2021-2022学年江西省赣州市赣县第三中学高二上学期强化训练A14物理试题 解析版

赣县三中2021-2022学年上学期高二物理强化训练A14

2021.12

一、选题（1~7为单选，8~10为多选题，每题6分，共60分）

1．如图所示，一光滑绝缘竖直半圆轨道固定在水平面上，为水平直径，为半圆槽的最低点。一闭合金属圆环从点由静止释放，运动过程中经过一匀强磁场区域，该区域的宽度远大于圆环的直径，不计空气阻力。则下列说法正确的是（　　）

A．圆环向右穿过磁场后，能运动到点

B．圆环最终停在点

C．在进入和离开磁场的过程中，圆环中产生的感应电流方向相反

D．圆环完全进入磁场后离点越近速度越大，感应电流也越大

2．如图所示，通电螺线管N置于闭合金属环M的轴线上，当N中的电流突然减小时，则(     )

A．环M有缩小的趋势，螺线管N有缩短的趋势

B．环M有扩张的趋势，螺线管N有伸长的趋势

C．环M有扩张的趋势，螺线管N有缩短的趋势

D．环M有缩小的趋势，螺线管N有伸长的趋势

3．如图所示，空间存在垂直于纸面向内的匀强磁场B，现有用细软导线围成的三角形导体框，其中两点固定在半径为R的圆的直径两端，C点一直沿着圆弧做角速度为的匀速圆周运动，则导线框上的C点从A点出发，逆时针运动一周（时间为T）过程中产生的感应电动势（取电流B到A的方向为电动势的正方向）随时间的变化图线正确的是（　　）

A． B．
 

C． D．
4．如图所示，两宽度均为a的水平匀强磁场，磁感应强度的大小等，两磁场区域间距为4a。一个边长为a的正方形金属线框从磁场上方距离为a处由静止自由下落，匀速通过上方匀强磁场区域，之后又通过下方匀强磁场区域。已知下落过程中线框平面始终在竖直平面内，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　）

A．线框通过上、下两个磁场的过程中产生的电能相等

B．线框通过上、下两个磁场的过程中流过线框的电荷量不相等

C．线框通过下方磁场的过程中加速度的最大值与重力加速度的大小相等

D．线框通过上、下两个磁场的时间相等

5．如图所示电路中，L是一个不计直流电阻的电感线圈，C是电容器，R是电阻，L1、L2、L3是完全相同的小灯泡，S是单刀双掷开关，1接直流电源，2接交流电源，K是单刀单掷开关，下列叙述正确的有（　　）

A．开关K闭合，开关S与2接通后，灯L1不发光

B．开关K闭合，开关S与2接通后，只增大电源频率，L1灯变暗，L2灯变亮

C．开关K闭合，开关S与1接通时，灯L1和L2都是逐渐变亮

D．开关K闭合，开关S与1接通，断开开关K，灯L3闪亮一下逐渐熄灭

6．甲、乙两个完全相同的铜环均可绕竖直固定轴旋转，现让它们以相同角速度同时开始转动，由于阻力作用，经相同的时间后停止，若将圆环置于如图所示的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向垂直，乙环的转轴与磁场方向平行，现让甲、乙两环同时以相同的初始角速度开始转动后，下列判断正确的是　　

A．甲环先停下 B．乙环先停下

C．两环同时停下 D．两环都不会停下

7．如图所示，一矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动。沿着OO′从上向下观察，线圈沿逆时针方向转动。已知线圈匝数为n，总电阻为r，ab边长为l1，ad边长为l2，线圈转动的角速度为ω，外电阻阻值为R，匀强磁场的磁感应强度为B，则下列判断正确的是（　　）

A．在图示位置ab边所受的安培力为

B．线圈从图示位置转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量为q＝

C．在图示位置穿过线圈的磁通量为0

D．在图示位置穿过线圈的磁通量的变化率为0

8．两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L，底端接阻值为R的电阻．将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，如图所示．除电阻R外其余电阻不计．现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则

A．释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度g

B．金属棒向下运动时，流过电阻R的电流方向为a→b

C．金属棒的速度为v时，所受的按培力大小为F=

D．电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少

9．如图所示，同一竖直面内的正方形导线框的边长均为，电阻均为，质量分别为和．它们分别系在一跨过两个定滑轮的轻绳两端，在两导线框之间有一宽度为、磁感应强度大小为、方向垂直竖直面的匀强磁场区域．开始时，线框的上边与匀强磁场的下边界重合，线框的下边到匀强磁场的上边界的距离为．现将系统由静止释放，当线框全部进入磁场时，两个线框开始做匀速运动．不计摩擦和空气阻力，重力加速度为，则

A．两个线框匀速运动时的速度大小为

B．线框从下边进入 磁场到上边离开磁场所用时间为

C．从开始运动到线框全部进入磁场的过程中，线框所产生的焦耳热为

D．从开始运动到线框全部进入磁场的过程中，两线框共克服安培力做功为

10．如图所示，矩形线圈面积为S，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度匀速转动，线框转过时电流瞬时值为。时刻线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表，电路总电阻为R，则（　　）

