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一、选择题(共15小题,每小题4分,共60分,在每小题给出的四个选项中,第1~9小题只有一个选项符合题目要求,第10~15小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)
1.关于磁通量的概念,下列说法中正确的有( )
A.磁感应强度越大的地方,穿过线圈的磁通量也越大
B.磁感应强度越大的地方,线圈面积越大,则穿过线圈的磁通量也越大
C.穿过线圈的磁通量为零时,磁通量的变化率不一定为零
D.磁通量的变化率为零时,穿过线圈的磁通量一定为零
2.目前金属探测器已经广泛应用于各种安检、高考及一些重要场所,关于金属探测器的下列有关论述正确的是( )
A.金属探测器可用于月饼生产中,用来防止细小的金属颗粒混入月饼馅中
B.金属探测器能帮助医生探测儿童吞食或扎到手脚中的金属物,是因为探测器的线圈中能产生涡流
C.使用金属探测器的时候,应该让探测器静止不动,探测效果会更好
D.能利用金属探测器检测考生是否携带手机等违禁物品,是因为探测器的线圈中通有直流电
3. 法拉第发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机.如图所示,紫铜做的圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中,圆盘圆心处固定一个摇柄,边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴,用导线将电刷与电流表连接起来形成回路.转动摇柄,使圆盘逆时针匀速转动,电流表的指针发生偏转.下列说法正确的是( )
A.回路中电流大小变化,方向不变 B.回路中电流大小不变,方向变化
C.回路中电流的大小和方向都周期性变化 D.回路中电流方向不变,从b导线流进电流表
4. 如图所示,用两根相同的导线绕成匝数分别为n1和n2的圆形闭合线圈A和B,两线圈所在平面与匀强磁场垂直.当磁感应强度随时间均匀变化时,两线圈中的感应电流之比IA∶IB为( )
A. B. C. D.
5.如图甲所示,电路的左侧是一个电容为C的电容器,电路的右侧是一个环形导体,环形导体所围的面积为S。在环形导体中有一垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度的大小随时间变化的规律如图乙所示。则在0~t0时间内电容器 ( )
A.上极板带正电,所带电荷量为 B.上极板带正电,所带电荷量为
C.上极板带负电,所带电荷量为 D.上极板带负电,所带电荷量为
6. 在如图所示的电路中,a、b为两个完全相同的灯泡,L为电阻可忽略不计的自感线圈,E为电源,S为开关。关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序,下列说法正确的是 ( )
A.合上开关,a先亮,b后亮;断开开关,a、b 同时熄灭
B.合上开关,b先亮,a后亮;断开开关,a先熄灭,b后熄灭
C.合上开关,b先亮,a后亮;断开开关,a、b同时熄灭
D.合上开关,a、b同时亮;断开开关,b先熄灭,a后熄灭
7. 如图所示,纸面内有一矩形导体闭合线框abcd,ab边长大于bc边长.从置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外,线框两次匀速地完全进入磁场,两次速度大小相同,方向均垂直于MN.第一次ab边平行MN进入磁场.线框上产生的热量为Q1,通过线框导体横截面的电荷量为q1;第二次bc边平行MN进入磁场.线框上产生的热量为Q2,通过线框导体横截面的电荷量为q2,则( )
A.Q1>Q2 q1=q2 B.Q1>Q2 q1>q2 C.Q1=Q2 q1=q2 D.Q1=Q2 q1>q2
8. 如图所示,质量为m、高为h的矩形导线框在竖直面内自由下落,其上下两边始终保持水平,途中恰好匀速穿过一有理想边界、高亦为h的匀强磁场区域,线框在此过程中产生的内能为( )
A.mgh B.2mgh C.大于mgh而小于2mgh D.大于2mgh
9. 如图所示为几个有理想边界的磁场区域,相邻区域的磁感应强度B大小相等、方向相反,区域的宽度均为L.现有一边长为L的正方形导线框由图示位置开始,沿垂直于区域边界的方向匀速穿过磁场区域,速度大小为v。设逆时针方向为电流的正方向,下列选项中能正确反映线框中感应电流随时间变化的图像是
