导轨对杆 ab的阻力大小 f;(2)杆 ab中通过的电流 I的大小及方向;(3)导轨左端所接电阻的阻值 R.图 C1-1571.D 解析电磁炉利用电磁感应现象产生
15、感应电流,从而产生焦耳热,D 正确;A 是利用带电粒子在磁场中的偏转,B、C 是利用电流的热效应,A、B、C 错误 .2.D 解析根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小跟穿过闭合线圈的磁通量的变化率成正比,因此穿过闭合线圈的磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势越大,选项 D正确 .3.A 解析从开关闭合到电路中电流稳定的时间内,A 灯立刻亮,之后线圈的阻碍作用逐渐减小,通过 B灯的电流变大,B 灯逐渐变亮,电源内电压增大,路端电压变小,A 灯逐渐变暗,当线圈对电流没有阻碍时,两灯泡亮度稳定,故 A正确,B 错误;开关由闭合到断开瞬间,由于线圈的自感作用,通过线圈的电流沿原方向通过 B灯,并
16、自右向左通过 A灯,由于两灯泡完全一样,且原来通过 B灯的电流小于通过 A灯的电流,因此 A灯不会闪亮一下,只会与 B灯一同慢慢熄灭,故 C、D 错误 .4.B 解析将弹性圆环均匀向外扩大,由于磁感线是闭合曲线,故穿过弹性圆环的磁通量减小,选项 A错误;由楞次定律可判断,从上往下看,弹性圆环中有顺时针方向的感应电流,弹性圆环受到的安培力方向沿半径指向圆心,选项 B正确,选项 C、D 错误 .5.B 解析因线框匀速穿过磁场,在穿过磁场的过程中合外力做功为零,故克服安培力做的功为 2mgh,产生的内能也为 2mgh,选项 B正确 .6.B 解析由图像知,第 3s内磁感应强度 B逐渐增大,变化率恒定
17、,故感应电流大小恒定 .由楞次定律可判断,线圈各处所受的安培力都有使线圈面积缩小的趋势,故安培力方向沿半径指向圆心,选项 B正确 .7.C 解析由平衡条件知,下面的金属板带正电,故电流应从线圈下端流出,由楞次定律可以判断,磁感应强度 B应竖直向上且在减弱或竖直向下且在增强,选项 A、D 错误;因mg=q ,U= R,E=n ,联立解得 = ,选项 B错误,选项 C正确 .Ud ER+r t tdmg(R+r)nqR8.BCD 解析由图像可知选项 A错误,选项 C正确;由题意知 F-BIL-mg= 0,其中 I= ,可BLvR得 F- -mg= 0,从图像上分别读出两组 F、 v数据代入上式即可
18、求得 B=1T,= 0.4,选项B2L2vRB、D 正确 .9.BD 解析当杆的速度达到最大时,杆受力平衡,故 F-mg-F 安 =0,安培力 F 安 = ,解得B2d2vR+rv= ,选项 A错误;通过电阻 R的电荷量为 q= t= = ,选项 B正确;根据动(F-mg)(R+r)B2d2 I R+r BdlR+r能定理,恒力 F、安培力、摩擦力做功的代数和等于杆的动能的变化量,由于摩擦力和安培力做负功,所以恒力 F与安培力(或摩擦力)做功的代数和大于杆的动能的变化量,选项 C错误,选项 D正确.10.BD 解析金属滑杆受到的安培力 F=BIL= ,由静止开始释放物块,物块和滑杆先做加B2L
19、2vR速运动,后做匀速运动 .当物块和滑杆做匀速运动时,物块速度最大,由平衡条件得 mg= +f,解B2L2vR得 v= ,即最终速度为 ,故 A错误;而由 mg=BIL+f,I= ,解得 v= ,选项 B正(mg-f)RB2L2 (mg-f)RB2L2 BLvR I2Rmg-f确;物块重力的最大功率为 P=mgv= ,或者 P=mgv= I2R,故 C错误,D 正确 .mg(mg-f)RB2L2 mgmg-f811.(1)如图所示 (2)右 右解析在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,表明当穿过大线圈的磁通量增加时,电流计的指针向右偏 .在小线圈迅速插入大线圈的过程中,穿过大线圈的磁
20、通量增加,所以电流计的指针向右偏;当滑动变阻器的滑片迅速向右移动时,小线圈中的电流增大,穿过大线圈的磁通量增加,所以电流计的指针向右偏 .12.指针向左摆动 指针向右摆动 指针向右摆动解析滑动变阻器的滑片向右滑动时,线圈 A中的电流减弱,磁场减弱,穿过线圈 C的磁通量减少,根据第 3行给出的指针向右摆动的信息可知,磁通量减少时,指针向右摆动,反之,磁通量增加时,指针向左摆动 .闭合开关 S瞬间,穿过线圈 C的磁通量增加,指针向左摆动;在开关S闭合的情况下,线圈 A远离线圈 C时,穿过线圈 C的磁通量减少,指针向右摆动;在开关 S闭合的情况下,将线圈 A中的软铁棒抽出时,穿过线圈 C的磁通量减少
21、,指针向右摆动 .13.(1) BLv0 (2) mBLv02R 12 99400v20解析(1)开始运动时,由法拉第电磁感应定律可得,棒中的感应电动势为E=BLv0棒中的瞬时电流为i= =E2RBLv02R由闭合电路的欧姆定律可得,棒两端的瞬时电压为u= E= BLv0.RR+R 12(2)由能量守恒定律知,闭合电路在此过程中产生的热量为Q 总 = m - m = m12v2012(110v0)299200v20棒中产生的热量为 Q= Q 总 = m .12 99400v2014.(1)1.2V (2)7.210-2W (3)1.810-5C解析(1)根据法拉第电磁感应定律得E=n =nS
22、=15002010-4 V=1.2V. t B t 0.82(2)根据闭合电路欧姆定律得I= = A=0.12AER1+R2+r 1.21+4+5电阻 R2的电功率 P=I2R2=7.210-2W.(3)开关 S断开后,流经电阻 R2的电荷量即为 S闭合时电容器所带的电荷量 .电容器两端的电压 U=IR2=0.6V流经电阻 R2的电荷量 Q=CU=1.810-5C.15.(1) (2) + (3) +2QBLh2R 3mg2 B2L2gh2R 3mgh2解析(1)电荷量 q= tI根据闭合电路的欧姆定律得 =IE2R9根据法拉第电磁感应定律得 =E t导体杆上升 h高度过程中通过杆的电荷量q=
23、 = . 2R BLh2R(2)设导体杆上升到 h高度时,速度为 v1,拉力为 F,根据运动学公式得 =2 h,解得 v1=v21g2gh根据牛顿第二定律得 F-mg-BI1L=mg2根据闭合电路的欧姆定律得 I1=BLv12R联立解得 F= + .3mg2 B2L2gh2R(3)由动能定理得 WF-mgh-2Q= m -012v21导体杆上升 h高度过程中拉力做的功WF= +2Q.3mgh216.(1)F- (2) 方向从 a到 bmv22d mv22Bld(3) -r2B2l2dmv解析(1)杆 ab进入磁场前做匀加速运动,有F-f=mav2=2ad则导轨对杆 ab的阻力大小为 f=F- .mv22d(2)杆 ab进入磁场后做匀速运动,由平衡条件得F=f+F 安杆 ab所受的安培力为 F 安 =BIl则杆 ab中通过的电流为 I= ,方向从 a到 b.mv22Bld(3)杆 ab产生的感应电动势为 E=Blv杆 ab中的感应电流为 I=ER+r联立解得 R= -r.2B2l2dmv10
