1、特训(四) (范围:选修 3-2)本试卷分选择题和非选择题两部分,满分 100分,考试时间 90分钟。选择题部分一、选择题(每题 3分,共 42分)1.在物理学的发展过程中,许多物理学家的科学发现推动了人类社会的进步,人类社会的进步又促进了物理学的发展。下列叙述中正确的是( )A.电磁感应现象是洛伦兹最先发现的B.电动机是利用电磁感应原理将机械能转化为电能C.安培最先发现了电流的磁效应D.法拉第发现了利用磁场产生电流的条件和规律答案 D 电磁感应现象是法拉第最先发现的,选项 A错误;发电机是利用电磁感应原理将机械能转化为电能,选项 B错误;奥斯特最先发现了电流的磁效应,选项 C错误;法拉第发现
2、了利用磁场产生电流的条件和规律,选项 D正确。故选 D。2.金属探测器是用来探测金属的仪器,关于其工作原理,下列说法中正确的是( )A.探测器内的探测线圈会产生稳定的磁场B.只有有磁性的金属物才会被探测器探测到C.探测到金属物是因为金属物中产生了涡流D.探测到金属物是因为探测器中产生了涡流答案 C 金属探测器探测金属时,探测器内的探测线圈会产生变化的磁场,被测金属中感应出涡流,故选项 A、D 错误,C 正确;所有的金属都能在变化的磁场中产生涡流,所以不是只有有磁性的金属物才会被探测器探测到,选项 B错误。故选 C。3.法拉第最初发现“电磁感应现象”的实验情景如图,某同学利用这个原理和图中器材探
3、究“磁生电”,在正确操作的情况下,下列符合实验事实的选项是( )A.闭合开关瞬间,电流表指针无偏转B.闭合开关稳定后,电流表指针有偏转C.通电状态下,拆开与电池组相连线圈的瞬间,电流表指针无偏转D.将绕线的铁环换成木环后,闭合或断开开关瞬间,电流表指针有偏转答案 D 闭合开关瞬间,与电源相连线圈中电流从无到有;与电流表相连线圈中磁通量增加,产生感应电流,电流表指针有偏转,故 A项错误。闭合开关稳定后,与电源相连线圈中电流不变,与电流表相连线圈中磁通量不变,不产生感应电流,电流表指针无偏转,故 B项错误。通电状态下,拆开与电池组相连线圈的瞬间,与电源相连线圈中电流从有到无,与电流表相连线圈中磁通
4、量减小,产生感应电流,电流表指针有偏转,故 C项错误。将绕线的铁环换成木环后,闭合或断开开关瞬间,与电源相连线圈中电流发生变化,与电流表相连线圈中磁通量发生变化,产生感应电流,电流表指针有偏转,故 D项正确。4.将直流电源、开关 S、电感线圈 L(自感系数较大)和灯泡 A连接成如图所示的电路,开始时开关 S断开,下列说法正确的是( )A.闭合开关 S时,灯泡立即变亮B.开关 S闭合一段时间后再断开,灯泡逐渐熄灭C.开关 S闭合一段时间后再断开的瞬间,a 点电势高于 b点电势D.开关 S闭合一段时间后再断开的瞬间,b 点电势高于 a点电势答案 D 闭合开关 S时,由于线圈中产生的自感电动势阻碍电
5、流的增加,所以灯泡慢慢变亮,选项 A错误;开关 S闭合一段时间后再断开,电路中的电流立即消失,则灯泡立刻熄灭,选项 B错误;开关 S闭合一段时间后再断开的瞬间,线圈中产生的感应电流与原来电流方向相同,则 b点电势高于 a点电势,选项 C错误,D 正确;故选 D。5.如图甲所示,螺线管(电阻不计)的匝数 n=6,截面积 S=10 cm2,线圈与 R=12 的电阻连接,水平向右且均匀分布的磁场穿过螺线管,磁场与线圈平面垂直,磁感应强度大小 B随时间 t变化的关系如图乙所示,规定感应电流 i从 a经过 R到 b的方向为正方向。忽略线圈的自感影响,下列 i-t关系图中正确的是( )答案 C 由图可知,
6、02 s 内,线圈中磁通量的变化率相同,故 02 s内电流的方向相同,由楞次定律可知,电路中电流方向为顺时针,即电流为正方向;同理可知,25 s 内电路中的电流方向为逆时针,为负方向;由 E=n =nS 知,02 s 内电路中产生的感应电动势大小为 t B tE1=6 1010-4 V=1810-6 V,则电流大小为 I1= = 10-6 A=1.510-6 A;同理610-32 ER181225 s内,E 2=6 1010-4 V=1210-6 V,I2=1.010-6 A。故选 C。610-336.在赤道附近有一竖直向下的匀强电场,在此区域内有一根沿东西方向放置的直导体棒,由水平位置静止落
