2011年高考物理 12章综合检测

用心 爱心 专心1 第十二章第十二章 电磁感应综合检测电磁感应综合检测 一 选择题 本题共 14 小题 共 70 分 在每小题给出的四个选项中 有的只有一个选项 正确 有的有多个选项正确 全部选对的得 5 分 选对但不全的得 3 分 有选错的得 0 分 1 2009 湖北武汉市部分学校 在验证楞次定律实验中 竖直放置的线圈固定不动 将磁 铁从线圈上方插入或拔出 线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流 图中分别标 出了磁铁的极性 磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况 其中 正确的是 解析 对选项 A 由 来者拒之 可判断出线圈中产生的感应电流的磁场上端为 N 极 再由安培定则 可判断出感应电流的方向与图中标的方向相反 故选项 A 错 同理可 判断出 B 错 C D 对 答案 CD 2 2009 江苏南通 如图所示 在磁感应强度为 B 的匀强磁场中 有半径 为 r 的光滑半圆形导体框架 OC 为一能绕 O 在框架上滑动的导体棒 OC 之 间连一个电阻 R 导体框架与导体棒的电阻均不计 若要使 OC 能以角速度 匀速转动 则外力做功的功率是 A B B2 2r4 R B2 2r4 2R C D B2 2r4 4R B2 2r4 8R 解析 匀速转动 P外 P电 又 E Br 联立解得 P外 故选项 E2 R r 2 B2 2r4 4R C 对 答案 C 3 用相同导线绕制的边长为 L 或 2L 的四个闭合导体框 以相同的速度匀速进入右侧匀 强磁场 如图所示 在每个线框进入磁场的过程中 M N 两点间的电压分别为 Ua Ub Uc Ud 下列判断正确的是 用心 爱心 专心2 A Ua Ub Uc Ud B Ua Ub Ud Uc C Ua Ub Uc Ud D Ub Ua Ud Uc 解析 由题知 Ea Eb BLv Ec Ed 2BLv 由闭合电路欧姆定律和串联电路电压 与电阻成正比可知 Ua BLv Ub BLv Uc BLv Ud BLv 故 B 正确 3 4 5 6 3 2 4 3 答案 B 4 如图所示的电路中 D1和 D2是两个相同的小灯泡 L 是一个自感系 数相当大的线圈 其阻值与 R 相同 在开关 S 接通和断开时 灯泡 D1和 D2 亮暗的顺序是 A 接通时 D1先达最亮 断开时 D1后灭 B 接通时 D2先达最亮 断开时 D1后灭 C 接通时 D1先达最亮 断开时 D1先灭 D 接能时 D2先达最亮 断开时 D2先灭 解析 当开关 S 接通时 D1和 D2应该同时亮 但由于自感现象的存在 流过线圈 的电流由零变大时 线圈上产生的自感电动势的方向是左边为正极 右边为负极 使通过线 圈的电流从零开始慢慢增加 所以开始瞬时电流几乎全部从 D1通过 而该电流又将同时分路 通过 D2和 R 所以 D1先达最亮 经过一段时间电路稳定后 D1和 D2达到一样亮 当开关 S 断开时 电源电流立即为零 因此 D2立刻熄灭 而对于 D1 由于通过线圈的电流突然减 弱 线圈中产生自感电动势 右端为正极 左端为负极 使线圈 L 和 D1组成的闭合电路中有 感应电流 所以 D1后灭 应选 A 答案 A 5 如图所示 竖直面内的虚线上方是一匀强磁场 B 从虚线下方竖直上 抛一正方形线圈 线圈越过虚线进入磁场 最后又落回原处 运动过程中线 圈平面保持在竖直平面内 不计空气阻力 则 A 上升过程克服磁场力做的功大于下降过程克服磁场力做的功 B 上升过程克服磁场力做的功等于下降过程克服磁场力做的功 C 上升过程克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率 D 上升过程克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力的平均功率 