12章末过关检测.docx
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12章末过关检测
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90分钟,满分:
100分)
一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分.在每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得5分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.如图12-1所示是验证楞次定律实验的示意图,竖直放置的线圈固定不动,将磁铁从线圈上方插入或拔出,线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流.各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况,其中表示正确的是( )
图12-1
解析:
选CD.根据楞次定律可确定感应电流的方向:
对C选项,当磁铁向下运动时:
(1)闭合线圈原磁场的方向——向上;
(2)穿过闭合线圈的磁通量的变化——增加;(3)感应电流产生的磁场方向——向下;(4)利用安培定则判断感应电流的方向——与图中箭头方向相同.线圈的上端为S极,磁铁与线圈相互排斥.综合以上分析知,选项CD正确.
2.两圆环A、B置于同一水平面上,其中A为均匀带电绝缘环,B为导体环,当A以如图12-2所示的方向绕中心转动的角速度发生变化时,B中产生如图所示方向的感应电流,则( )
A.A可能带正电且转速减小
B.A可能带正电且转速增大
图12-2
C.A可能带负电且转速减小
D.A可能带负电且转速增大
答案:
BC
3.如图12-3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向上,线圈进入磁场前等距离排列,穿过磁场后根据线圈间的距离,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( )
图12-3
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:
选AD.若线圈闭合进入磁场时,由于电磁感应现象,由楞次定律可判断线圈相对传送带向后滑动,故A正确;若线圈不闭合,不会产生感应电流,故线圈相对传送带不发生滑动,故B错误;由图知1、2、4、5、6线圈都发生了相对滑动,而第3个线圈没有,则第3个线圈为不合格线圈,选项C错误,D正确.
图12-4
4.(2010年广东湛江测试)如图12-4所示,E为电池,L是电阻可忽略不计、自感系数足够大的线圈,D1、D2是两个规格相同且额定电压足够大的灯泡,S是控制电路的开关.对于这个电路,下列说法正确的是( )
A.刚闭合开关S的瞬间,通过D1、D2的电流大小相等
B.刚闭合开关S的瞬间,通过D1、D2的电流大小不相等
C.闭合开关S待电路达到稳定后,D1熄灭,D2比原来更亮
D.闭合开关S待电路达到稳定,再将S断开的瞬间,D2立即熄灭,D1闪亮一下再熄灭
解析:
选ACD.由于线圈的电阻可忽略不计、自感系数足够大,在开关闭合的瞬间线圈的阻碍作用很大,线圈中的电流为零,所以通过D1、D2的电流大小相等,A正确;闭合开关S待电路达到稳定时线圈短路,D1中电流为零,回路电阻减小,D2比原来更亮,C正确;闭合开关S待电路达到稳定,再将S断开瞬间,D2立即熄灭,线圈和D1形成回路,D1闪亮一下再熄灭,D正确.故正确选项为ACD.
图12-5
5.用均匀导线做成的正方形线框边长为0.2m,正方形的一半放在垂直纸面向里的匀强磁场中,如图12-5所示.当磁场以10T/s的变化率增强时,线框中a、b两点间的电势差是( )
A.Uab=0.1V
B.Uab=-0.1V
C.Uab=0.2V
D.Uab=-0.2V
答案:
B
6.如图12-6所示,垂直纸面向外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v0、3v0速度匀速拉出磁场,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边两端电势差相同
图12-6
D.通过导体框截面的电量相同
解析:
选AD.由楞次定律可知导体框中产生的感应电流方向相同,A正确;由电磁感应定律可得Q=
=
,因此导体框中产生的焦耳热不同,故B错误;两种情况下电源的电动势不相同,导体框ad边两端电势差不同,C错误;由q=
知,通过导体框截面的电量与速度无关,D正确.
7.(2009年高考重庆理综卷)如图12-7为一种早期发电机原理示意图,该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成,两磁极相对于线圈平面对称.在磁极绕转轴匀速转动过程中,磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧
运动(O是线圈中心),则( )
图12-7
A.从X到O,电流由E经G流向F,先增大再减小
B.从X到O,电流由F经G流向E,先减小再增大
C.从O到Y,电流由F经G流向E,先减小再增大
D.从O到Y,电流由E经G流向F,先增大再减小
图12-8
解析:
选D.从X到O过程中,原磁场方向指向上不断增加,则感应电流的磁场方向应该指向下,再由右手螺旋定则知,感应电流的方向应该是由F经G到E,又感应电流从零到有再到零,则一定经历先增大再减小的过程.同理,当从O到Y的过程中,感应电流的方向应该是由E经G到F,大小也是先增大再减小.
