第二章单元测评

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第二章测评(时间:90分钟　满分:100分)一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。每个小题中只有一个选项是正确的)　　　　　　　　　　　　　　　　1.如图所示,两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合,则穿过a、b两线圈的磁通量之比为(　　)A.1∶1 B.1∶2 C.1∶4 D.4∶1解析两个线圈的半径虽然不同,但是线圈内的匀强磁场的半径一样,则穿过两线圈的磁通量相同,故选项A正确。答案A2.物理课上,老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图所示,她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后,将一金属套环置于线圈L上,且使铁芯穿过套环。闭合开关S的瞬间,套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路,经重复实验,线圈上的套环均未动。对比老师演示的实验,下列四个选项中,导致套环未动的原因可能是(　　)A.线圈接在了直流电源上B.电源电压过高C.所选线圈的匝数过多D.所用套环的材料与老师的不同解析当闭合S瞬间,线圈L内产生的磁场B及磁通量的变化率随电压及线圈匝数增加而增大,如果套环是金属材料又闭合,由楞次定律可知,环内会产生感应电流I及磁场B',环会受到向上的安培力F,当F>mg时,环跳起,越大,环电阻越小,F越大,所以选项B、C错误;如果套环换用电阻大、密度大的材料,I减小、F减小,mg增大,套环可能无法跳起,选项D正确;如果使用交变电流,S闭合后,套环受到的安培力大小及方向(上下)周期性变化,S闭合瞬间,F大小、方向都不确定,直流电效果会更好,选项A错误。答案D3.扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图所示。无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是(　　)解析感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化。在A图中系统上下及左右振动时在磁场中的部分有时多有时少,磁通量发生变化,产生感应电流,受到安培力,阻碍系统的振动,故A正确;而B、C、D三个图均有磁通量不变的情况,故错误。答案A4.图甲和图乙是演示自感现象的两个电路图,L1和L2为电感线圈。实验时,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是(　　)A.图甲中,A1与L1的电阻值相同B.图甲中,闭合S1,电路稳定后,A1中电流大于L1中电流C.图乙中,变阻器R与L2的电阻值相同D.图乙中,闭合S2瞬间,L2中电流与变阻器R中电流相等解析断开开关S1瞬间,线圈L1产生自感电动势,阻碍电流的减小,通过L1的电流反向通过A1,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗,说明IL1>IA1,即RL1<RA1,故A错误;题图甲中,闭合开关S1,电路稳定后,因为RL1<RA1,所以A1中电流小于L1中电流,故B错误;题图乙中,闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终A2与A3的亮度相同,说明变阻器R与L2的电阻值相同,故C正确;闭合S2瞬间,通过L2的电流增大,由于电磁感应,线圈L2产生自感电动势,阻碍电流的增大,故L2中电流与变阻器R中电流不相等,故D错误。答案C5.矩形导线框abcd固定在匀强磁场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直。规定磁场的正方向垂直纸面向里,磁感应强度B随时间变化的规律如图所示。若规定顺时针方向为感应电流的正方向,则图中正确的是(　　)解析0~1 s,感应电流的方向由楞次定律可知为逆时针,即沿负方向,根据电磁感应定律E=S,由于B-t图像斜率大小一定,又因S不变,所以E大小为定值,则电流大小一定。同理1~3 s,感应电流方向为顺时针,沿正方向,电流大小为定值,与0~1 s相等;3~4 s感应电流方向为逆时针,沿负方向,电流大小为定值,与0~1 s相等。答案D6.如图所示,螺线管的导线两端与平行金属板相接,一个带负电的通草球用细丝线悬挂在两金属板间并处于静止状态,螺线管下方有一垂直纸面放置的直导线P。若P中突然通以垂直纸面向里的电流时,通草球的运动情况是(　　)A.向左摆动 B.向右摆动C.保持静止 D.无法确定解析P中突然通以垂直纸面向里的电流时,穿过螺线管向右的磁通量增大,螺线管产生的感应电动势向右,A板带负电,B板带正电,负电荷受的电场力向右。答案B7.