【名師一號】2021年新課標(biāo)版物理選修3-2練習(xí)：第四章測試

第四章測試時間：60分鐘滿分：100分第Ⅰ卷(選擇題，共40分)一、選擇題(本題共8小題，每小題5分，共40分，每小題的四個選項中，有的小題只有一個選項符合題目要求，有的小題有多個選項符合題目要求．把正確的選項前的符號填在括號內(nèi))1．如圖所示，當(dāng)穿過閉合回路的磁通量均勻增加時，內(nèi)外兩金屬環(huán)中感應(yīng)電流的方向為()A．內(nèi)環(huán)逆時針，外環(huán)順時針B．內(nèi)環(huán)順時針，外環(huán)逆時針C．內(nèi)環(huán)逆時針，外環(huán)逆時針D．內(nèi)環(huán)順時針，外環(huán)順時針解析由楞次定律可知，當(dāng)通過閉合電路的磁通量增加時，閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流方向內(nèi)環(huán)沿順時針，外環(huán)沿逆時針，故B選項正確．答案B2．一個圓形閉合線圈固定在垂直紙面的勻強磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，如圖①甲所示．設(shè)垂直于紙面對里的磁感應(yīng)強度方向為正，垂直于紙面對外的磁感應(yīng)強度方向為負．線圈中順時針方向的感應(yīng)電流為正，逆時針方向的感應(yīng)電流為負．已知圓形線圈中感應(yīng)電流i隨時間變化的圖象如圖①乙所示，則線圈所在處的磁場的磁感應(yīng)強度隨時間變化的圖象可能是圖②中的()解析依據(jù)題圖①和題圖②，我們只爭辯最初的一個周期，即2s內(nèi)的狀況，由圖①②所表示的圓線圈中感應(yīng)電流的方向、大小，運用楞次定律，推斷出感應(yīng)電流的磁場方向、大??；再依據(jù)楞次定律，推斷引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生的磁場應(yīng)當(dāng)如何變化．從而找出正確答案為C、D選項．答案CD3．如圖所示，電阻不計的平行金屬導(dǎo)軌固定在一絕緣斜面上，兩相同的金屬導(dǎo)體棒a、b垂直于導(dǎo)軌靜止放置，且與導(dǎo)軌接觸良好，勻強磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面．現(xiàn)有一平行于導(dǎo)軌的恒力F作用在a的中點，使其向上運動．若b始終保持靜止，則它所受摩擦力可能()A．變?yōu)? B．先減小后不變C．等于F D．先增大再減小解析對b，由平衡條件可得，未施加恒力F時，有mgsinθ＝Ffb，當(dāng)施加恒力F后，因b受到安培力沿斜面對上，故有：F安＋Ffb＝mgsinθ.對a棒來說，在恒力F作用下，先做加速最終做勻速運動，對b來說受到安培力先增大，然后不變，b受摩擦力先減小后不變，故B選項正確．若F安＝mgsinθ，則Ffb＝0，故A選項正確．若Ffb＝F，則對a、b棒組成的系統(tǒng)，所受的合力將沿斜面對下，與題中兩棒的運動狀態(tài)不符，故C選項錯誤．答案AB4．如圖所示，用鋁制成?型框，將一質(zhì)量為m的帶電小球用絕緣細線懸掛在框的上方，使整體在勻強磁場中沿垂直于磁場的方向向左以速度v勻速運動，懸掛拉力為F，則()A．F＝mg B．F>mgC．F<mg D．無法推斷解析當(dāng)框運動時切割磁感線，感應(yīng)電動勢E＝BLv，則上下金屬板電勢差為E，帶電小球受到繩的拉力F，重力mg，電場力和洛倫茲力，電場力F電＝qeq\f(E,L)＝eq\f(BLvq,L)＝qvB，f洛＝qvB，所以洛倫茲力和電場力大小相等方向相反，故A選項正確．答案A5．如圖所示，a和c分別是線圈的兩個端點，b是線圈的中心抽頭，a和b分別與平行導(dǎo)軌連接．當(dāng)金屬桿MN貼著導(dǎo)軌向左加速切割垂直于紙面對里的磁場時，設(shè)a、b、c三點的電勢各為φa、φb、φc，則()A．φa>φb，φc<φb B．φc>φb，φa>φbC．φa<φb，φc<φb D．