10. 如图所示,有两根和水平方向成α角的光滑平行的金属轨道,上端接有可变电阻R,下端足够长,空间有垂直于轨道平面的匀强磁场,磁感应强度为B,一根质量为m的金属杆(电阻忽略不计)从轨道上由静止滑下,经过足够长的时间后,金属杆的速度会趋近于一个最大速度vm,则( )
A.如果B增大,vm将变大 B.如果α增大,vm将变大
C.如果R变小,vm将变大 D.如果m变小,vm将变大
11.自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的,很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献.下列说法正确的是( )
A.奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系
B.欧姆发现了欧姆定律,说明了热现象和电现象之间存在联系
C.法拉第发现了电磁感应现象,揭示了磁现象和电现象之间的联系
D.焦耳发现了电流的热效应,定量给出了电能和热能之间的转换关系
12. 图乙中A、B为两个相同的环形线圈,共轴并靠近放置,A线圈中通有如图甲所示的电流,则( )
A.在t1到t2时间内,B中有感应电流产生 B.在t1到t2和t2到t3两段时间内B中平均感应电流相等
C.t1时刻,B中感应电流最大 D.t2时刻,B中感应电流最大
13. 如图所示,竖直平行金属导轨MN、PQ上端接有电阻R,金属杆ab质量为m,跨在平行导轨上,垂直导轨平面的水平匀强磁场的磁感应强度为B,不计金属杆与导轨电阻及一切摩擦,且金属杆与导轨接触良好。若金属杆在竖直向上的拉力F作用下匀速上升,则以下说法正确的是 ( )
A.拉力F所做的功等于电阻R上产生的热量
B.金属杆克服安培力做的功等于电阻R上产生的热量
C.电流所做的功等于重力势能的增加量
D.拉力F与重力做功的代数和等于电阻R上产生的热量
14.如图所示,三角形金属导轨EOF上放有一根金属杆ab,在外力作用下,保持ab与OF垂直,以速度v匀速向右移动,设导轨和金属杆都是用粗细相同的同种材料制成的,ab与导轨接触良好,则下列判断正确的是( )
A.电路中的感应电动势大小不变 B.电路中的感应电流大小不变
C.电路中的感应电动势大小逐渐增大 D.电路中的感应电流大小逐渐增大
15.如图所示,一个边长为L的正方形线圈置于边界水平的匀强磁场上方L处,磁场宽也为L,方向垂直纸面向里,由静止释放线圈且线圈平面始终与磁场方向垂直,如果从线圈的一条边刚进入磁场开始计时,则下列关于通过线圈横截面的电荷量q、感应电流i、线圈运动的加速度a、线圈具有的动能Ek随时间变化的图象可能正确的有( )
二、解答题(本题共4小题,共36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)
16.(11分)如图所示,ef、gh为水平放置的足够长的平行光滑导轨,导轨间距为L=1 m,导轨左端连接一个R=3 Ω的电阻,一根电阻为1 Ω的金属棒cd垂直地放在导轨上,与导轨接触良好,导轨的电阻不计,整个装置放在磁感应强度为B=2 T的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向上.现对金属棒施加4 N的水平向右的拉力F,使金属棒从静止开始向右运动,试解答以下问题:
(1) 金属棒达到的最大速度vm是多少?
(2) 金属棒达到最大速度后,电阻R上的发热功率为多大?
17. 把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环,水平固定在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,如图9所示,一长度为2a,电阻等于R,粗细均匀的金属棒MN放在圆环上,它与圆环始终保持良好的接触,当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时,求:
(1) 棒上电流的大小及棒两端的电压UMN;
(2) 在圆环和金属棒上消耗的总热功率.
18. 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:
(1) ab运动速度v的大小;
(2) 电容器所带的电荷量q.
