2020高考物理 章末质量检测（十）第十章 电磁感应（含解析）鲁科版

第十章 电磁感应(时间：50分钟)一、选择题(本题共8小题，15题为单项选择题，68题为多项选择题)1.如图1所示的装置中，当接通电源后，小磁针A的指向如图所示，则()图1A.小磁针B的N极向纸外转B.小磁针B的N极向纸里转C.小磁针B不转动D.因电流未标出，所以无法判断小磁针B如何转动解析如题图，根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，所以通电螺线管的左端是S极，右端是N极；根据安培定则，右手握住螺线管，四指指向电流的方向，大拇指所指的方向是通电螺线管的N极。可以判断电流从螺线管的左端流入，从右端流出，所以，电源的左端是正极，右端是负极。而小磁针B在电流产生的磁场中，根据右手螺旋定则可知，N极的指向垂直纸面向外，故A正确，B、C、D错误。答案A2.如图2所示，线圈L的自感系数很大，且其直流电阻可以忽略不计，L1、L2是两个完全相同的小灯泡，开关S闭合和断开的过程中，灯L1、L2的亮度变化情况是(灯丝不会断)()图2A.S闭合，L1亮度不变，L2亮度逐渐变亮，最后两灯一样亮；S断开，L2立即熄灭，L1逐渐变亮B.S闭合，L1亮度不变，L2很亮；S断开，L1、L2立即熄灭C.S闭合，L1、L2同时亮，而后L1逐渐熄灭，L2亮度不变；S断开，L2立即熄灭，L1亮一下才熄灭D.S闭合，L1、L2同时亮，而后L1逐渐熄灭，L2则逐渐变得更亮；S断开，L2立即熄灭，L1亮一下才熄灭答案D3.如图3甲所示，固定闭合线圈abcd处于方向垂直纸面向外的磁场中，磁感线分布均匀，磁场的磁感应强度大小B随时间t的变化规律如图乙所示，则下列说法正确的是()图3A.t1 s时，ab边受到的安培力方向向左B.t2 s时，ab边受到的安培力为0C.t2 s时，ab边受到的安培力最大D.t4 s时，ab边受到的安培力最大解析由题图知，02 s内磁感应强度大小逐渐增大，根据楞次定律知线圈中产生感应电流的方向为顺时针方向，根据左手定则判断知ab边受到的安培力方向向右，选项A错误；t2 s时，0，感应电流I0，安培力F0，选项B正确，C错误；t4 s时，B0，安培力F0，选项D错误。答案B4.一半径为r、质量为m、电阻为R的金属圆环用一根长为L的绝缘轻细杆悬挂于O1点，杆所在直线过圆环圆心，在O1点的正下方有一半径为L2r的圆形匀强磁场区域，其圆心O2与O1点在同一竖直线上，O1点在圆形磁场区域边界上，如图4所示。现使绝缘轻细杆从水平位置由静止释放，下摆过程中金属圆环所在平面始终与磁场垂直，已知重力加速度为g，不计空气阻力及其他摩擦阻力，则下列说法正确的是 ()图4A.金属圆环最终会静止在O1点的正下方B.金属圆环在整个过程中产生的焦耳热为mgLC.金属圆环在整个过程中产生的焦耳热为mg(L2r)D.金属圆环在整个过程中产生的焦耳热为mg(Lr)解析圆环最终要在如图中A、C位置间摆动，因为此时圆环中的磁通量不再发生改变，圆环中不再有感应电流产生。由几何关系可知，圆环在A、C位置时，其圆心与O1、O2的距离均为Lr，则圆环在A、C位置时，圆环圆心到O1的高度为。由能量守恒可得金属圆环在整个过程中产生的焦耳热为mg(L2r)，C正确。答案C5.(2019山东济南模拟)如图5甲所示，间距L0.2 m的水平金属导轨CD、EF固定在水平地面上，一质量m4103 kg的金属棒GH垂直地放置导轨上，导轨处于沿水平方向、磁感应强度B10.2 T的匀强磁场中。有一匝数n20匝、面积S0.02 m2的线圈通过开关S与导轨相连，线圈处于通过线圈轴线、方向竖直向上的另一匀强磁场B2中，B2大小随时间t变化的关系如图乙所示。在t0.2 s时刻闭合开关S时，金属棒GH瞬间跳起(金属棒跳起瞬间安培力远大于重力)，跳起的最大高度为h0.2 m，不计空气阻力，重力加速度为g10 m/s2，下列说法正确的是()图5A.磁感应强度B1的方向水平向右B.开关S闭合瞬间，GH中的电流方向由H到GC.线圈中产生的感应电动势大小为3 VD.