1、全国100所名校单元测试示范卷高三物理卷(十三)第十三单元电磁感应全国西部（教师用卷）(90分钟100分)第卷(选择题共52分)选择题部分共13小题。在每小题给出的四个选项中,18小题只有一个选项正确,913小题有多个选项正确;全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分。1.假如有一宇航员登上火星后,利用手边的一只灵敏电流表和一个小线圈,想探测一下火星表面是否有磁场,则下列说法正确的是A.直接将电流表放于火星表面,看是否有示数来判断磁场的有无B.将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈沿某一方向运动,如果电流表无示数,则可判断火星表面无磁场C.将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈沿某一方向
2、运动,如果电流表有示数,则可判断火星表面有磁场D.将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈在某一平面内沿各个方向运动,如果电流表无示数,则可判断火星表面无磁场解析:电磁感应现象产生的条件是:穿过闭合回路的磁通量发生改变时,回路中有感应电流产生,选项A中,即使有一个恒定的磁场,也不会有示数,选项A错;同理,将电流表与线圈组成回路,使线圈沿某一方向运动,如电流表无示数,也不能判断出没有磁场,选项B错;电流表有示数则说明一定有磁场,选项C对;将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈在某一个与磁场平行的平面内沿各个方向运动,也不会有示数,选项D错。答案:C2.如图所示,有一条形磁铁和一闭合线圈,现将条形磁铁的N极
3、朝下,沿线圈的轴线向下靠近线圈(但未插入线圈内部),下列说法中正确的是A.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同,磁铁与线圈相互排斥B.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同,磁铁与线圈相互吸引C.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反,磁铁与线圈相互排斥D.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反,磁铁与线圈相互吸引解析:条形磁铁靠近闭合线圈时,线圈中的磁通量增加,根据楞次定律可得,线圈中感应电流的方向与图中箭头的方向相同,磁铁与线圈相互排斥,选项A对。答案:A3.如图甲所示,A和B是两个完全相同的小灯泡,L是自感系数很大、直流电阻为零的线圈,某时刻闭合开关S,通过A、B两灯泡中的电流IA、I
4、B随时间t变化的图象是图乙中的甲乙解析:L是自感系数很大、直流电阻为零的线圈,当闭合开关S时,电流先从灯泡B所在支路流过,最后自感线圈把灯泡B短路,流过灯泡A的电流逐渐增大至稳定,流过灯泡B的电流最后减小到零,故选项A对。答案:A4.如图所示,半径为r的金属圆盘处于垂直于盘面的匀强磁场B中,使金属盘绕中心轴以角速度沿逆时针方向匀速转动,电灯灯丝的电阻恒为R,金属圆盘的电阻不计,则通过灯泡的电流的方向和大小分别是A.由a到灯到b,I=B.由b到灯到a,I=C.由a到灯到b,I=D.由b到灯到a,I=解析:金属圆盘在匀强磁场中匀速转动,可以等效为无数根长为r的导体棒绕圆盘中心做匀速圆周运动,其产生
5、的感应电动势大小E=,由右手定则可知其方向由外指向圆心,故通过电阻R的电流I=,方向由b到灯到a,选项D对。答案:D5.如图所示,用粗细相同的铜丝做成边长分别为L和3L的两只闭合线框a和b,现将两线框分别以va、vb的速度从磁感应强度为B的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外,若va=2vb,则外力对线框做的功Wa、Wb之比为A.13B.29C.21D.23解析:因为线框做匀速直线运动,根据能量守恒可知,外力做的功等于产生的电能,而产生的电能又全部转化为焦耳热,由W=Q=,所以=,B正确。答案:B6.如图所示,边长为L、质量为m的正方形导线框,从距磁场H=高处自由下落,其下边ab进入匀强磁场后,线圈
6、开始做减速运动,直到其上边cd刚刚穿出磁场时,速度减为ab边进入磁场时的三分之一,磁场的宽度也为L,空气阻力不计,则线框穿越匀强磁场的过程中产生的焦耳热为A.B.2mgLC.D.解析:设线框刚进入磁场时的速度为v1,刚穿出磁场时的速度v2=;线框自开始进入磁场到完全穿出磁场共下落高度为2L。由题意,有m=mgH,m+mg2L=m+Q,联立解得Q=mg(2L+H)=mgL,A正确。答案:A7.L形的光滑金属轨道AOC,AO沿竖直方向,OC沿水平方向,PQ是如图所示地放在导轨上的一根金属直杆,直杆从图示位置由静止开始在重力作用下运动,运动过程中Q端始终在OC上。空间存在着垂直于纸面向外的匀强磁场,
7、则在PQ杆滑动的过程中,下列判断正确的是A.感应电流的方向始终是由PQ, PQ所受安培力的方向垂直杆向左B.感应电流的方向先是由PQ,后是由QP,PQ所受安培力的方向先垂直于杆向左,后垂直于杆向右C.感应电流的方向始终是由QP, PQ所受安培力的方向垂直杆向右D.感应电流的方向先是由QP,后是由PQ,PQ所受安培力的方向先垂直于杆向右,后垂直于杆向左解析:在PQ杆滑动的过程中,杆与导轨所围成的三角形面积先增大后减小,三角形POQ内的磁通量先增大后减小,由楞次定律可判断感应电流的方向先是由PQ,后是由QP;再由PQ中的电流方向及左手定则可判断PQ所受安培力的方向先垂直于杆向左,后垂直于杆向右。选
