物理第四章 《电磁感应》同步测试新人教版选修32.docx
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物理第四章《电磁感应》同步测试新人教版选修32
第四章电磁感应质量检查试卷
一、选择题:
(每小题3分,共30分,请将每小题正确答案的字母填入下面的表格内)
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
1、在如图所示的电路中,a、b为两个完全相同的灯泡,L为自感线圈,E为电源,S为开关。
关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序,下列说法正确的是
A.合上开关,a先亮,b后亮;断开开关,a、b同时熄灭
B.合上开关,b先亮,a后亮;断开开关,a先熄灭,b后熄灭
C.合上开关,b先亮,a后亮;断开开关,a、b同时熄灭
D.合上开关,a、b同时亮;断开开关,b熄灭,a后熄灭
2、电阻R、电容C与一线圈连成闭合电路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N极朝下,如图所示。
现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端的过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是
A.从a到b,上极板带正电
B.从a到b,下极板带正电
C.从b到a,上极板带正电
D.从b到a,下极板带正电
3、如图所示,LOO/L/为一折线,它所形成的两个角∠LOO/和∠OO/L/均为45°。
折线的右边有一匀强磁场,其方向垂直于纸面向里,一边长为l的正方形导线框沿垂直于OO/的方向以速度v作匀速直线运动,在t=0的刻恰好位于图中所示位置。
以逆时针方向为导线框中电流的正方向,在下面四幅图中能够正确表示电流-时间(I-t)关系的是(时间以l/v为单位)
4、如图所示,在PQ、QR区域中存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场、磁场方向均垂直于纸面。
一导线框abcdefa位于纸面内,框的邻边都相互垂直,bc边与磁场的边界P重合,导线框与磁场区域的尺寸如图所示。
从t=0时刻开始,线框匀速横穿两个磁场区域。
以a→b→c→d→e→f为线框中的电动势ε的正方向,以下四个ε-t关系示意图中正确的是
5、用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导体线框,以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场,如图所示。
在每个线框进入磁场的过程中,M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud。
下列判断正确的是
A.Ua<Ub<Uc<UdB.Ua<Ub<Ud<Uc
C.Ua=Ub<Uc=UdD.Ub<Ua<Ud<Uc
6、如图所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动,当线圈平面转到与磁场方向平行时
A.线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流
B.线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势
C.线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同,都是a→b→c→d
D.线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力
7、如图所示,弹簧上端固定,下端悬挂一根磁铁,磁铁正下方不远处的水平面上放一个质量为m,电阻为R的闭合线圈.将磁铁慢慢托起到弹簧恢复原长时放开,磁铁开始上下振动,线圈始终静止在水平面上,不计空气阻力,则以下说法正确的是
A.磁铁做简谐运动
B.磁铁最终能静止
C.在磁铁振动过程中线圈对水平面的压力有时大于mg,有时小于mg
D.若线圈为超导线圈,磁铁最终也能静止
8、平面上的光滑平行导轨MN、PQ上放着光滑导体棒ab、cd,两棒用细线系住,匀强磁场的方向如图甲所示.而磁感应强度B随时间t的变化图线如图乙所示,不计ab、cd间电流的相互作用,则细线中的张力
A.由0到t0时间内逐渐增大
B.由0到t0时间内逐渐减小
C.由0到t0时间内不变
D.由t0到t时间内逐渐增大
9、如图所示,ef、gh为两水平放置相互平行的金属
导轨,ab、cd为搁在导轨上的两金属棒,与导轨接触良好且无摩擦.当一条形磁铁向下靠近导轨时,关于两金属棒的运动情况的描述正确的是
A.如果下端是N极,两棒向外运动,如果下端是S极,两棒相向靠近
B.如果下端是S极,两棒向外运动,如果下端是N极,两棒相向靠近
C.不管下端是何极性,两棒均向外相互远离
D.不管下端是何极性,两棒均相互靠近
10、如图所示,竖直面内的虚线上方是一匀强磁场B,
从虚线下方竖直上抛一正方形线圈,线圈越过虚线进入磁场,最后又落回到原处,运动过程中线圈平面保持在竖直面内,不计空气阻力,则
A.上升过程克服磁场力做的功大于下降过程克服磁场力做的功
B.上升过程克服磁场力做的功等于下降过程克服磁场力做的功
C.上升过程克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率
D.上升过程克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力的平均功率
二.填空题:
(每空3分,共15分)
11、如图(a)所示,一端封闭的两条平行光滑导轨相距L,距左端L处的中间一段被弯成半径为H的1/4圆弧,导轨左右两段处于高度相差H的水平面上。
圆弧导轨所在区域无磁场,右段区域存在磁场B0,左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场B(t),如图(b)所示,两磁场方向均竖直向上。
在圆弧顶端,放置一质量为m的金属棒ab,与导轨左段形成闭合回路,从金属棒下滑开始计时,经过时间t0滑到圆弧顶端。
设金属棒在回路中的电阻为R,导轨电阻不计,重力加速度为g。
⑴问金属棒在圆弧内滑动时,回路中感应电流的大小和方向是否发生改变?
