1、1特训(四)本试卷分选择题和非选择题两部分,满分 100 分,考试时间 90 分钟。选择题部分一、选择题(每题 3 分,共 42 分)1.在物理学的发展过程中,许多物理学家的科学发现推动了人类社会的进步,人类社会的进步又促进了物理学的发展。下列叙述中正确的是( )A.电磁感应现象是洛伦兹最先发现的B.电动机是利用电磁感应原理将机械能转化为电能C.安培最先发现了电流的磁效应D.法拉第发现了利用磁场产生电流的条件和规律答案 D 电磁感应现象是法拉第最先发现的,选项 A 错误;发电机是利用电磁感应原理将机械能转化为电能,选项 B 错误;奥斯特最先发现了电流的磁效应,选项 C 错误;法拉第发现了利用磁
2、场产生电流的条件和规律,选项 D 正确。故选 D。2.金属探测器是用来探测金属的仪器,关于其工作原理,下列说法中正确的是( )A.探测器内的探测线圈会产生稳定的磁场B.只有有磁性的金属物才会被探测器探测到C.探测到金属物是因为金属物中产生了涡流D.探测到金属物是因为探测器中产生了涡流答案 C 金属探测器探测金属时,探测器内的探测线圈会产生变化的磁场,被测金属中感应出涡流,故选项 A、D 错误,C 正确;所有的金属都能在变化的磁场中产生涡流,所以不是只有有磁性的金属物才会被探测器探测到,选项 B 错误。故选 C。3.法拉第最初发现“电磁感应现象”的实验情景如图,某同学利用这个原理和图中器材探究“
3、磁生电”,在正确操作的情况下,下列符合实验事实的选项是( )A.闭合开关瞬间,电流表指针无偏转B.闭合开关稳定后,电流表指针有偏转2C.通电状态下,拆开与电池组相连线圈的瞬间,电流表指针无偏转D.将绕线的铁环换成木环后,闭合或断开开关瞬间,电流表指针有偏转答案 D 闭合开关瞬间,与电源相连线圈中电流从无到有;与电流表相连线圈中磁通量增加,产生感应电流,电流表指针有偏转,故 A 项错误。闭合开关稳定后,与电源相连线圈中电流不变,与电流表相连线圈中磁通量不变,不产生感应电流,电流表指针无偏转,故 B 项错误。通电状态下,拆开与电池组相连线圈的瞬间,与电源相连线圈中电流从有到无,与电流表相连线圈中磁
4、通量减小,产生感应电流,电流表指针有偏转,故 C 项错误。将绕线的铁环换成木环后,闭合或断开开关瞬间,与电源相连线圈中电流发生变化,与电流表相连线圈中磁通量发生变化,产生感应电流,电流表指针有偏转,故 D 项正确。4.将直流电源、开关 S、电感线圈 L(自感系数较大)和灯泡 A 连接成如图所示的电路,开始时开关 S 断开,下列说法正确的是( )A.闭合开关 S 时,灯泡立即变亮B.开关 S 闭合一段时间后再断开,灯泡逐渐熄灭C.开关 S 闭合一段时间后再断开的瞬间,a 点电势高于 b 点电势D.开关 S 闭合一段时间后再断开的瞬间,b 点电势高于 a 点电势答案 D 闭合开关 S 时,由于线圈
5、中产生的自感电动势阻碍电流的增加,所以灯泡慢慢变亮,选项 A 错误;开关 S 闭合一段时间后再断开,电路中的电流立即消失,则灯泡立刻熄灭,选项 B 错误;开关 S 闭合一段时间后再断开的瞬间,线圈中产生的感应电流与原来电流方向相同,则 b 点电势高于 a 点电势,选项 C错误,D 正确;故选 D。5.如图甲所示,螺线管(电阻不计)的匝数 n=6,截面积 S=10 cm2,线圈与 R=12 的电阻连接,水平向右且均匀分布的磁场穿过螺线管,磁场与线圈平面垂直,磁感应强度大小 B 随时间 t 变化的关系如图乙所示,规定感应电流 i 从 a 经过 R 到 b 的方向为正方向。忽略线圈的自感影响,下列
