1、第四章检测(B)(时间:90分钟满分:100分)一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,16题只有一个选项符合题目要求,710题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分)1.如图所示,一个半球壳放在匀强磁场中,磁感线的方向与半球底面垂直,设半球壳表面积为S1,底面积为S2,半球面上的磁感应强度为B1,底面处的磁感应强度为B2,穿过它们的磁通量分别为1和2,则下列说法中正确的是()A.由于1=2,且S1S2,所以B1S2,所以12C.1=2,B1=B2D.因为半球面是一曲面,无法判断上述结论是否正确解析因为磁场是匀强磁
2、场,故B1=B2;根据磁通量的定义可知,1=2。答案C2.如图所示,闭合线圈上方有一竖直放置的条形磁铁,磁铁的N极朝下。当磁铁向下运动时(但未插入线圈内部)()A.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同,磁铁与线圈相互吸引B.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同,磁铁与线圈相互排斥C.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反,磁铁与线圈相互吸引D.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反,磁铁与线圈相互排斥解析穿过线圈的磁场方向向下且磁通量增加,由“增反减同”和“来拒去留”可知选项B正确。答案B3.用均匀导线做成正方形线框,每边长为0.2 m,正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中,如图所示
3、,当磁场以10 T/s的变化率增大时,线框中a、b两点电势差是()A.Uab=0.1 VB.Uab=-0.1 VC.Uab=0.2 VD.Uab=-0.2 V解析EV=0.2 V,设总电阻为2R,则URV,由楞次定律知a端电势高,故A正确。答案A4.如图所示,空间有一匀强磁场,一直金属棒以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时,棒两端的感应电动势大小为E。将此直棒弯折成曲棒,a、b两段长度相等且相互垂直,置于同一磁场中,a、b所成平面与磁感应强度相垂直,当曲棒沿a、b角平分线的方向以速度v运动时,棒两端的感应电动势大小为E,A解析若直金属棒的长为L,则弯成曲棒后,有效切割长度E=Blv可知
4、感应电动势的大小与有效切割长度成正比,答案B5.如图所示,由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd,固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中。一接入电路电阻为R的导体棒PQ,在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动,滑动过程 PQ 始终与ab垂直,且与线框接触良好,不计摩擦。在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中()A.PQ中电流先增大后减小B.PQ两端电压先减小后增大C.PQ上拉力的功率先减小后增大D.线框消耗的电功率先减小后增大解析等效电路中,PQ相当于电源,外电路是PQ的左右部分PadQ和PbcQ并联,如图所示。设两部分电阻为R1、R2,外电路的电阻R,因此当两
5、部分的电阻R1=R2时,R外的值最大,PQ中电流最小,此时PQ在dc的中点。在PQ从靠近ad处向bc滑动过程中,PQ中电流先减小后增大,选项A错误;根据闭合电路的欧姆定律可得,U外=E-IR内,所以PQ两端电压先增大后减小,选项B错误;PQ上拉力的功率等于电路的总功率,由总功率P总=IE=IBlv可知,总功率先减小后增大,选项C正确;线框消耗的电功率P外=I2RRR外先增大后减小,最大值,选项D错误。答案C6.如图所示,用丝线悬挂一个金属环,金属环套在一个通电螺线管上,并处于螺线管正中央位置。若通入螺线管中的电流突然增大,则()A.圆环会受到沿半径向外拉伸的力B.圆环会受到沿半径向里挤压的力C
6、.圆环会受到向右的力D.圆环会受到向左的力解析无论通入螺线管的电流是从a流向b还是从b流向a,电流增大时,穿过金属环的磁通量必增加。由于穿过金属环的磁通量由螺线管内、外两部分方向相反的磁通量共同决定,其等效磁场方向由管内磁场方向决定。根据楞次定律,环内感应电流的磁场要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,即要阻碍穿过环的磁通量的增加,因此有使环扩张的趋势,从而使环受到沿半径向外拉伸的力。答案A7.如图甲所示,A、B为两个相同的环形线圈,共轴并靠近放置,A线圈中通有如图乙所示的电流i,则()A.在t1到t2时间内A、B两线圈相吸B.在t2到t3时间内A、B两线圈相斥C.t1时刻两线圈间作用力为零D.t