解析 线圈上升过程中 加速度较大且在减速 下降过程中 运动情况比较复杂 有加速 减速或匀速等 把上升过程看做反向的加速 可以比较在运动到同一位置时 线圈 速度都比下降过程中相应的速度要大 可以得到结论 上升过程中克服安培力做功多 上升 过程时间短 故正确选项为 A C 答案 AC 6 如图所示 闭合导线框的质量可以忽略不计 将它从如图所示 位置匀速向右拉出匀强磁场 若第一次用 0 3s 拉出 外力所做的功为 W1 通过导线横截面的电荷量为 q1 第二次用 0 9s 拉出 外力所做的 功为 W2 通过导线横截面的电荷量为 q2 则 用心 爱心 专心3 A W1 W2 q1 q2 B W1W2 q1 q2 D W1 W2 q1 q2 解析 设线框长为 L1 宽为 L2 第一次拉出速度为 v1 第二次拉出速度为 v2 则 v1 3v2 匀速拉出磁场时 外力所做的功恰等于克服安培力所做的功 有 W1 F1L1 BI1L2L1 B2L L1v1 R 2 2 同理 W2 B2L L1v2 R 故 W1 W2 2 2 又由于线框两次拉出过程中 磁通量的变化量相等 即 1 2 由 q It t BL2v R t 得 q1 q2 故正确答案为选项 C BL1L2 Rt BL1L2 R R 答案 C 7 如图所示 AOC 是光滑的金属导轨道 AO 沿竖直方向 OC 沿水平方向 PQ 是一 根金属直杆如图所示立在导轨上 直杆从图示位置由静止开始在重力作 用下运动 运动过程中 Q 端始终在 OC 上 P 端始终在 AO 上 直到完 全落在 OC 上 空间存在着垂直于纸面向外的匀强磁场 则在 PQ 棒滑 动的过程中 下列判断正确的是 A 感应电流的方向始终是由 P Q B 感应电流方向先是由 P Q 再是由 Q P C PQ 受磁场力的方向垂直于棒向左 D PQ 受磁场力的方向垂直于棒先向左 再向右 解析 棒 PQ 在下滑的过程中 棒与 AO 之间的夹角为 棒长为 L 与导轨所围三 角形 POQ 的面积为 S L2sin cos L2sin2 棒在下滑的过程中棒与 AO 间的夹角 是由 1 2 1 4 零逐渐增大到 90 由面积表达式可知 当 45 时 面积 S 有最大值 而磁场是匀强磁场 故当 PQ 在沿 AO 下滑的过程中 棒与金属导轨所组成的回路中的磁通量是先增大后减小 那么回路中感应电流的磁场方向先与原磁场方向相反 是垂直于纸面向内 后与原磁场方向 相同 是垂直于纸面向外 由安培定则可以确定感应电流的方向先是由 P Q 再由 Q P 再由左手定则可以确定棒受磁场力的方向垂直于棒先向左 后向右 答案 BD 8 如图 在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻 R 的直角形金属导 轨 aOb 在纸面内 磁场方向垂直于纸面朝里 另有两根金属导轨 c d 分别平行于 Oa Ob 放置 保持导轨之间接触良好 金属导轨的电阻不 计 现经历以下四个过程 以速度 v 移动 d 使它与 Ob 的距离增大一 倍 再以速率 v 移动 c 使它与 Oa 的距离减小一半 然后 再以速 率 2v 移动 c 使它回到原处 最后以速率 2v 移动 d 使它也回到原 处 设上述四个过程中通过电阻 R 的电荷量的大小依次为 Q1 Q2 Q3 和 Q4 则 A Q1 Q2 Q3 Q4 B Q1 Q2 2Q3 2Q4 C 2Q1 2Q2 Q3 Q4 D Q2 Q2 Q3 Q4 解析 由 Q t t 可知 在四种移动情况下变化的面积是相同的 I tR R B S R 则磁通量变化相同 跟导轨移动的速度无关 跟移动的时间也无关 所以 A 选项正确 用心 爱心 专心4 答案 A 9 2008 辽宁盘锦一模 如图所示 边长为 L 的正方形导线框质量为 m 由距磁场 H 高处自由下落 其下边 ab 进入匀强磁场后 线圈开始做减 速运动 直到其上边 cd 