A．电路中感应电流的有效值为

B．穿过线圈的磁通量的最大值为

C．线圈从图示位置转过的过程中，流过导线横截面积的电荷量为

D．线圈转过一周，回路产生的焦耳热为

二、解答题（11题20分，12题20分，共40分）

11．如图所示PQ、MN为足够长的两平行金属导轨（其电阻不计），它们之间连接一个阻值R=8Ω的电阻，导轨间距为L=lm．一质量为m=0.1kg，电阻r=2Ω，长约1m的均匀金属杆水平放置在导轨上，它与导轨间的动摩擦因数，导轨平面的倾角为=30°，在垂直导轨平面方向有匀强磁场，磁感应强度为B=0.5T．今让金属杆AB由静止开始下滑，从杆开始下滑到恰好匀速运动的过程中经过杆的电荷量q=1C．（取g=10m/s2），求：

（1）当AB下滑速度为2m/s时加速度a的大小；

（2）AB下滑的最大速度vm的大小；

（3）AB从开始下滑到匀速运动过程R上产生的热量QR．

12．如图所示，匝数为100匝、面积为0.01m2的线圈处于磁感应强度为B1=T的匀强磁场中。当线圈绕O1O2轴以转速n=300r/min匀速转动时，电压表、电流表的读数分别为7V、1A。电动机的内阻r=1Ω，牵引一根原来静止的、长为L=1m、电阻为R=1Ω、质量为m=0.2kg的导体棒MN沿金属框架上升。框架倾角为30°，框架宽1m，框架和导体棒处于方向与框架平面垂直、磁感应强度B2=1T的匀强磁场中。当导体棒沿框架上滑1.6m时获得稳定的速度，这一过程中导体棒上产生的热量为4J。导体棒始终与框架轨道垂直且接触良好，不计框架和线圈电阻及一切摩擦，g取10m/s2。

(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈产生的电动势e的瞬时值表达式；

(2)求导体棒MN的最大速度大小；

(3)求导体棒MN从静止到达到最大速度所用的时间t。

高二物理强化训练A14参考答案

1．C

【详解】

A．圆环向右进入磁场的过程，会产生感应电流，圆环中将产生焦耳热，根据能量守恒定律知圆环的机械能将转化为电能，所以圆环回不到与点等高的点，选项A错误；

B．圆环在不断进出磁场的过程中，机械能不断消耗转化为圆环的内能，最后整个圆环只会在磁场区域做往复运动，因为在此区域内磁通量没有变化，圆环的机械能守恒，圆环不会停在点，选项B错误；

C．当圆环进入或离开磁场区域的过程，圆环的磁通量发生变化，根据楞次定律可知，感应电流的方向相反，选项C正确；

D．整个圆环完全进入磁场后，磁通量不再发生变化，不会产生感应电流，选项D错误。

故选C。

2．D

【详解】

当N中通过的电流逐渐减小时，电流产生的磁场逐渐减小，故穿过M的磁通量减小，为阻碍磁通量减小，根据楞次定律可知，环M应向磁通量增大的方向形变．由于M环中有两种方向的磁场：线圈N外的磁感线方向与线圈内的磁感线方向相反，N线圈外内的磁感线要将N线圈内外的磁通量抵消一些，当M的面积减小时，穿过M的磁通量会增大，所以可知环M应有减小的趋势；当N中电流突然减小时，N内各匝线圈之间的作用力减小；由于同向电流相互吸引，所以当N中电流突然减小时，螺线管N由伸长的趋势．故D正确.故选D.

【点睛】本题关键要明确螺线管线圈相当于条形磁铁，穿过M环的磁通量存在抵消的情况，注意A的面积越大，磁通量是越小的，不是越大，不能得出相反的结果．

3．A

【详解】

如图，C从A点逆时针转动过程中。所以

根据法拉第电磁感应定律，有

可知，该图像是类似余弦函数的图像，且最大值为。

故A正确；BCD错误。

故选A。

4．C

【详解】

A．线框匀速通过上方磁场，加速一段距离后，将减速通过下方磁场，两次通过磁场时，克服安培力做功不同，所以产生的电能不相等。A错误；

B．根据电流公式得所以两次通过磁场流过的电荷量相等。B错误；

C．进入上方磁场时，速度为受力分析有

进入下方磁场时，其速度为受力分析有

解得

C正确；

D．因为线框减速通过下方磁场的过程，最小速度不小于通过上方磁场时的速度，所以通过下方磁场时的时间较短。D错误。

故选C。

5．D

【详解】

A．开关K闭合，开关S与2接通后，因为交流电能够通过电容器，灯L1发光，A错误；

B．开关K闭合，开关S与2接通后，根据

只增大电源频率，XL变大，XC变小，L2灯变暗，L1灯变亮，B错误；

C．开关K闭合，开关S与1接通时，直流电不能通过电容器，灯L1不亮，由于自感，L2逐渐变亮，C错误；

D．开关K闭合，开关S与1接通，因为L是一个不计直流电阻的电感线圈，此时L2的电流I2比L3的电流I3大；断开开关K，由于电感线圈产生自感电动势，并且灯L3的电流由I3突然变为I2，然后电流再逐渐减小，所以L3闪亮一下逐渐熄灭，D正确。