7、下,不计空气阻力,则导体棒两端落地的先后关系是( )A.东端先落地 B.西端先落地C.两端同时落地 D.无法确定答案 A 赤道附近地磁场的方向均为水平由南指向北,金属棒竖直向下进入正交的电场与磁场区域后,做切割磁感线运动,根据右手定则,感应电动势的方向由西端指向东端,即东端相当于电源的正极带正电,西端相当于电源的负极带负电;在竖直向下的电场中,东端的正电荷受向下的电场力,西端的负电荷受向上的电场力,因此东端先落地。故选 A。7.(多选)在交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的交流电动势为e=220 sin 100t(V),关于这个交变电流,下列说法中正确的是( )2A.交变电流
8、的频率为 100 HzB.该电动势的有效值为 220 VC.线圈转动的角速度 =50 rad/sD.t=0时,线圈平面处于中性面答案 BD 根据表达式 e=220 sin 100t(V)得,电动势最大值为 Em=220 V,则有效2 2值为 E=220 V;角速度 =100 rad/s,则频率为 f= = Hz=50 Hz,故选项 A、C 错误,B2 1002正确;当 t=0时,瞬时值 e=0,最小,故此时磁通量最大,故选项 D正确。8.(多选)如图所示,理想变压器与电阻 R、交流电压表 V、交流电流表 A按图甲所示方式连接,已知变压器的原、副线圈的匝数比为 n1n 2=101,电阻 R=10
9、 。图乙是 R两端电压u随时间变化的图像,U m=14.1 V。则下列说法中正确的是( )A.通过 R的电流 iR随时间 t变化的规律是 iR= cos 100t(A)B.电流表 A的读数为 0.1 AC.电压表 V的读数为 14.1 VD.变压器的输入功率为 10 W答案 BD 根据图乙可得 T=210-2 s,f=50 Hz,=2f=100 rad/s,I m= = A=1.41 UmR14.110A,故 iR=1.41 cos 100t(A),故 A错误;由题可知,变压器输出电压的有效值为 10 V,则输出端电流为 1 A,根据电流关系 = 可知,电流表的示数为 0.1 A,故 B正确;
10、电压表测量输出I1I2n2n1端电压的有效值,故读数为 10 V,故 C错误;电压之比等于匝数之比,故输入电压为 1010 V=100 V,变压器的输入功率 P=1000.1 W=10 W,故 D正确。9.如图所示,有一个等腰直角三角形的匀强磁场区域,其直角边长为 L,磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度大小为 B。边长为 L、总电阻为 R的正方形导线框 abcd,从图示位置开始沿x轴正方向以速度 v匀速穿过磁场区域。取沿 abcda的感应电流为正,则表示线框中电流 i随 bc边的位置坐标 x变化的图像正确的是( )答案 C bc 边的位置坐标 x在 L2L过程,线框 bc边有效切线长度为 l=x
11、-L,感应电动势为 E=Blv=B(x-L)v,根据楞次定律判断出感应电流方向沿 abcda,为正值。x 在 2L3L过程,根据楞次定律判断出感应电流方向沿 adcba,为负值,线框 ad边有效切线长度为 l=x-2L,感应电动势为 E=Blv=B(x-2L)v,根据数学知识知 C正确。故选 C。10.电吉他是利用电磁感应原理工作的一种乐器。如图甲为电吉他的拾音器的原理图,在金属弦的下方放置有一个连接到放大器的螺线管。一条形磁铁固定在管内,当拨动金属弦后,螺线管内就会产生感应电流,经一系列转化后可将电信号转化为声音信号。若由于金属弦的振动,螺线管内的磁通量随时间的变化如图乙所示,则对应感应电流