为什么?
⑵求0到时间t0内,回路中感应电流产生的焦耳热量是。
12、据报道,最近已研制出一种可以投入使用的电磁轨道炮,其原理如图所示。
炮弹(可视为长方形导体)置于两固定的平行导轨之间,并与轨道壁密接。
开始时炮弹在轨道的一端,通以电流后炮弹会被磁力加速,最后从位于导轨另一端的出口高速射出。
设两导轨之间的距离w=0.10m,导轨长L=5.0m,炮弹质量m=0.30kg。
导轨上的电流I的方向如图中箭头所示。
可认为,炮弹在轨道内运动时,它所在处磁场的磁感应强度始终为B=2.0T,方向垂直于纸面向里。
若炮弹出口速度为v=2.0×103m/s,忽略摩擦力与重力的影响,通过导轨的电流I=
三.计算与简答:
(13、14、15、16、17小题11分共55分。
解答时要求写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤)
13、两根光滑的长直金属导轨导轨MN、M'N'平行置于同一水平面内,导轨间距为l,电阻不计,M、M'处接有如图所示的电路,电路中各电阻的阻值均为R,电容器的电容为C。
长度也为l、阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置,导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中。
ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触,在ab运动距离为s的过程中,整个回路中产生的焦耳热为Q。
求:
⑴ab运动速度v的大小;
⑵电容器所带的电荷量q。
14、如图所示,空间等间距分布着水平方向的条形匀强磁场,竖直方向磁场区域足够长,磁感应强度B=1T,每一条形磁场区域的宽度及相邻条形磁场区域的间距均为d=0.5m,现有一边长l=0.2m、质量m=0.1kg、电阻R=0.1Ω的正方形线框MNOP以v0=7m/s的初速从左侧磁场边缘水平进入磁场,求:
⑴线框MN边刚进入磁场时受到安培力的大小F;
⑵线框从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热Q;
⑶线框能穿过的完整条形磁场区域的个数n。
15、如图(a)所示,光滑的平行长直金属导轨置于水平面内,间距为L、导轨左端接有阻值为R的电阻,质量为m的导体棒垂直跨接在导轨上。
导轨和导体棒的电阻均不计,且接触良好。
在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B。
开始时,导体棒静止于磁场区域的右端,当磁场以速度v1匀速向右移动时,导体棒随之开始运动,同时受到水平向左、大小为Ff的恒定阻力,并很快达到恒定速度,此时导体棒仍处于磁场区域内。
⑴求导体棒所达到的恒定速度v2;
⑵为使导体棒能随磁场运动,阻力最大不能超过多少?
⑶导体棒以恒定速度运动时,单位时间内克服阻力所做的功和电路中消耗的电功率各为多大?