8.如图12-8所示电路中,S是闭合的,此时流过线圈L的电流为i1,流过灯泡A的电流为i2,且i1>i2,在t1时刻将S断开,那么流过灯泡的电流随时间变化的图象是( )
图12-9
解析:
选D.在t1时间内流过灯泡的电流为i2,且方向为从左向右,当断开S时,i2立即消失,但由于自感作用,i2并不立刻消失,而是线圈L产生自感电动势,与灯泡构成回路缓慢消失,此时流过灯泡的电流从i1开始逐渐减小,方向自右向左,故D正确.
9.如图12-10所示,边长为L的正方形导线框质量为m,由距磁场H高处自由下落,其下边ab进入匀强磁场后,线圈开始做减速运动,直到其上边cd刚刚穿出磁场时,速度减为ab边刚进入磁场时的一半,磁场的宽度也为L,则线框穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热为( )
A.2mgL
B.2mgL+mgH
图12-10
C.2mgL+
mgH
D.2mgL+
mgH
解析:
选C.设刚进入磁场时的速度为v1,则刚穿出磁场时的速度为v2=
①
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
mv12=mgH②
mv12+mg·2L=
mv22+Q③
由①②③得Q=2mgL+
mgH.C选项正确.
图12-11
10.(2010年青岛质检)如图12-11所示为几个有理想边界的磁场区域,相邻区域的磁感应强度大小相等、方向相反,区域的宽度均为L.现有一边长为L的正方形导线框由图示位置开始,沿垂直于区域边界的直线匀速穿过磁场区域,设逆时针方向为电流的正方向,下列各图能正确反映线框中感应电流的是( )
图12-12
解析:
选D.线框进入磁场中0至L的过程中,由右手定则知,感应电流的方向为顺时针,即负方向,感应电流I=
,大小恒定,A、B不正确;线框进入磁场中L至2L的过程中,由右手定则,可判断感应电流的方向为逆时针,即为正方向,感应电流I=
,D正确.
图12-13
11.(2010年安徽江南十校素质测试)如图12-13所示,在竖直方向的磁感应强度为B的匀强磁场中,金属框架ABCD固定在水平面内,AB与CD平行且足够长,BC与CD夹角为θ(θ<90°),光滑导体棒EF(垂直于CD)在外力作用下以垂直于自身的速度v向右匀速运动,框架中的BC部分与导体棒单位长度的电阻均为R,AB与CD的电阻不计,导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触,以经过C点瞬间作为计时起点,下列关于电路中电流大小I与时间t、消耗的电功率P与导体棒水平移动的距离s变化规律的图象中正确的是( )
图12-14
解析:
选AD.设时间t内EF移动的位移为vt,则EF切割磁感线的有效长度为vttanθ,产生的感应电动势为E=Bv2ttanθ,电路的总电阻为r=vtR(tanθ+1/cosθ),电流I=E/r=Bvtanθ/[R(tanθ+1/cosθ)]=Bvsinθ/[R(sinθ+1)],电流I为定值,A正确;r=vtR(tanθ+1/cosθ)=sR(tanθ+
),P=I2r,P∝s,当EF运动到水平导轨BA上时电阻是定值,P不变,D正确.
图12-15
12.(2009年高考福建理综卷)如图12-15所示,固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d,其右端接有阻值为R的电阻,整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场中.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μ.现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离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的电量为
C.恒力F做的功与摩擦力做的功之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:
选BD.A选项中,当杆达到最大速度v时,其受力情况如图所示,在水平方向受拉力F、安培力F安=
、滑动摩擦力Ff=μmg,三个力的合力为零:
F-
-μmg=0,解得v=
;B选项中,平均电动势为
=
,平均电流为
=
=
,通过的电量q=
·Δt=
,而ΔΦ=B·ΔS=Bdl,则q=
=
;C选项中,由动能定理得WF-WFf-W安=ΔEk;D选项中,由前式可得WF-W安=ΔEk+WFf>ΔEk.本题正确选项为BD.
二、计算题(本题包括4小题,共40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.(8分)如图12-16甲所示,两根光滑平行金属导轨间距L=0.3m,左端用R=0.2Ω电阻连接,导轨电阻不计,导轨上停放着质量m=0.1kg,电阻r=0.1Ω的金属杆,匀强磁场B=0.5T,为了使R上的电压随时间变化的图象如图乙所示,且M点的电势高于N点,必须使杆如何运动?
