1、第四章测评(时间:60 分钟 满分:100 分)一、选择题(本题共 10 小题,每小题 5 分,共 50 分。其中第 16 题为单选题;第 710题为多选题,全部选对得 5 分,选不全得 3 分,有选错或不答的得 0 分)1.(2017 江苏)如图所示,两个单匝线圈 a、b 的半径分别为 r 和 2r。圆形匀强磁场 B 的边缘恰好与 a 线圈重合,则穿过 a、b 两线圈的磁通量之比为()A.11B.12C.14D.41解析两个线圈的半径虽然不同,但是线圈内的匀强磁场的半径一样,则穿过两线圈的磁通量相同,故选项 A 正确。答案 A2.如图所示的实验示意图中,用于探究“磁生电”的是()解析法拉第最
2、后才领悟到,磁生电是一种在变化、运动过程中才能产生的效应。最后他将引起电流的原因归为五类:变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。答案 A3.物理课上,老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图所示,她把一个带铁芯的线圈 L、开关 S 和电源用导线连接起来后,将一金属套环置于线圈 L 上,且使铁芯穿过套环。闭合开关 S 的瞬间,套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路,经重复试验,线圈上的套环均未动。对比老师演示的实验,下列四个选项中,导致套环未动的原因可能是()A.线圈接在了直流电源上B.电源电压过高C.所选线圈的匝数过多D.所用套环的材料与老师的不
3、同解析当闭合 S 瞬间,线圈 L 内产生的磁场 B 及磁通量的变化率 随电压及线圈匝数增加而增大,如果套环是金属材料又闭合,由楞次定律可知,环内会产生感应电流 I 及磁场 B,环会受到向上的安培力 F,当 Fmg 时,环跳起,越大,环电阻越小,F 越大。如果环越轻,跳起效果越好,所以选项B、C 错误;如果套环换用电阻大、密度大的材料,I 减小、F 减小,mg 增大,套环可能无法跳起,选项 D 正确;如果使用交变电流,S 闭合后,套环受到的安培力大小及方向(上下)周期性变化,S 闭合瞬间,F 大小、方向都不确定,直流电效果会更好,选项 A 错误。答案 D4.(2017 全国卷)扫描隧道显微镜(S
4、TM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对 STM 的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图所示。无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是()解析感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化。在 A 图中系统上下及左右振动时在磁场中的部分有时多有时少,磁通量发生变化,产生感应电流,受到安培力,阻碍系统的振动,故A 正确;而 B、C、D 三个图均有磁通量不变的情况,故错误。答案 A5.(2017 北京卷)图甲和图乙是教材中演示自感现象的两个电路图,L1 和 L
5、2 为电感线圈。实验时,断开开关 S1 瞬间,灯 A1 突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关 S2,灯 A2 逐渐变亮,而另一个相同的灯A3 立即变亮,最终 A2 与 A3 的亮度相同。下列说法正确的是()A.图甲中,A1 与 L1 的电阻值相同B.图甲中,闭合 S1,电路稳定后,A1 中电流大于 L1 中电流C.图乙中,变阻器 R 与 L2 的电阻值相同D.图乙中,闭合 S2 瞬间,L2 中电流与变阻器 R 中电流相等解析断开开关 S1 瞬间,线圈 L1 产生自感电动势,阻碍电流的减小,通过 L1 的电流反向通过 A1,灯A1 突然闪亮,随后逐渐变暗,说明 IL1IA1,即 RL1RA1,故 A
6、 错;题图甲中,闭合开关 S1,电路稳定后,因为 RL1RA1,所以 A1 中电流小于 L1 中电流,故 B 错;题图乙中,闭合开关 S2,灯 A2 逐渐变亮,而另一个相同的灯 A3立即变亮,最终 A2与 A3的亮度相同,说明变阻器 R 与 L2的电阻值相同,故 C 对;闭合 S2 瞬间,通过 L2 的电流增大,由于电磁感应,线圈 L2 产生自感电动势,阻碍电流的增大,则 L2中电流与变阻器 R 中电流不相等,故 D 错。答案 C6.矩形导线框 abcd 固定在匀强磁场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直。规定磁场的正方向垂直纸面向里,磁感应强度 B 随时间变化的规律如图所示。若规定顺时针方向
