第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共3小题,每小题6分,共18分.把答案直接填在横线上)
11.如图所示,绕在同一铁芯上的两个线圈M、N,M与光滑金属导轨相连,导轨处存在与导轨平面垂直且方向向里的匀强磁场,导轨上有与之垂直的导体棒ab,当ab向左或向右移动时均能在线圈M中产生感应电流;线圈N与平行金属板相连接,金属板水平放置,欲使平行板中的带负电液滴P静止,导体棒ab沿导轨运动的情况是________.
12.下图是日光灯电路图,它主要由灯管、镇流器和启动器组成.镇流器是一个带铁芯的线圈,启动器的构造如下图所示,为了便于日光灯工作,常在启动器两极并上一个纸质电容器,高二
(1)班教室的一盏日光灯总是出现灯管两端亮而中间不亮,经检查灯管是好的,电压正常、镇流器无故障,其原因可能是________.
13.(2011·淄博质检)在研究电磁感应现象的实验中所用器材如图所示.它们是:
①电流表;②直流电源;③带铁芯的线圈A;④线圈B;⑤开关;⑥滑动变阻器(用来控制电流以改变磁场强弱).
(1)试按实验的要求在实物图上连接(图中已连好一根导线).
(2)若连接滑动变阻器的两根导线接在接线柱C和D上,而在开关刚刚闭合时电流表指针右偏,则开关闭合后滑动变阻器的滑动触头向接线柱C移动时,电流表指针将____________(填“左偏”“右偏”或“不偏”).
三、论述·计算题(共4小题,42分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
14.(10分)(2011·山东曲阜一中高二期末)如图所示,有两根足够长、不计电阻,相距L的平行光滑金属导轨cd、ef与水平面成θ角固定放置,底端接一阻值为R的电阻,在轨道平面内有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直轨道平面斜向上.现有一平行于ce、垂直于导轨、质量为m、电阻不计的金属杆ab,在沿轨道平面向上的恒定拉力F作用下,从底端ce由静止沿导轨向上运动,当ab杆速度达到稳定后,撤去拉力F,最后ab杆又沿轨道匀速回到ce端.已知ab杆向上和向下运动的最大速度相等.求:
拉力F和杆ab最后回到ce端的速度v.
15.(10分)(2010·重庆理综,23)法拉第曾提出一种利用河流发电的设想,并进行了实验研究.实验装置的示意图如图所示,两块面积均为S的矩形金属板,平行、正对、竖直地全部浸在河水中,间距为d,水流速度处处相同,大小为v,方向水平.金属板与水流方向平行,地磁场磁感应强度的竖直分量为B,水的电阻率为ρ,水面上方有一阻值为R的电阻通过绝缘导线和电键K连接到两金属板上,忽略边缘效应,求:
(1)该发电装置的电动势;
(2)通过电阻R的电流强度;
(3)电阻R消耗的电功率.
16.(11分)如图所示,电动机牵引一根原来静止的,长L=1m,质量m=0.1kg的导体棒MN,其电阻R=1Ω,导体棒架在处于磁感应强度B=1T的匀强磁场中竖直放置的框架上,当导体棒上升h=3.8m时,获得稳定的速度,此过程中导体棒产生的热量Q=2J,电动机牵引棒时,电压表和电流表的示数分别为7V,1A,电动机线圈内阻r=1Ω,不计框架电阻及一切摩擦,g取10m/s2,求:
(1)棒能达到的稳定速度;
(2)棒从静止到达到稳定速度所需的时间.
17.(11分)水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置,间距为L,一端通过导线与阻值为R的电阻连接;导轨上放一质量为m的金属杆如下图1,金属杆与导轨的电阻忽略不计;均匀磁场竖直向下,用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上,杆最终做匀速直线运动.当改变拉力的大小时,相对应的匀速运动v也会变化,v和F的关系如下图2所示(g取10m/s2).
图1
图2
(1)金属杆在匀速直线运动之前做什么运动?
(2)若m=0.5kg,L=0.5m,R=0.5Ω,磁感应强度B为多大?
详解答案
1答案:
BC
解析:
据感应电流的产生条件和安培定则,可判断出环C中有逆时针方向的感应电流.据同向平行电流相互吸引,异向平行电流相互排斥.小环的上、下边分别受到上端水平导线的斥力和引力,但斥力大一些,所以金属环竖直线中的拉力变大,但仍受力平衡,处于静止状态,综上所述B、C正确.
2答案:
CD
解析:
若保持电键闭合,磁通量不变,感应电流消失,所以铝环跳起到某一高度后将回落,A、B错,C对;正、负极对调,同时磁通量增加,由楞次定律知,铝环向上跳起,现象不变,D正确.
3答案:
B
4答案:
A
解析:
在0~1s内磁通量向里且增大,根据楞次定律及法拉第电磁感应定律易知,电流方向为负且大小恒定.在1s~2s内磁通量向里且减小,电流方向为正且大小恒定.同理分析以后各个1s内电流大小及方向可知应选A.
5答案:
A
解析:
金属棒在到达匀强磁场之前,不产生感应电动势,金属棒在磁场中运动时,匀速切割磁感线,并且切割的有效长度也不变,由公式E=BLv知此段时间内感应电动势为定值,金属棒离开磁场后,无感应电动势产生,选项A正确.
6答案:
BD
解析:
ab匀速滑动时,线圈A中感应电流恒定,闭合铁芯中的磁通量不发生变化.线圈B中无感应电流,cd不会动.选项A错误;ab向右加速滑动时,线圈A中的感应电流在增大,闭合铁芯中逆时针方向的磁通量在增大,线圈B中产生感应电流,根据楞次定律和右手定则,直导线cd中的电流方向由c到d;对cd应用左手定则,它受的安培力方向向右,cd将向右滑动,可见选项B正确;ab向右减速滑动时,线圈A中的感应电流在减弱,闭合铁芯中逆时针方向的磁通量在减小,这时流过直导线cd的电流方向由d到c,所受安培力向左,cd向左滑动.可见,选项D正确,选项C错误.
