高中物理人教版选修32习题第四章综合能力测试Word下载.docx
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3.(北京四中2014~2015学年高二上学期期末)物理课上,老师做了一个奇妙的“跳环实验”。
如图所示,她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后,将一金属套环置于线圈L上,且使铁芯穿过套环。
闭合开关S的瞬间,套环立刻跳起。
某同学另找来器材再探究此实验。
他连接好电路,经重复试验,线圈上的套环均末动。
对比老师演示的实验,下列四个选项中,导致套环未动的原因可能是
A.线圈接在了直流电源上
B.电源电压过高
C.所选线圈的匝数过多
D.所用套环的材料与老师的不同
闭合开关瞬间,只要套环产生感应电流,套环就会跳起。
套环未动,可能是绝缘材料制成的,不能产生感应电流,选项D有可能。
4.一无限长直导体薄板宽为l,板面与z轴垂直,板的长度方向沿y轴,板的两侧与一个电压表相接,如图所示,整个系统放在磁感应强度为B的匀强磁场中,B的方向沿z轴正方向。
如果电压表与导体薄板均以速度v向y轴正方向移动,则电压表指示的电压值为
A.0 B
Blv
C.BLv D.2Blv
A
整个导体薄板在切割磁感线,相当于长为l的导线在切割磁感线,而连接电压表的导线也在切割磁感线,它们是并联关系,整个回路中磁通量恒为零,所以电压表测得的数值为0。
5.在竖直向上的匀强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,规定线圈中感应电流的正方向如图甲所示,当磁场的磁感应强度B随时间t发生如图乙所示变化时,下图中正确表示线圈中感应电动势E变化的是
在第1s内,由楞次定律可判定电流为正,其产生的感应电动势E1=
=
S;
在第2s和第3s内,磁场B不变化,线圈中无感应电流;
在第4s和第5s内,B减小,由楞次定律可判定,其电流为负,产生的感应电动势E2=
,由ΔB1=ΔB2,Δt2=2Δt1,故E1=2E2,由此可知,A项正确。
6.(辽宁沈阳市2014~2015学年高二上学期期末)如图所示,一电阻为R的导线弯成半径为a的半圆形闭合回路,虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直于回路所在的平面,回路以速度v向右匀速进入磁场,直径CD始终与MN垂直,从D点到达边界开始到C点进入磁场为止,下列结论中正确的是
A.圆心到达磁场边界时感应电流方向发生改变
B.CD段直线始终不受安培力作用
C.感应电动势平均值为
πBav
D.通过导线横截面的电荷量为
A.从D点到达边界开始到C点进入磁场为止,磁通量逐渐增大,根据楞次定律知,感应电流的方向一直为逆时针方向,故A错误。
B.CD段的电流方向由D到C,根据左手定则知,CD段受到竖直向下的安培力,故B错误。
C.运动的时间Δt=
,根据法拉第电磁感应定律得:
E=
πBav,故C错误。
D.通过导线横截面的电荷量为:
q=
,故D正确。
7.(河北衡水中学2013~2014学年高二上学期期中)有一个垂直于纸面的匀强磁场,它的边界MN左侧为无场区,右侧是匀强磁场区域,如图(甲)所示,现让一个金属线框在纸平面内以垂直于MN的恒定速度从MN左侧进入匀强磁场区域,线框中的电流随时间变化的i-t图象如图(乙)所示,则进入磁场区域的金属线框可能是下图的
BC
导体棒切割磁感线产生的感应电动势E=BLv,设线框总电阻是R,则感应电流I=
由图乙所示图象可知,感应电流先变大,然后不变,最后变小,且电流大小与时间成正比,由于B、v、R是定值,则导体棒的有效长度L应先变长,然后不变,最后变短,且L变化时,随时间均匀变化,即L与时间t成正比。
闭合圆环匀速进入磁场时,有效长度L先变大,后变小,但L不随时间均匀变化,不符合题意,故A错误;
正六边形线框进入磁场时,有效长度L先变大,然后不变,最后变小,故B正确;
梯形线框匀速进入磁场时,有效长度L先均匀增加,后不变,最后均匀变小,故C正确;
三角形线框匀速进入磁场时,有效长度L先增加,后减小,且随时间均匀变化,故D错误。
8.(重庆一中2013~2014学年高二上学期期末)如图,光滑金属导轨由倾斜和水平两部分组成,水平部分足够长且处在竖直向下的匀强磁场中,右端接一电源(电动势为E,内阻为r)。
一电阻为R的金属杆PQ水平横跨在导轨的倾斜部分,从某一高度由静止释放,金属杆PQ进入磁场后的运动过程中,速度时间图象可能是下图中的哪一个?