7、为感应电流的正方向,则图中正确的是()解析 01s,感应电流的方向由楞次定律可知为逆时针,即沿负方向,根据电磁感应定律 E=S ,由于 B-t 图象斜率大小一定,又因 S 不变,所以 E 大小为定值,则电流大小一定。同理 13s,感应电流方向为顺时针,沿正方向,电流大小为定值,与 01s 相等;34s 感应电流方向为逆时针,沿负方向,电流大小为定值,与 01s 相等。答案 D7.一个圆形闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,如图 a 甲所示。设垂直于纸面向里的磁感应强度方向为正,垂直于纸面向外的磁感应强度方向为负。线圈中顺时针方向的感应电流为正,逆时针方向的感应电流为负。
8、已知圆形线圈中感应电流 i 随时间变化的图象如图 a 乙所示,则线圈所在处的磁场的磁感应强度随时间变化的图象可能是图 b 中的()图 a图 b解析根据题图甲和题图乙,我们只研究最初的一个周期,即 2s 内的情况,由图甲、乙所表示的圆线圈中感应电流的方向、大小,运用楞次定律,判断出感应电流的磁场方向、大小;再根据楞次定律,判断引起电磁感应现象发生的磁场应该如何变化。从而找出正确选项为 C、D。答案 CD8.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 ab 与导轨电阻及一切摩擦,且 ab 与
9、导轨接触良好。若 ab 杆在竖直向上的外力 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.杆 ab 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 上产生的热量解析当外力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。答案 BD9.如图
10、所示,线圈 C 连接光滑平行导轨,导轨处在方向垂直纸面向里的匀强磁场中,导轨电阻不计,导轨上放着导体棒 MN。为了使闭合线圈 A 产生图示方向的感应电流,可使导体棒 MN()A.向右加速运动B.向右减速运动C.向左加速运动D.向左减速运动解析当 C 中电流产生的磁场与 A 中电流产生磁场方向相同时,由右手定则判断 MN 应向左运动,磁场减弱则电流减小,故 MN 应减速,故可判断 MN 向左减速,同理可判断向右加速也可,故选 A、D。答案 AD10.如图所示,矩形线框 abcd 处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中,磁场方向与线框平面垂直,线框 ab长为 2L,bc 长为 L,MN 为垂直于 ab
11、 并可在 ab 和 cd 上自由滑动的金属杆,且杆与 ab 和 cd 接触良好,abcd 和 MN 上单位长度的电阻皆为 r。让 MN 从 ad 处开始以速度 v 向右匀速滑动,设 MN与 ad 之间的距离为 x(0 x2L),则在整个过程中()A.当 x=0 时,MN 中电流最小B.当 x=L 时,MN 中电流最小C.MN 中电流的最小值为 D.MN 中电流的最大值为 解析 MN 产生感应电动势为 E=BLv,MN 中电流 I=总 -,当 x=0时,MN 中电流最大,MN 中电流的最大值为 Imax=,当 x=L 时,MN 中电流最小,MN 中电流的最小值为 Imin=,故 BCD 正确,A
12、 错误。答案 BCD二、实验题(本题共 2 小题,共 16 分。把答案填在题中相应的横线上或按题目要求作答)11.(8 分)在研究电磁感应的实验中(1)一位学生将电流表、电池、电阻和开关连接成如图(1)所示电路,接通开关,看到电流表指针偏向正接线柱一侧。这样做的目的是 。(2)这位学生又把电流表及原、副线圈 A 和 B、电池、开关连接成如图(2)所示电路。当接通开关时,或接通开关后将线圈 A 插入线圈 B 的过程中,看到电流表的指针都偏向正接线柱一侧。比较 IA 和 IB 的方向,可得出的实验结论是 。当断开开关时,或将线圈 A 从线圈 B 中拔出的过程中,发现电流表的指针都偏向负接线柱一侧。