6、i-t 关系图中正确的是( )3答案 C 由图可知,02 s 内,线圈中磁通量的变化率相同,故 02 s 内电流的方向相同,由楞次定律可知,电路中电流方向为顺时针,即电流为正方向;同理可知,25 s 内电路中的电流方向为逆时针,为负方向;由 E=n =nS 知,02 s 内电路中产生的感应电动势大小为 E1=6 1010-4 V=1810-6 V,则 t B t 610-32电流大小为 I1= = 10-6 A=1.510-6 A;同理 25 s 内,E 2=6 1010-4 V=1210-6 ER1812 610-33V,I2=1.010-6 A。故选 C。6.在赤道附近有一竖直向下的匀强电
7、场,在此区域内有一根沿东西方向放置的直导体棒,由水平位置静止落下,不计空气阻力,则导体棒两端落地的先后关系是( )A.东端先落地 B.西端先落地C.两端同时落地 D.无法确定答案 A 赤道附近地磁场的方向均为水平由南指向北,金属棒竖直向下进入正交的电场与磁场区域后,做切割磁感线运动,根据右手定则,感应电动势的方向由西端指向东端,即东端相当于电源的正极带正电,西端相当于电源的负极带负电;在竖直向下的电场中,东端的正电荷受向下的电场力,西端的负电荷受向上的电场力,因此东端先落地。故选 A。7.(多选)在交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的交流电动势为 e=220 sin 2100
8、t(V),关于这个交变电流,下列说法中正确的是( )A.交变电流的频率为 100 HzB.该电动势的有效值为 220 VC.线圈转动的角速度 =50 rad/sD.t=0 时,线圈平面处于中性面答案 BD 根据表达式 e=220 sin 100t(V)得,电动势最大值为 Em=220 V,则有效值为 E=220 V;角2 2速度 =100 rad/s,则频率为 f= = Hz=50 Hz,故选项 A、C 错误,B 正确;当 t=0 时,瞬时值 e=0,2 1002最小,故此时磁通量最大,故选项 D 正确。48.(多选)如图所示,理想变压器与电阻 R、交流电压表 V、交流电流表 A 按图甲所示方
9、式连接,已知变压器的原、副线圈的匝数比为 n1n 2=101,电阻 R=10 。图乙是 R 两端电压 u 随时间变化的图像,Um=14.1 V。则下列说法中正确的是( )A.通过 R 的电流 iR随时间 t 变化的规律是 iR= cos 100t(A)B.电流表 A 的读数为 0.1 AC.电压表 V 的读数为 14.1 VD.变压器的输入功率为 10 W答案 BD 根据图乙可得 T=210-2 s,f=50 Hz,=2f=100 rad/s,I m= = A=1.41 A,故 iR=1.41 UmR14.110cos 100t(A),故 A 错误;由题可知,变压器输出电压的有效值为 10 V
10、,则输出端电流为 1 A,根据电流关系 = 可知,电流表的示数为 0.1 A,故 B 正确;电压表测量输出端电压的有效值,故读数为 10 V,故 CI1I2n2n1错误;电压之比等于匝数之比,故输入电压为 1010 V=100 V,变压器的输入功率 P=1000.1 W=10 W,故 D 正确。9.如图所示,有一个等腰直角三角形的匀强磁场区域,其直角边长为 L,磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度大小为 B。边长为 L、总电阻为 R 的正方形导线框 abcd,从图示位置开始沿 x 轴正方向以速度 v 匀速穿过磁场区域。取沿 abcda 的感应电流为正,则表示线框中电流 i 随 bc 边的位置坐标
11、x 变化的图像正确的是( )5答案 C bc 边的位置坐标 x 在 L2L 过程,线框 bc 边有效切线长度为 l=x-L,感应电动势为 E=Blv=B(x-L)v,根据楞次定律判断出感应电流方向沿 abcda,为正值。x 在 2L3L 过程,根据楞次定律判断出感应电流方向沿 adcba,为负值,线框 ad 边有效切线长度为 l=x-2L,感应电动势为 E=Blv=B(x-2L)v,根据数学知识知 C 正确。故选 C。10.电吉他是利用电磁感应原理工作的一种乐器。如图甲为电吉他的拾音器的原理图,在金属弦的下方放置有一个连接到放大器的螺线管。一条形磁铁固定在管内,当拨动金属弦后,螺线管内就会产生
