第2章测评卷

第2章测评

(时间:75分钟　满分:100分)

一、单项选择题:本题共4小题,每小题4分,共16分,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。

1.(2021安徽铜陵浮山中学检测)如图所示,将两端刮掉绝缘漆的导线绕在一把锉刀上,一端接上电池(电池另一极与锉刀接触),手持导线的另一端,在锉刀上来回划动,由于锉刀表面凹凸不平,就会产生电火花。下列说法中正确的是(　　)

电火花小实验

A.产生电火花的回路只由导线与电池组成

B.若导线端只向一个方向划动也能产生电火花

C.锉刀采用什么材料制成对实验没有影响

D.自感电动势的方向与导线端划动的方向有关

解析由题图可知,产生电火花的回路由导线、锉刀与电池组成,故A错误;手持导线的另一端,在锉刀上来回划动时产生的电火花,是由于电路时通时断,在回路中产生自感电动势产生的,与导线运动的方向无关,如导线端只向一个方向划动也能产生电火花,故B正确;产生电火花的回路由导线、锉刀与电池组成,如果锉刀是绝缘体,则实验不能完成,故C错误;自感电动势的方向与电流接通或电流断开有关,与导线端划动的方向无关,故D错误。

答案B

2.(2020辽宁辽河油田二中期中)如图所示,绕在铁芯上的线圈M与电源、滑动变阻器和开关组成了一个闭合回路,在铁芯的右端,线圈P与电流表连成闭合电路。下列说法正确的是(　　)

A.开关S闭合,电路稳定后,线圈P中有感应电流,线圈M、P相互排斥

B.开关S闭合,电路稳定后,使变阻器滑片向左匀速移动,线圈P中有感应电流,线圈M、P相互排斥

C.开关S闭合,电路稳定后,使变阻器滑片向右匀速移动,线圈P中有感应电流,线圈M、P相互排斥

D.开关S闭合瞬间,线圈P中有感应电流,线圈M、P相互吸引

解析开关S闭合,电路稳定后,线圈M中的电流不变,由安培定则可知,产生的磁场方向沿铁芯轴线向右,线圈P中的磁通量不变,故不会产生感应电流,M、P没有排斥作用,也没有吸引作用,故A错误;当开关S闭合,电路稳定后,滑片向左匀速移动,线圈M中的电流增大,因而穿过线圈P的磁通量增加,线圈P中产生感应电流,并且由楞次定律知,感应电流的磁场方向与线圈M的磁场方向相反,故M、P两线圈相互排斥,B正确;同理可知C错误;开关S闭合瞬间,线圈P中有感应电流,M、P相互排斥,所以D错误。

答案B

3.(2020山东九校月考)如图所示的金属线框,面积为S,处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场的方向与线框平面成θ角,线框从图示实线位置,以线框ab边为轴顺时针转过90°到虚线位置时,所用时间为T,则该过程              (　　)

A.在初始位置时,穿过线圈的磁通量Φ=BScos θ

B.线框中磁通量的变化量为ΔΦ=0

C.线框中感应电流方向先沿adcba方向再沿abcda方向

D.线框中产生的平均感应电动势为

解析初始位置,磁通量Φ=BSsin θ,选项A错误;若规定从abcd面的下面穿过到上表面的磁通量为正,则末位置的磁感线从上面穿过下面,磁通量为Φ'=-BScos θ,可得ΔΦ=Φ'-Φ=-BScos θ-BSsin θ=-BS(cos θ+sin θ),负号表示磁通量变化的方向沿负方向,而变化量的大小为BS(cos θ+sin θ),选项B错误;由楞次定律知,线框中感应电流方向始终为adcba,选项C错误;由法拉第电磁感应定律有E=,选项D正确。

答案D

4.(2020黑龙江海林朝鲜族中学月考)MN、GH为光滑的水平平行金属导轨,ab、cd为跨在导轨上的两根金属杆,匀强磁场垂直穿过MN、GH所在的平面,方向如图所示,则(　　)

A.若固定ab,使cd向右滑动,则回路中电流方向为a→b→d→c

B.若ab向左、cd向右同时运动,则回路中电流为零

C.若ab、cd以相同的速度一起向右滑动,则回路中电流方向为c→d→b→a

D.若ab、cd都向右运动,且两杆速度vcd>vab,则回路中电流方向为c→d→b→a

解析若固定ab,使cd向右滑动,由右手定则可判断出应产生顺时针方向的电流,故A错误。若ab向左,cd向右,ab、cd所围的线圈面积增大,磁通量增大,由楞次定律得知,abdc中有顺时针方向的电流,故B错误。若ab、cd同向且速度大小相同,ab、cd所围的线圈面积不变,磁通量不变,故不产生感应电流,故C错误。若ab、cd向右运动,且vcd>vab,则abdc所围面积增大,磁通量也增大,故由楞次定律可判断出回路中电流方向为c→d→b→a,故D正确。故选D。