φa<φb，φc>φb解析由右手定則可知φb>φa，當(dāng)MN加速運動時，在線圈ab中產(chǎn)生增加的感應(yīng)電流，增加的磁場，在bc線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，φc>φb，故D選項正確．答案D6.如圖所示，金屬桿ab靜放在水平固定的“U”形金屬框上，整個裝置處于豎直向上的磁場中．當(dāng)磁感應(yīng)強度均勻增大時，桿ab總保持靜止，則()A．桿中感應(yīng)電流方向是從b到aB．桿中感應(yīng)電流大小保持不變C．金屬桿所受安培力漸漸增大D．金屬桿受三個力作用而保持平衡解析由楞次定律可知，當(dāng)磁場均勻增大時，閉合電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流由a→b，故選項A錯誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，由于磁場均勻變化，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝eq\f(ΔB·S,Δt)為恒值，則桿中感應(yīng)電流為恒值，選項B正確；由F＝BIl可知，磁場漸漸增加，安培力漸漸增大，選項C正確；金屬桿受到重力，支持力，安培力，水平向右的靜摩擦力，故選項D錯誤．答案BC7.如圖所示，三角形金屬導(dǎo)軌EOF上放有一根金屬桿ab，在外力作用下，保持ab與OF垂直，以速度v勻速向右移動，設(shè)導(dǎo)軌和金屬桿都是用粗細相同的同種材料制成的，ab與導(dǎo)軌接觸良好，則下列推斷正確的是()A．電路中的感應(yīng)電動勢大小不變B．電路中的感應(yīng)電流大小不變C．電路中的感應(yīng)電動勢大小漸漸增大D．電路中的感應(yīng)電流大小漸漸增大解析隨著導(dǎo)體棒向右運動有效切割長度不斷增大，速度不變，感應(yīng)電動勢不斷增大，故選項A錯，選項C正確；設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S，電阻率為ρ，如圖所示．電路中感應(yīng)電流，當(dāng)導(dǎo)體棒的有效切割長度為l時I1＝eq\f(Blv,R)＝eq\f(Blv,ρ\f(l＋l1＋l2,S))＝eq\f(BSvl,ρl＋l1＋l2).當(dāng)導(dǎo)體棒向右移動Δl1時，有eq\f(Δl1,l1)＝eq\f(Δl,l)＝eq\f(Δl2,l2)，此時感應(yīng)電流I2＝eq\f(Bl＋Δlv,ρ\f(l1＋l2＋l＋Δl1＋Δl2＋Δl,S))＝eq\f(BSvl1＋\f(Δl1,l1),ρl1＋l2＋l1＋\f(Δl1,l1))＝eq\f(BSvl,ρl1＋l2＋l).所以I1＝I2，故選項B正確，選項D錯．答案BC8．插有鐵芯的線圈直立在水平桌面上，鐵芯上套一鋁環(huán)，線圈與電源、開關(guān)相連，如圖所示．閉合開關(guān)的瞬間，鋁環(huán)跳起肯定高度．若保持開關(guān)閉合，則鋁環(huán)將()A．停在這一高度，直到斷開開關(guān)再回落B．不斷上升，直到斷開開關(guān)再停止上升C．回落，斷開開關(guān)時鋁環(huán)不再跳起D．回落，斷開開關(guān)時鋁環(huán)再次跳起解析閉合開關(guān)的瞬間通過鋁環(huán)的磁通量突然增大，從而鋁環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電流，鋁環(huán)中的電流和螺線管中的電流相作用，使鋁環(huán)獲得向上的速度，鋁環(huán)跳起，鋁環(huán)上升過程中，通過鋁環(huán)的磁通量削減，由楞次定律可知，鋁環(huán)受到通電螺線管的作用，阻礙相對運動，所以鋁環(huán)不行能不斷上升，故選項B錯誤；鋁環(huán)若停在某一高度，穿過鋁環(huán)的磁通量不變鋁環(huán)中沒有感應(yīng)電流，不受通電螺線管的作用，只受重力，所以鋁環(huán)不行能停在某一高度，選項A錯誤；鋁環(huán)跳起后回落，斷開開關(guān)后螺線管四周沒有磁場，鋁環(huán)不行能再跳起，故選項C正確，選項D錯誤．