1、(六) 第九、十章 (90分钟 100分),一、单项选择题(本题共6小题，每小题4分，共计24分，每小题只有一个选项符合题意) 1.在图(a)、(b)、(c)中除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动，(a)图中的电容器C原来不带电，设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计.图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面(即纸面)向下的匀强磁场中，导轨足够长，今给导体棒ab一个向右的初速度v0，导体棒的最终运动状态是( ),A.三种情况下，导体棒ab最终都是匀速运动 B.图(a)、(c)中ab棒最终将以不同的速度做匀速运动；图(b)中ab棒最终静止 C.图(a)、(c)中
2、，ab棒最终将以相同的速度做匀速运动 D.三种情况下，导体棒ab最终均静止,【解析】选B.图(a)中，ab棒以v0向右运动的过程中，电容器开始充电，充电后ab棒就减速，ab棒上的感应电动势减小，当ab棒上的感应电动势与电容器两端电压相等时，ab棒上无电流，从而做匀速运动；图(b)中，由于电阻R消耗能量，所以ab棒做减速运动，直至停止；图(c)中，当ab棒向右运动时，产生的感应电动势与原电动势同向，因此作用在ab棒上的安培力使ab棒做减速运动，速度减为零后，在安培力作用下向左加速运动，向左加速过程中，ab棒产生的感应电动势与原电动势反向，当ab棒产生的感应电动势与原电动势大小相等时，ab棒上无电
3、流，从而向左匀速运动，所以B正确.,2.如图所示，L为一自感系数很大的有铁芯的线圈，电压表与线圈并联接入电路，在下列哪种情况下，有可能使电压表损坏(电压表量程为3 V)( ) A.开关S闭合的瞬间 B.开关S闭合电路稳定时 C.开关S断开的瞬间 D.以上情况都有可能损坏电压表,【解析】选C.开关S闭合瞬间,L在电路中相当于断路，电压表两端的电压为3 V,所以A错；S闭合电路稳定时，L在电路中相当于短路，电压表两端的电压几乎为0，所以B错；开关S断开的瞬间，两端产生很高的电动势，可能损坏电压表.所以C正确.,3.(2011盐城模拟)如图所示，两块水 平放置的金属极板间距离为d，用导线 与一个n匝
4、的线圈连接，线圈置于方向 竖直向上的变化磁场B中，两板间有一 个质量为m、电荷量为+q的油滴恰好处 于平衡状态，则线圈中的磁场的变化情况和磁通量变化率分别是( ) A.正在增强； B.正在减弱； C.正在减弱； D.正在增强；,【解析】选B.油滴平衡则有:mg=q ， 电容器上极板必带负电，那么螺线管下端相当于电源的正 极，由楞次定律可知，磁场B正在减弱，又E=n ，UC=E, 可得 .故B正确.,4.半径为r、质量为m、电阻为R的 金属圆环，用一根长为L的绝缘细 绳悬挂于O点，宽度为L/4的垂直 向里的匀强磁场的上边界到O点的 距离为L/2，如图所示.现使圆环由与悬点等高的A点静止释放，若运
5、动过程中圆环所在平面始终垂直于磁场，则圆环产生的焦耳热是( ) A.mgL B.mg(L/2+r) C.mg(3L/4+r) D.mg(L+2r),【解析】选C.首先，分析金属圆 环的运动过程，可知每当金属圆 环进入、离开磁场时，依据右手 定则、左手定则可知其均受阻力 安培力的作用.因此由功能关系可知，金属圆环的机械能将不断减少，减少的机械能则转化为焦耳热. 当金属圆环恰好能运动到磁场下边界之外时，亦即如图所示 的位置时，金属圆环不再切割磁感线而安培力消失，故知此 后机械能不再减少，亦不会再有焦耳热产生.从而，由功能 关系可得Q=mg( +r)=mg( +r),因此，本题答案为C.,5.在竖直
6、向上的匀强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,规定线圈中感应电流的正方向如图(甲)所示,当磁场的磁感应强度B随时间t按如图(乙)变化时,下图中能正确表示线圈中感应电动势E变化的是( ),【解析】选A.由题图(乙)知01 s内磁通量向上均匀增加,由楞次定律知电流方向为正且保持不变;3 s5 s内磁通量向上减小,由楞次定律知电流方向为负且保持不变.由法拉第电磁感应定律知感应电动势大小与磁通量变化率成正比,故 3 s5 s内的电动势是01 s内电动势的1/2,应选A.,6.(2011大港区模拟)将硬导线中间 一段折成不封闭的正方形，每边长为 l，它在磁感应强度为B、方向如图所 示的匀强磁场中
