阶段验收评估(九)　电磁感应

阶段验收评估 九 电 磁 感 应 时间 60 分钟 满分 100 分 一 单项选择题 本题共 5 小题 每小题 6 分 共 30 分 每小题只有一个选项正确 1 2014 无锡二模 在物理学发展的过程中 许多物理学家的科学发现推动了人类历史 的进步 下列说法正确的是 A 牛顿首创了将实验和逻辑推理和谐结合起来的物理学研究方法 B 卡文迪许总结出了万有引力定律并测出了万有引力常量的数值 C 法拉第提出了场的概念从而使人类摆脱了超距作用观点的困境 D 奥斯特最早发现了电磁感应现象为发明发电机提供了理论依据 2 如图 1 所示 在磁感应强度大小为 B 方向竖直向上的匀强磁场中 有一质量为 m 阻值为 R 的闭合矩形金属线框 abcd 用绝缘轻质细杆悬挂在 O 点 并可绕 O 点摆动 金属线 框从右侧某一位置静止开始释放 在摆动到左侧最高点的过程中 细杆和金属线框平面始终 处于同一平面 且垂直纸面 则线框中感应电流的方向是 图 1 A a b c d a B d c b a d C 先是 d c b a d 后是 a b c d a D 先是 a b c d a 后是 d c b a d 3 2014 河南名校联考 图 2 中 L 是绕在铁芯上的线圈 它与电阻 R R0 电键和电池 E 可构成闭合回路 线圈上的箭头表示线圈中电流的正方向 当电流的流向与箭头所示的方向 相同 该电流为正 否则为负 电键 K1和 K2都处于断开状态 设在 t 0 时刻 接通电键 K1 经过一段时间 在 t t1时刻 再接通电键 K2 则能正确表示 L 中的电流 I 随时间 t 的 变化图线的是 图 2 图 3 4 2014 皖南八校联考 如图 4 所示 虚线右侧存在匀强磁场 磁场方向垂直纸面向外 正方形金属框电阻为 R 边长是 L 自线框从左边界进入磁场时开始计时 在外力作用下由 静止开始 以垂直于磁场边界的恒定加速度 a 进入磁场区域 t1时刻线框全部进入磁场 规 定顺时针方向为感应电流 I 的正方向 外力大小为 F 线框中电功率的瞬时值为 P 通过导 体横截面的电荷量为 q 则这些量随时间变化的关系正确的是 图 4 图 5 5 2014 河南三市联考 矩形导线框固定在匀强磁场中 如图 6 甲所示 磁感线的方向 与导线框所在平面垂直 规定磁场的正方向为垂直纸面向里 磁感应强度 B 随时间 t 变化的 规律如图乙所示 则 图 6 A 从 0 到 t1时间内 导线框中电流的方向为 abcda B 从 0 到 t1时间内 导线框中电流越来越小 C 从 0 到 t2时间内 导线框中电流的方向始终为 adcba D 从 0 到 t2时间内 导线框 ab 边受到的安培力越来越大 二 多项选择题 本题共 3 小题 每小题 6 分 共 18 分 每小题有多个选项正确 全选 对得 6 分 选对但不全得 3 分 选错或不选得 0 分 6 2014 广东二校联考 如图 7 所示 垂直纸面的正方形匀强磁场区域内 有一位于纸面 的 电阻均匀的正方形导体框 abcd 现将导体框分别朝两个方向以 v 3v 速度匀速拉出磁 场 则导体框从两个方向移出磁场的两过程中 图 7 A 导体框中产生的感应电流方向相同 B 导体框中产生的焦耳热相同 C 导体框 ad 边两端电势差相同 D 通过导体框截面的电量相同 7 如图 8 所示 两足够长平行金属导轨固定在水平面上 匀强磁场方向垂直导轨平面向 下 金属棒 ab cd 与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动 两金属棒 ab cd 的质量 之比为 2 1 用一沿导轨方向的恒力 F 水平向右拉金属棒 cd 经过足够长时间以后 图 8 A 金属棒 ab cd 都做匀速运动 B 金属棒 ab 上的电流方向是由 b 向 a C 金属棒 cd 所受安培力的大小等于 2F 3 D 两金属棒间距离保持不变 8 2013 济南检测 如图 9 所示 水平放置的光滑平行金属导轨上有一质量为 m 的金属 棒 ab 导轨的一端连接电阻 R 其它电阻均不计 磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直于导轨 平面向下 金属棒 ab 在一水平恒力 F 作用下由静止开始向右运动 则 图 9 A 随着 ab 运动速度的增大 其加速度也增大 B 