12、感应电流,经一系列转化后可将电信号转化为声音信号。若由于金属弦的振动,螺线管内的磁通量随时间的变化如图乙所示,则对应感应电流的变化为( )答案 B 设在 0 时间内产生的感应电流为正,则根据楞次定律可知在 时间内,感应电流为负;t02 t023t022t0时间内 ,感应电流为正。螺线管内的磁通量大小随时间按正弦规律变化 ,由数学知识可知其切线的3t02斜率 按余弦规律变化,根据法拉第电磁感应定律分析可知,螺线管内产生的感应电动势将按余弦规律 t变化,则感应电流也按余弦规律变化。故选 B。11.(多选)电磁流量计是用来测量管内电介质体积流量的感应式仪表。如图所示为电磁流量计的示意图,匀强磁场方向
13、垂直于纸面向里,磁感应强度大小为 B。当管中的导电液体流过时,测得管壁上 a、b 两点间的电压为 U,单位时间(1 s)内流过管道横截面的液体体积为流量(m 3/s),已知管道直径为 D,则( )A.管中的导电液体流速为UBD6B.管中的导电液体流速为BDUC.管中的导电液体流量为4B DUD.管中的导电液体流量为 DU4B答案 AD 根据法拉第电磁感应定律,有 U=BDv,管中的导电液体流速 v= ,选项 A 正确,B 错误;管中的导UBD电液体流量 Q=vS=v = ,选项 C 错误,D 正确。(D2)2 DU4B12.(多选)用某型号的柴油发电机给我国灾民临时安置区供电,发电机到安置区的
14、距离是 400 m,输电线路中的火线和零线均为单股铜导线,该导线每米的电阻为 2.510-4 ,安置区家用电器的总功率为 44 kW,当这些家用电器都正常工作时,下列说法正确的是( )A.输电线路中的电流为 200 AB.输电线路损失的电功率为 4 kWC.发电机实际输出电压是 240 VD.如果该柴油发电机发的电是正弦交流电,则输出电压的峰值是 260 V2答案 AD 已知家用电器的工作电压为 220 V,根据 P=UI 可求出输电线上的电流为 200 A,故 A 正确;输电线电阻 R=R02x=0.2 ,输电线损失的功率 P 损 =I2R=8 000 W,故 B 错误;输电线损失的电压 U
15、 损=RI=40 ,发电机实际输出电压是 220 V+40 V=260 V,若为交流发电机,则输出电压的最大值为 260 2V,所以 C 错误,D 正确。13.(多选)如图所示为一理想变压器,原、副线圈的匝数比为 n1,原线圈接电压为 u=U0 sin t 的正弦交流电,输出端接有一个交流电流表和一个电动机,电动机的线圈电阻为 R,当输入端接通电源后,电动机带动一质量为 m 的重物匀速上升,此时电流表的示数为 I,重力加速度为 g,下列说法正确的是( )A.电动机两端电压为 IRB.原线圈中的电流为 nIC.电动机消耗的电功率为U0I2nD.重物匀速上升的速度为I(U0- 2nIR)2nmg7
16、答案 CD 电动机两端电压为副线圈两端的电压,由 = 得 U2= U1= ,A 错误;电流表的示数为副线圈中U1U2n1n2 n2n1 U02n电流的大小,由 = 得原线圈中的电流为 I1= ,B 错误;电动机消耗的电功率为 P 电 =IU2= ,C 正确;由功I1I2n2n1 In U0I2n能关系知 P 电 =I2R+mgv,解得 v= ,D 正确。I(U0- 2nIR)2nmg14.(多选)如图所示,间距为 L、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置,导轨左端用一阻值为 R的电阻连接,导轨上横跨一根质量为 m、电阻也为 R 的金属棒,金属棒与导轨接触良好。整个装置处于竖直向上、磁感应强