从开始运动后第2s末,外力的瞬时功率多大?
图12-16
解析:
设某时刻棒的速度为v,则UR=
E=
BLv
结合图乙知,棒应向右做匀加速运动
=
BL
=
BLa
棒的加速度a=
·
=
×0.05m/s2=0.5m/s2
2s末的速度v=at=0.5×2m/s=1m/s
I=
=
=0.5A
对棒由牛顿第二定律得F-ILB=ma
所以F=ILB+ma=0.125N,P=Fv=0.125W.
答案:
以加速度0.5m/s2向右匀加速运动 0.125W
14.(10分)如图12-17所示,为某一装置的俯视图,PQ、MN
图12-17
为竖直放置的很长的平行金属薄板,两板间有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向竖直向下,金属棒AB搁置在两板上缘,并与两板垂直良好接触,现有质量为m、带电荷量为q,其重力不计的粒子,以初速度v0水平向左射入两板间,问:
(1)金属棒AB应朝什么方向运动,以多大的速度运动,可以使带电粒子做匀速直线运动?
(2)若金属棒运动突然停止,带电粒子在磁场中继续运动,从这时刻开始位移第一次达到
时的时间间隔是多少?
(磁场区域足够大)
解析:
(1)设电荷为正电荷,电荷做匀速直线运动,则两板间的电场力和洛伦兹力平衡,则AB应向左匀速运动,设其速度为v,则有:
U=BLv,L为两板间距
依题意:
qE=qv0B,E=
,解得
v=v0
若为负电荷,上述结论不变.
(2)AB突然停止运动,两板间电场消失,电荷在B中做匀速圆周运动,依题意,由几何关系可知,电荷轨迹圆弧所对圆心角为60°,
则:
t=
=
.
答案:
(1)左 v0
(2)
15.(10分)(2009年湖南郴州模拟)如图12-18所示,两根完全相同的“V”字形导轨OPQ与KMN倒放在绝缘水平面上,两导轨都在竖直平面内且正对、平行放置,其间距为L,电阻不计.两条导轨足够长,所形成的两个斜面与水平面的夹角都是α.两个金属棒ab和a′b′的质量都是m,电阻都是R,与导轨垂直放置且接触良好.空间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B.
图12-18
(1)如果两条导轨皆光滑,让a′b′固定不动,将ab释放,则ab达到的最大速度是多少?
(2)如果将ab与a′b′同时释放,它们所能达到的最大速度分别是多少?
解析:
(1)ab运动后切割磁感线,产生感应电流,而后受到安培力作用,当受力平衡时,加速度为0,速度达到最大,受力情况如图所示.则:
mgsinα=F安cosα
又F安=BIL
I=E感/2R
E感=BLvmcosα
联立上式解得vm=
.
(2)若将ab、a′b′同时释放,因两边情况相同,所以达到的最大速度大小相等,这时ab、a′b′都产生感应电动势而且是串联.
所以mgsinα=F安′cosα
F安′=BI′L
I′=
所以v′m=
.
答案:
见解析
图12-19
16.(12分)如图12-19所示,两根足够长的固定平行金属导轨位于倾角θ=30°的斜面上,导轨上、下端各接有阻值R=20Ω的电阻,导轨电阻忽略不计,导轨宽度L=2m,在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度B=1T.质量m=0.1kg、连入电路的电阻r=10Ω的金属棒ab在较高处由静止释放,当金属棒ab下滑高度h=3m时,速度恰好达到最大值v=2m/s.金属棒ab在下滑过程中始终与导轨垂直且接触良好.g取10m/s2,求:
(1)金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中机械能的减少量;
(2)金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中导轨上端电阻R中产生的热量.
解析:
(1)金属棒ab机械能的减少量
ΔE=mgh-
mv2=2.8J.
(2)速度最大时金属棒ab产生的电动势E=BLv
产生的电流I=E/(r+R/2)
此时的安培力F=BIL
由题意可知,受摩擦力
Ff=mgsin30°-F
由能量守恒得,损失的机械能等于金属棒ab克服摩擦力
做功和产生的电热之和,
电热Q=ΔE-Ffh/sin30°
上端电阻R中产生的热量QR=Q/4
联立以上几式得:
QR=0.55J.
答案:
(1)2.8J
(2)0.55J
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