1、第一章检测(A)(时间:90分钟满分:100分)一、选择题(本题包含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.处在磁场中的一闭合线圈,若没有产生感应电流,则可以判定()A.线圈没有在磁场中运动B.线圈没有做切割磁感线运动C.磁场没有发生变化D.穿过线圈的磁通量没有发生变化答案:D2.如图所示,著名物理学家费曼设计了一个实验,在一块绝缘圆盘中部安装一个线圈,并接有电源,圆盘的四周有许多带负电的小球.整个装置悬挂起来,当接通开关瞬间,整个圆盘将(自上而下看
2、)() A.顺时针转动一下B.逆时针转动一下C.顺时针不断转动D.逆时针不断转动答案:A3.如图所示,直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向平行于ab边向上.当金属框绕ab边以角速度逆时针转动时,a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc.已知bc边的长度为l.下列判断正确的是() A.UaUc,金属框中无电流B.UbUc,金属框中电流方向沿abcaC.Ubc=-12Bl2,金属框中无电流D.Uac=12Bl2,金属框中电流方向沿acba答案:C4.用均匀导线做成的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.当磁场以10 T/s
3、的变化率增强时,线框中a、b两点的电势差是() A.Uab=0.1 VB.Uab=-0.1 VC.Uab=0.2 VD.Uab=-0.2 V答案:B5.铁路上使用一种电磁装置向控制中心传输信号以确定火车的位置.能产生匀强磁场的磁铁被安装在火车首节车厢下面,如图甲所示(俯视图).当它经过安放在两铁轨间的线圈时,便会产生一电信号且被控制中心接收.当火车通过线圈时,若控制中心接收到的线圈两端的电压信号为图乙所示,则说明火车在做()A.匀速直线运动B.匀加速直线运动C.匀减速直线运动D.加速度逐渐加大的变加速直线运动答案:B6.(2017全国)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌
4、.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:装置的原理是利用电磁阻尼.当薄板进出磁场时产生感应电流,薄板受安培力,安培力总是阻碍导体相对磁场的运动,从而使薄板尽快停下来.选项中,B项无法有效阻碍上下振动,C项无法有效阻碍上下左右振动,D项无法有效阻碍上下振动.只有A项阻碍上下左右振动最有效.答案:A7.(2018全国)如图所示,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿
5、南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路.将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态,下列说法正确的是() A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动解析:如图甲所示,闭合开关瞬间右边线圈产生电流,左边线圈磁通量增强.由楞次定律可知,增反减同,左边线圈感应磁场方向向左.根据右手螺旋定则可得铁芯中电流方向为从南到北.由此可得铁芯上方磁场为垂直纸面向里,则磁针
6、N极朝垂直纸面向里的方向转动,故A项正确.甲乙开关闭合并保持一段时间后电路稳定,线圈中无磁通量变化,则铁芯中无电流,小磁针恢复南北指向,故B、C项错误;如图乙所示,开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,左边线圈磁通量减小,由增反减同得其感应磁场方向向右.由右手螺旋定则可得铁芯中电流由北到南,铁芯上方磁场为垂直纸面向外,则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,故D项正确.答案:AD8.(2018全国)如图甲所示,在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R,R在PQ的右侧.导线PQ中通有正弦式交变电流i,i的变化如图乙所示,规定从Q到P为电流正方向.导线框R中的感应电动势 ()A.在t=T4时为