刚刚穿出磁场时 速度减为 ab 边进入磁场时的一 半 磁场的宽度也为 L 则线框穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热为 A 2mgL B 2mgL mgH C 2mgL mgH D 2mgL mgH 3 4 1 4 解析 设 ab 刚进入磁场时的速度为 v1 cd 刚穿出磁场时的速度 v2 v1 2 线框自开始进入磁场到完全穿出磁场共下落高度为 2L 由题意得 mv mgH 1 22 1 mv mg 2L mv Q 1 22 1 1 22 2 由 得 Q 2mgL mgH C 选项正确 3 4 答案 C 10 2009 武汉调研 如图所示 等腰三角形内分布有垂直于纸面向 外的匀强磁场 它的底边在 x 轴上且长为 2L 高为 L 纸面内一边长为 L 的正方形导框沿 x 轴正方向做匀速直线运动穿过磁场区域 在 t 0 时刻 恰好位于图中所示的位置 以顺时针方向为导线框中电流的正方向 在下面四幅图中能够正 确表示电流 位移 I x 关系的是 解析 线框进入磁场的过程中 线框的右边做切割磁感线运动 产生感应电动势 从而在整个回路中产生感应电流 由于线框做匀速直线运动 且切割磁感线的有效长度不断 增加 其感应电流的大小不断增加 由右手定则 可判定感应电流的方向是顺时针的 线框 全部进入磁场后 线框的左边和右边同时切割磁感线 当 x L 时 回路中的感应电流不断 3 2 减小 由右手定则可判定感应电流的方向是顺时针 当 L x3a 在 3t0时刻线框到达 2 位置速度又为 v0并开始离开匀 强磁场 此过程中 v t 图象如图 b 所示 则 用心 爱心 专心5 A t 0 时 线框右侧边 MN 的两端电压为 Bav0 B 在 t0时刻线框的速度为 v0 Ft0 m C 线框完全离开磁场的瞬间位置 3 的速度一定比 t0时刻线框的速度大 D 线框从 1 位置进入磁场到完全离开磁场位置 3 过程中线框中产生的电热为 2Fb 解析 t 0 时 线框右侧边 MN 的两端电压为外电压 为 Bav0 A 项错误 从 t0 3 4 时刻至 3t0时刻线框做匀加速运动 加速度为 故在 t0时刻的速度为 F m v0 2at0 v0 B 项错误 因为 t 0 时刻和 t 3t0时刻线框的速度相等 进入磁场和穿 2Ft0 m 出磁场的过程中受力情况相同 故在位置 3 时的速度与 t0时刻的速度相等 C 项错误 线框 在位置 1 和位置 3 时的速度相等 根据动能定理 外力做的功等于克服安培力做的功 即有 Fb Q 所以线框穿过磁场的整个过程中 产生的电热为 2Fb D 项正确 答案 D 12 2008 浙江杭州质检 超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起 同时通过周期性地变换磁极方向而获得的推进动力的新型交通工具 其推进原理可以简化为 如图所示的模型 在水平面上相距 L 的两根平行直导轨间 有竖直方向等距离分布的匀强磁 场 B1和 B2 且 B1 B2 B 每个磁场的宽度都是 L 相间排列 所有这些磁场都以相同的速 度向右匀速运动 这时跨在两导轨间的长为 L 宽为 L 的金属框 abcd 悬浮在导轨上方 在磁 场力作用下也将会向右运动 设金属的总电阻为 R 运动中所受到的阻力恒为 Ff 金属框的 最大速度为 vm 则磁场向右匀速运动的速度 v 可表示为 A v B2L2vm FfR B2L2 B v 4B2L2vm FfR 4B2L2 C v 4B2L2vm FfR 4B2L2 D v 2B2L2vm FfR 2B2L2 解析 导体棒 ad 和 bc 各以相对磁场的速度 v vm 切割磁感线运动 由右手定则可 知回路中产生的电流方向为 abcda 回路中产生的电动势为 E 2BL v vm 回路中电流为 I 2BL v vm R 由于左右两边 ad 和 bc 均受到安培力 则合安培力 