很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放,形成一很长的竖直圆筒。一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置,其下端与圆筒上端开口平齐。让条形磁铁从静止开始下落。条形磁铁在圆筒中的运动速率(　　)A.均匀增大B.先增大,后减小C.逐渐增大,最后不变D.先增大,再减小,最后不变解析利用电磁感应现象分析解答。开始时,条形磁铁以加速度g竖直下落,则穿过铜环的磁通量发生变化,铜环中产生感应电流,感应电流的磁场阻碍条形磁铁的下落。开始时的感应电流比较小,条形磁铁向下做加速运动,且随下落速度增大,其加速度变小。当条形磁铁的速度达到一定值后,相应铜环对条形磁铁的作用力等于条形磁铁的重力。故条形磁铁先加速运动,但加速度变小,最后的速度不变。选项C正确。答案C二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)8.一个圆形闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,如图a甲所示。设垂直于纸面向里的磁感应强度方向为正,垂直于纸面向外的磁感应强度方向为负。线圈中顺时针方向的感应电流为正,逆时针方向的感应电流为负。已知圆形线圈中感应电流i随时间变化的图像如图a乙所示,则线圈所在处的磁场的磁感应强度随时间变化的图像可能是图b中的(　　)图a 图b 解析根据题图甲和题图乙,我们只研究最初的一个周期,即2 s内的情况,由图甲、乙所表示的圆线圈中感应电流的方向、大小,运用楞次定律,判断出感应电流的磁场方向、大小;再根据楞次定律,判断引起电磁感应现象发生的磁场应该如何变化。从而找出正确选项为C、D。答案CD9.如图所示,线圈C连接光滑平行导轨,导轨处在方向垂直纸面向里的匀强磁场中,导轨电阻不计,导轨上放着导体棒MN。为了使闭合线圈A产生图示方向的感应电流,可使导体棒MN(　　)A.向右加速运动 B.向右减速运动C.向左加速运动 D.向左减速运动解析当C中电流产生的磁场与A中电流产生的磁场方向相同时,由右手定则判断MN应向左运动,C产生的磁场应减弱,故MN应减速,故可判断MN向左减速,同理可判断向右加速也可,故选A、D。答案AD10.如图所示,矩形线框abcd处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与线框平面垂直,线框ab长为2l,bc长为l,MN为垂直于ab并可在ab和cd上自由滑动的金属杆,且杆与ab和cd接触良好,abcd和MN上单位长度的电阻皆为r。让MN从ad处开始以速度v向右匀速滑动,设MN与ad之间的距离为x(0≤x≤2l),则在整个过程中(　　)A.当x=0时,MN中电流最小B.当x=l时,MN中电流最小C.MN中电流的最小值为D.MN中电流的最大值为解析MN产生感应电动势为E=Blv,MN中电流I=,当x=0时,MN中电流最大,MN中电流的最大值为Imax=,当x=l时,MN中电流最小,MN中电流的最小值为Imin=,故B、C、D正确,A错误。答案BCD三、非选择题(本题共5小题,共54分)11.(6分)在研究电磁感应的实验中(1)一位学生将电流表、电池、电阻和开关连接成如图甲所示电路,接通开关,看到电流表指针偏向正接线柱一侧。这样做的目的是　　　　　　　　　。 (2)这位学生又把电流表及原、副线圈A和B、电池、开关连接成如图乙所示电路。①当接通开关时,或接通开关后将线圈A插入线圈B的过程中,看到电流表的指针都偏向正接线柱一侧。比较电流的方向,可得出的实验结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②当断开开关时,或将线圈A从线圈B中拔出的过程中,发现电流表的指针都偏向负接线柱一侧。比较电流的方向,可得出的实验结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案(1)查明电流表指针偏转方向与电流方向的关系(2)①当线圈B中磁场增强时,线圈B中产生的感应电流磁场方向与原磁场方向相反②当线圈B中磁场减弱时,线圈B中产生的感应电流的磁场方向与原磁场方向相同12.(10分)如图是研究自感现象的电路图,两个灵敏电流计G1和G2的零点都在刻度中央,当电流从左向右流入时,指针向右偏,反之向左偏,在开关S接通的瞬间,G1指针向　　　摆,G2指针向　　　摆;S断开的瞬间,G1指针向　　　摆,G2指针向　　　摆(以上均选填“左”或“右”),两个灵敏电流计指针的摆动幅度　　　(选填“相等”或“不相等”)。 解析在开关S接通的瞬间,线圈阻碍电流增大,使电流慢慢增大到最大,但电流依然是从左向右流入;在S断开的瞬间,线圈阻碍电流减小,使电流在线圈L、灵敏电流计G1、G2、电阻R构成的回路中慢慢减小到零,G1中电流为从左向右流入,G2中电流为从右向左流入;两表串联,电流相等,指针的摆动幅度相等。答案右　右　右　左　相等13.