7、零B.在t=T2时改变方向C.在t=T2时最大,且沿顺时针方向D.在t=T时最大,且沿顺时针方向解析:PQ中的电流在导线框R中产生变化的磁场,所以线框R中的磁通量变化规律和PQ中电流的变化规律相同,PQ中电流在T4时刻变化率为零,即线框R中的磁通量的变化率为零,线框中R产生的感应电动势为零,A选项正确;T2时刻PQ中电流变化最快,即线框R中磁通量变化最快,斜率正负没有发生变化,所以感应电动势的方向没有发生变化,B选项错误;在T2时刻,线框R中的磁通量从向内减弱变为向外增强,感应电流的磁场方向垂直纸面向里,感应电动势为顺时针方向,C选项正确;在T时刻,线框R中的磁场从垂直纸面向外减弱变为垂直纸面
8、向里增强,感应电流的磁场方向垂直纸面向外,感应电动势为逆时针方向,D选项错误.答案:AC9.两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直.边长为0.1 m、总电阻为0.005 的正方形导线框abcd位于纸面内,cd边与磁场边界平行,如图甲所示.已知导线框一直向右做匀速直线运动,cd边于t=0时刻进入磁场.线框中感应电动势随时间变化的图线如图乙所示(感应电流的方向为顺时针时,感应电动势取正).下列说法正确的是()A.磁感应强度的大小为0.5 TB.导线框运动的速度的大小为0.5 m/sC.磁感应强度的方向垂直于纸面向外D.在t=0.4 s至t=0.6 s这段时间内,导线框所受的安培力大
9、小为0.1 N解析:由E-t图像可知,线框经过0.2 s全部进入磁场,则速度v=Lt=0.10.2 m/s=0.5 m/s,选项B正确;E=0.01 V,根据E=BLv可知,B=0.2 T,选项A错误;根据楞次定律可知,磁感应强度的方向垂直于纸面向外,选项C正确;在t=0.4 s至t=0.6 s这段时间内,导线框中的感应电流I=ER=0.010.005 A=2 A,所受的安培力大小为F=BIL=0.04 N,选项D错误.答案:BC10.如图所示,竖直光滑导轨上端接入一定值电阻R,C1和C2是半径都为a的两圆形磁场区域,其区域内的磁场方向都垂直于导轨平面向外,区域C1中磁场的磁感应强度随时间按B
10、1=b+kt(k0)变化,C2中磁场的磁感应强度恒为B2,一质量为m、电阻为r、长度为l的金属杆AB穿过区域C2的圆心垂直地跨放在两导轨上,且与导轨接触良好,并恰能保持静止.则() A.通过金属杆的电流大小为mgB2lB.通过金属杆的电流方向为从B到AC.定值电阻的阻值为R=2kB2a3mg-rD.整个电路的热功率P=kamg2B2解析:根据题述金属杆恰能保持静止,由平衡条件可得:mg=B2I2a,通过金属杆的电流大小为I=mg2aB2,选项A错误.由楞次定律可知,通过金属杆的电流方向为从B到A,选项B正确.根据区域C1中磁场的磁感应强度随时间按B1=b+kt(k0)变化,可知B1t=k,C1
11、中磁场变化产生的感应电动势E=B1ta2=ka2,由闭合电路欧姆定律,E=I(r+R),联立解得定值电阻的阻值为R=2kB2a3mg-r,选项C正确.整个电路的热功率P=EI=ka2mg2aB2=kamg2B2,选项D正确.答案:BCD二、填空题(本题包含2小题,共20分)11.(10分)为判断线圈绕向,可将灵敏电流计G与线圈L连接,如图所示.已知线圈由a端开始绕至b端:当电流从电流计G左端流入时,指针向左偏转. (1)将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时,发现指针向左偏转.俯视线圈,其绕向为(选填“顺时针”或“逆时针”).(2)当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离L时,指针向右偏转.俯视线圈,
12、其绕向为(选填“顺时针”或“逆时针”).解析:(1)由楞次定律知感应电流产生的磁场方向向上,感应电流由a经G流向b,再由安培定则知线圈绕向为顺时针.(2)由楞次定律知感应电流产生的磁场方向向上,感应电流由 b 经G流向a,再由安培定则知线圈绕向为逆时针.答案:(1)顺时针(2)逆时针12.(10分)在研究电磁感应现象的实验中,老师设计了如下的实验:在一轻质横杆两侧各固定一金属铜环A、B,环A是闭合的,环B是断开的,横杆可绕中心点O在竖直面内自由旋转,如图所示.用磁铁的任意一极竖直向下插入和向上拔出环A时,能够观察到的现象是 ;用磁铁的任意一极竖直向下插入和向上拔出环B时,能够观察到的现象是 .
