高考物理創(chuàng)新（基礎(chǔ)課能力課實(shí)驗(yàn)課）教科版章末檢測(cè)第十章電磁感應(yīng)

章末質(zhì)量檢測(cè)（十）（時(shí)間：45分鐘滿分：100分）一、選擇題（本題共8小題，每小題8分，共64分。1～5題為單項(xiàng)選擇題，6～8題為多項(xiàng)選擇題）1.如圖1所示，一個(gè)金屬圓環(huán)水平放置在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，若要使圓環(huán)中產(chǎn)生如圖中箭頭所示方向的感應(yīng)電流，下列方法可行的是（）圖1A.僅使勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大B.僅使圓環(huán)繞水平軸ab如圖轉(zhuǎn)動(dòng)30°C.僅使圓環(huán)繞水平軸cd如圖轉(zhuǎn)動(dòng)30°D.保持圓環(huán)水平并僅使其繞過(guò)圓心的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)解析原磁場(chǎng)的方向豎直向上，圓環(huán)中順時(shí)針（從上向下看）方向的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向豎直向下，與原磁場(chǎng)的方向相反，所以穿過(guò)圓環(huán)的磁通量應(yīng)增大。僅使勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大，穿過(guò)圓環(huán)的磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知，圓環(huán)產(chǎn)生順時(shí)針（從上向下看）方向的感應(yīng)電流，選項(xiàng)A正確；僅使圓環(huán)繞水平軸ab或cd按題圖所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)30°，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)圓環(huán)的磁通量減小，根據(jù)楞次定律可知，圓環(huán)中產(chǎn)生逆時(shí)針（從上向下看）方向的感應(yīng)電流，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；保持圓環(huán)水平并僅使其繞過(guò)圓心的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)圓環(huán)的磁通量保持不變，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案A2.美國(guó)《大眾科學(xué)》月刊網(wǎng)站報(bào)道，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)：一種具有獨(dú)特屬性的新型合金能夠?qū)崮苤苯愚D(zhuǎn)化為電能。具體而言，只要略微提高溫度，這種合金就會(huì)變成強(qiáng)磁性合金，從而使環(huán)繞它的線圈中產(chǎn)生電流，其簡(jiǎn)化模型如圖2所示。A為圓柱形合金材料，B為線圈，套在圓柱形合金材料上，線圈的半徑大于合金材料的半徑。現(xiàn)對(duì)A進(jìn)行加熱，則（）圖2A.B中將產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鰾.B中將產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻碾娏鰿.B線圈有收縮的趨勢(shì)D.B線圈有擴(kuò)張的趨勢(shì)解析合金材料加熱后，合金材料成為強(qiáng)磁體，通過(guò)線圈B的磁通量增大，由于線圈B內(nèi)有兩個(gè)方向的磁場(chǎng)，由楞次定律可知線圈只有擴(kuò)張，才能阻礙磁通量的增加，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確；由于不知道極性，無(wú)法判斷感應(yīng)電流的方向，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。答案D3.法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象之后，又發(fā)明了世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)——法拉第圓盤發(fā)電機(jī)。揭開(kāi)了人類將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能并進(jìn)行應(yīng)用的序幕。法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的原理如圖3所示，將一個(gè)圓形金屬盤放置在電磁鐵的兩個(gè)磁極之間，并使盤面與磁感線垂直，盤的邊緣附近和中心分別裝有與金屬盤接觸良好的電刷A、B，兩電刷與靈敏電流計(jì)相連。當(dāng)金屬盤繞中心軸按圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則（）圖3A.電刷B的電勢(shì)低于電刷A的電勢(shì)B.若僅將滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)頭向左滑，靈敏電流計(jì)的示數(shù)將變大C.若僅將電刷A向盤邊緣移動(dòng)，使電刷A、B之間距離增大，靈敏電流計(jì)的示數(shù)將變大D.金屬盤轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速越大，維持其做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)所需外力做功的功率越小解析根據(jù)右手螺旋定則，左端磁極為N極，右端磁極為S極，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，切割磁感線，根據(jù)右手定則，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)锳到B，所以電刷B的電勢(shì)高于電刷A的電勢(shì)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若僅將滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)頭向左滑，則線圈中的電流減小，磁場(chǎng)減弱。切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小，靈敏電流計(jì)的示數(shù)減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；增大電刷之間的距離，切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大，靈敏電流計(jì)的示數(shù)增大，選項(xiàng)C正確；金屬盤轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速越大，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，感應(yīng)電流越大，需要維持其做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)所需外力越大，外力做功的功率P＝Fv越大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案C4.