(10分)如图,水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻,质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上。t=0时,金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动。t0时刻,金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为μ。重力加速度大小为g。求:(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小。(2)电阻的阻值。解析(1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为a,由牛顿第二定律得F-μmg=ma ①设金属杆到达磁场左边界时的速度为v,由运动学公式有v=at0 ②当金属杆以速度v在磁场中运动时,由法拉第电磁感应定律,杆中的电动势为E=Blv ③联立①②③式可得E=Blt0。 ④(2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时,金属杆中的电流为I,根据欧姆定律I= ⑤式中R为电阻的阻值。金属杆所受的安培力为F安=BlI ⑥因金属杆做匀速运动,由牛顿运动定律得F-μmg-F安=0 ⑦联立④⑤⑥⑦式得R=。 ⑧答案(1)Blt0　(2)14.(12分)某同学设计了一个发电测速装置,工作原理如图所示。一个半径R=0.1 m的圆形金属导轨固定在竖直平面上,一根长为R的金属棒OA,A端与导轨接触良好,O端固定在圆心处的转轴上。转轴的左端有一个半径r=的圆盘,圆盘和金属棒能随转轴一起转动。圆盘上绕有不可伸长的细线,下端挂着一个质量m=0.5 kg的铝块。在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T。a点与导轨相连,b点通过电刷与O端相连。测量a、b两点间的电势差U可算得铝块速度。铝块由静止释放,下落h=0.3 m时,测得U=0.15 V。(细线与圆盘间没有滑动,金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计,重力加速度g取10 m/s2)(1)测U时,与a点相接的是电压表的“正极”还是“负极”?(2)求此时铝块的速度大小;(3)求此下落过程中铝块机械能的损失。解析(1)由题意可知,a点接正极。(2)由电磁感应定律得U=E=BR(vA+0)=ωRU=BωR2v=rω=ωR所以,有v==2 m/s。(3)ΔE=mgh-mv2ΔE=0.5 J。答案(1)正极　(2)2 m/s　(3)0.5 J15.(16分)(2020山东卷)某型号质谱仪的工作原理如图甲所示。M、N为竖直放置的两金属板,两板间电压为U,Q板为记录板,分界面P将N、Q间区域分为宽度均为d的Ⅰ、Ⅱ两部分,M、N、P、Q所在平面相互平行,a、b为M、N上两正对的小孔。以a、b所在直线为z轴,向右为正方向,取z轴与Q板的交点O为坐标原点,以平行于Q板水平向里为x轴正方向,竖直向上为y轴正方向,建立空间直角坐标系Oxyz。区域Ⅰ、Ⅱ内分别充满沿x轴正方向的匀强磁场和匀强电场,磁感应强度大小、电场强度大小分别为B和E。一质量为m,电荷量为+q的粒子,从a孔飘入电场(初速度视为零),经b孔进入磁场,过P面上的c点(图中未画出)进入电场,最终打到记录板Q上。不计粒子重力。(1)求粒子在磁场中做圆周运动的半径R以及c点到z轴的距离L。(2)求粒子打到记录板上位置的x坐标。(3)求粒子打到记录板上位置的y坐标(用R、d表示)。(4)如图乙所示,在记录板上得到三个点s1、s2、s3,若这三个点是质子H、氚核H、氦核He的位置,请写出这三个点分别对应哪个粒子(不考虑粒子间的相互作用,不要求写出推导过程)。解析(1)设粒子经加速电场到b孔的速度大小为v,粒子在区域Ⅰ中,做匀速圆周运动对应圆心角为α,在M、N两金属板间,由动能定理得qU=mv2              ①在区域Ⅰ中,粒子做匀速圆周运动,磁场力提供向心力,由牛顿第二定律得qvB=m ②联立①②式得R= ③由几何关系得d2+(R-L)2=R2 ④cos α= ⑤sin α= ⑥联立①②④式得L=。 ⑦(2)设区域Ⅱ中粒子沿z轴方向的分速度为vz,沿x轴正方向加速度大小为a,位移大小为x,运动时间为t,由牛顿第二定律得qE=ma              ⑧粒子在z轴方向做匀速直线运动,由运动合成与分解的规律得vz=vcos α ⑨d=vzt 粒子在x方向做初速度为零的匀加速直线运动,由运动学公式得x=at2 联立①②⑤⑧⑨式得x=。 (3)设粒子沿y方向偏离z轴的距离为y,其中在区域Ⅱ中沿y方向偏离的距离为y',由运动学公式得y'=vtsin α              由题意得y=L+y' 联立①④⑥⑨式得y=R-。 (4)将式变形得x=,由此可知,粒子的比荷越大,其打到记录板上位置的x坐标越大,故s1、s2、s3分别对应氚核H、氦核He、质子H的位置。答案(1)(2)　(3)R-(4)s1为氚核H,s2为氦核He,s3为质子H