7、2时刻两线圈间作用力最大解析从t1到t2时间内,电流方向不变,强度变小,磁场变弱,A减小,B线圈中感应电流的磁场与A线圈中电流的磁场同向,所以A、B相吸。从t2到t3时间内,IA反向增强,B中感应电流的磁场与A中电流的磁场反向,互相排斥。t1时刻,IA达到最大,变化率为零,B最大,变化率为零,IB=0,A、B之间无相互作用力。t2时刻,IA=0,通过B的磁通量变化率最大,在B中产生的感应电流最大,但此刻A线圈中无电流,所以A、B两线圈间无相互作用力。综上所述,A、B、C正确,D错误。答案ABC8.如图所示,闭合铜环与闭合金属框接触放在匀强磁场中,当铜环向右移动时(金属框不动),下列说法正确的是
8、()A.铜环内没有感应电流产生,因为它的磁通量没有变化B.金属框内没有感应电流产生,因为它的磁通量没有变化C.金属框ab边中有感应电流,因为回路abfgea中的磁通量增加了D.铜环的半圆egf中有感应电流,因为回路egfcde中的磁通量减少了解析当部分导体切割磁感线运动时,导体便相当于电源部分,其余部分组成外电路。当铜环向右运动时,铜环的左右两部分形成两个并联的电源,其等效电路如图所示。由图可知,铜环内和金属框内均有感应电流产生,A、B均错。由图知,回路abfgea中的磁通量增加了,从而在回路中产生了感应电流,ab边和铜环的半圆egf均为abfgea回路中的部分,且egf相当于电源部分。故选C
9、D。答案CD9.如图所示,通过水平绝缘传送带输送完全相同的铜线圈,线圈均与传送带以相同的速度匀速运动。为了检测出个别未闭合的不合格线圈,让传送带通过一固定匀强磁场区域,磁场方向垂直于传送带,线圈进入磁场前等距离排列,根据穿过磁场后线圈间的距离,就能够检测出不合格线圈。通过观察图形,判断下列说法正确的是()A.若线圈闭合,进入磁场时,线圈相对传送带向后滑动B.若线圈不闭合,进入磁场时,线圈相对传送带向后滑动C.从图中可以看出,第2个线圈是不合格线圈D.从图中可以看出,第3个线圈是不合格线圈解析若线圈合格,则由于电磁感应现象会向左移动一定距离,即相对传送带向后滑动,且合格线圈移动的距离相等,移动后
10、线圈的间距也等于移动前的间距,由题图知线圈3与其他线圈的间距不符,所以第3个线圈是不合格线圈。答案AD10.如图所示,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,不计导体框重力的影响。则导体框从两个方向移出磁场的过程中()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边两端的电势差相同D.通过导体框横截面的电荷量相同解析由楞次定律知选项A正确;根据E=Blv知,两次拉导体框的速度不同,感应电动势不同,向右拉出时UdaUadC错误;又I,所以电流不同,而q=It,选项D正确;由Q
11、,导体框中产生的焦耳热不同,所以选项B错误。答案AD二、填空题(本题共2小题,共20分)11.(6分)由于国际空间站的运行轨道上各处的地磁场强弱及方向均有所不同,所以在运行过程中,穿过其外壳地磁场的磁通量将不断变化,这样将会导致现象发生,从而消耗空间站的能量。为了减少这类损耗,国际空间站的外壳材料的电阻率应尽可能选用(选填“大”或“小”)一些的。解析穿过空间站外壳的磁通量发生变化,金属材料的外壳中将自成回路,产生感应电流。为了降低这个损耗,应让产生的感应电流越小越好,也就是说,材料的电阻率越大越好。答案涡流(或电磁感应)大12.(14分)(1)在“探究楞次定律”的实验中除需要已知绕向的螺线管、
12、条形磁铁外,还要用到电表。请从下列电表中选择()A.量程为03 V的电压表B.量程为03 A的电流表C.量程为00.6 A的电流表D.零刻度在中间的灵敏电流表(2)某同学按下列步骤进行实验:将已知绕向的螺线管与电表连接;设计表格,记录将磁铁N、S极插入和抽出过程中引起感应电流的磁场方向、磁通量变化、感应电流的方向、感应电流的磁场方向;分析实验结果,得出结论。上述实验中,漏掉的实验步骤是。丙(3)图甲为某实验小组利用微电流传感器做验证楞次定律实验时,在计算机屏幕上得到的波形,横坐标为时间t,纵坐标为电流I。根据图线分析知道:将条形磁铁的N极插入圆形闭合线圈时得到图甲内所示图线。现用该磁铁,如图乙
13、所示,从很远处按原方向沿一圆形线圈的轴线匀速运动,并穿过线圈向远处而去。图丙中较正确地反映线圈中电流I与时间t关系的是。解析(1)楞次定律实验应该选用零刻度在中间的灵敏电流表;(2)查明电流流入电表方向与电表指针偏转方向的关系;(3)将条形磁铁的N极插入圆形闭合线圈时得到图甲内所示图线,用该磁铁的S极从很远处按原方向沿一圆形线圈的轴线匀速运动,产生的电流方向与图甲相反,再利用对称性的特点,可知图丙中B正确。答案(1)D(2)查明电流流入电表方向与电表指针偏转方向的关系(3)B三、计算题(本题共4小题,共40分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不得分。有数值计