12、的变化为( )答案 B 设在 0 时间内产生的感应电流为正,则根据楞次定律可知在 时间内,感应t02 t023t02电流为负; 2t0时间内,感应电流为正。螺线管内的磁通量大小随时间按正弦规律变化,3t02由数学知识可知其切线的斜率 按余弦规律变化,根据法拉第电磁感应定律分析可知,螺 t线管内产生的感应电动势将按余弦规律变化,则感应电流也按余弦规律变化。故选 B。11.(多选)电磁流量计是用来测量管内电介质体积流量的感应式仪表。如图所示为电磁流量计的示意图,匀强磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强度大小为 B。当管中的导电液体流过时,测得管壁上 a、b 两点间的电压为 U,单位时间(1 s)内流过
13、管道横截面的液体体积为流量(m 3/s),已知管道直径为 D,则( )A.管中的导电液体流速为UBDB.管中的导电液体流速为BDUC.管中的导电液体流量为4B DUD.管中的导电液体流量为 DU4B答案 AD 根据法拉第电磁感应定律,有 U=BDv,管中的导电液体流速 v= ,选项 A正确,BUBD错误;管中的导电液体流量 Q=vS=v = ,选项 C错误,D 正确。(D2)2 DU4B12.(多选)用某型号的柴油发电机给我国灾民临时安置区供电,发电机到安置区的距离是400 m,输电线路中的火线和零线均为单股铜导线,该导线每米的电阻为 2.510-4 ,安置区家用电器的总功率为 44 kW,当
14、这些家用电器都正常工作时,下列说法正确的是( )A.输电线路中的电流为 200 AB.输电线路损失的电功率为 4 kWC.发电机实际输出电压是 240 VD.如果该柴油发电机发的电是正弦交流电,则输出电压的峰值是 260 V2答案 AD 已知家用电器的工作电压为 220 V,根据 P=UI可求出输电线上的电流为 200 A,故 A正确;输电线电阻 R=R02x=0.2 ,输电线损失的功率 P 损 =I2R=8 000 W,故 B错误;输电线损失的电压 U 损 =RI=40 ,发电机实际输出电压是 220 V+40 V=260 V,若为交流发电机,则输出电压的最大值为 260 V,所以 C错误,
15、D 正确。213.(多选)如图所示为一理想变压器,原、副线圈的匝数比为 n1,原线圈接电压为 u=U0 sin t 的正弦交流电,输出端接有一个交流电流表和一个电动机,电动机的线圈电阻为 R,当输入端接通电源后,电动机带动一质量为 m的重物匀速上升,此时电流表的示数为 I,重力加速度为 g,下列说法正确的是( )A.电动机两端电压为 IRB.原线圈中的电流为 nIC.电动机消耗的电功率为U0I2nD.重物匀速上升的速度为I(U0- 2nIR)2nmg答案 CD 电动机两端电压为副线圈两端的电压,由 = 得 U2= U1= ,A错误;电流表的示U1U2n1n2 n2n1 U02n数为副线圈中电流
16、的大小,由 = 得原线圈中的电流为 I1= ,B错误;电动机消耗的电功率为I1I2n2n1 InP 电 =IU2= ,C正确;由功能关系知 P 电 =I2R+mgv,解得 v= ,D正确。U0I2n I(U0- 2nIR)2nmg14.(多选)如图所示,间距为 L、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置,导轨左端用一阻值为 R的电阻连接,导轨上横跨一根质量为 m、电阻也为 R的金属棒,金属棒与导轨接触良好。整个装置处于竖直向上、磁感应强度为 B的匀强磁场中。现使金属棒以初速度 v沿导轨向右运动,若金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为 q。下列说法正确的是( )A.金属棒在导轨上做匀减速运动B