如圖4所示，在第一象限有一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的等邊三角形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，在第二象限有一平行于y軸的長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒沿x軸正方向以速度v勻速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域。下列關(guān)于導(dǎo)體棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E隨x變化的圖像正確的是（）圖4解析導(dǎo)體棒垂直磁場(chǎng)方向做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Blv，式中l(wèi)為導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長(zhǎng)度。導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長(zhǎng)度l隨x先均勻增大后均勻減小，其最大值為等邊三角形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的高eq\f(\r(3),2)L≈0.87L。所以導(dǎo)體棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E隨x變化的圖像選項(xiàng)D正確。答案D5.如圖5甲所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、總電阻為R的正方形導(dǎo)線框靜置于光滑水平面上，cd邊正中間有一個(gè)很小的豁口PQ，且導(dǎo)線框處于與水平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示。則下列說(shuō)法正確的是（）圖5A.在0～t0時(shí)間內(nèi)，正方形導(dǎo)線框有收縮的趨勢(shì)B.在t＝eq\f(t0,2)時(shí)刻，ab邊所受安培力大小為eq\f(Beq\o\al(2,0)L3,2Rt0)C.在0～t0時(shí)間內(nèi)P、Q間的電勢(shì)差為eq\f(B0L2,t0)D.在0～t0時(shí)間內(nèi)，P點(diǎn)電勢(shì)低于Q點(diǎn)電勢(shì)解析由于正方形導(dǎo)線框不閉合，導(dǎo)線框中沒(méi)有感應(yīng)電流，但有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)線框不受安培力，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律得，導(dǎo)線框的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(B0L2,t0)，選項(xiàng)C正確；在0～t0時(shí)間內(nèi)，根據(jù)楞次定律知P點(diǎn)電勢(shì)高于Q點(diǎn)電勢(shì)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案C6.如圖6所示為一圓環(huán)發(fā)電裝置，用電阻R＝4Ω的導(dǎo)體棒彎成半徑L＝0.2m的閉合圓環(huán)，圓心為O，COD是一條直徑，在O、D間接有負(fù)載電阻R1＝1Ω。整個(gè)圓環(huán)中均有B＝0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直環(huán)面穿過(guò)。電阻r＝1Ω的導(dǎo)體棒OA貼著圓環(huán)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，角速度ω＝300rad/s，則（）圖6A.當(dāng)OA到達(dá)OC處時(shí)，圓環(huán)的電功率為1WB.當(dāng)OA到達(dá)OC處時(shí)，圓環(huán)的電功率為2WC.全電路最大功率為3WD.全電路最大功率為4.5W解析當(dāng)OA到達(dá)OC處時(shí)，圓環(huán)的電阻為1Ω，與R1串聯(lián)接入電路，外電阻為2Ω，棒轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝eq\f(1,2)BL2ω＝3V，圓環(huán)上分壓為1V，所以圓環(huán)上的電功率為1W，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)OA到達(dá)OD處時(shí)，圓環(huán)中的電阻為零，此時(shí)電路中總電阻最小，而電動(dòng)勢(shì)不變，所以全電路的電功率最大為P＝eq\f(E2,R1＋r)＝4.5W，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。答案AD7.（2018·汕頭質(zhì)檢）如圖7所示，正方形線框的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，電容器的電容為C。正方形線框的一半放在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度以k為變化率均勻減小時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）圖7A.線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為kL2B.電壓表沒(méi)有讀數(shù)C.a點(diǎn)的電勢(shì)高于b點(diǎn)的電勢(shì)D.電容器所帶的電荷量為零解析由于線框的一半放在磁場(chǎng)中，因此線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為eq\f(kL2,2)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于線框所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是恒定的，且線框連接了一個(gè)電容器，相當(dāng)于電路斷路，電路中無(wú)電流，電壓表沒(méi)有讀數(shù)，選項(xiàng)B正確；根據(jù)楞次定律可以判斷，a點(diǎn)的電勢(shì)高于b點(diǎn)的電勢(shì)，選項(xiàng)C正確；電容器所帶電荷量為Q＝Ceq\f(kL2,2)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案BC8.（2017·南京三模）圖中四個(gè)物體由金屬圓環(huán)組成，它們所用材質(zhì)和圓環(huán)半徑都相同。