F合 2 BLI 4B2L2 v vm R 依题意金属框达到最大速度时受到的阻力与安培力平衡 则 用心 爱心 专心6 Ff F合 解得磁场向右匀速运动的速度 v 4B2L2vm FfR 4B2L2 B 对 答案 B 13 2009 北京西城区抽样测试 实验室经常使用的电流表是磁电式仪表 这种电流表的 构造如图甲所示 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的 当线圈通以如图乙所示的 电流 下列说法正确的是 A 线圈转到什么角度 它的平面都跟磁感线平行 B 线圈转动时 螺旋弹簧被扭动 阻碍线圈转动 C 当线圈转到如图乙所示的位置 b 端受到的安培力方向向上 D 当线圈转到如图乙所示的位置 安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动 解析 考查电流表的工作原理 由辐向分布的磁场可知 线圈转到任何位置 它的 平面都跟磁感线平行 A 正确 通过线圈中的电流在磁场作用下产生的安培力的力矩与螺旋 弹簧的扭动力矩平衡时 指针静止 B 正确 当线圈转动到图乙所示的位置时 根据左手定 则 b 端受到的安培力方向向下 C 错误 使线圈沿顺时针方向转动 D 正确 答案 ABD 14 2009 北京海淀区期末 如图所示 光滑平行金属轨道平面与 水平面成 角 两轨道上端用一电阻 R 相连 该装置处于匀强磁场中 磁场方向垂直轨道平面向上 质量为 m 的金属杆 ab 以初速度 v0从轨 道底端向上滑行 滑行到某一高度 h 后又返回到底端 若运动过程中 金属杆始终保持与导轨垂直且接触良好 且轨道与金属杆的电阻均忽 略不计 则 A 整个过程中金属杆所受合外力的冲量大小为 2mv0 B 上滑到最高点的过程中克服安培力与重力所做功之和等于 mv 1 22 0 C 上滑到最高点的过程中电阻 R 上产生的焦耳热等于 mv mgh 1 22 0 D 金属杆两次通过斜面上的同一位置时电阻 R 的热功率相同 解析 金属杆从轨道底端滑上斜面到又返回到出发点时 由于电阻 R 上产生热量 故返回时速度小于 v0 故整个过程中金属杆所受合外力的冲量大小小于 2mv0 A 错误 上滑 到最高点时动能转化为重力势能和电阻 R 上产生的焦耳热 即克服安培力所做的功 BC 正确 金属杆两次通过斜面上同一位置时的速度不同 电路的电流不同 故电阻的热功率不同 D 用心 爱心 专心7 错误 答案 BC 二 计算题 本题共包括 4 小题 共 50 分 解答时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 截面积 S 0 2m2 匝数 n 100 匝的线圈 A 处在如图 甲 所示的磁场中 磁感应强 度 B 随时间按图 乙 所示规律变化 方向垂直线圈平面 规定向外为正方向 电路中 R1 4 R2 6 C 30 F 线圈电阻不计 1 闭合 S 稳定后 求通过 R2的电流 2 闭合 S 一段时间后再断开 则断开后通过 R2的电荷量是多少 解析 由于线圈 A 所在的磁场变化引起穿过线圈的磁通量发生变化 产生感应电动 势 当 S 闭合后 就有电流通过 R1 R2 1 由图知 B 随时间按线性变化 变化率 0 2T s 由法拉第电磁感应定律得 B t E nS 4V 由楞次定律确定电流方向 在 0 1s 内 原磁场为负 即向里 大小在减小 B t 故感应电流的磁场方向与原磁场方向相同 因此由安培定则知线圈中的电流方向为顺时针方 向 从电路角度来看 线圈就是电源 其内阻不计 R1和 R2串联后构成外电路 C 与 R2并 联 当电流恒定时 电容器支路中无电流 由闭合电路欧姆定律得流过 R2的电流 I 0 4A 方向向下 E R1 R2 2 S 闭合后 将对 C 充电 充电结束后电容器支路断路 电容器两端的电势差等于 R2两 端的电压 因此 其充电量 Q CU CE 7 2 10 5C