13、比较 IA 和 IB的方向,可得出的实验结论是 。答案(1)查明电流表指针偏转方向与电流方向的关系(2)当线圈 B 中磁场增强时,线圈 B 中产生的感应电流磁场方向就与原磁场方向相反当线圈 B 中磁场减弱时,线圈 B 中产生的感应电流的磁场方向就与原磁场方向相同12.(8 分)如图是研究自感现象的电路图,两个电流表 G1 和 G2 的零点都在刻度中央,当电流从“+”接线柱流入时,指针向右偏,反之向左偏,在开关 K 接通的瞬间,G1 指针向 摆,G2 指针向 摆动;K 断开的瞬间,G1 指针向 摆,G2 指针向 摆动(以上均选填“左”或“右”),两个电表的示数 (选填“相等”或“不相等”)。解析
14、在开关 K 接通的瞬间,线圈阻碍电流增大,使电流慢慢增大到最大;在 K 断开的瞬间,线圈阻碍电流减小,使电流在线圈 L、电流表 G1、G2、电阻 R 构成的回路中慢慢减小到零。答案右 右 右 左 相等三、解答题(本题共 3 小题,共 34 分。解答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)13.(10 分)如图所示,、区域是宽度均为 L=0.5 m 的匀强磁场,磁感应强度大小 B=1 T,方向相反。一边长 L=0.5 m、质量 m=0.1 kg、电阻 R=0.5 的正方形金属线框,在外力作用下,以初速度 v=10 m/s
15、 匀速穿过磁场区域。(1)取逆时针方向为正,作出 i-t 图象。(2)求线框穿过磁场区域的过程中外力做的功。解析(1)电流 I1=10A 逆时针方向取正值;时间间隔 t1=0.05sI2=20A 顺时针方向取负值;时间间隔 t2=0.05sI3=10A 逆时针方向取正值;时间间隔 t3=0.05s电流随时间变化关系如图所示。(2)因为线框匀速运动,所以外力做的功等于电流做的功 W=Rt1+Rt2+Rt3=15J。答案(1)见解析(2)15 J14.(12 分)如图,两固定的绝缘斜面倾角均为,上沿相连。两细金属棒 ab(仅标出 a 端)和 cd(仅标出 c 端)长度均为 L,质量分别为2m 和m
16、;用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平。右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为 B,方向垂直于斜面向上。已知两根导线刚好不在磁场中,回路电阻为 R,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为,重力加速度大小为 g。已知金属棒 ab 匀速下滑。求(1)作用在金属棒 ab 上的安培力的大小。(2)金属棒运动速度的大小。解析(1)设导线的张力的大小为 FT,右斜面对 ab 棒的支持力的大小为 FN1,作用在 ab 棒上的安培力的大小为 F,左斜面对 cd 棒的支持力大小为 FN2。对于 ab 棒,由力的平衡条件得2mgsi
17、n=FN1+FT+FFN1=2mgcos对于 cd 棒,同理有mgsin+FN2=FTFN2=mgcos联立式得F=mg(sin-3cos)。(2)由安培力公式得F=BIL这里 I 是回路 abdca 中的感应电流。ab 棒上的感应电动势为=BLv式中,v 是 ab 棒下滑速度的大小。由欧姆定律得I=联立式得v=(sin-3cos)。答案(1)mg(sin-3cos)(2)(sin-3cos)15.(12 分)如图,水平面(纸面)内间距为 l 的平行金属导轨间接一电阻,质量为 m、长度为 l 的金属杆置于导轨上。t=0 时,金属杆在水平向右、大小为 F 的恒定拉力作用下由静止开始运动。t0时刻
18、,金属杆进入磁感应强度大小为 B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为。重力加速度大小为 g。求:(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小。(2)电阻的阻值。解析(1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为 a,由牛顿第二定律得ma=F-mg设金属杆到达磁场左边界时的速度为 v,由运动学公式有v=at0当金属杆以速度 v 在磁场中运动时,由法拉第电磁感应定律,杆中的电动势为E=Blv联立式可得E=Blt0(-)。(2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时,金属杆中的电流为 I,根据欧姆定律I=式中 R 为电阻的阻值。金属杆所受的安培力为f=BlI因金属杆做匀速运动,由牛顿运动定律得F-mg-f=0联立式得R=。答案(1)Blt0(-)(2)