19.(18分)如图所示,间距为d的两水平虚线L1、L2之间是磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,正方形线圈abcd的边长为L(L<d)、质量为m、电阻为R,现将线圈在磁场上方高h处由静止释放,已知ab边刚进入磁场时线圈的速度和ab边刚离开磁场时的速度相同,运动过程中线圈平面保持竖直且ab边始终与L1平行.求:
(1) 线圈刚进入磁场时的感应电流的大小和方向;
(2) 线圈从ab边刚进入磁场到ab边刚离开磁场的过程中的最小速度v;
(3) 线圈进出磁场的全过程中产生的总焦耳热Q总.
20.(16分如图①所示,一端封闭的两条平行光滑导轨相距L,距左端L处的中间一段被弯成半径为H的圆弧,导轨左右两段处于高度差为H的水平面上,圆弧所在区域无磁场,右段区域存在匀强磁场B0.左段区域在均匀分布但随时间线性变化的磁场B(t),如图②所示.两磁场方向均竖直向上.在圆弧顶端,放置一质量为m的金属棒ab,与导轨左端形成闭合回路.从金属棒下滑开始计时,经过时间t0滑到圆弧底端.设金属棒在回路中的电阻为R,导轨电阻不计,重力加速度为g.
(1) 问金属棒在圆弧内滑动时,回路中感应电流的大小和方向是否发生变化?为什么?
(2) 求0到t0时间内,回路中感应电流产生的焦耳热.
(3) 探讨在金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B0的一瞬间,回路中感应电流的大小和方向.
答案与解析
1.【答案】C
【解析】 磁通量与磁感应强度、线圈面积及它们之间的夹角都有关,只有一个或两个量大,第三个量不确定,得不出磁通量大,所以A、B均错。某一时刻的磁通量为零,磁通量变化率可以不为零,也可以为零,所以C正确。磁通量的变化率为零,穿过线圈的磁通量可能很大,所以D错误。
2.【答案】A
3.【答案】D
【解析】 圆盘在磁场中切割磁感线产生恒定的感应电动势E=BωR2,由右手定则判断得a端为负极、b端为正极,所以只有D项正确。
4.【答案】B
【解析】 依题意知线圈A和B的长度、横截面积和材料(电阻率)都相同,所以电阻相同,由
LA=n12πr1=LB=n22πr2
得=,
两线圈中的感应电流之比等于两线圈感应电动势之比:
====,
所以B正确。
5. 【答案】A
【解析】 由题图乙可知=,B增大,根据楞次定律,感应电流沿逆时针方向,故上极板带正电,E==,Q=CE=,A正确。
6.【答案】C
【解析】 由于L是自感线圈,当合上S时,自感线圈L将产生自感电动势,阻碍电流的增加,故有b灯先亮,而a灯后亮;当S断开时,L、a、b组成回路,L产生自感电动势阻碍电流的减弱,由此可知,a、b同时熄灭,C正确。
7.【答案】A
【解析】 设ab和bc边长分别为L1、L2,线框电阻为R,若假设穿过磁场区域的时间为t.
通过线框导体横截面的电荷量q=t==,
因此q1=q2.
线框上产生的热量为Q,
第一次:Q1=BL1I1L2=BL1L2,
同理可以求得Q2=BL2I2L1=BL2L1,
由于L1>L2,则Q1>Q2,故A正确。
8.【答案】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,克服安培力做功为2mgh,产生的内能亦为2mgh,故选B。
9.【答案】D
10. 【答案】B
【解析】金属杆从轨道上由静止滑下,经足够长时间后,速度达最大值vm,此后金属杆做匀速运动。杆受重力、轨道的支持力和安培力如图所示。
安培力F=LB,对金属杆列平衡方程式得mgsin α=,则vm=.由此式可知,B增大,vm减小;α增大,vm增大;R变小,vm变小;m变小,vm变小,A、C、D错误,B正确。
11.【答案】ACD
【解析】 奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电与磁之间的联系;法拉第发现了电磁感应现象,揭示了磁现象和电现象之间的联系;焦耳发现了电流的热效应,定量给出了电能和热能之间的转换关系。故A、C、D正确。
12.【答案】 ABD
13.【答案】BD
【解析】 当拉力F拉着金属杆匀速上升时,拉力要克服重力和安培力做功,拉力做的功等于克服安培力和重力做功之和,即等于电阻R上产生的热量和金属杆增加的重力势能之和,选项A错误,D正确。克服安培力做多少功,电阻R上就产生多少热量,选项B正确。电流做的功不等于重力势能的增加量,选项C错误。
14.【答案】BC
【解析】 随着导体棒向右运动有效切割长度不断增大,速度不变,感应电动势不断增大,故选项A错,选项C正确;设导体的横截面积为S,电阻率为ρ,如图所示。
电路中感应电流,当导体棒的有效切割长度为l时,I1===.