答案C第Ⅱ卷(非選擇題，共60分)二、填空題(本題共2小題，9小題12分，10小題6分，共18分．將正確結(jié)果填在題中橫線上)9．在“爭辯電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的試驗中，首先要按圖①接線，以查明電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向與電流方向之間的關(guān)系；然后按圖②將電流表與線圈B連成一個閉合電路，將線圈A、電池、滑動變阻器和開關(guān)串聯(lián)成另一個閉合電路．在圖①中，當(dāng)閉合S時，觀看到電流表指針向左偏(不通電時指針停在正中心)．在圖②中：(填“向左”、“向右”、“不”)(1)S閉合后，將螺線管A插入螺線管B的過程中，電流表的指針將________偏轉(zhuǎn)．(2)線圈A放在B中不動時，指針________偏轉(zhuǎn)．(3)線圈A放在B中不動，將滑動變阻器的滑片向右滑動時，電流表指針________偏轉(zhuǎn)．(4)線圈A放在B中不動，突然切斷開關(guān)S時，電流表指針________偏轉(zhuǎn)．解析由圖①可知，電流從接線柱“＋”流入電流表時，指針向左偏轉(zhuǎn)，則電流從接線柱“－”流入電流表時，指針向右偏轉(zhuǎn)．(1)在圖②中，S閉合后，通電線圈A相當(dāng)于一根條形磁鐵(S極在下，N極在上)．A插入B中時，穿過B的方向朝上的磁通量增加，依據(jù)楞次定律，可知B中感應(yīng)電流的磁場方向朝下，運用安培定則可推斷，B中感應(yīng)電流應(yīng)從接線柱“－”流入電流表，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)．(2)A在B中不動時，穿過B的磁通量不變化，B中沒有感應(yīng)電流，這時電流表指針不偏轉(zhuǎn)．(3)A在B中不動，當(dāng)滑動變阻器的滑片向右滑動時，它的阻值減小，通過A的電流增大，磁場增加，穿過B的磁通量的方向向上增大，B中產(chǎn)生的感應(yīng)電流從接線柱“－”流入電流表，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)．(4)A在B中不動，突然切斷S時，B中方向向上的磁通量突然消逝，B中感應(yīng)電流的磁場方向應(yīng)朝上，感應(yīng)電流從接線柱“＋”流入電流表，電流表指針向左偏轉(zhuǎn)．答案(1)向右(2)不(3)向右(4)向左10．有兩個完全相同的靈敏電流計按如圖所示連接，若將左表的指針向左撥動時，右表指針將向________搖擺(填“左”或“右”)．解析所使用的靈敏電流計為磁電式電流表，表內(nèi)有磁場和線圈，當(dāng)撥動左邊電流表的指針向左偏，線圈切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，流入右側(cè)的靈敏電流計，使線圈受到的安培力使指針搖擺．假設(shè)左側(cè)電流表是從接線柱“＋”流入的，由接線柱“－”流出的．此電流在左側(cè)電流表中受到的安培力，阻礙表針向左撥動．即安培力使左側(cè)表指針向右擺．由于連接方法從左邊的表流出的電流從右側(cè)的電表的接線柱“－”流入，從接線柱“＋”流出，由于兩表結(jié)構(gòu)相同，故右側(cè)表的指針應(yīng)向左偏轉(zhuǎn)．答案左三、計算題(共3小題，共42分．解答應(yīng)寫出必要的文字說明，方程和重要的演算步驟，只寫出最終答案的不能得分，有數(shù)值計算的題，在答案中必需明確寫出數(shù)值和單位)11.(12分)如圖所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度方向垂直于紙面對里，大小隨時間的變化率eq\f(ΔB,Δt)＝k，k為負的常量．用電阻率為ρ、橫截面積為S的硬導(dǎo)線做成一邊長為l的方框．將方框固定于紙面內(nèi)，其右半部位于磁場區(qū)域中．求：(1)導(dǎo)線中感應(yīng)電流的大??；(2)磁場對方框作用力的大小隨時間的變化率．