开关S闭合瞬间，通过金属棒GH的电荷量为0.3 C解析由楞次定律可知，在螺线管中磁通量向上增加，产生的感应电流流过导体棒的方向是由H到G，金属棒受向上安培力，可知磁感应强度B1的方向水平向左，选项A错误，B正确；线圈中产生的感应电动势大小为EnS200.02 V6 V，选项C错误；金属棒跳起时的初速度v2 m/s；对金属棒由动量定理：B1Ltmv，qt，则q C0.2 C，选项D错误。答案B6.(2019三明模拟)如图6所示，正方形线框的边长为L，电容器的电容为C。正方形线框的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中，当磁感应强度以变化率k均匀减小时，下列说法正确的是()图6A.线框产生的感应电动势大小为kL2B.电压表没有读数C.a点的电势高于b点的电势D.电容器所带的电荷量为零解析由于线框的一半放在磁场中，因此线框产生的感应电动势大小为，选项A错误；由于线框所产生的感应电动势是恒定的，且线框连接了一个电容器，相当于电路断路，电路中无电流，电压表没有读数，选项B正确；根据楞次定律可以判断，a点的电势高于b点的电势，选项C正确；电容器所带电荷量为QC，选项D错误。答案BC7.边长为a的闭合金属正三角形轻质框架，左边竖直且与磁场右边界平行，完全处于垂直于框架平面向里的匀强磁场中，现把框架匀速水平向右拉出磁场，如图7所示，则下列图象与这一拉出过程相符合的是()图7解析设正三角形轻质框架开始出磁场的时刻t0，则其切割磁感线的有效长度L2xtan 30x，则感应电动势E电动势BLvBvx，则C项正确，D项错误；框架匀速运动，故F外力F安x2，A项错误；P外力功率F外力vF外力x2，B项正确。答案BC8.如图8所示，竖直悬挂的弹簧下端拴有导体棒ab，ab无限靠近竖直平行导轨的内侧、与导轨处于竖直向上的匀强磁场中，导体棒MN与平行导轨处于垂直导轨平面的匀强磁场中，当MN以速度v向右匀速运动时，ab恰好静止，弹簧无形变，现使v减半仍沿原方向匀速运动，ab开始沿导轨下滑，磁感应强度大小均为B，导轨宽均为L，导体棒ab、MN质量相同、电阻均为R，其他电阻不计，导体棒与导轨接触良好，弹簧始终在弹性限度内，弹簧的劲度系数为k，ab与竖直平行导轨间的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则()图8A.MN中电流方向从M到NB.ab受到的安培力垂直纸面向外C.ab开始下滑直至速度首次达到峰值的过程中，克服摩擦产生的热量为D.ab速度首次达到峰值时，电路的电热功率为解析MN向右匀速运动，根据右手定则知电流由N到M，故A错误；电流由a到b，根据左手定则知ab所受安培力垂直纸面向外，故B正确；当MN以速度v向右匀速运动时，ab恰好静止，则电流I，ab受到的最大静摩擦力fmBIL，根据平衡条件得mg，当vv时，fm，速度第一次达到最大时，加速度等于零，ab再次平衡，mgfmkx，则ab下落的距离x，克服摩擦力产生的热量Q1fmx，故C正确；ab速度首次达到峰值时，电路电流I1，电路的电热功率为P2IR，故D错误。答案BC二、非选择题9.(1)探究电磁感应现象应选用如图9_(选填“甲”或“乙”)所示的装置进行实验。在这个现象中感应电流的方向与_的方向和磁感线方向有关。图9(2)如图丙所示，A为弹簧测力计(量程足够大)，B为条形磁铁(下端为S极)，C为螺线管，螺线管线圈的电阻忽略不计。现将S1断开，S2由1改接到2，则弹簧测力计的示数将_；若S2接2不变，再闭合S1，弹簧测力计的示数将_。(均选填“变大”“变小”或“不变”)解析(1)探究电磁感应现象的实验装置，只需要有磁场、导体棒、电流表即可，不需要电源，分析图甲与乙可知，探究电磁感应现象应选用甲图装置，在电磁感应现象中，感应电流的方向与导体切割磁感线运动的方向和磁感线的方向有关。(2)根据安培定则，由图丙可知，闭合开关，螺线管上端是N极，条形磁铁下端是S极，条形磁铁受到向下的吸引力，现将S1断开，S2由1改到2，电路电流变少，通电的螺线管圈数变小，电磁铁的磁性变弱，螺线管对条形磁铁的吸引力变小，弹簧测力计示数变小，若S2接2不变，闭合S1，电阻R2短路，电路电流变大，螺线管的磁场变强，条形磁铁受到的吸引力变大，弹簧测力计的示数变大。