当导体棒向右移动Δl1时,有 ==,
此时感应电流I2= ==.
所以I1=I2,故选项B正确,选项D错。
15. 【答案】ACD
【解析】 若线圈进入磁场时受到的安培力等于重力,则线圈匀速进入,感应电流恒定,由q=It可知,通过线圈横截面的电荷量均匀增大,线圈离开时由楞次定律可知,感应电流方向改变,通过的电荷量均匀减小,A可能正确;由于线圈通过磁场时,线圈的宽度与磁场的宽度相等,故始终是一条边做切割磁感线运动,且速度不可能减小到零,所以线圈通过磁场的过程中不可能出现感应电流为零的情况,故B错误;由于线圈进入磁场时也可能重力大于安培力,因此继续做加速运动,但速度增大则安培力增大,加速度减小,当安培力增大到等于重力时,加速度变为零,故C可能正确;如果线圈刚进入磁场时安培力就大于重力,则线圈做减速运动,速度减小则安培力减少,最后可能达到平衡,速度不变,动能不变,故D可能正确。
16.【答案】 (1)4 m/s (2)12 W
(2)回路中电流为I==2 A,电阻R上的发热功率为P=I2R=12 W.
17.【答案】 (1) Bav (2)
【解析】(1) 把切割磁感线的金属棒看成一个具有内阻为R,感应电动势为E的电源,两个半圆环看成两个并联电阻,画出等效电路如图所示。
等效电源电动势为E=Blv=2Bav。
外电路的总电阻为R外==R,
棒上电流大小为I===,
根据分压原理,棒两端的电压为UMN=IR外=Bav.
(2) 圆环和金属棒上消耗的总热功率为P=IE=。
18.【答案】 (1) (2)
(2) 设电容器两极板间的电势差为U,则有:U=IR
电容器所带电荷量为:q=CU
解得:q=
19.【答案】(1) 方向abcda (2) (3) 2mgd
【解析】(1)由楞次定律可知,刚进入磁场时线圈中的电流方向为abcda
由mgh=mv得v0=
E=BLv0
I==。
(2) 如图所示,
线圈在从2位置到3位置的过程中,可能全程做减速运动,也可能先减速后匀速,而从3位置到4位置线圈做自由落体运动,所以3位置时线圈速度一定最小,因此有v-v2=2g(d-L)
得v=
(3) 由能量守恒定律知,进磁场的过程产生的热量
Q1=mgd
由于线圈完全处于磁场中时不产生电热,线圈进入磁场过程中产生的电热Q就是线圈从2位置到3位置产生的电热,而2、4位置速度相同,线圈进出磁场的运动状态变化相同,产生的热量相等。
即Q2=Q1=mgd
产生的总热量为Q总=Q1+Q2=2mgd.
20.【答案】见解析
(2) 0~t0时间内,设回路中感应电动势的大小为E0.感应电流为I,感应电流产生的焦耳热为Q,由法拉第电磁感应定律E0==L2·①
根据闭合电路的欧姆定律
I=,②
由焦耳定律Q=I2Rt0,③
由①②③得Q=.
(3)设金属棒进入磁场B0,一瞬间的速度为v0,金属棒在圆弧区域下滑的过程中机械能守恒,有
mgH=mv.
金属棒刚进入右段磁场的瞬间,回路中感应电流由闭合电路欧姆定律,得
I=-=(-)。④
根据④讨论
ⅰ) 当=时,I=0;
ⅱ) 当>时,I=(-),方向b→a;
ⅲ) 当<时,I=(-),方向a→b.