故选D。

6．A

【详解】

当金属环转动时，乙环一直与磁场方向平行，磁通量为零，甲环磁通量不断变化，不断有感应电流；

甲产生感应电流后，一定受到安培力，安培力一定是阻碍圆环的转动，即一定阻碍圆环与磁场间的相对运动，故甲环先停止运动；故A对；BCD错

故选A．

7．C

【详解】A．根据法拉第电磁感应定律，线圈产生的感应电动势为

根据闭合电路欧姆定律在图示位置ab边所受的安培力为

解得，A错误；

B．根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律得

解得，B错误；

C．在图示位置线圈与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为0，C正确；

D．根据法拉第电磁感应定律

解得 ，在图示位置电动势E最大，穿过线圈的磁通量的变化率 最大，D错误。

故选C。

8．AC

【详解】

A、金属棒刚释放时，弹簧处于原长，弹力为零，又因此时速度为零，没有感应电流，金属棒不受安培力作用，金属棒只受到重力作用，其加速度应等于重力加速度，故A正确；

B、金属棒向下运动时，由右手定则可知，在金属棒上电流方向向右，流过电阻R的电流方向为，故B错误；

C、金属棒速度为时，安培力大小为，，由以上两式得：，故C正确；

D、金属棒下落过程中，由能量守恒定律知，金属棒减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能、金属棒的动能（速度不为零时）以及电阻R上产生的热量，故D错误．

【点睛】

释放瞬间金属棒只受重力，加速度为．金属棒向下运动时，根据右手定则判断感应电流的方向．由安培力公式、欧姆定律和感应电动势公式推导安培力的表达式．金属棒下落过程中，金属棒减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能、金属棒的动能（金属棒速度不是零时）和电阻R产生的内能；本题考查分析、判断和推导电磁感应现象中导体的加速度、安培力、能量转化等问题的能力，是一道基础题．

9．ABC

【分析】

当b刚全部进入磁场时，系统开始做匀速运动，分别对两线框列平衡方程，可得线框受到安培力大小，继而求得感应电流大小，根据欧姆定律和法拉第电磁感应定律可得系统匀速运动的速度大小，即可求得线框通过磁场的时间；当左、右两线框分别向上、向下运动2l的距离时，两线框等高，根据能量守恒得系统机械能的减少等于产生的总焦耳热；根据功能关系求解两线框组成的系统克服安培力做的功；

【详解】

A、设两线框刚匀速运动的速度为v，此时轻绳上的张力为T，则对a有：，对b有：，，，联立解得： ，故A正确；

B、线框a从下边进入磁场后，线框a通过磁场时以速度v匀速运动，设线框a通过磁场的时间为t，则：，故B正确；

C、从开始运动到线框a全部进入磁场的过程中，线框a只在a匀速进入磁场的过程中产生焦耳热，设为Q，由功能关系可得：，所以：，故C正确；

D、设两线框从开始运动至a全部进入磁场的过程中，两线框共克服安培力做的功为W，此过程中左、右两线框分别向上、向下运动的距离，对这一过程，由能量守恒定律有：，解得：，故D错误；

故选ABC．

10．CD

【详解】

A．由题可以知道，从中性面开始计时，则即则电流的最大值

则有效值为故选项A错误；

B．在根据可以得到故选项B错误；

C．线圈从图示位置转过的过程中，根据法拉第电磁感应定律可以得到

故选项C正确；

D．线圈转过一周，回路产生的焦耳热

故选项D正确．

故选CD。

11．（1）1.5m/s2　（2）8m/s　（3）0.64J

【详解】

（1）取AB杆为研究对象其受力如图示建立如图所示坐标系

①

②

摩擦力 ③

安培力④

⑤

⑥

联立上式，解得

当v=2m/s时，a=1.5m/s2

（2）由上问可知 ，故AB做加速度减小的加速运动

当a=0．

（3）从静止开始到匀速运动过程中

，．而

联立可得 ：设两电阻发热和为,电阻串联则

由能量守恒可知

解得：

12．(1)e=10sin10πt（V）；(2)2m/s；(3)1.0s

【详解】

(1)由题可知，转速为n=300r/min=5r/s则可得ω=2πn=10πrad/s线圈转动过程中电动势的最大值为

Em=NB1Sω=100××0.01×10πV=10V

则从线圈处于中性面开始计时，线圈产生的电动势瞬时值表达式为e=Emsinωt=10sin10πt（V）

(2)电动机的输出功率P出=IU-I2r=6W且有P出=Fv棒产生的感应电流

速度最大时棒处于平衡状态，故有F=mgsin30°+B2L

联立解得此时棒的速度大小v=2m/s或v=-3m/s（舍去）

即棒的最大速度大小为2m/s。

(3)由能量守恒定律得P出t=mgh+mv2+Q其中h=xsin30°=0.80m解得t=1.0s