答案D

二、多项选择题:本题共4小题,每小题6分,共24分,每小题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。

5.(2020江苏宿迁中学质检)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中。如图所示为一手持式封口机,它的工作原理是,当接通电源时,内置线圈产生磁场,当磁感线穿过封口铝箔材料时,瞬间产生大量小涡流,致使铝箔自行快速发热,熔化复合在铝箔上的溶胶,从而粘贴在待封容器的封口处,达到迅速封口的目的。下列有关说法正确的是(　　)

A.封口材料可用普通塑料来代替铝箔

B.该封口机可用干电池作为电源以方便携带

C.封口过程中温度过高,可适当减小所通电流的频率来解决

D.该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口,但不适用于金属容器,以免损坏容器

解析由于封口机利用了电磁感应原理,故封口材料必须是金属类材料,而且电源必须是交流电源,A、B错误;减小内置线圈中所通电流的频率可降低封口过程中产生的热量,即控制温度,C正确;封口材料应是金属类材料,但对应被封口的容器不能是金属,否则同样会被熔化,只能是玻璃、塑料等材质,D正确。

答案CD

6.(2020河北邯郸大名一中月考)超导体具有电阻为零的特点,如图为超导磁悬浮原理图,a是一个超导闭合环,置于一个电磁铁线圈b的正上方,当闭合开关S后,超导环能悬浮在电磁铁上方,保持平衡。下列说法正确的有(　　)

A.闭合开关S瞬间,a环中感应电流受到的安培力向上

B.闭合开关S,稳定后a环中不再有电流

C.闭合开关S,稳定后通过a环的电流是恒定电流

D.R取不同的电阻,稳定后a环所受安培力都相等

解析闭合开关S瞬间,线圈中磁通量增大,则由楞次定律可知,a中产生的安培力将使a环有向上运动的趋势,故a环中感应电流受到的安培力向上,故A正确;由于线圈a由超导体制成,没有电阻所以不消耗能量,故电流一直存在,故B错误;闭合开关S,稳定后通过a环的电流不再变化,故为恒定电流,故C正确;因a环能悬浮在电磁铁上方,保持平衡,所以受到的安培力一定等于重力,故稳定时受安培力与电阻R无关,故D正确。

答案ACD

7.(2020山西阳泉期末)如图所示,质量均为m的金属棒MN、PQ垂直于水平金属导轨放置且与导轨接触良好,金属棒MN与金属导轨间的动摩擦因数为2μ,金属棒PQ与金属导轨间的动摩擦因数为μ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,磁感应强度为B的匀强磁场的方向竖直向下。则金属棒MN在恒力F=3μmg作用下向右运动的过程中,有              (　　)

A.安培力对MN棒做正功

B.PQ棒不受安培力作用

C.MN棒做加速度逐渐减小的加速运动,最终匀速运动

D.PQ棒始终静止,安培力对PQ不做功

解析金属棒MN所受最大静摩擦力为f1 m=2μmg,则在恒力F=3μmg作用下向右运动的过程中,产生NMPQN方向的电流,由左手定则可知,MN受安培力向左,则安培力对MN做负功,PQ受到向右的安培力,选项A、B错误;随着导体棒MN速度的增加,感应电流变大,则安培力变大,MN的加速度减小,当满足F=2μmg+F安,即F安=μmg时加速度为零,速度最大,以后将做匀速运动;此时PQ所受的安培力也为F安=μmg=f2 m,则PQ始终保持静止,安培力对PQ不做功,选项C、D正确。故选CD。

答案CD

8.(2020湖北荆门调考)如图所示,光滑斜面PMNQ的倾角为θ=30°,斜面上放置一矩形导体线框abcd,其中ab边长L1=0.5 m,bc边长为L2,线框质量m=1 kg、电阻R=0.4 Ω,有界匀强磁场的磁感应强度为B=2 T,方向垂直于斜面向上,ef为磁场的边界,且ef∥MN。导体框在沿斜面向上且与斜面平行的恒力F=10 N 作用下从静止开始运动,其ab边始终保持与底边MN平行。已知导线框刚进入磁场时做匀速运动,且进入过程中通过导线框某一截面的电荷量q=0.5 C,则下列判断正确的是(　　)