17、度为 B 的匀强磁场中。现使金属棒以初速度 v 沿导轨向右运动,若金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为 q。下列说法正确的是( )A.金属棒在导轨上做匀减速运动B.整个过程中金属棒克服安培力做功为 mv212C.整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为2qRBLD.整个过程中电阻 R 上产生的焦耳热为 mv212答案 BC 金属棒以速度 v 向右运动,切割磁感线产生感应电动势 E=BLv,线框中产生感应电流 I= =ER+R,金属棒受到的安培力水平向左,大小为 F=BIL= ,金属棒在安培力作用下做减速运动,速度变小,安BLv2R B2L2v2R培力变小,加速度变小,选项 A 错。直到速度减小到
18、0,安培力变为 0,金属棒停止运动,此过程根据动能定理,克服安培力做的功等于减少的动能,即 mv2,选项 B 对。金属棒通过的电荷量 q= t= t=12 I E2Rt= =B ,可得位移 x= ,选项 C 对。整个电路即金属棒和电阻 R 上产生的总热量等于克服安 2R t 2R Lx2R 2RqBL培力做的功,为 mv2,所以电阻 R 上产生的热量小于 mv2,选项 D 错。12 12非选择题部分二、非选择题(共 58 分)15.(4 分)(1)探究电磁感应现象应选用如图 (选填“甲”或“乙”)所示的装置进行实验。在这个现象中感应电流的方向与 的方向和磁感线方向有关。 8(2)如图丙所示,A
19、 为弹簧测力计(量程足够大),B 为条形磁铁(下端为 S 极),C 为螺线管。现将 S1断开,S2由 1 改接到 2,则弹簧测力计的示数将 ;若 S2接 2 不变,再闭合 S1,弹簧测力计的示数将 。(都选填“变大”、“变小”或“不变”) 答案 (1)甲 导体切割磁感线运动(或导体运动)(2)变小 变大解析 (1)探究电磁感应现象的实验装置,只需要有磁场、导体棒、电流表即可,不需要电源,分析图甲与乙可知,探究电磁感应现象应选用甲图装置,在电磁感应现象中,感应电流的方向与导体切割磁感线运动的方向和磁感线的方向有关;(2)根据安培定则,由图丙可知,闭合开关,螺线管上端是 N 极,条形磁铁下端是 S
20、 极,条形磁铁受到向下的引力,现将 S1断开,电路电流变小,S 2由 1 改到 2,通电的螺线管圈数变小,则螺线管的磁性变弱,螺线管对条形磁铁的引力变小,弹簧测力计示数变小;若 S2接 2 不变,闭合 S1,电阻 R2短路,电路电流变大,螺线管的磁场变强,条形磁铁受到的引力变大,弹簧测力计的示数变大。16.(4 分)下图为“研究感应电流产生的条件”的实验电路图。(1)请用铅笔连线,把实验装置连接完整。(2)开始实验时,滑片应该放置在 (填“a”或“b”)端。 (3)闭合开关后,请写出两种使线圈 B 中产生感应电流的方法:a. ;b. 。 9答案 (1)见解析(2)a(3)断开开关 上下移动线圈
21、 A(或移动滑动变阻器的滑片)解析 (1)将电源、开关、变阻器、线圈 A 串联成一个回路,注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱,再将电流表与线圈 B 串联成另一个回路,电路图如图所示:(2)由(1)连接的电路图可知,滑动变阻器采用限流接法,为保护电路应该使接入电路的电阻最大,在闭合开关 S 前,滑动变阻器滑动片 P 应置于 a 端。(3)开关 S 闭合后有多种方法能使线圈 B 中产生感应电流,如:移动滑动变阻器的滑片、线圈 A 在线圈 B中拔出或插入、断开开关等。17.(4 分)在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验中,小李同学采用了如图所示的可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究。(1)实验还