17、.整个过程中金属棒克服安培力做功为 mv212C.整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为2qRBLD.整个过程中电阻 R上产生的焦耳热为 mv212答案 BC 金属棒以速度 v向右运动,切割磁感线产生感应电动势 E=BLv,线框中产生感应电流 I= = ,金属棒受到的安培力水平向左,大小为 F=BIL= ,金属棒在安培力作用下ER+RBLv2R B2L2v2R做减速运动,速度变小,安培力变小,加速度变小,选项 A错。直到速度减小到 0,安培力变为0,金属棒停止运动,此过程根据动能定理,克服安培力做的功等于减少的动能,即 mv2,选项12B对。金属棒通过的电荷量 q= t= t= t= =B ,可
18、得位移 x= ,选项 CIE2R 2R t 2R Lx2R 2RqBL对。整个电路即金属棒和电阻 R上产生的总热量等于克服安培力做的功,为 mv2,所以电阻12R上产生的热量小于 mv2,选项 D错。12非选择题部分二、非选择题(共 58分)15.(4分)(1)探究电磁感应现象应选用如图 (选填“甲”或“乙”)所示的装置进行实验。在这个现象中感应电流的方向与 的方向和磁感线方向有关。 (2)如图丙所示,A 为弹簧测力计(量程足够大),B 为条形磁铁(下端为 S极),C 为螺线管。现将 S1断开,S 2由 1改接到 2,则弹簧测力计的示数将 ;若 S2接 2不变,再闭合 S1,弹簧测力计的示数将
19、 。(都选填“变大”、“变小”或“不变”) 答案 (1)甲 导体切割磁感线运动(或导体运动)(2)变小 变大解析 (1)探究电磁感应现象的实验装置,只需要有磁场、导体棒、电流表即可,不需要电源,分析图甲与乙可知,探究电磁感应现象应选用甲图装置,在电磁感应现象中,感应电流的方向与导体切割磁感线运动的方向和磁感线的方向有关;(2)根据安培定则,由图丙可知,闭合开关,螺线管上端是 N极,条形磁铁下端是 S极,条形磁铁受到向下的引力,现将 S1断开,电路电流变小,S 2由 1改到 2,通电的螺线管圈数变小,则螺线管的磁性变弱,螺线管对条形磁铁的引力变小,弹簧测力计示数变小;若 S2接 2不变,闭合 S
20、1,电阻 R2短路,电路电流变大,螺线管的磁场变强,条形磁铁受到的引力变大,弹簧测力计的示数变大。16.(4分)下图为“研究感应电流产生的条件”的实验电路图。(1)请用铅笔连线,把实验装置连接完整。(2)开始实验时,滑片应该放置在 (填“a”或“b”)端。 (3)闭合开关后,请写出两种使线圈 B中产生感应电流的方法:a. ;b. 。 答案 (1)见解析(2)a(3)断开开关 上下移动线圈 A(或移动滑动变阻器的滑片)解析 (1)将电源、开关、变阻器、线圈 A串联成一个回路,注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱,再将电流表与线圈 B串联成另一个回路,电路图如图所示:(2)由(1)连接的电路图可知,
21、滑动变阻器采用限流接法,为保护电路应该使接入电路的电阻最大,在闭合开关 S前,滑动变阻器滑动片 P应置于 a端。(3)开关 S闭合后有多种方法能使线圈 B中产生感应电流,如:移动滑动变阻器的滑片、线圈 A在线圈 B中拔出或插入、断开开关等。17.(4分)在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验中,小李同学采用了如图所示的可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究。(1)实验还需下列器材中的 (多选); (2)实验中,上图中变压器的原线圈接“0;8”接线柱,副线圈接线“0;4”接线柱,当副线圈所接电表的示数为 5.0 V时,所接电源电压挡位为 。 A.18.0 V B.10.0 VC.5.0 V D.
