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2018-2019高中物理第四章电磁感应提升训练(新人教版选修3-2)

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第四章 电磁感应
(时间:60分钟 分值:100分)
一、选择题(本题共7小题,每小题8分,共56分.每小题给出的四个选项中,至少有一项是正确的,全部选对得8分,部分选对得4分,有选错或不选的得0分)
?如图4-T-1所示的实验中,表示有感应电流产生的是    ( )
 
图4-T-1
?[2017•衡水中学高二期末]在南半球地磁场的竖直分量向上,飞机MH370最后在南印度洋上空消失,由于地磁场的作用,金属机翼上有电势差,设飞机左方机翼末端处的电势为φ1,右方机翼末端处的电势为φ2,则在南印度洋上空飞行时    ( )
A.若飞机从西往东飞,φ1比φ2高
B.若飞机从东往西飞,φ1比φ2高
C.若飞机从北往南飞,φ2比φ1低
D.若飞机从南往北飞,φ2比φ1高
?[2017•陕西宝鸡中学高二期末]如图4-T-2所示,在无限大的磁场中,有一个矩形线圈abcd做下述运动,其中能使线圈中产生感应电流的是    ( )
 
图4-T-2
A.以bc为轴转动    B.以ab为轴转动
C.垂直于纸面向内运动    D.在纸面内向下运动
?[2017•广东实验中学高二期中]如图4-T-3所示,MN、GH为平行导轨,AB、CD为跨放在导轨上的两根杆,导轨和杆均为导体,匀强磁场垂直于导轨所在的平面,方向如图所示.用I表示回路中的电流,则    ( )
 
图4-T-3
A.当AB不动而CD向右滑动时,I≠0且沿顺时针方向
B.当AB向左、CD向右滑动且速度相等时,I=0
C.当AB、CD都向右滑动且速度相等时,I=0
D.当AB、CD都向右滑动且AB速度大于CD时,I≠0且沿逆时针方向
?在如图4-T-4所示的电路中,开关S原先闭合,电路处于稳定状态,通过R1、R2的电流分别为I1、I2.在某一时刻突然断开开关S,则通过电阻R1的电流I随时间t变化的图像可能是图4-T-5中的    ( )
 
图4-T-4
 
图4-T-5
?[2017•湖北宜昌长阳二中高二月考]如图4-T-6所示,闭合直角三角形线框的一边长为l,现将它匀速拉过宽度为d的匀强磁场(l>d).若以逆时针方向为电流的正方向,则图4-T-7的四个I-t图像中正确的是    ( )
 
图4-T-6
 
 
图4-T-7
?(多选)在如图4-T-8甲所示的电路中,螺线管的线圈匝数n=1500匝,螺线管的横截面积S=20cm2,螺线管导线的电阻r=1.0Ω,定值电阻R1=4.0Ω,R2=5.0Ω,电容C=30μF.在一段时间内,穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按如图乙所示的规律变化.闭合开关S一段时间后,电路中电流稳定,此时    ( )
 
甲 乙
图4-T-8
A.螺线管中产生的感应电动势为1V
B.R1的电功率为7.11×10-2W
C.电容器下极板带正电
D.断开开关S,流经R2的电荷量为1.8×10-5C
二、实验题(共10分)
?[2017•南昌二中高二月考]在研究“电磁感应现象”的实验中,所需的实验器材如图4-T-9所示.现已用导线连接了部分实验电路.
 
图4-T-9
(1)请把电路补充完整.
(2)实验时,将线圈A插入线圈B中,合上开关瞬间,观察到电流计的指针发生偏转,这个现象揭示的规律是
.
(3)已知线圈A、B绕向相同,某同学想使线圈B中获得与线圈A中相反方向的电流,可行的实验操作是 .