2環(huán)較細(xì)，其余五個(gè)粗環(huán)粗細(xì)相同，3和4分別由兩個(gè)相同粗環(huán)焊接而成，在焊點(diǎn)處沿兩環(huán)環(huán)心連線方向割開(kāi)一個(gè)小缺口（假設(shè)缺口處對(duì)環(huán)形、質(zhì)量和電阻的影響均不計(jì)）。四個(gè)物體均位于豎直平面內(nèi)?？臻g存在著方向水平且與環(huán)面垂直、下邊界為過(guò)MN的水平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。1、2、3的下邊緣均與MN相切，4的兩環(huán)環(huán)心連線豎直，小缺口位于MN上。已知圓環(huán)的半徑遠(yuǎn)大于導(dǎo)線的直徑。現(xiàn)將四個(gè)物體同時(shí)由靜止釋放，則（）圖8A.1先于2離開(kāi)磁場(chǎng)B.離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)2和3的速度相等C.在離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程中，1和3產(chǎn)生的熱量一樣多D.在離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程中，通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量，1比4多解析金屬圓環(huán)受重力和安培力作用，加速度a＝eq\f(mg－\f(B2L2v,R),m)＝g－eq\f(B2L2v,Rm)，其中L為切割磁感線的有效長(zhǎng)度即弦長(zhǎng)。又圓環(huán)電阻R＝ρ′eq\f(l,S)，質(zhì)量m＝ρV＝ρlS，其中l(wèi)為圓環(huán)周長(zhǎng)，S為圓環(huán)橫截面積，ρ′為電阻率，ρ為密度。將R、m代入可得a＝g－eq\f(B2L2v,ρ′ρl2)，可知1和2的加速度相同，與質(zhì)量和粗細(xì)無(wú)關(guān)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；3的L和l均是2的兩倍，故它們的加速度也相等，運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同，選項(xiàng)B正確；由動(dòng)能定理mgh－Q＝eq\f(1,2)mv2，圓環(huán)產(chǎn)生的熱量Q＝－eq\f(1,2)mv2＋mgh，1的初末速度v下落高度h均與3相同，但質(zhì)量m比3小，故熱量也比3小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；通過(guò)1、4導(dǎo)線的電荷量q＝eq\f(nΔΦ,R)＝eq\f(BS－0,R)，其中S為單個(gè)圓環(huán)面積，由于4電阻R比1大，故q比1小，選項(xiàng)D正確。答案BD二、非選擇題（本題共2小題，共36分。）9.（16分）（2018·湖南宜章一中模擬）如圖9，一質(zhì)量為m，邊長(zhǎng)為h的正方形金屬線框abcd自某一高度由靜止下落，依次經(jīng)過(guò)兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，且金屬線框bc邊的初始位置離磁場(chǎng)B1的上邊界的高度為eq\f(h,4)，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1和B2，且B1＝2B0，B2＝B0（B0已知），兩磁場(chǎng)的間距為H（H未知，但H＞h），線框進(jìn)入磁場(chǎng)B1時(shí)，恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，速度為v1（v1已知），從磁場(chǎng)B1中穿出后又以v2勻速通過(guò)寬度也為h的磁場(chǎng)B2。圖9（1）求v1與v2的比值；（2）寫出H與h的關(guān)系式；（3）若地面離磁場(chǎng)B2的下邊界的高度為h，求金屬線框下落到地面所產(chǎn)生的熱量。（用m、h、g表示）解析（1）金屬線框分別進(jìn)入磁場(chǎng)B1和B2后，做勻速運(yùn)動(dòng)，由平衡條件有BIh＝mg①又金屬線框切割磁感線，則I＝eq\f(Bhv,R)②聯(lián)立①②得v＝eq\f(mgR,B2h2)所以eq\f(v1,v2)＝eq\f(Beq\o\al(2,2),Beq\o\al(2,1))＝eq\f(1,4)。③（2）金屬線框進(jìn)入磁場(chǎng)B1前和離開(kāi)磁場(chǎng)B1后到進(jìn)入磁場(chǎng)B2前，都是做只在重力作用下的運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有veq\o\al(2,1)＝2g·eq\f(h,4)④veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1)＝2g（H－h(huán)）⑤聯(lián)立③④⑤得H＝eq\f(19h,4)。⑥（3）產(chǎn)生的熱量等于克服安培力做功，Q＝BIh·4h⑦聯(lián)立①⑦得Q＝4mgh。答案（1）1∶4（2）H＝eq\f(19h,4)（3）4mgh10.（20分）如圖10甲所示，光滑傾斜導(dǎo)體軌道（足夠長(zhǎng)）與光滑水平導(dǎo)體軌道平滑連接。軌道寬度均為L(zhǎng)＝1m，電阻忽略不計(jì)。水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)僅分布在水平軌道平面所在區(qū)域；垂直于傾斜軌道平面向下，同樣大小的勻強(qiáng)磁場(chǎng)僅分布在傾斜軌道平面所在區(qū)域。現(xiàn)將兩質(zhì)量均為m＝0.2kg，電阻均為R＝0.5Ω的相同導(dǎo)體棒eb和cd，垂直于軌道分別置于水平軌道上和傾斜軌道的頂端，并同時(shí)由靜止釋放，導(dǎo)體棒cd下滑過(guò)程中加速度a與速度v的關(guān)系如圖乙所示。（g＝10m/s2）。圖10（1）求導(dǎo)軌平面與水平面間夾角θ；（2）求磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B；（3）求導(dǎo)體棒eb對(duì)水平軌道的最大壓力N的大?。唬?）若已知從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到cd棒達(dá)到最大速度的過(guò)程中，eb棒上產(chǎn)生的焦耳熱Q＝0.45J，求該過(guò)程中通過(guò)cd棒橫截面的電荷量q。解析（1）由a－v圖像可知，導(dǎo)體棒cd剛釋放時(shí)，加速度a＝5m/s2對(duì)cd棒受力分析，由牛頓第二定律得mgsinθ＝ma聯(lián)立解得θ＝30°。（2）當(dāng)cd棒勻速下滑時(shí)，由圖像知a＝0，v＝1m/s此時(shí)mgsinθ＝F安，F(xiàn)安＝BIL，I＝eq\f(BLv,2R)聯(lián)立得mgsinθ＝eq\f(B2L2v,2R)解得B＝1T。（3）當(dāng)電路中的電流I最大時(shí)，eb棒所受的安培力豎直向下最大，則壓力最大N＝mg＋F安由牛頓第三定律N′＝N解得N′＝3