A.导线框进入磁场时的速度为2 m/s

B.导线框bc边长为L2=0.1 m

C.导线框开始运动时ab边到磁场边界ef的距离为0.4 m

D.导线框进入磁场的过程中产生的热量为1 J

解析导线框刚进入磁场时做匀速运动,则F=mgsin 30°+,解得v=2 m/s,选项A正确;根据q=,解得L2=0.2 m,选项B错误;线圈在磁场外运动的加速度a==5 m/s2,则导线框开始运动时ab边到磁场边界ef的距离为x= m=0.4 m,选项C正确;导线框进入磁场的过程中产生的热量为Q=FL2-mgL2sin 30°=10×0.2 J-10×0.5×0.2 J=1 J,选项D正确。故选ACD。

答案ACD

三、非选择题:共60分。考生根据要求作答。

9.(4分)(2020上海杨浦检测)如图所示,水平放置的两组光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,当PQ在外力的作用下运动时,MN将在　　　　　的作用下向右运动,由此可知PQ所做的运动是　　　　　。 

解析水平放置光滑轨道上的金属棒MN位于磁场中,当线圈L2中产生感应电流时,金属棒MN会受到磁场对它的安培力作用下从而发生运动;金属棒MN向右运动,据左手定则可得,通过金属棒MN的电流方向是M到N,所以线圈L2中电流的磁场方向由L1指向L2;所以L1中磁场是由L1指向L2的减小或由L2指向L1的增大,通过PQ的电流是Q到P减小或P到Q增大,所以PQ所做的运动是向右减速或向左加速。

答案(1)安培力　(2)向右减速或向左加速

10.(4分)如图所示,质量m=100 g的铝环,用细线悬挂起来,环中央距地面高度h=0.8 m,有一质量M=200 g的小磁铁(长度可忽略),以10 m/s的水平速度射入并穿过铝环,落地点距铝环原位置的水平距离为3.6 m,则磁铁与铝环发生相互作用时(小磁铁穿过铝环后的运动看作平抛运动)铝环向　　　　　边偏斜;若铝环在磁铁穿过后速度为2 m/s,在磁铁穿过铝环的整个过程中,环中产生电能为　　　　　 J(g取10 m/s2)。 

解析由楞次定律可知,当小磁铁向右运动时,铝环向右边偏斜(阻碍相对运动)。由能量守恒可得:由磁铁穿过铝环飞行的水平距离可求出磁铁穿过后的速度v==9 m/s,E电=Mv2-mv'2=1.7 J。

答案右　1.7

11.(5分)(2021福建厦门一中月考)如图是某实验小组在“研究磁通量变化时感应电流的方向”实验中的部分操作示意图,图甲所示是电流通过灵敏电流计时指针的偏转情况。

(1)图甲电路中串联定值电阻R主要是为了　　　　　。 

A.减小电路两端的电压,保护电源

B.增大电路两端的电压,保护电源

C.减小电路中的电流,保护灵敏电流计

D.减小电路中的电流,便于观察灵敏电流计的读数

(2)实验操作如图乙所示,当磁铁向上抽出时,灵敏电流计G中指针是　　　　　偏(选填“左”或“右”);继续操作如图丙所示,判断此时条形磁铁的运动是　　　　　线圈(选填“插入”或“抽出”)。 

解析(1)电路中串联定值电阻,目的是减小电流,保护灵敏电流计。故C项正确,A、B、D项错误。

(2)在乙图中,当磁铁向上抽出,磁通量减小,根据楞次定律知,感应电流的磁场与原磁场方向相同,则流过灵敏电流计的电流方向为从下往上,所以灵敏电流计指针向右偏。在丙图中,感应电流流过灵敏电流计的方向是从上而下,则感应电流的磁场方向向上,与原磁场方向相同,知磁通量在减小,即磁铁抽出线圈。

答案(1)C　(2)右　抽出

12.(7分)(2021湖北黄冈月考)某学习小组在“研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系”的实验中采用了如图甲所示的实验装置。

(1)实验需用螺旋测微器测量挡光片的宽度Δd,如图乙所示,Δd=　　　　　mm;若实验中没有现成的挡光片,某同学用金属片替代,用20分度的游标卡尺测量金属片的宽度如图丙所示,其读数为　　　　mm,这种做法是否合理?　　　　　(选填“合理”或“不合理”)。 

(2)在实验中,让小车以不同速度靠近螺线管,记录下光电门挡光时间Δt内感应电动势的平均值E,改变速度多次实验,得到多组数据。这样实验的设计满足了物理实验中常用的“控制变量法”,你认为小车以不同速度靠近螺线管过程中不变的量是:在Δt时间内　　　　　　　　　　。 

(3)得到多组Δt与E数据之后,若以E为纵坐标、以Δt为横坐标画出E-Δt图像,发现图像是一条曲线,不容易得出清晰的实验结论,为了使画出的图像为一条直线,最简单的改进办法是以　　　　　为横坐标。 