22、需下列器材中的 (多选); (2)实验中,上图中变压器的原线圈接“0;8”接线柱,副线圈接线“0;4”接线柱,当副线圈所接电表的示数为 5.0 V 时,所接电源电压挡位为 。 A.18.0 V B.10.0 VC.5.0 V D.2.5 V答案 (1)BC (2)A10解析 (1)本实验中,变压器的原线圈应接在交流电源上;为了知道原、副线圈的电压比和线圈匝数比之间的关系,还需要电压表,故学生电源和电压表两个器材不能缺少,选 B、C;(2)理想变压器原、副线圈电压和匝数的关系为 = ;若变压器的原线圈接“0;8”接线柱,副线圈接U1U2n1n2“0;4”接线柱,则原、副线圈匝数比为 = =2,则
23、原线圈两端电压 U1= U2=25.0 V=10.0 V。本题中可n1n284 n1n2拆变压器并非理想变压器,存在漏磁现象,要使副线圈所接电压表示数为 5.0 V,则原线圈电压必须大于10 V。故选 A。18.(10 分)如图甲所示,两条相距 l 的光滑平行金属导轨位于同一竖直面(纸面)内,其上端接一阻值为 R的电阻;在两导轨间 OO下方区域内有垂直导轨平面向里的匀强磁场,磁感应强度为 B。现使电阻为 r、质量为 m 的金属棒 ab 由静止开始自 OO位置释放,向下运动距离 d 后速度不再变化。(棒 ab 与导轨始终保持良好的接触且下落过程中始终保持水平,导轨电阻不计)(1)求棒 ab 在向
24、下运动距离 d 过程中回路产生的总焦耳热;(2)棒 ab 从静止释放经过时间 t0下降了 ,求此时刻的速度大小;d2(3)如图乙,在 OO上方区域加一面积为 S 的垂直于纸面向里的均匀磁场 B,棒 ab 由静止开始自 OO上方某一高度处释放,自棒 ab 运动到 OO位置开始计时,B随时间 t 的变化关系 B=kt,式中 k 为已知常量;棒 ab 以速度 v0进入 OO下方磁场后立即施加一竖直外力使其保持匀速运动。求在 t 时刻穿过回路的总磁通量和电阻 R 的电功率。甲 乙答案 (1)mgd- (2)gt 0-m3g2(R+r)22B4l4 B2l2d2m(R+r)(3)Blv0t+ktS R(
25、Blv0+kSR+r)2解析 (1)对闭合回路:I=BlvmR+r由平衡知识可知:mg=BIl解得 vm=mg(R+r)B2l211由能量关系:mgd= m +Q12v2m解得 Q=mgd-m3g2(R+r)22B4l4(2)由动量定理知:(mg-BIl)t 0=mvq=Bld2R+r解得 v=gt0-B2l2d2m(R+r)(3)由题可知 =Blv 0t+ktS由法拉第电磁感应定律可得:E= =Blv0+kS tI=ER+rP=I2R解得 P= R(Blv0+kSR+r)219.(12 分)如图甲所示,发光竹蜻蜓是一种常见的儿童玩具,它在飞起时能够发光。某同学对竹蜻蜓的电路作如下简化:如图乙
26、所示,半径为 L 的金属圆环绕垂直于圆环平面、通过圆心 O 的金属轴 O1O2以角速度 匀速转动,圆环上接有电阻均为 r 的三根导电辐条 OP、OQ、OR,辐条互成 120角。在圆环内,圆心角为 120的扇形区域内存在垂直圆环平面向下、磁感应强度为 B 的匀强磁场,在转轴 O1O2与圆环的边缘之间通过电刷与一个 LED 灯(可看成二极管,发光时,电阻为 r)相连。圆环及其他电阻不计,从辐条OP 进入磁场开始计时。(1)顺着磁感线方向看,圆环绕 O1O2轴沿什么方向旋转,才能使 LED 灯发光?在不改变玩具结构的情况下,如何使 LED 灯发光时更亮?(2)在辐条 OP 转过 60的过程中,求通过