A.抽出线圈A    B.插入软铁棒
C.使变阻器滑片P左移    D.断开开关
三、计算题(本题共2小题,共34分,解答应写出必要的文字说明、表达式和重要的演算步骤.有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
?(16分)如图4-T-10所示,间距L=0.40m的足够长的光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上,导轨的一端接有阻值R=2.0Ω的电阻.导轨所在空间存在方向竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=0.40T.一根质量m=0.1kg的导体棒MN放在导轨上且与导轨接触良好,导轨和导体棒的电阻均可忽略不计.现用平行于导轨的拉力拉导体棒使其向右运动,当导体棒的速度v=0.50m/s时,闭合开关S,此时导体棒恰好匀速运动,在运动的过程中保持导体棒与导轨垂直.
(1)求在闭合回路中产生的感应电流的大小.
(2)求导体棒匀速运动时作用在导体棒上的拉力的大小及拉力的功率.
(3)闭合开关后,当导体棒移动50cm时撤去拉力,求整个运动过程中电阻R上产生的热量.
 
图4-T-10













 (18分)如图4-T-11甲所示,在光滑、绝缘的水平面上,虚线MN的右侧存在磁感应强度大小为B=2T、方向竖直向下的匀强磁场,MN的左侧有一个质量m=0.1kg、bc边的长度L1=0.2m、总电阻R=2Ω的矩形线圈abcd.t=0时,用恒定拉力F拉线圈,使其由静止开始向右做匀加速直线运动,经过1s,线圈的bc边到达磁场边界MN,此时立即将拉力F改为变力,又经过1s,线圈恰好完全进入磁场.整个运动的过程中,线圈中的感应电流I随时间t变化的图像如图乙所示.求:
(1)线圈bc边刚进入磁场时的速度v0和线圈在第1s内运动的距离x;
(2)线圈ab边的长度L2;
(3)线圈ad边刚进入磁场时拉力的功率.
 
图4-T-11



1.D [解析]产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化,选项D正确.
2.D [解析]当飞机在南半球飞行时,由于地磁场的存在,且地磁场的竖直分量向上,由右手定则可判断出,在南半球,不论沿什么方向水平飞行,都是飞机的左方机翼电势低,右方机翼电势高,即总有φ2比φ1高,故D正确,A、B、C错误.
3.A [解析]线圈以bc为轴转动时,穿过线圈的磁通量发生变化,所以有感应电流,故A正确;线圈以ab为轴转动时,穿过线圈的磁通量始终为0,即磁通量不变,无感应电流,故B错误;线圈垂直于纸面向内运动时,穿过线圈的磁通量始终为0,无感应电流,故C错误;线圈在纸面内向下运动时,穿过线圈的磁通量始终为0,无感应电流,故D错误.
4.C [解析]当AB不动而CD向右滑动时,产生感应电动势,在整个回路中产生感应电流,其方向沿逆时针方向,A错误;当AB向左、CD向右滑动时,穿过回路的磁通量增加,产生感应电动势,有沿逆时针方向的感应电流,B错误;当AB、CD都向右滑动且速度相等时,穿过回路的磁通量不变,无感应电动势,无感应电流,C正确;当AB、CD都向右滑动且AB速度大时,穿过回路的磁通量减小,有沿顺时针方向的感应电流,D错误.
5.D [解析]开关S原先闭合,电路处于稳定状态时,流过R1的电流方向向左,大小为I1,与R1并联的R2和线圈L支路的电流I2的方向也向左.当某一时刻开关S突然断开时,L中向左的电流I2要减小,因自感现象,线圈L产生自感电动势,在回路“L→R1→A→R2”中形成感应电流,通过R1的电流方向与原来相反,变为向右,并从I2开始逐渐减小到零,选项D正确.
6.D [解析]线框向右运动的距离x在0~d范围内,穿过线框的磁通量不断增大,由楞次定律可知线框产生的感应电流沿逆时针方向,为正值,有效的切割长度L=xtanθ,线框做匀速运动,故x=vt,感应电流的大小I=BLv/R=(Bv^2 ttanθ)/R,可知I∝t;线框向右运动的距离x在d~l范围内,穿过线框的磁通量均匀增大,由楞次定律可知线框产生的感应电流沿逆时针方向,为正值,且感应电流大小不变;线框向右运动的距离x在l~l+d范围内,穿过线框的磁通量不断减小,由楞次定律可知线框产生的感应电流沿顺时针方向,为负值,有效的切割长度为L'=(x-d)tanθ,线框做匀速运动,故x=vt,感应电流的大小I1=(BL"'" v)/R=(Bv^2 ttanθ)/R-Bvdtanθ/R,故感应电流一开始不为0,之后均匀增大,D正确.
7.CD [解析]根据法拉第电磁感应定律可知,螺线管中产生的感应电动势E=nΔΦ/Δt=nSΔB/Δt=1.2V,选项A错误;根据闭合电路的欧姆定律有I=E/(R_1+R_2+r)=0.12A,故R1的电功率P=I2R1=5.76×10-2W,选项B错误;由楞次定律可判断,电容器下极板带正电,选项C正确;开关S断开后,流经R2的电荷量即为S闭合时电容器极板上所带的电荷量,故Q=CU=CIR2=1.8×10-5C,选项D正确.
8.(1)如图所示
(2)闭合回路中磁通量发生变化时,产生感应电流
(3)BC
 