(4)根据改进后画出的图像得出的结论是:在误差允许的范围内 

　。 

解析(1)螺旋测微器固定刻度为4.5 mm,可动刻度为0.01×30.0=0.300 mm,所以最终读数为4.5 mm+0.300 mm=4.800 mm。游标卡尺的主尺读数为70 mm,游标读数为0.05×3 mm=0.15 mm,所以最终读数为70 mm+0.15 mm=70.15 mm。挡光片的宽度越小,小车经过挡光片时的平均速度越接近小车的瞬时速度,挡光片的宽度越大,小车的速度误差越大,不能用金属片替代挡光片。(2)在挡光片每次经过光电门的过程中,磁铁与线圈之间相对位置的改变量都一样,穿过线圈磁通量的变化量ΔΦ都相同。(3)E=n,因ΔΦ不变,E与成正比,横坐标应该是。(4)感应电动势与磁通量变化率成正比(或者在磁通量变化量相同的情况下,感应电动势与时间成反比)。

答案(1)4.800(4.798~4.802均正确)　70.15

不合理

(2)穿过线圈的磁通量的变化量

(3)

(4)感应电动势与磁通量变化率成正比(或者在磁通量变化量相同的情况下,感应电动势与时间成反比)

13.(10分)(2020山东济南外国语月考)如图所示,垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B。纸面内有一正方形均匀金属线框abcd,其边长为L,总电阻为R,ad边与磁场边界平行。从ad边刚进入磁场直至bc边刚要进入的过程中,线框在向左的拉力作用下以速度v匀速运动,求:

(1)拉力做功的功率;

(2)ab边产生的焦耳热。

解析(1)线圈中的感应电动势E=BLv

感应电流I=

拉力大小等于安培力大小F=BIL

拉力的功率P=Fv=

(2)线圈ab边电阻Rab=

运动时间t=

ab边产生的焦耳热Q=I2Rabt=

答案(1)　(2)

14.(12分)(2020四川泸县四中期末)如图所示,MN、PQ是两根足够长的光滑平行金属导轨,导轨间距为L=0.5 m,导轨所在平面与水平面夹角θ=37°,M、P间接阻值为R=9 Ω的电阻。匀强磁场的方向与导轨所在平面垂直,磁感应强度大小为B=2 T。质量为m=0.1 kg、阻值为r=1 Ω的金属棒放在两导轨上,在平行于导轨的恒定拉力F=1 N作用下,从静止开始向上运动。已知金属棒与导轨始终垂直并且保持良好接触,导轨电阻不计,导轨和磁场足够大,重力加速度g取10 m/s2。

(1)求金属棒的速度为2 m/s时的加速度;

(2)求金属棒能获得的最大速度;

(3)若金属棒从开始运动到获得最大速度时,在导轨上滑行的距离是2.5 m,求这一过程中R上产生的焦耳热。

解析(1)在沿斜面方向上,导体棒受到沿斜面向上的拉力,沿斜面向下的重力的分力以及安培力,根据牛顿第二定律可得F--mgsin θ=ma,

解得当金属棒的速度为2 m/s时的加速度为a=2 m/s2

(2)当金属棒受力平衡时,速度最大,

故F--mgsin θ=0,解得vm=4 m/s

(3)根据动能定理可得

WF-W安-WG=mv2

又知道R上产生的焦耳热为QR=W安

联立解得QR=0.18 J

答案(1)2 m/s2　(2)4 m/s　(3)0.18 J

15.(18分)(2020福建泉州质检)如图所示,竖直面上两足够长的平行光滑金属导轨间距为L,顶端连接阻值为R的电阻。在水平虚线MN下方存在方向垂直导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B。将一质量为m的导体棒垂直导轨从MN处由静止释放,导体棒向下运动的距离为L时恰好匀速。导体棒和导轨的电阻均不计,重力加速度为g。

(1)求导体棒加速过程中通过电阻R的电荷量q和电阻R产生的焦耳热Q;

(2)若导体棒在磁场中向下运动的总距离为2L时,磁感应强度大小开始随时间变化,使得导体棒恰好沿导轨向下做加速度为g的匀加速直线运动,求磁感应强度大小Bt随时间t变化的关系式。

解析(1)根据法拉第电磁感应定律E=,I=,故q=IΔt=·Δt=

导体棒匀速运动,据平衡条件有

mg=BIL=BL=

由能量守恒定律得mgL=Q+mv2

联立解得Q=mg

(2)当导体棒做加速度为g的匀加速直线运动时,回路中的感应电流为零,闭合回路的磁通量不变,设时间为t时,导体棒的下落高度

h=2L+vt+gt2

由于磁通量不变,则有Bt·Lh=B·2L2

解得Bt=

答案(1),mg　(2)Bt=