外力 F 对 ab 做的功等于电路中产生的电能 C 当 ab 做匀速运动时 外力 F 做功的功率等于电路中的电功率 D 无论 ab 做何种运动 它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能 三 非选择题 本题共 4 小题 共 52 分 解答时应写出必要的文字说明 方程式和演算 步骤 9 10 分 2014 北京朝阳期末 如图 10 所示 在水平面内固定着足够长且光滑的平行 金属轨道 轨道间距 L 0 40 m 轨道左侧连接一定值电阻 R 0 80 将一金属直导线 ab 垂直放置在轨道上形成闭合回路 导线 ab 的质量 m 0 10 kg 电阻 r 0 20 回路中其余 电阻不计 整个电路处在磁感应强度 B 0 50 T 的匀强磁场中 B 的方向与轨道平面垂直 导线 ab 在水平向右的拉力 F 作用下 沿力的方向以加速度 a 2 0 m s2由静止开始做匀加速 直线运动 求 图 10 1 5 s 末的感应电动势大小 2 5 s 末通过 R 电流的大小和方向 3 5 s 末 作用在 ab 金属导线上的水平拉力 F 的大小 10 12 分 2014 黄山七校联考 如图 11 所示 M N 为纸面内两平行光滑导轨 间距 为 L 轻质金属杆 ab 可在导轨上左右无摩擦滑动 杆与导轨接触良好 导轨右端与定值电 阻连接 P Q 为平行板器件 两板间距为 d 上下两板分别与定值电阻两端相接 两板正 中左端边缘有一粒子源始终都有速度为 v0的带正电粒子沿平行于极板的方向进入两板之间 整个装置处于垂直于纸面向外的匀强磁场中 已知轻杆和定值电阻的阻值分别为 r 和 R 其 余电阻不计 带电粒子的重力不计 为使粒子沿原入射方向从板间右端射出 则轻杆应沿什 么方向运动 速度多大 图 11 11 14 分 2013 重庆高考 小明在研究性学习中设计了一种可测量磁感应强度的实验 其装置如图 12 所示 在该实验中 磁铁固定在水平放置的电子测力计上 此时电子测力计 的读数为 G1 磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场 其余区域磁场不计 直铜条 AB 的两端通过导线与一电阻连接成闭合回路 总阻值为 R 若让铜条水平且垂直于磁场 以恒 定的速率 v 在磁场中竖直向下运动 这时电子测力计的读数为 G2 铜条在磁场中的长度为 L 图 12 1 判断铜条所受安培力的方向 G1和 G2哪个大 2 求铜条匀速运动时所受安培力的大小和磁感应强度的大小 12 16 分 2010 年上海世博会某国家馆内 有一 发电 地板 利用游人走过此处 踩踏地板发电 其原因是地板下有一发电装置 如图 13 甲所示 装置的主要结构是一个截 面半径为 r 匝数为 n 的线圈 紧固在与地板相连的塑料圆筒 P 上 磁场的磁感线沿半径方 向均匀分布 图乙为横截面俯视图 轻质地板四角各连接有一个劲度系数为 k 的复位弹簧 图中只画出其中的两个 当地板上下往返运动时 便能发电 若线圈所在位置磁感应强度 大小为 B 线圈的总电阻为 R0 现用它向一个电阻为 R 的小灯泡供电 为了便于研究 将 某人走过时地板发生的位移 时间变化的规律简化为图丙所示 取地板初始位置 x 0 竖 直向下为位移的正方向 且弹簧始终处在弹性限度内 图 13 1 取图乙中顺时针方向电流为正方向 请在图丁所示坐标系中画出线圈中感应电流 i 随 时间 t 变化的图线 并标明相应纵坐标 要求写出相关的计算和判断过程 2 t t0 2 时地板受到的压力 3 求人踩踏一次地板所做的功 答 案 1 选 C 伽利略首创了将实验和逻辑推理和谐结合起来的物理学研究方法 选项 A 错 误 牛顿总结出了万有引力定律 卡文迪许测出了万有引力常量的数值 选项 B 错误 法 拉第提出了场的概念从而使人类摆脱了超距作用观点的困境 选项 C 正确 法拉第最早发 现了电磁感应现象为发明发电机提供了理论依据 选项 D 错误 2 选 B 线框从右侧摆到最低点的过程中 穿过线框的磁通量减小 由楞次定律可判 断感应电流的方向为 d c b a d 从最低点摆到左侧最高点的过程中 穿过线框的磁通 量增大 由楞次定律可判断感应电流的方向为 d c b a d 所以选 B 3 选 A t 0 时刻 接通电键 K1 由于线圈自感的作用 L 中的电流 I 逐渐增大 在 t t1时刻 