【创新设计】高中物理 第1、2章 电磁感应、楞次定律和自感现象章末综合检测2 鲁科版选修32.doc

【创新设计】2014-2015学年高中物理 第1、2章 电磁感应、楞次定律和自感现象章末综合检测2 鲁科版选修3-2 (时间：90分钟满分：100分)一、单项选择题(本大题共6小题，每小题5分，共30分在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求，选对的得5分，选错或不答的得0分)1我国已经制定了登月计划，2013年12月我国发射的“玉兔号”月球车成功着陆月球，不久的将来中国人将真正实现飞天梦，进入那神秘的广寒宫假如有一宇航员登月后，想探测一下月球表面是否有磁场，他手中有一只灵敏电流表和一个小线圈，则下列推断正确的是()a直接将电流表放于月球表面，看是否有示数来判断磁场的有无b将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表无示数，则可判断月球表面无磁场c将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表有示数，则可判断月球表面有磁场d将电流表与线圈组成的闭合回路，使线圈在某一平面内沿各个方向运动，如电流表无示数，则可判断月球表面无磁场答案c解析电磁感应现象产生的条件是：穿过闭合回路的磁通量发生改变时，回路中有感应电流产生a中，即使有一个恒定的磁场，也不会有示数，a错误；同理，将电流表与线圈组成回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表无示数，也不能判断出没有磁场，因为磁通量可能是恒定的，b错误；电流表有示数则说明一定有磁场，c正确；将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈在某一个与磁场平行的平面内沿各个方面运动，也不会有示数，d错误图12如图1所示，圆环a和b的半径之比r1r221，且两圆环由粗细、材料相同的导线构成，连接两环的导线电阻不计，匀强磁场的磁感应强度始终以恒定的变化率变化，那么，当只有a环置于磁场中与只有b环置于磁场中两种情况下，a、b两点的电势差之比为()a11 b21c31 d41答案b解析设b环的面积为s，由题可知a环的面积为4s，设b环的电阻为r，则a环的电阻为2r.当a环置于磁场中时，a环等效为电源，b环等效为外电路，a、b两端的电压为路端电压，根据法拉第电磁感应定律e，uab，当b环置于磁场中时e，uab.所以uabuab21.故选b.3如图2所示，甲、乙两个矩形线圈同处在纸面内，甲的ab边与乙的cd边平行且靠得较近，甲、乙两线圈分别处在垂直纸面方向的匀强磁场中，穿过甲的磁感应强度为b1，方向指向纸面内，穿过乙的磁感应强度为b2，方向指向纸面外，两个磁场可同时变化，当发现ab边和cd边之间有排斥力时，磁场的变化情况可能是()图2ab1变小，b2变大 bb1变大，b2变大cb1变小，b2变小 db1不变，b2变小答案a解析ab边与cd边有斥力，则两边通过的电流方向一定相反，由楞次定律可知，当b1变小，b2变大时，ab边与cd边中的电流方向相反4如图3所示，一根长导线弯曲成如图所示形状，通以直流电i，正中间用绝缘线悬挂一金属环c，环与导线处于同一竖直平面内在电流i增大的过程中，下列叙述正确的是()图3a金属环中无感应电流产生b金属环中有顺时针方向的感应电流c悬挂金属环c的竖直线中的张力不变d金属环c仍能保持静止状态答案d解析导线中的电流在金属环c内产生的合磁通量向里，故电流i增大的过程中，金属环c的磁通量向里增大，由安培定则及楞次定律知金属环中有逆时针方向的感应电流，故a、b选项错；由对称性及左手定则知金属环受到了竖直向下的安培力的作用且随着电流i增大而增大，金属环c仍能保持静止状态，故c项错，d项正确5如图4所示，绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a、b.