答案(1)甲导体切割磁感线运动(或“导体运动”) (2)变小变大10.如图10甲，在水平桌面上固定着两根相距L20 cm、相互平行的无电阻轨道P、Q，轨道一端固定一根电阻R0.02 的导体棒a，轨道上横置一根质量m40 g、电阻可忽略不计的金属棒b，两棒相距也为L20 cm。该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节的竖直向上的匀强磁场中。开始时，磁感应强度B00.1 T。设棒与轨道间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2。图10(1)若保持磁感应强度B0的大小不变，从t0时刻开始，给b棒施加一个水平向右的拉力，使它由静止开始做匀加速直线运动。此拉力F的大小随时间t变化关系如图乙所示。求b棒做匀加速运动的加速度及b棒与轨道间的滑动摩擦力；(2)若从t0开始，磁感应强度B随时间t按图丙中图象所示的规律变化，求在金属棒b开始运动前，这个装置释放的热量。解析(1)F安B0ILEB0LvIvat所以F安t当b棒匀加速运动时，根据牛顿第二定律有FFfF安ma联立可得FFftma由图象可得：当t0时，F0.4 N，当t1 s时，F0.5 N。代入式，可解得a5 m/s2，Ff0.2 N。(2)当磁感应强度均匀增大时，闭合电路中有恒定的感应电流I。以b棒为研究对象，它受到的安培力逐渐增大，静摩擦力也随之增大，当磁感应强度增大到b所受安培力F安与最大静摩擦力Ff相等时开始滑动感应电动势EL20.02 VI1 A棒b将要运动时，有F安BtILFf所以Bt1 T，根据BtB0t得t1.8 s，回路中产生的焦耳热为QI2Rt0.036 J。答案(1)5 m/s20.2 N(2)0.036 J11.同一水平面上的两根正对平行金属直轨道MN、MN，如图11所示放置，两轨道之间的距离l0.5 m，轨道的MM端之间接一阻值R0.4 的定值电阻，轨道的电阻可忽略不计，NN端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP、NP平滑连接，两半圆轨道的半径均为R00.5 m，水平直轨道MK、MK段粗糙，KN、KN段光滑，且KNNK区域恰好处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度B0.64 T，磁场区域的宽度d1 m，且其右边界与NN重合。现有一质量m0.2 kg、电阻r0.1 的导体杆ab静止在距磁场左边界s2 m处，在与杆垂直的水平恒力F2 N作用下开始运动，导体杆ab与粗糙导轨间的动摩擦因数0.1，当运动至磁场的左边界时撤去F，结果导体杆ab恰好能通过半圆形轨道的最高处PP。已知导体杆在运动过程中与轨道始终垂直且接触良好，g取10 m/s2。求：图11(1)导体杆刚进入磁场时，通过导体杆的电流大小和方向；(2)导体杆穿过磁场的过程中通过电阻R的电荷量；(3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路中产生的焦耳热。解析(1)设导体杆在F的作用下运动至磁场的左边界时的速度为v1，由动能定理有(Fmg)smv0，代入数据解得v16 m/s，导体杆刚进入磁场时产生的感应电动势EBlv11.92 V，此时通过导体杆的电流I3.84 A，根据右手定则可知，电流方向由b向a。(2)设导体杆在磁场中运动的时间为t，产生的感应电动势的平均值为，则由法拉第电磁感应定律有，通过电阻R的感应电流的平均值，通过电阻R的电荷量qt0.64 C。(3)设导体杆离开磁场时的速度大小为v2，运动到半圆形轨道最高处的速度为v3，因导体杆恰好能通过半圆形轨道的最高处，则在轨道最高处时，由牛顿第二定律有mgm，代入数据解得v3 m/s，杆从NN运动至PP的过程，根据机械能守恒定律有mvmvmg2R0，代入数据解得v25 m/s，导体杆穿过磁场的过程中损失的机械能Emvmv1.1 J，此过程中电路中产生的焦耳热Q热E1.1 J。答案(1)3.84 A由b向a(2)0.64 C(3)1.1 J- 9 -