S 断开后 电容器通过 R2放电 R2 R1 R2 所以放电量为 7 2 10 5C 答案 1 0 4A 方向向下 2 7 2 10 5C 16 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 s 的过程中 整个回路中产生的焦耳热为 Q 求 用心 爱心 专心8 1 ab 运动速度 v 的大小 2 电容器所带的电荷量 q 解析 本题是电磁感应中的电路问题 ab 切割磁感线产生感应电动势为电源 电动 势可由 E BLv 计算 其中 v 为所求 再结合闭合 或部分 电路欧姆定律 焦耳定律 电容器 及运动学知识列方程可解得 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 s 所用时间为 t 三 个电阻 R 与电源串联 总电阻为 4R 则 E Blv 由闭合电路欧姆定律有 I E 4R t s v 由焦耳定律有 Q I2 4R t 由上述方程得 v 4QR B2l2s 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 解得 q CQR Bls 答案 1 2 4QR B2l2s CQR Bls 17 日本专家研究调查得出了一个惊人的结论 东京高速道路所形成的振动可产生 4GW 以上的电力 这一数值相当于供给东京 23 个区的家庭用电的 4 成 如图甲所示是某人设计的 一种振动发电装置 它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半径为 r 0 1m 匝数为 n 20 的线圈 磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布 其右视图如图乙所示 在线圈所在位置 磁感应强度 B 的大小均为 0 2T 线圈的电阻为 1 5 它的引出线接有质量为 0 01kg 电阻为 0 5 的金属棒 MN MN 置于倾角为 30 的光滑导轨上 导轨宽度为 0 25m 外力推动线圈框架 的 P 端 使线圈沿轴线做往复运动 便有电流通过 MN 当线圈向右的位移 x 随时间 t 变化的 规律如图丙所示时 x 取向右为正 g 10m s2 求 1 若 MN 固定不动 流过它的电流大小和方向 2 若 MN 可自由滑动 至少要加多大的匀强磁场 B 才能使 MN 保持静止 请在图丁中 画出磁感应强度 B 随时间变化的图象 解析 1 由图丙知线圈运动速度 v 0 8m s x t 线圈向右运动时切割磁感线 且各处磁场方向与组成线圈的导线垂直 线圈产生电动势 E nBLv 2 rnBv 用心 爱心 专心9 流过 MN 电流 I E R外 r内 联立以上三式并代入数据得 I 1A 2 rnBv R外 r内 流过 MN 的电流方向从 M 到 N 当线圈向左运动时 电流大小不变 流过 MN 的电流方向 从 N 到 M 2 如图所示 MN 受重力 斜面支持力和安培力作用处于静止状态 要使外 加磁场 B 最小 即安培力最小 当流过 MN 的电流从 M 到 N 时 由左手定则 知磁场方向垂直轨道平面向下 mgsin30 B IL B 0 2T mgsin30 IL 当流过 MN 的电流从 N 到 M 时 要使 MN 静止 B 的方向相 反 即垂直轨道平面向上 以此方向为正方向 则磁感应强度 B 随 时间变化图象如图所示 规律总结 本题涵盖力学中的位移图象 三力平衡 电磁学中的安培力 感应电动 势 闭合电路欧姆定律 左手定则等问题 解本类综合题的关键是按照物理现象的因果关系 及本质特征将其分解为若干个简单问题 再逐个解决 18 2009 河南省示范性高中联考 如图所示 光滑斜面的倾角 30 在斜面上放置一矩形线框 abcd ab 边的边长 l1 1m bc 边的边 长 l2 0 6m 线框的质量 m 1kg 电阻 R 0 1 线框与绝缘细线相连 现用