将条形磁铁沿它们的正中向下移动(不到达该平面)，a、b将如何移动()图4aa、b将相互远离 ba、b将相互靠近ca、b将不动 d无法判断答案a解析根据bs，磁铁向下移动过程中b增大，所以穿过每个环中的磁通量都增大由于s不可改变，为阻碍增大，导体环应该尽量远离磁铁，所以a、b将相互远离a项正确6某研究性学习小组在探究电磁感应现象和楞次定律时，设计并进行了如下实验：如图5，矩形金属线圈放置在水平薄玻璃板上，有两块相同的蹄形磁铁，相对固定，四个磁极之间的距离相等当两块磁铁匀速向右通过线圈位置时，线圈静止不动，那么线圈所受摩擦力的方向是()图5a先向左，后向右b先向左，后向右，再向左c一直向右d一直向左答案d解析根据楞次定律的推广意义，线圈中产生的感应电流的磁场会阻碍原来磁通量变化，线圈相对磁铁“来拒去留”，即当磁铁靠近时它们互相排斥，线圈受到向右的斥力，当磁铁远离时，线圈受到向右的引力，线圈静止不动，故线圈受玻璃板对它的静摩擦力方向始终向左二、多项选择题(本大题共4小题，每小题5分，共20分在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对得5分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)7如图6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()图6a变为0 b先减小后不变c等于f d先增大再减小答案ab解析a导体棒在恒力f作用下加速运动，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，b受到的安培力与a受到的安培力大小相等，方向沿斜面向上所以b导体棒受摩擦力可能先减小后不变，可能减小到0保持不变，也可能减小到0然后反向增大保持不变，所以选项a、b正确，c、d错误8边长为a的闭合金属正三角形框架，完全处于垂直于框架平面的匀强磁场中，现把框架匀速拉出磁场，如图7所示，则选项图中电动势、外力、外力功率与位置图象规律与这一过程不相符的是()图7答案acd解析框架匀速拉出过程中，有效长度l均匀增加，由eblv知，电动势均匀变大，a错，b对；因匀速运动，则f外f安bil，故外力f外随位移x的增大而非线性增大，c错；外力功率pf外v，v恒定不变，故p也随位移x的增大而非线性增大，d错9一环形线圈放在匀强磁场中，设第1 s内磁感线垂直线圈平面向里，如图8甲所示若磁感应强度b随时间t变化的关系如图乙所示，那么下列选项正确的是()图8a第1 s内线圈中感应电流的大小逐渐增加b第2 s内线圈中感应电流的大小恒定c第3 s内线圈中感应电流的方向为顺时针方向d第4 s内线圈中感应电流的方向为逆时针方向答案bd解析由图象分析可知，磁场在每1 s内为均匀变化，斜率恒定，线圈中产生的感应电流大小恒定，因此a错误、b正确；由楞次定律可判断出第3 s、第4 s内线圈中感应电流的方向为逆时针方向，因此c错误、d正确10如图9所示，正方形线框的边长为l，电容器的电容为c.正方形线框的一半放在垂直纸面向里的匀强磁场中，当磁感应强度以k为变化率均匀减小时，则()图9a线框产生的感应电动势大小为kl2b电压表没有读数ca点的电势高于b点的电势d电容器所带的电荷量为零答案bc解析由于线框的一半放在磁场中，因此线框产生的感应电动势大小为kl2/2，a错误；由于线框所产生的感应电动势是恒定的，且线框连接了一个电容器，相当于电路断路，外电压等于电动势，内电压为零，而接电压表的这部分相当于回路的内部，因此，电压表两端无电压，电压表没有读数，b正确；根据楞次定律可以判断，a点的电势高于b点的电势，c正确；电容器所带电荷量为qc，d错误三、填空题(本题共12分)11(4分)把一个矩形线圈从有理想边界的匀强磁场中匀速拉出(如图10所示)，第一次速度为v1，第二次速度为v2且v22v1，则两种情况下拉力做的功之比w1w2_，拉力的功率之比p1p2_，线圈中产生热量之比q1q2_图10答案121412解析设线圈的ab边长为l，bc边长为l，整个线圈的电阻为r，把ab边拉出磁场时，cd边以速度v匀速运动切割磁感线，产生感应电动势eblv.其电流方向从c指向d，线圈中形成的感应电流i，cd边所受的安培力fbil，为了维持线圈匀速运动，所需外力大小为ff，因此拉出线圈过程中拉力的功wflv(wv)，外力的功率pfvv2(pv2)，线圈中产生的热量qi2rtrvw(即qv)由上面得出的w、p、q的表达式可知，两种情况下拉力的功、功率及线圈中的热量之比分别为；.12(8分)如图11所示，甲为研究自感实验电路图，并用电流传感器显示出在t1103s时断开开关前后一段时间内各时刻通过线圈l的电流(如图11乙)已知电源电动势e6 v，内阻不计，灯泡r1的阻值为6 ，电阻r的阻值为2 .