⑷若t=0时磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动,经过较短时间后,导体棒也做匀加速直线运动,其v-t关系如图(b)所示,已知在时刻t导体棒瞬时速度大小为vt,求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大小。
16、如图所示,P、Q为水平面内平行放置的光滑金属长直导轨,间距为L1,处在竖直向下、磁感应强度大小为B1的匀强磁场中。
一导体杆ef垂直于P、Q放在导轨上,在外力作用下向左做匀速直线运动。
质量为m、每边电阻均为r、边长为L2的正方形金属框abcd置于竖直平面内,两顶点a、b通过细导线与导轨相连,磁感应强度大小为B2的匀强磁场垂直金属框向里,金属框恰好处于静止状态。
不计其余电阻和细导线对a、b点的作用力。
⑴通过ab边的电流Iab是多大?
⑵导体杆ef的运动速度v是多大?
17、用密度为d、电阻率为ρ、横截面积为A的薄金属条制成边长为L的闭合正方形框
。
如图所示,金属方框水平放在磁极的狭缝间,方框平面与磁场方向平行。
设匀强磁场仅存在于相对磁极之间,其他地方的磁场忽略不计。
可认为方框的
边和
边都处在磁极之间,极间磁感应强度大小为B。
方框从静止开始释放,其平面在下落过程中保持水平(不计空气阻力)。
⑴求方框下落的最大速度vm(设磁场区域在数值方向足够长);
⑵当方框下落的加速度为
时,求方框的发热功率P;
一、选择题:
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
C
D
D
C
B
A
BCD
B
D
AC
二.填空题:
11、解析:
⑴感应电流的大小和方向均不发生改变。
因为金属棒滑到圆弧任意位置时,回路中磁通量的变化率相同。
⑵0—t0时间内,设回路中感应电动势大小为E0,感应电流为I,感应电流产生的焦耳热为Q,由法拉第电磁感应定律:
根据闭合电路的欧姆定律:
由焦耳定律有:
解得:
答案:
12、解析:
炮弹的加速度为:
炮弹做匀加速运动,有:
解得:
答案:
三.计算与简答:
13、解:
⑴设ab上产生的感应电动势为E,回路中电流为I,ab运动距离s所用的时间为t,则有:
E=BLv
Q=I2(4R)t
由上述方程得:
⑵设电容器两极板间的电势差为U,则有:
U=IR
电容器所带电荷量为:
q=CU
解得:
14、解:
⑴线框MN边刚进入磁场时有:
⑵设线框竖直下落H时,速度为vH
由能量守恒得:
自由落体规律:
解得:
⑶解法一:
只有在线框进入和穿出条形磁场区域时,才产生感应电动势,线框部分进入磁场区域x时有:
在t→Δt时间内,由动量定理:
-FΔt=mΔv
求和:
解得:
穿过条形磁场区域的个数为:
可穿过4个完整条形磁场区域
解法二:
线框穿过第1个条形磁场左边界过程中:
根据动量定理:
解得:
同理线框穿过第1个条形磁场右边界过程中有:
所以线框穿过第1个条形磁场过程中有:
设线框能穿过n个条形磁场,则有:
解得:
可穿过4个完整条形磁场区域
15、解:
⑴E=BL(v1-v2)
I=E/R
速度恒定时有:
可得:
⑵
⑶
⑷因为
导体棒要做匀加速运动,必有v1-v2为常数,设为v,则:
则:
可解得:
16、解:
⑴设通过正方形金属框的总电流为I,ab边的电流为Iab,dc边的电流为Idc,有:
金属框受重力和安培力,处于静止状态,有:
联立三式解得:
⑵由⑴可得:
设导体杆切割磁感线产生的电动势为E,有:
E=B1L1
设ad、dc、cb三边电阻串联后与ab边电阻并联的总电阻为R,则:
根据闭合电路欧姆定律,有:
联立解得:
17、解:
⑴方框质量
方框电阻
方框下落速度为v时,产生的感应电动势
感应电流
方框下落过程,受到重力G及安培力F,
,方向竖直向下
,方向竖直向下
当F=G时,方框达到最大速度,即v=vm
则
方框下落的最大速度
⑵方框下落加速度为
时,有
,
则
方框的发热功率