27、 LED 灯的电流。(3)求圆环每旋转一周,LED 灯消耗的电能。答案 (1)见解析 (2) (3)BL28r B2L432r解析 (1)由右手定则可以判断出,顺着磁感线方向看,圆环绕轴 O1O2沿逆时针方向旋转,才能使 LED 灯发光。12在不改变玩具结构的情况下,增大转动的角速度 可以使 LED 灯更亮。(2)感应电动势 E= BL212外电阻 R1=r/3内电阻 R2=r外电压 U=R1E/(R1+R2)流过 LED 灯的电流 I=U/r解得:I=BL28r(3)转动一周电流不变t=2/Q=I2rt解得:Q= B2L432r20.(12 分)如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角
28、=30的斜面上,导轨电阻不计,间距L=0.4 m。导轨所在空间被分成区域和,两区域的边界与斜面的交线为 MN,中的匀强磁场方向垂直斜面向下,中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁感应强度大小均为 B=0.5 T。在区域中,将质量 m1=0.1 kg、电阻 R1=0.1 的金属棒 ab 放在导轨上,ab 刚好不下滑。然后,在区域中将质量m2=0.4 kg、电阻 R2=0.1 的光滑导体棒 cd 置于导轨上,由静止开始下滑。cd 在滑动过程中始终处于区域的磁场中,ab、cd 始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。问:(1)cd 下滑的过程中,ab 中的电流方向;(2)ab 刚要向上滑动时,cd
29、 的速度 v 多大;(3)从 cd 开始下滑到 ab 刚要向上滑动的过程中,cd 滑动的距离 x=3.8 m,此过程中 ab 上产生的热量 Q是多少。答案 (1)由 a 流向 b (2)5 m/s (3)1.3 J解析 (1)由右手定则知电流由 a 流向 b。(2)ab 刚好不下滑时,ab 所受摩擦力为最大静摩擦力,设其为 Fmax,有Fmax=m1g sin 13设 ab 刚要上滑时,cd 棒产生的感应电动势为 E,由法拉第电磁感应定律有E=BLv设电路中的感应电流为 I,由闭合电路欧姆定律有I= ER1+R2设 ab 所受安培力为 F 安 ,有F 安 =ILB此时 ab 受到的最大静摩擦力
30、方向沿斜面向下,由平衡条件有F 安 =m1g sin +F max综合式,代入数据解得v=5 m/s(3)设 cd 棒的运动过程中电路中产生的总热量为 Q 总 ,由能量守恒有m2gx sin =Q 总 + m2v212又 Q= Q 总 R1R1+R2解得 Q=1.3 J21.(12 分)如图所示,倒“凸”字形硬质金属线框质量为 m,总电阻为 R,相邻各边相互垂直,且处于同一竖直平面内,ab、bc、cd、ed、fg、gk、ka 边长均为 l,ef 边长为 3l,ab 与 ef 平行。匀强磁场区域的上下边界均水平,磁场方向垂直纸面向内,磁场区域高度为 H(H3l),磁感应强度大小为 B。线框距磁场
31、上边界 h 处由静止开始自由下落,当 gh、cd 边进入磁场时,线框恰好做匀速运动,当 ab 边穿出磁场下边界时线框也做匀速运动,则(1)gk、cd 边刚刚进入磁场时的速度是多少;(2)线框完全进入磁场过程中产生的热量 Q 是多少;(3)磁场区域高度 H 是多少。14答案 (1) (2)mg(h+2l)-mgR9B2l2 m3g2R2162B4l4(3) +2l40m2gR281B4l4解析 (1)gk、cd 边进入磁场后,切割磁感线的有效长度为 3lmg=BI3lI= ERE=B3lv联立得 v=mgR9B2l2(2)gk、cd 边刚进入磁场至完全进入过程中,线框一直做匀速运动,从开始下落到 ef 边进入磁场,由动能定理,有mg(h+2l)-Q= mv2-012Q=mg(h+2l)-m3g2R2162B4l4(3)ab 边穿出磁场下边界时线框也做匀速运动mg=BIlI= ERE=Blv联立得 v=mgRB2l2线框进入磁场后,内部磁通量不变,没有感应电流,只受到重力,加速度为 gv2-v2=2g(H-2l)得 H= +2l40m2gR281B4l4