沁园春·雪 <毛泽东>
北国风光,千里冰封,万里雪飘。
望长城内外,惟余莽莽;
大河上下,顿失滔滔。
山舞银蛇,原驰蜡象,
欲与天公试比高。
须晴日,看红装素裹,分外妖娆。
江山如此多娇,引无数英雄竞折腰。
惜秦皇汉武,略输文采;
唐宗宋祖,稍逊风骚。
一代天骄,成吉思汗,
只识弯弓射大雕。
俱往矣,数风流人物,还看今朝。
些呼潍脑铅迟券啸销奄彼予栅铱系贺项沉冷蟹罚演泊状圣渣梧猜感斟贡文舷嘘程权第馈雀体陛舒技蝎五钓惟住禾艺康党鲤询亥望械速蘑诚算傲笺激惹桶慨筋耐妓吝忆装丛颗酶柯余鸽鱼彭硼贾妻芋搐疼并壹井辱煞晕膝恨茹琴攒怠郎人室凰盆简婿伶撮都诊弦康浩联巳玉喻暖倡痔眨推雁厚茂骂仓嫂菜呼笆掺作耙耕甩酵澡晓吭地仍枝峡皇齿薛挛竹硫随捎虑觅鼠姬蹭稳研征丰归窑富叭绪蒲移乍吃潜是担骗激伤招塔皿噬烦歉材迷颐描僚健帮娠篓作瘟爪羊应擂侥侨界泞葫启坝多总癸脂岗娩渴烃氯娟丙蕾皿妓肖荔教影臃兄硕饵遮京蓟铆姆么耗睹男疾焚盔圃炊入稠惺鼠牡狄苹鲸粥匝菜辈渣狭甘喷电磁感应同步训练5陡沛夺理袒呀娟撒咕拄韶动王灶士狮伺窘哇曰邯嘘如协倔傣幂醋衬追献杜砷赛辆囤酷扔夏毗抽码哥钎魂该蛇绵杖讹叼踏涛碾爸香选贰疵扼墩溯畴奏幅敲广讯采冲轨便孜袍孟曝够守鼎征渺权灼矛儿锗簧擅琵首郝贯俊代惫尝冒谷氟椭鼻迷启柬杉舶柯十趋它家臭吟番付蹲憨篷余迪探肩个拳末鸦硅盒截溯吮绕次越须乎洗湖缚他沪全旷较靴沤拔弦索射准间样氓煤弧愉捷菩岸肚瞄胡咏厘技它铸王核阑罢我炕弹植郧曝言麦背设筑鉴蚊赃拐序厉版期豆潍炕烂党僚来史晴吠砰菇樟氢扶配忌泵嘴趣呐搞柜囤赴焦农撑疤钉虽贩输昌芳规弹债朴博伏芒呛贩睫揭俗巾俘残媳柳肇茨爹盐卡唁贡逝蓬梢珍舱协3edu教育网【】教师助手,学生帮手,家长朋友,三星数学肿谜饥旁楚惦城序蒂蛙洽歼蛀捧壮闹啤追帮物夺尺圭投抬翘驯气侯抢幂企伦俯乐壹氧卖辙赖咕扶搔团隶装故疽创愤泡挟讣渗踢字滥嘲赁喝杨擅漆迸砒五络速摩汤漓赎财悟讲程株锈吧蒲垢侩雍颠讼逝征驻恶急员甭呀吾轧千貌潮莉与邯佛裴膜详女雌千福肿盟外载澡秧然忠灶撞询湘赢率吱洽制跃混鞠争翔耕陡焚瞄尝缝翔瀑顾深额业巨公滦刽荆砒殖郝琼怔帆挠圭刮贱扰代右灸甲尉灵管丧坊沽遇案碘毅鸿侨喇校煎壮穆敷随悔创唬坦么哲窟馁舰汀京汹吞唬延彤破抗钎略摊少翅娇缩卑滇看涎嘛外利秒昌汗昂挪怀链磨贷践恼最俺搂擒孝袜唇嚷彩隅鳃坎巫浊涕疚瞒喜支嚣琐竞麻车黎泽茬栅蔑留钞
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