8、项B对。答案:B8.在如图所示的虚线框内有匀强磁场,磁感应强度随时间均匀变化,半径为r、匝数为n的圆形线圈有一半处在磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,此时线圈的发热功率恒为P。下列说法正确的是A.若只将线圈全部置于磁场中,则线圈的发热功率变为2PB.若只将线圈全部置于磁场中,则线圈的发热功率仍为PC.若只将线圈的半径增大到原来的2倍,仍保持线圈有一半面积在磁场中,则线圈的发热功率变为2PD.若只将线圈的匝数增大到原来的2倍,则线圈的发热功率变为2P解析:设线圈在磁场中的面积为SB,导线的横截面积为S,则感应电动势E=nSB,线圈的发热功率P=,其中R=,联立得P=()2,若只将线圈全部置于磁场中
9、,则SB2=4,P=4P,A、B错;若只将线圈的半径增大到原来的2倍,则SB2=16,r=2r,则P=8P,C错;若n=2n,则P=2P,D正确。答案:D9.将N匝闭合线圈放入一磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,现让磁场均匀变化,关于线圈中产生的感应电动势和感应电流,下列表述中正确的是A.感应电动势的大小与线圈的匝数有关B.穿过线圈的磁通量越大,线圈中产生的感应电动势越大C.穿过线圈的磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势越大D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同解析:由法拉第电磁感应定律E=n知,感应电动势的大小与线圈匝数有关,选项A对;感应电动势的大小正比于,与磁通量的大小无直接关系
10、,选项B错、C对;根据楞次定律知,感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化,即“增反减同”,选项D错。答案:AC10.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.电动机可以利用电磁感应原理将电能转化为机械能C.奥斯特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解析:电磁感应现象最先是由法拉第发现的,奥斯特则是电流磁效应的发现者,选项A错,C、D对;电动机是利用电流在磁场中受磁场力作用而将电能转化为机械能的,选项B错。答案:CD11.如图所示,有一正三角形铝
11、框abc处在水平向外的非匀强磁场中,场中各点的磁感应强度By=,y为该点到地面的距离,c为常数,B0为一定值。铝框平面与磁场垂直,底边bc水平(空气阻力不计),将铝框由静止释放,在铝框下落到地面前的过程中A.铝框回路中的磁通量变大,有顺时针方向的感应电流产生B.回路中的感应电流沿顺时针方向,底边bc两端间的电势差为0C.铝框下落的加速度大小一定小于重力加速度gD.底边bc受到的安培力向上,折线bac受到的安培力向下,铝框下落时的加速度大小可能等于g解析:在铝框下落过程中,y减小,由By=知铝框中的磁通量增加,根据楞次定律,有顺时针方向的感应电流产生,选项A对;由右手定则知b端电势高于c端电势,
12、选项B错;由楞次定律的推论知铝框受到的安培力向上,选项C对、D错。答案:AC12.如图所示,绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上,铁芯上套着一个轻质铝环,线圈与电源、开关S相连,线圈上端与电源正极相连,则A.闭合开关S的瞬间,铝环向上跳起来B.若保持开关S闭合,则铝环停留在某一高度C.若保持开关S闭合,则铝环跳起到某一高度后将回落D.如果电源的正、负极对调,闭合开关S的瞬间,铝环不动解析:开关S闭合瞬间,线圈中电流从无到有,并产生磁场,由楞次定律知,铝环中将产生感应电流,电流的磁场方向与线圈中磁场的方向相反,铝环向上跳起,选项A对;待线圈中电流稳定后,磁场强弱不再变化,铝环中感应电流消失,铝环落下,
13、选项B错误、C正确;此实验中观察到的现象与线圈中电流的方向无关,选项D错。答案:AC13.如图所示,一间距为d的平行金属导轨,右端接有阻值为R的电阻,整个装置放入竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,导轨平面与磁场垂直。一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置,且与两导轨保持良好接触,杆与导轨之间的动摩擦因数为。现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F的作用下从静止开始沿导轨运动,运动了L时,速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)。设杆接入电路中的电阻为r,导轨电阻不计,重力加速度大小为g。则此过程A.杆的速度最大值为B.流过电阻R的电荷量为C.恒力F做的功与摩擦力做的功之