22、2.5 V答案 (1)BC (2)A解析 (1)本实验中,变压器的原线圈应接在交流电源上;为了知道原、副线圈的电压比和线圈匝数比之间的关系,还需要电压表,故学生电源和电压表两个器材不能缺少,选 B、C;(2)理想变压器原、副线圈电压和匝数的关系为 = ;若变压器的原线圈接“0;8”接线U1U2n1n2柱,副线圈接“0;4”接线柱,则原、副线圈匝数比为 = =2,则原线圈两端电压n1n284U1= U2=25.0 V=10.0 V。本题中可拆变压器并非理想变压器,存在漏磁现象,要使副线圈n1n2所接电压表示数为 5.0 V,则原线圈电压必须大于 10 V。故选 A。18.(10分)如图甲所示,两
23、条相距 l的光滑平行金属导轨位于同一竖直面(纸面)内,其上端接一阻值为 R的电阻;在两导轨间 OO下方区域内有垂直导轨平面向里的匀强磁场,磁感应强度为 B。现使电阻为 r、质量为 m的金属棒 ab由静止开始自 OO位置释放,向下运动距离d后速度不再变化。(棒 ab与导轨始终保持良好的接触且下落过程中始终保持水平,导轨电阻不计)(1)求棒 ab在向下运动距离 d过程中回路产生的总焦耳热;(2)棒 ab从静止释放经过时间 t0下降了 ,求此时刻的速度大小;d2(3)如图乙,在 OO上方区域加一面积为 S的垂直于纸面向里的均匀磁场 B,棒 ab由静止开始自 OO上方某一高度处释放,自棒 ab运动到
24、OO位置开始计时,B随时间 t的变化关系 B=kt,式中 k为已知常量;棒 ab以速度 v0进入 OO下方磁场后立即施加一竖直外力使其保持匀速运动。求在 t时刻穿过回路的总磁通量和电阻 R的电功率。甲 乙答案 (1)mgd- (2)gt 0-m3g2(R+r)22B4l4 B2l2d2m(R+r)(3)Blv0t+ktS R(Blv0+kSR+r)2解析 (1)对闭合回路:I=BlvmR+r由平衡知识可知:mg=BIl解得 vm=mg(R+r)B2l2由能量关系:mgd= m +Q12v2m解得 Q=mgd-m3g2(R+r)22B4l4(2)由动量定理知:(mg-BIl)t 0=mvq=Bl
25、d2R+r解得 v=gt0-B2l2d2m(R+r)(3)由题可知 =Blv 0t+ktS由法拉第电磁感应定律可得:E= =Blv0+kS tI=ER+rP=I2R解得 P= R(Blv0+kSR+r)219.(12分)如图甲所示,发光竹蜻蜓是一种常见的儿童玩具,它在飞起时能够发光。某同学对竹蜻蜓的电路作如下简化:如图乙所示,半径为 L的金属圆环绕垂直于圆环平面、通过圆心 O的金属轴 O1O2以角速度 匀速转动,圆环上接有电阻均为 r的三根导电辐条OP、OQ、OR,辐条互成 120角。在圆环内,圆心角为 120的扇形区域内存在垂直圆环平面向下、磁感应强度为 B的匀强磁场,在转轴 O1O2与圆环
26、的边缘之间通过电刷与一个 LED灯(可看成二极管,发光时,电阻为 r)相连。圆环及其他电阻不计,从辐条 OP进入磁场开始计时。(1)顺着磁感线方向看,圆环绕 O1O2轴沿什么方向旋转,才能使 LED灯发光?在不改变玩具结构的情况下,如何使 LED灯发光时更亮?(2)在辐条 OP转过 60的过程中,求通过 LED灯的电流。(3)求圆环每旋转一周,LED 灯消耗的电能。答案 (1)见解析 (2) (3)BL28r B2L432r解析 (1)由右手定则可以判断出,顺着磁感线方向看,圆环绕轴 O1O2沿逆时针方向旋转,才能使 LED灯发光。在不改变玩具结构的情况下,增大转动的角速度 可以使 LED灯更