7、匀速转动，转速为n， 导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路有额定功率为P的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应为( ) A.(2l2nB)2/P B.2(l2nB)2/P C.(l2nB)2/2P D.(l2nB)2/P,【解析】选B.由交流电有效值公式及角速度-转速关系得U=Bl2/ =2n 又由电功率公式可得P= 联立式，我们即可求出灯泡的电阻 R=2(l2nB)2/P,因此，本题答案为B.,【方法技巧】电磁感应中线框问题的求解思路 (1)先做“电源”的分析：分离出电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源参数E和r; (2)再进行“电路”的分析：分析电路
8、结构，弄清串并联关系，求出相关部分的电流大小，以便安培力的求解;,(3)然后是“受力”的分析：分析力学研究对象的受力情况，尤其注意其所受的安培力; (4)再后是“运动”的分析：根据力和运动的关系，判断出正确的运动模型; (5)最后是“能量”的分析：寻找电磁感应过程和力学对象的运动过程中其能量转化和守恒的关系.,二、多项选择题(本题共6小题，每小题4分，共计24分，每小题有多个选项符合题意) 7.如图所示的电路中,当半导体材料做 成的热敏电阻浸泡到热水中时,电流表 示数增大,则说明( ) A.热敏电阻在温度越高时,电阻越大 B.热敏电阻在温度越高时,电阻越小 C.半导体材料温度升高时,导电性能变
9、差 D.半导体材料温度升高时,导电性能变好,【解析】选B、D.电流表的示数增大,说明电路中的电流增大,电阻减小,所以这个热敏电阻的电阻率是随温度的升高而降低的;电阻率减小,电阻值在其他条件不变时减小,导电性能变好,故选项B、D正确.,8.阻值为10 的电阻接到电压波形 如图所示的交流电源上.以下说法中 正确的是( ) A.电压的有效值为10 V B.通过电阻的电流有效值为 A C.电阻消耗电功率为5 W D.电阻每秒钟产生的热量为10 J,【解析】选B、C.根据图象可知电压最大值为Um=10 V，有效 值为U= V，A错误；电流有效值为I= A，B正 确；电阻消耗的电功率为P=I2R=( )2
10、10 W=5 W，C正确； 由Q=Pt知，电阻每秒钟产生的热量也为5 J，D错误.,9.如图所示，一根长导线弯成“n”形，通以直 流电I，正中间用不计长度的一段绝缘线悬挂一 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( ) A.金属环C中无感应电流产生 B.金属环C中有沿逆时针方向的感应电流产生 C.悬挂金属环C的竖直线拉力变大 D.金属环C仍能保持静止状态,【解析】选B、C、D.电流I增大的过程中，穿过金属环C的磁通量增大，环中出现逆时针的感应电流，故A错，B正确；可以将环等效成一个正方形线框，利用“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”得出环将受到向下的斥
11、力且无转动，所以悬挂金属环C的竖直拉力变大，环仍能保持静止状态，C、D正确.,10.如图所示，理想变压器的副线 圈上通过输电线接两个相同的灯 泡L1和L2，输电线的等效电阻为R， 开始时开关S断开，当S接通时，以下说法正确的是( ) A. 副线圈两端M、N的输出电压减小 B. 副线圈输电线等效电阻R上的电压将增大 C. 通过灯泡L1的电流减小 D. 原线圈的电流增大,【解析】选B、C、D.理想变压器不计原副线圈的直流电阻，副线圈两端电压UMN(有效值)不受负载电阻的影响，始终等于副线圈的感应电动势，而保持不变，故A项是错误的.S接通后，次级回路的总电阻减小，而UMN保持不变，故次级回路中电流I
12、2增大，输电线等效电阻R上的电压增大，导致灯泡L1两端电压减小，L1中电流减小，可见B、C项正确，又因I2增大，UMN不变，变压器的输出功率增大，故输入功率随着增大，原线圈中的电流I1增大，D项正确，所以本题正确答案应选B、C、D.,11.如图所示为“研究电磁感应 现象”实验的实物连接图，实 验表明：当穿过闭合电路的磁 通量发生变化时，闭合电路中 就会产生感应电流.将线圈L1插 入线圈L2中，合上开关S，能使线圈L2中感应电流的磁场方向与线圈L1中原磁场方向相同的实验操作是( ) A.插入铁芯 B.拔出线圈L1 C.使变阻器阻值R变大 D.断开开关S,【解析】选B、C、D.根据楞次定律，当原磁
13、场减弱时线圈L2中感应电流的磁场方向与线圈L1中原磁场方向相同，因为拔出线圈、使变阻器阻值变大以及断开开关都能够使得原磁场减弱，所以B、C、D选项正确.,12.(2011枣庄模拟)长为a、宽为b的 矩形线框有n匝，每匝线圈电阻为R.如 图所示，对称轴MN的左侧有磁感应强 度为B的匀强磁场，第一次将线框从磁 场中以速度v匀速拉出，第二次让线框 以=2v/b的角速度转过90角.那么( ) A.通过导线横截面的电量q1q2=1n B.通过导线横截面的电量q1q2=11 C.线框发热功率P1P2=2n1 D.线框发热功率P1P2=21,【解析】选B、D.首先，在第一、二次运动过程中，磁通量 的减少量为