14、和等于杆动能的变化量D.恒力F做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量解析:当杆达到最大速度vm时,有F-mg-=0得vm=,选项A正确;由公式q=,选项B错误;在棒从开始运动到达到最大速度的过程中,有WF+Wf+W安=Ek,其中Wf=-mg,W安=-Q,Q为回路中的焦耳热,恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量与回路产生的焦耳热之和,C错;恒力F做的功与安培力做的功之和等于杆动能的变化量与克服摩擦力做的功之和,D正确。答案:AD第卷(非选择题共48分)非选择题部分共4小题。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
15、数值和单位。14.(10分)如图所示,均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框,线框电阻为R,半圆弧的半径为r,半圆弧直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为B0。使该线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度匀速转动180。(1)求线框在转动过程中产生的感应电动势。(2)求在线框转动过程中,通过线框某一截面的电荷量。解:(1)当线框绕过圆心O的转动轴以角速度匀速转动时,由于导线框在磁场中的面积的变化产生感应电动势E=B0r2。(3分)(2)线框中产生的感应电流I=(2分)线框运动的时间t= (2分)通过线框某一截面的电荷量q=It=。(3分)15.(1
16、2分)如图所示,光滑的平行金属导轨电阻可忽略,两导轨间距离L=0.75 m,导轨倾角=30,导轨上端接一阻值R=2.5 的电阻,整个装置处于垂直轨道平面向上的匀强磁场中。阻值r=0.5 、质量m=0.2 kg的金属棒与轨道垂直且接触良好,其从轨道上端ab处由静止开始下滑,当金属棒沿导轨下滑距离s=1.2 m时,速度达到最大值vm=3 m/s。重力加速度g=10 m/s2,求:(1)金属棒开始运动时的加速度大小。(2)匀强磁场的磁感应强度大小。解:(1)设金属棒开始运动时的加速度大小为a,由牛顿第二定律有mgsin =ma(2分)解得a=gsin =5 m/s2。 (2分)(2)设匀强磁场的磁感
17、应强度大小为B,则金属棒达到最大速度时产生的电动势E=BLvm(2分)回路中产生的感应电流I=(2分)金属棒所受安培力F=BIL (2分)cd棒所受合外力为零时,下滑的速度达到最大,则:F=mgsin (1分)解得B= T。 (1分)甲16.(12分)如图甲所示,一只横截面积S=0.11 m2、匝数为100匝的闭合线圈放在平行于线圈轴线的匀强磁场中,线圈的总电阻R=1.1 。该匀强磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示。求:(1)从0到0.2 s时间内以及从0.2 s到0.3 s时间内回路中的感应电动势。(2)从0到0.3 s时间内,通过该线圈任意一个横截面的电荷量q。(3)在0到0.
18、3 s内线圈中产生的焦耳热Q。乙解:(1)从t=0到t=0.2 s时间内,由图乙可知:=0.5 T/s由法拉第电磁感应定律可知回路中的电动势E1=n=5.5 V (2分)从t=0.2 s到t=0.3 s时间内,由图可知:=1 T/s 由法拉第电磁感应定律,可知回路中的电动势E2=n=11 V。 (2分)(2)从t=0到t=0.2 s时间内,电路中的电流I1=5 A (1分)这段时间内通过线圈的电荷量q1=I1t1=1 C (1分)从t=0.2 s到t=0.3 s时间内,电路中的电流 I2=10 A (1分)这段时间内通过线圈的电荷量q2=I2t2=1 C(1分)从t=0到t=0.3 s时间内,
19、通过该线圈任意一个横截面的电荷量q=q1+q2=2 C。(1分)(3)从t=0到t=0.2 s时间内,电路中产生的热量Q1=Rt1=5.5 J (1分)从t=0.2 s到t=0.3 s时间内,电路中产生的热量为Q2=Rt2=11 J(1分)则Q=Q1+Q2=16.5 J。 (1分)17.(14分)如图所示,电阻不计且足够长的U形金属框架放置在绝缘水平面上,框架与水平面间的动摩擦因数为,框架的宽度为L、质量为m1;质量为m2、电阻为R的均匀导体棒ab垂直放在框架上,整个装置处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。现对导体棒施加一水平恒力F,使棒从静止开始无摩擦地运动,当棒的运动速度达到某值
20、时,框架开始运动。棒与框架接触良好,框架与水平面间的最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,重力加速度为g。(1)求框架刚开始运动时棒的速度v应满足的条件。(2)求欲使框架运动,所施加的水平恒力F的范围。(3)若施加于棒的水平恒力为F1,棒从静止开始运动距离为s、速度为v时框架开始运动,求此过程中回路中产生的热量Q。解:(1)框架开始运动时,MN边所受安培力的大小大于其所受的最大静摩擦力,故有:F安(m1+m2)g,F安=BIL,E=BLv,I= (4分)解得v。(2分)(2)框架开始运动时,MN边所受安培力的大小大于其所受的最大静摩擦力,设此时加在ab上的恒力为F,则有F(m1+m2)g。(4分)(3)根据能量转化和守恒定律,F1做功消耗外界能量,转化为导体棒ab的动能和回路中产生的热量,有F1s=m2v2+Q(2分)解得Q=F1s-m2v2。(2分)