27、亮。(2)感应电动势 E= BL212外电阻 R1=r/3内电阻 R2=r外电压 U=R1E/(R1+R2)流过 LED灯的电流 I=U/r解得:I=BL28r(3)转动一周电流不变t=2/Q=I2rt解得:Q= B2L432r20.(12分)如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角 =30的斜面上,导轨电阻不计,间距 L=0.4 m。导轨所在空间被分成区域和,两区域的边界与斜面的交线为MN,中的匀强磁场方向垂直斜面向下,中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁感应强度大小均为 B=0.5 T。在区域中,将质量 m1=0.1 kg、电阻 R1=0.1 的金属棒 ab放在导轨上,ab 刚好不
28、下滑。然后,在区域中将质量 m2=0.4 kg、电阻 R2=0.1 的光滑导体棒 cd置于导轨上,由静止开始下滑。cd 在滑动过程中始终处于区域的磁场中,ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。问:(1)cd下滑的过程中,ab 中的电流方向;(2)ab刚要向上滑动时,cd 的速度 v多大;(3)从 cd开始下滑到 ab刚要向上滑动的过程中,cd 滑动的距离 x=3.8 m,此过程中 ab上产生的热量 Q是多少。答案 (1)由 a流向 b (2)5 m/s (3)1.3 J解析 (1)由右手定则知电流由 a流向 b。(2)ab刚好不下滑时,ab 所受摩擦力为最大静摩擦力,设其为 Fma
29、x,有Fmax=m1g sin 设 ab刚要上滑时,cd 棒产生的感应电动势为 E,由法拉第电磁感应定律有E=BLv设电路中的感应电流为 I,由闭合电路欧姆定律有I= ER1+R2设 ab所受安培力为 F 安 ,有F 安 =ILB此时 ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下,由平衡条件有F 安 =m1g sin +F max综合式,代入数据解得v=5 m/s(3)设 cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为 Q 总 ,由能量守恒有m2gx sin =Q 总 + m2v212又 Q= Q 总 R1R1+R2解得 Q=1.3 J21.(12分)如图所示,倒“凸”字形硬质金属线框质量为 m,总电阻为 R
30、,相邻各边相互垂直,且处于同一竖直平面内,ab、bc、cd、ed、fg、gk、ka 边长均为 l,ef边长为 3l,ab与 ef平行。匀强磁场区域的上下边界均水平,磁场方向垂直纸面向内,磁场区域高度为 H(H3l),磁感应强度大小为 B。线框距磁场上边界 h处由静止开始自由下落,当 gh、cd 边进入磁场时,线框恰好做匀速运动,当 ab边穿出磁场下边界时线框也做匀速运动,则(1)gk、cd 边刚刚进入磁场时的速度是多少;(2)线框完全进入磁场过程中产生的热量 Q是多少;(3)磁场区域高度 H是多少。答案 (1) (2)mg(h+2l)-mgR9B2l2 m3g2R2162B4l4(3) +2l40m2gR281B4l4解析 (1)gk、cd 边进入磁场后,切割磁感线的有效长度为 3lmg=BI3lI= ERE=B3lv联立得 v=mgR9B2l2(2)gk、cd 边刚进入磁场至完全进入过程中,线框一直做匀速运动,从开始下落到 ef边进入磁场,由动能定理,有mg(h+2l)-Q= mv2-012Q=mg(h+2l)-m3g2R2162B4l4(3)ab边穿出磁场下边界时线框也做匀速运动mg=BIlI= ERE=Blv联立得 v=mgRB2l2线框进入磁场后,内部磁通量不变,没有感应电流,只受到重力,加速度为 gv2-v2=2g(H-2l)得 H= +2l40m2gR281B4l4