再接通电键 K2 线圈产生自感电动势 电流逐渐减小 选项 A 正确 4 选 C 线框速度 v at 产生的感应电动势随时间均匀增大 感应电流均匀增大 安 培力随时间均匀增大 外力 F 随时间变化关系是一次函数 但不是成正比 功率 P EI 随 时间变化关系是二次函数 其图像是抛物线 所以 C 正确 A B 错误 导体横截面的电荷 量 q It 随时间变化关系是二次函数 其图像是抛物线 选项 D 错误 5 选 C 由楞次定律 知从 0 到 t2时间内 导线框中电流的方向始终为 adcba 选项 A 错误 C 正确 由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律 从 0 到 t1时间内 导线框中 电流恒定 选项 B 错误 由安培力公式 从 0 到 t2时间内 导线框 ab 边受到的安培力先减 小后增大 选项 D 错误 6 选 AD 由楞次定律可判断出 导体框从两个方向移出磁场的两过程中 导体框中 产生的感应电流方向相同 选项 A 正确 由于导体框从两个方向移出磁场的两过程中速度 不同 产生的感应电动势和感应电流不同 导体框中产生的焦耳热不相同 导体框 ad 边两 端电势差不相同 选项 B C 错误 由 E t I E R q I t 可得 q R 导体框 从两个方向移出磁场的两过程中磁通量变化 相同 通过导体框截面的电量相同 选项 D 正确 7 选 BC 对两金属棒 ab cd 进行受力和运动分析可知 两金属棒最终将做加速度相 同的匀加速直线运动 且金属棒 ab 速度小于金属棒 cd 速度 所以两金属棒间距离是变大的 由楞次定律判断金属棒 ab 上的电流方向是由 b 到 a A D 错误 B 正确 以两金属棒整体 为研究对象有 F 3ma 隔离金属棒 cd 分析 F F安 ma 可求得金属棒 cd 所受安培力 的大小 F安 F C 正确 2 3 8 选 CD 金属棒 ab 在一水平恒力 F 作用下由静止开始向右运动 随着 ab 运动速度 的增大 产生的感应电流增大 所受与 F 方向相反的安培力增大 其加速度减小 选项 A 错误 外力 F 对 ab 做的功等于电路中产生的电能和导体棒增加的动能之和 选项 B 错误 由能量守恒定律可知 当 ab 做匀速运动时 外力 F 做功的功率等于电路中的电功率 选项 C 正确 无论 ab 做何种运动 它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能 选项 D 正 确 9 解析 1 由于导线 ab 做匀加速直线运动 设它在第 5 s 末速度为 v 所以 v at 10 0 m s 根据法拉第电磁感应定律 E BLv 代入数据得 E 2 0 V 2 根据闭合电路欧姆定律 I 代入数据得 I 2 0 A 方向为 d c E R r 3 因为金属直导线 ab 做匀加速直线运动 故 F F安 ma 其中 F安 BIL 0 40 N F F安 ma 代入数据得 F 0 6 N 答案 1 2 0 V 2 2 0 A 方向为 d c 3 0 6 N 10 解析 粒子在电场中运动 电场力 F qU d 粒子在磁场中运动 磁场力 F qv0B 因为粒子沿原入射方向从板间右端射出 所以粒子所受的电场力和洛伦兹力相互平衡 得 qU d qv0B 轻质金属杆 ab 切割磁感线产生的感应电动势 E BLv R 中电流 I E R r PQ 之间电压 U IR 联立解得 v R r v0 d RL 由右手定则得杆应向右运动 答案 向右运动 R r v0 d RL 11 解析 1 由单导体棒切割磁感线运动知识 导体棒所受的安培力阻碍相对运动 所以铜条所受安培力的方向竖直向上 由牛顿第三定律 磁铁受到竖直向下的力 则 G2 G1 2 铜条向下匀速运动时 有 E BLv I F BIL E R 磁铁受力平衡 F G2 G1 又由牛顿第三定律 F F 联立解得 F G2 G1 B 1 L G2 G1 R v 即安培力大小 F G2 G1 磁感应强度的大小 B 1 L G2 G1 R v 答案 1 竖直向上 G2 2 G2 G1 1 L G2 G1 R v 12 解析 1 0 t0时间 地板向下做匀速运动 其速度 v x0 t0 线圈切割磁感线产生 的感应电动势 e nB 2 rv 2nB rx0 t0 感应电流 i e R 2nB rx0 Rt