解析(1)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔBS,Δt)＝eq\f(1,2)l2k.在線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流I＝eq\f(E,R).由電阻定律得R＝ρeq\f(4l,S)，由以上各式得I＝eq\f(klS,8ρ).(2)導(dǎo)線框所受磁場力的大小為F＝BIl.它隨時間的變化率為eq\f(ΔF,Δt)＝Ileq\f(ΔB,Δt).由以上各式得eq\f(ΔF,Δt)＝eq\f(k2l2S,8ρ).答案(1)eq\f(klS,8ρ)(2)eq\f(k2l2S,8ρ)12．(14分)水平放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌ad和bc，導(dǎo)軌兩端a、b和c、d兩點分別連接電阻R1和R2，組成矩形線框，如圖所示，ad和bc相距L＝0.5m，放在豎直向下的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B＝1.2T，一根電阻為0.2Ω的導(dǎo)體棒PQ跨接在兩根金屬導(dǎo)軌上，在外力作用下以4.0m/s的速度，向右勻速運動，假如電阻R1＝0.3Ω，R2＝0.6(1)導(dǎo)體棒PQ中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小和感應(yīng)電流的方向；(2)導(dǎo)體棒PQ向右勻速滑動的過程中，外力做功的功率．解析(1)E＝BLv＝1.2×0.5×4.0V＝2.4V，R外＝eq\f(R1R2,R1＋R2)＝eq\f(0.3×0.6,0.3＋0.6)Ω＝0.2Ω.I＝eq\f(E,R外＋r)＝eq\f(2.4,0.2＋0.2)A＝6A.依據(jù)右手定則判定電流方向Q→P.(2)F＝F磁＝BIL＝1.2×6×0.5N＝3.6N，P＝F·v＝3.6×4.0W＝14.4W.答案(1)6A電流方向Q→(2)14.4W13．(16分)如圖①所示，一端封閉的兩條平行光滑導(dǎo)軌相距L，距左端L處的中間一段被彎成半徑為H的eq\f(1,4)圓弧，導(dǎo)軌左右兩段處于高度差為H的水平面上，圓弧所在區(qū)域無磁場，右段區(qū)域存在勻強磁場B0.左段區(qū)域在均勻分布但隨時間線性變化的磁場B(t)，如圖②所示．兩磁場方向均豎直向上．在圓弧頂端，放置一質(zhì)量為m的金屬棒ab，與導(dǎo)軌左端形成閉合回路．從金屬棒下滑開頭計時，經(jīng)過時間t0滑到圓弧底端．設(shè)金屬棒在回路中的電阻為R，導(dǎo)軌電阻不計，重力加速度為g.(1)問金屬棒在圓弧內(nèi)滑動時，回路中感應(yīng)電流的大小和方向是否發(fā)生變化？為什么？(2)求0到t0時間內(nèi)，回路中感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱．(3)探討在金屬棒滑到圓弧底端進入勻強磁場B0的一瞬間，回路中感應(yīng)電流的大小和方向．解析(1)感應(yīng)電流的大小和方向不發(fā)生轉(zhuǎn)變．由于金屬棒在圓弧段滑動時，圓弧段無磁場，所以回路中電流是由左段磁場線性變化引起的，回路中磁通量的變化率不變，故回路中電流大小和方向不變．(2)0～t0時間內(nèi)，設(shè)回路中感應(yīng)電動勢的大小為E0.感應(yīng)電流為I，感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱為Q，由法拉第電磁感應(yīng)定律E0＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝L2·eq\f(B0,t0)①依據(jù)閉合電路的歐姆定律I＝eq\f(E0,R)，②由焦耳定律Q＝I2Rt0，③由①②③得Q＝eq\f(L4B\o\al(2,0),Rt0).(3)設(shè)金屬棒進入磁場B0，一瞬間的速度為v0，金屬棒在圓弧區(qū)域下滑的過程中機械能守恒，有mgH＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0).金屬棒剛進入右段磁場的瞬間，