13、产生这样的实验现象的原因是()A.电流在磁场中受力B.磁铁在磁场中受力C.A环内的磁通量减少了D.A环内的磁通量增加了你认为影响本实验效果的因素有哪些?(只要写出一个因素即可).解析:首先根据产生感应电流的条件知,B铜环中不产生感应电流,因此B铜环与磁铁间无相互作用.再根据楞次定律,从力的角度,“阻碍”是指电磁感应现象总是阻碍线圈和磁铁间的相对运动.答案:A铜环立即随着向下、向上运动B铜环不动AB磁铁的磁性强弱(其他答案合理也可)三、计算题(本题包含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.有数值计算的题,答案中必须写明数值和单位)13.(8
14、分)如图所示,圆形线圈和框架都处于竖直平面内,线圈面积S=1.0104 cm2,磁感应强度B1是均匀变化的,质量m=4 g、长度L=10 cm的导体棒ab可在框架上无摩擦滑动,若磁感应强度B2=0.2 T,闭合回路总电阻R=0.5 ,则当B1t为何值时,导体棒可静止于线框上?B1应增强还是减弱?(g取10 m/s2)解析:由平衡条件:mg=B2IL=B2SB1tLR,解得B1t=mgRB2SL=1 T/s,由楞次定律知B1应减弱.答案:1 T/s减弱14.(10分)有一面积为S=100 cm2、匝数为n=100匝的金属环,总电阻为R=0.1 ,环中有匀强磁场,方向垂直于圆环平面,磁感应强度变化
15、规律如图所示.求: (1)圆环中产生的感应电动势的大小; (2)在23 s内流过导线横截面的电荷量.解析:(1)由法拉第电磁感应定律知E感=nt=nBtS,式中Bt为图中直线的斜率,Bt=k代入数据为E感=1000.3-0.23-210010-4 V=0.1 V.(2)因为q=I感tI感=E感R得23 s内通过导线横截面的电荷量为q=1000.110010-40.1 C=1 C.答案:(1)0.1 V(2)1 C15.(10分)如图所示,宽为L的光滑平行导轨与水平面成角,匀强磁场垂直导轨平面向上,磁感应强度为B.质量为m、电阻为r的金属杆ab沿导轨下滑,导轨下端的定值电阻为R,导轨的电阻不计.
16、试求: (1)杆ab沿导轨下滑时的稳定速度的大小;(2)杆ab两端的稳定电势差.解析:(1)设杆ab的稳定速度为vm,则有F安=mgsin ,F安=BIL,I=BLvmR+r联立以上三式可解得vm=mg(R+r)sinB2L2.(2)在杆ab以vm匀速运动时,设杆上产生的感应电动势为E,闭合回路中电流为I,ab两端的稳定电势差为Uab,则有E=BLvmI=ER+rUab=IR联立以上三式可解得Uab=mgRsinBL.答案:(1)mg(R+r)sinB2L2(2)mgRsinBL16.(12分)某同学设计一个发电测速装置,工作原理如图所示.一个半径为R=0.1 m的圆形金属导轨固定在竖直平面上
17、,一根长为R的金属棒OA,A端与导轨接触良好,O端固定在圆心处的转轴上.转轴的左端有一个半径为r=R3的圆盘,圆盘和金属棒能随转轴一起转动.圆盘上绕有不可伸长的细线,下端挂着一个质量为m=0.5 kg的铝块.在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T.a点与导轨相连,b点通过电刷与O端相连.测量a、b两点间的电势差U可算得铝块速度.铝块由静止释放,下落h=0.3 m时,测得U=0.15 V.(细线与圆盘间没有滑动,金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计,重力加速度g取10 m/s2)(1)测U时,与a点相接的是电压表的“正极”还是“负极”?(2)求此时铝块的速度大小;(3)求此下落过程中铝块机械能的损失.解析:(1)由右手定则判断可知a点接正极.(2)由电磁感应定律得U=E=t=12BR2U=12BR2v=r=13R所以v=2U3BR=2 m/s.(3)E=mgh-12mv2代入数据得E=0.5 J.答案:(1)正极(2)2 m/s(3)0.5 J