[解析](1)本实验中线圈A与电源相连,通过闭合、断开开关或调节滑动变阻器使穿过线圈B的磁通量发生变化,从而使线圈B产生电磁感应现象,故线圈B应与电流计相连,电路图如图所示.
(2)电流计的指针发生偏转说明回路中有电流产生,产生的原因是闭合回路中磁通量发生了变化,故结论为:闭合回路中磁通量发生变化时,产生感应电流.
(3)线圈B中的感应电流的方向与线圈A中的电流方向相反,则它们的磁场也一定相反,由楞次定律可知,线圈A产生的磁场应增强,故可以加入铁芯或使变阻器滑片P左移,选项B、C正确.
9.(1)4.0×10-2A
(2)6.4×10-3N 3.2×10-3W
(3)1.57×10-2J
[解析](1)感应电动势E=BLv=8.0×10-2V
感应电流I=E/R=4.0×10-2A.
(2)导体棒匀速运动时,安培力与拉力平衡,设拉力为F,则有F=F安=BIL=6.4×10-3N
拉力的功率P=Fv=3.2×10-3W.
(3)导体棒移动50cm所需的时间t=x/v=1.0s
撤去拉力前,电阻R上产生的热量Q1=I2Rt=3.2×10-3J
撤去拉力后,电阻R上产生的热量Q2=1/2mv2=1.25×10-2J
整个运动的过程中,电阻R上产生的热量Q=Q1+Q2=1.57×10-2J.
10.(1)0.5m/s 0.25m (2)1m (3)0.33W
[解析](1)线圈在磁场中运动时,感应电流I=E/R=(BL_1 v)/R,由图乙可知,电流随时间均匀增大,故线圈在磁场中做匀加速运动.t1=1s时,线圈的bc边刚进入磁场,感应电流I1=(BL_1 v_0)/R
由图中可读出I1=0.1A
联立解得v0=0.5m/s
故线圈在第1s内的位移x=v_0/2t1=0.25m.
(2)t2=2s时,感应电流I2=(BL_1 v_2)/R=0.3A
解得线圈的速度v2=1.5m/s
故线圈ab边的长度L2=(v_0+v_2)/2•(t2-t1)=1m.
(3)线圈在磁场中运动的加速度a=(v_2 "-" v_0)/(t_2 "-" t_1 )=1m/s2
线圈ad边刚进入磁场时,有F-BI2L1=ma
解得拉力F=0.22N
故拉力的功率P=Fv2=0.33W.

 
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