图11(1)线圈的直流电阻rl_.(2)开关断开时，该同学观察到的现象是_，并计算开关断开瞬间线圈产生的自感电动势是_v.答案(1)2(2)灯泡闪亮一下后逐渐变暗，最后熄灭15解析由图象可知s闭合稳定时il1.5 arlr 2 2 此时小灯泡的电流i1 a1 as断开后，l、r、r1组成闭合回路电流由1.5 a逐渐减小，所以灯泡会闪亮一下再熄灭，自感电动势eil(rrlr1)15 v四、解答题(本题共4小题，共38分解答应写出必要的文字说明、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)13(8分)轻质细线吊着一质量为m0.32 kg、边长为l0.8 m、匝数n10的正方形线圈，总电阻为r1 .边长为的正方形磁场区域对称分布在线圈下边的两侧，如图12甲所示，磁场方向垂直纸面向里，大小随时间变化如图乙所示，从t0开始经t0时间细线开始松弛，取g10 m/s2.求：图12(1)在前t0时间内线圈中产生的电动势；(2)在前t0时间内线圈的电功率；(3)t0的值答案(1)0.4 v(2)0.16 w(3)2 s解析(1)由法拉第电磁感应定律得enn()210()20.5 v0.4 v.(2)i0.4 a，pi2r0.16 w.(3)分析线圈受力可知，当细线松弛时有：f安nbt0img，i，bt02 t由图象知：bt010.5t0(t)，解得t02 s.14(8分)两根光滑的长直金属导轨mn、mn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13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直线运动且与导轨保持良好接触，在ab运动距离为s的过程中，整个回路中产生的焦耳热为q.求：图13(1)ab运动速度v的大小；(2)电容器所带的电荷量q.答案(1)(2)解析(1)设ab上产生的感应电动势为e，回路中电流为i，ab运动距离s所用时间为t，则有：eblv，i，t，qi2(4r)t由上述方程得：v(2)设电容器两极板间的电势差为u，则有：uir电容器所带电荷量为：qcu解得：q15(10分)如图14所示，一边长l0.25 m、质量m0.5 kg的正方形金属线框，放在光滑绝缘的水平面上，整个装置放在方向竖直向上、磁感应强度b0.8 t的匀强磁场中，它的一边与磁场的边界mn重合，在水平力f作用下由静止开始向左运动，经过5 s线框被拉出磁场，测得金属线框中的电流随时间变化的图象如图乙所示在金属线框被拉出的过程中图14(1)求通过线框截面的电荷量及线框的电阻；(2)写出水平力f随时间变化的表达式；(3)已知在这5 s内力f做功1.92 j，那么在此过程中，线框产生的焦耳热是多少？答案(1)1.25 c4 (2)f(0.02t0.1)n(3)1.67 j解析(1)根据qit，由it图象得：q1.25 c又根据i，得r4 .(2)由电流图象可知，感应电流随时间变化的规律：i0.1t由感应电流i，可得金属线框的速度随时间也是线性变化的，v0.2t线框做匀加速直线运动，加速度a0.2 m/s2线框在外力f和安培力fa作用下做匀加速直线运动，ffama所以水平力f随时间变化的表达式为f(0.02t0.1)n.(3)当t5 s时，线框从磁场中拉出时的速度v5at1 m/s线框中产生的焦耳热为qwmv1.67 j.16(12分)如图15所示，固定的光滑金属导轨间距为l，导轨电阻不计，上端a、b间接有阻值为r的电阻，导轨平面与水平面的夹角为，且处在磁感应强度大小为b、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中质量为m、电阻为r的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有沿轨道向上的初速度v0.整个运动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触已知弹簧的劲度系数为k，弹簧的中心轴线与导线平行图15(1)求初始时刻通过电阻的电流i的大小和方向；(2)当导体棒第一次回到初始位置时，速度变为v，求此时导体棒的加速度大小a；(3)导体棒最