14、算的题,答案中必须写明数值和单位)13.(8分)如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向竖直向下,在磁场中有一边长为l的正方形导线框,ab边质量为m,其余边质量不计,cd边有固定的水平轴,导线框可以绕其转动。现将导线框拉至水平位置由静止释放,不计摩擦和空气阻力,导线框经过时间t运动到竖直位置,此时ab边的速度为v,求:(1)此过程中线框产生的平均感应电动势的大小;(2)线框运动到竖直位置时感应电动势的大小。解析(1)线框在初位置1=BS=Bl2,转到竖直位置2=0,根据法拉第电磁感应定律(2)转到竖直位置时,bc、ad两边不切割磁感线,ab边垂直切割磁感线,此时求的是瞬时感应电动势,且感应电动
15、势的大小为E=Blv。答案(114.(10分)如图所示,MN、PQ为水平放置的足够长的平行光滑导轨,导轨间距l=0.5 m,导轨左端连接一个R=0.2 的电阻和一个理想电流表A,导轨的电阻不计,整个装置放在磁感应强度B=1 T的有界匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下。一根质量m=0.4 kg、电阻r=0.05 的金属棒与磁场的左边界cd重合。现对金属棒施加一水平向右F=0.4 N的恒定拉力,使棒从静止开始向右运动,已知在金属棒离开磁场右边界ef前电流表的示数已保持稳定。(1)求金属棒离开磁场右边界ef时的速度大小;(2)当拉力F的功率为0.08 W时,求金属棒的加速度。解析(1)由题意可知
16、,当金属棒离开右边界ef时已达到最大速度vmax,E=Blvmax,IF安=BIl,F安=F,代入数据得vmax=0.4 m/s。(2)当力F的功率为0.08 W时,金属棒的速度vm/s,F-F安=ma,即F代入数据得a=0.5 m/s2,方向向右。答案(1)0.4 m/s(2)0.5 m/s2,方向向右15.(10分)如图所示,“凸”字形硬质金属线框质量为m,相邻各边互相垂直,且处于同一竖直平面内,ab边长为l,cd边长为2l,ab与cd平行,间距为2l。匀强磁场区域的上下边界(图中虚线)均水平,磁场方向垂直于线框所在平面。开始时,cd边到磁场上边界的距离为2l,线框由静止释放,从cd边进入
17、磁场直到ef、pq边进入磁场前,线框做匀速运动。在ef、pq边离开磁场后,ab边离开磁场之前,线框又做匀速运动。线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q。线框在下落过程中始终处于原竖直平面内,且ab、cd边保持水平,重力加速度为g。求:(1)线框ab边即将离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍;(2)磁场上下边界间的距离H。解析(1)设磁场的磁感应强度大小为B,cd边刚进入磁场时,线框做匀速运动的速度为v1,cd边上的感应电动势为E1,由法拉第电磁感应定律,有E1=2Blv1设线框总电阻为R,此时线框中电流为I1,由闭合电路欧姆定律,有I1设此时线框所受安培力为F1,有F1=2I
18、1lB由于线框做匀速运动,其受力平衡,有mg=F1由式得v1设ab边离开磁场之前,线框做匀速运动的速度为v2,同理可得v2由式得v2=4v1。(2)线框自释放直到cd边进入磁场前,由机械能守恒定律,有2mgl线框完全穿过磁场的过程中,由能量守恒定律,有mg(2l+H)由式得H答案(1)4倍(216.(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、
19、电阻R1=0.1 的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑。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,g取10 m/s2。求:(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。解析(1)由a流向b。(2)开始放置ab恰好不下滑时,ab所受摩擦力为最大静摩擦力,设其为Fmax,有Fmax=m1gsin 设ab刚好要上滑时,cd棒的感应电动势为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=m1gsin +Fmax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m2gxsin =Q又Q解得Q=1.3 J。答案(1)由a流向b(2)5 m/s(3)1.3 J