7答案:
C
解析:
由题意及自感现象规律可知,当开关S闭合且电路稳定后,电容器与线圈L并联,由于线圈的直流电阻不计,所以两端电压为零,故A、B错误;断开S的瞬间,由自感规律可知,线圈中要产生感应电动势,感应电动势引起的感应电流的方向与原电流的方向一致,因而电容器的a极板将带正电,故C正确.
8答案:
A
解析:
当金属框架向左侧移动时,切割磁感线产生感应电动势E=BLv,在上下极板间产生电势差,进而形成向上的匀强电场E0=
=Bv.
若小球带正电荷q,其电场力向上大小为qE0=qvB,而洛伦兹力由左手定则可判断出方向向下,大小为qvB,两者相互抵消相当于只受重力和拉力作用,所以F=mg,A选项正确.
9答案:
A
解析:
当△abc线框下落时,闭合回路中磁通量没有发生变化,回路中不产生感应电流,但由于各边都在切割磁感线,所以会产生感应电动势,根据楞次定律,可以判定出a点的电势高,是电源的正极,B点的电势低,是电源的负极,a点聚集着多余的正电荷,b点聚集着负电荷,a点的正电荷受的电场力向下,使a点加快运动(a点加速度>g),b点的负电荷受的电场力向上,使b点减缓运动(b点加速度10答案:
D
解析:
设单匝闭合正方形线框边长为L,导线横截面积为S0,密度为ρ,电阻率为ρ′,则其刚进入磁场时的加速度
a=
=g-
=g-
=g-
,其中v为线圈刚进入磁场时的速度,可见加速度的大小与线框的粗细无关,两线圈运动规律完全相同,故两线圈到达地面的速度相同,线圈产生的热量为克服安培力做功的大小,两线圈做功位移相等,但FA=
,因两线圈电阻不同,线圈Ⅰ电阻大,其安培力小,故其做功少,产生热量也少.故本题正确选项为D.
11答案:
向左匀加速运动或向右匀减速运动
解析:
欲使带负电液滴在水平金属平行板之间静止,平行板上极板必须带正电,即线圈N中感应电流磁场在铁芯中磁感线为顺时针方向.若线圈M中的磁场增强,则方向与之相反,即ab中的电流方向自a向b,向左匀加速运动;若M中的磁场减弱,则方向与之相同,即ab中的电流自b向a,向右匀减速运动.
12答案:
电容器击穿而短路
解析:
在题图所示的电路中,当开关闭合后,电源把电压加在启动器的两极之间,使氖气放电而发出辉光,辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长,跟静触片接触而把电路接通.于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过.电路接通后,启动器中的氖气停止放电,U形触片冷却收缩,两个触片分离,电路自动断开.在电路突然中断的瞬间,由于镇流器的电流急剧减小,会产生很高的自感电动势,方向与原来电压的方向相同,这个自感电动势与电源电压加在一起,形成一瞬时高压,加在灯管两端,使灯管中的气体开始放电,于是日光灯管成为电流的通路开始发光.
若电容器被击穿短路,无启动器突然断开而在灯管两端加瞬时高压过程,无法使灯管灯丝之间的水银蒸汽导电,而仅仅是灯管两端灯线通过短路的电容器处在导电状态,所以出现灯管两端亮而中间不亮的情形.
13答案:
连接电路如图所示 左偏
解析:
开关闭合时,电流表指针向右偏,说明B中磁通量增加时,产生的感应电流使指针向右偏.而如图接法,当滑动触头向C移动时,A回路中电流减小,通过B回路的磁通量减少,此时产生感应电流与开关闭合时相反,故指针向左偏.
14答案:
2mgsinθ
解析:
当ab杆沿导轨上滑达到最大速度v时,其受力如图所示:
由平衡条件可知:
F-FB-mgsinθ=0①
又FB=BIL②
而I=
③
联立①②③式得:
F-
-mgsinθ=0④
同理可得,ab杆沿导轨下滑达到最大速度时:
mgsinθ-
=0
联立④⑤两式解得:
F=2mgsinθ
v=
.
15答案:
(1)Bdv
(2)
(3)(
)2R
解析:
(1)由法拉第电磁感应定律,有E=Bdv
(2)两板间河水的电阻r=ρ
由闭合电路欧姆定律,有
I=
=
(3)由电功率公式,P=I2R
得P=(
)2R
16解析:
(1)电动机的输出功率P出=IU-I2r=1×7W-12×1W=6W,
当棒达稳定速度时,受力平衡,F=mg+F安,式中F为绳的拉力,
F安=BIL,I=
,F安=
,即F=mg+
.
由P出=Fv得P出=
v,代入数据,解得v=2m/s.
(2)由能量守恒关系,P出t=mgh+
mv2+Q.
代入数据解得t=1s.
17答案:
(1)变加速
(2)1T
解析:
(1)金属杆运动后,回路中产生感应电流,金属杆将受F和安培力及阻力的作用,且安培力随着速度增大而增加,杆受合外力减小,故加速度减小,速度增大,即做加速度减小的变加速运动.
(2)动生电动势E=vBL 感应电流I=
安培力F安=IBL=
由图象可知金属杆受拉力、安培力和阻力作用,匀速时合力为零.F=
+f,所以v=
(F-f)
从图象可以得到直线的斜率k=2,所以B=
=1T.