14、1=2=Bab/2.当回路为n匝，总电阻为nR 时，由q= t=/R可得 q1q2=11.故知A错B对. 然后，显然两种情况下线框电阻不变.从而，由电(热)功率公式可得 E1=nBav E2=nB 联立式，即可求出以下结果P1P2=21,故知C错而D对.,三、计算题(本大题共4小题，共52分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位) 13.(13分)在开展研究性学习的过程中，某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置.如图所示，在轮子的边缘贴上小磁体，将小线圈靠近轮边放置，接上数据采集器和电脑(即DIS实验器材).如果小线圈的面积为S，圈数为N匝，小磁体附近的磁感应强度最大值为B
15、，回路的总电阻为R，实验发现，轮子转过角，小线圈的磁感应强度由最大值变为零.因此，他说“只要测得此时感应电流的平均值I，就可以测,出转轮转速的大小”.请你运用所学的知识，通过计算对该同学的结论作出评价.【解析】该同学的结论是正确的. (2分),设转轮的角速度、转速分别为和n，轮子转过角所需时间为t，通过线圈的磁通量的变化量为，线圈中产生的感应电动势的平均值为E. 根据法拉第电磁感应定律有E=N =N (3分) 由闭合电路欧姆定律有I=E/R (2分) 又t= (2分) n= (2分) 联立以上四式得，n= (2分) 由此可见，该同学的结论是正确的. 答案：见解析,14.(10分)如图(甲)所示
16、，一固定的矩形导体线圈水平放 置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与 线圈平面垂直均匀分布的磁场.已知线圈的匝数n=100匝，电 阻r=1.0 ，所围成矩形的面积S= 0.040 m2，小灯泡的电 阻R=9.0 ，磁场的磁感应强度B按如图(乙)所示的规律变 化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e= nBmS cos t,其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场 变化的周期.不计灯丝电阻随温度的变化，求：,(1)线圈中产生感应电动势的最大值. (2)小灯泡消耗的电功率. (3)在磁感应强度变化的0 的时间内，通过小灯泡的电荷量.【解题提示】本题考查交流电的几个“值” (1)电功
17、率用有效值计算； (2)电荷量用平均值计算.,【解析】(1)因为线圈中产生的感应电流变化的周期与磁场变化的周期相同，所以由图象可知，线圈中产生交变电流的周期为T=3.1410-2s. (1分) 所以线圈中感应电动势的最大值为 Em=2nBmS/T=8.0 V (2分) (2)根据欧姆定律，电路中电流的最大值为 Im= =0.80 A, (1分) 通过小灯泡电流的有效值为I=Im/ = A，(1分) 小灯泡消耗的电功率为P=I2R=2.88 W (1分),(3)在磁感应强度变化的0T/4周期内，线圈中感应电动势 的平均值 (1分) 通过灯泡的平均电流 (1分) 通过灯泡的电荷量Q= =4.010
18、-3C(2分) 答案：()8.0 V (2)2.88 W (3)4.010-3 C,15.(15分)某发电站的输出功率为104 kW,输出电压为4 kV,通过理想变压器后向80 km远处供电.已知输电导线的电阻率为=2.410-8 m,导线横截面积为1.510-4 m2,输电线路损失的功率为输出功率的4%.求: (1)升压变压器的输出电压. (2)输电线路上的电压损失.,【解析】(1)导线电阻r= =2.410-8 = 25.6 ,输电线路损失功率为输出功率的4%,则4%P=I2r,代 入数据得:I=125 A.由P入=P出及P=UI得:输出电压U= V =8104 V. (10分) (2)输
19、电线路上电压损失 U=Ir=12525.6 V=3.2103 V. (5分) 答案:(1)8104 V (2)3.2103 V,16.(14分)(2011南京模拟)如图 所示，PQNM是表面光滑、倾角为 30的绝缘斜面,斜面上宽度为L 的矩形区域PQNM内存在 垂直于斜面向下、磁感应强度为B 的匀强磁场.现将质量为m、边长为 L的单匝正方形金属线框abcd放在斜面上，使其由静止开始沿斜面下滑.若已知cdNMNM，线框开始运动时cd边与PQ的距离为2L，线框恰能做匀速运动通过磁场区域，重力加速度为g.求：,(1)线框的电阻； (2)线框在通过磁场区域的过程中产生的热量. 【解析】(1)设cd边刚进入磁场时的速度为v，由机械能守恒定律有mg(2Lsin30)= mv2 (2分) 解得v= (2分) 线框在磁场中受到重力、支持力和安培力作用做匀速运动，安培力F=BIL= , (2分) 根据平衡条件，有 =mgsin30 (2分) 解得R= (2分),(2)线框在通过磁场过程中，减少的重力势能全部转化为电能，电能又转化为热能，故产生热量Q=Ep=mg2Lsin30=mgL.(4分) 答案：(1) (2)mgL,Thank you!,