(导轨电阻不计)
ABD
金属杆PQ进入磁场后切割磁感线产生感应电动势,根据右手定则判断得知,感应电动势的方向与电源的电动势方向相反。
A.若杆PQ产生的感应电动势与电源的电动势大小相等时,回路中总电动势为零,电路中没有电流,金属杆不受安培力,做匀速直线运动,故A是可能的;
B.若杆PQ产生的感应电动势小于电源的电动势大小,杆中电流方向从P到Q,所受的安培力方向向右,将做加速运动,随着速度增加,棒产生的感应电动势增加,回路中总的电动势增加,电流减小,棒所受的安培力减小,加速度随之减小,可知v-t图象的斜率减小,故B是可能的;
C.D若杆PQ产生的感应电动势大于电源的电动势大小,杆中电流方向从Q到P,所受的安培力方向向左,将做减速运动,随着速度减小,棒产生的感应电动势减小,回路中总的电动势减小,电流减小,棒所受的安培力减小,加速度随之减小,可知v-t图象的斜率减小,故C是不可能,D是可能的。
9.(广东省实验中学2014~2015学年高二下学期期中)如图所示是研究通电自感实验的电路图,A1、A2是两个规格相同的小灯泡,闭合开关调节电阻R,使两个灯泡的亮度相同,调节可变电阻R1,使它们都正常发光,然后断开开关S,重新闭合开关S,则
A.闭合S瞬间,A2立即变亮,A1逐渐变亮
B.闭合S瞬间,A1立即变亮,A2逐渐变亮
C.稳定后,L和R两端电势差一定相同
D.稳定后,A1和A2两端电势差不相同
AC
闭合瞬间,L相当于断路,A2立刻变亮,A1逐渐变亮,稳定后,两个灯泡的亮度相同,说明它们两端的电压相同,L和R两端电势差一定相同,故选AC。
10.(郑州一中2014~2015学年高二检测)等离子气流由左方连续以速度v0射入P1和P2两板间的匀强磁场中,ab直导线与P1、P2相连接,线圈A与直导线cd连接。
线圈A内有随图乙所示变化的磁场,且磁场B的正方向规定为向左,如图甲所示,则下列叙述正确的是
A.0~1s内ab、cd导线互相排斥
B.1~2s内ab、cd导线互相吸引
C.2~3s内ab、cd导线互相吸引
D.3~4s内ab、cd导线互相排斥
BD
由左手定则,可判定等离子气流中的正离子向上极板偏转,负离子向下极板偏转,所以ab中电流方向是由a向b的。
在第1s内,线圈A内磁场方向向右,磁感应强度减小,由楞次定律可知感应电流的方向是由c向d的,由同向电流相互吸引,异向电流相互排斥,可知两导线相互吸引,A错;
在第2s内,线圈A内磁场方向向左,磁感应强度增加,由楞次定律可知感应电流的方向是由c向d的,由同向电流相互吸引,异向电流相互排斥,可知两导线相互吸引,B正确;
同理可以判断其他选项,故正确选项为B、D。
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.如图所示是三个成功的演示实验,回答下列问题。
(1)在实验中,电流表指针偏转的原因是______________________________
_______________________________________________________________。
(2)电流表指针偏转角跟感应电动势的大小成________关系。
(3)第一个成功实验(如图a)中,将条形磁铁从同一高度插入到线圈中同一位置,快速插入和慢速插入有什么量是相同的?
__________,什么量是不同的?
__________。
(4)从三个成功的演示实验可归纳出的结论是:
_________________________
________________________________________________________________。
(1)穿过线圈的磁通量发生变化
(2)正比
(3)磁通量的变化量 磁通量的变化率
(4)只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流产生。
12.有一个称为“千人震”的趣味物理小实验,实验器材是一节电动势为1.5V的新干电池、几根导线、开关和一个用于日光灯上的镇流器,几位做这个实验的同学手拉手连成一串,另一位同学用导线将电池、镇流器、开关与首、尾两位同学两个空着的手相连,如图所示,在电路通或断时就会使连成一串的同学有触电感觉,该实验的原理是____________________________________________
______________________________________________;
人有触电感觉时电路是接通还是断开的瞬间?
________________________,
因为___________________________________________________________。
镇流器的自感现象 断开瞬间 只有在电路断开时才能产生很高的自感电动势,使人产生触电的感觉
镇流器就是一个自感系数较大的自感线圈,当通过线圈的电流变化时,线圈中会产生自感现象。
当电路接通时,由于自感作用,线圈中电流逐渐增大,此时,产生的自感电动势并不很大,但当电路断开时,线圈中电流突然减小,线圈中产生很大的自感电动势,使人产生触电的感觉。
13.(河北衡水中学2013~2014学年高二期中)法拉第发现了电磁感应现象之后,又发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机,揭开了人类将机械能转化为电能并进行应用的序幕。
法拉第圆盘发电机的原理如图所示,将一个圆形金属盘放置在电磁铁的两个磁极之间,并使盘面与磁感线垂直,盘的边缘附近和中心分别装有与金属盘接触良好的电刷A、B,两电刷与灵敏电流计相连。
当金属盘绕中心轴按图示方向转动时,则电刷A的电势________电刷B的电势(填高于、低于或等于);
若仅提高金属盘转速,灵敏电流计的示数将________;
(填增大、减小或不变);
若仅将滑动变阻器滑动头向左滑,灵敏电流计的示数将______(填增大、减小或不变)
低于;
增大;
减小
根据安培定则可知,电磁铁产生的磁场方向向右,由右手定则判断可知,金属盘产生的感应电流方向从A到B,则电刷A的电势低于电刷B的电势;
若仅提高金属盘转速,由E=BLv知,产生的感应电动势增大,灵敏电流计的示数将变大;
若仅将滑动变阻器滑动头向左滑,变阻器接入电路的电阻增大电磁铁的磁场减弱,则感应电动势变小,则电路中电流减小,灵敏电流计的示数变小,故D正确。
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.(9分)如图甲所示,截面积为0.2m2的100匝圆形线圈A处在变化的磁场中。
磁场方向垂直纸面,其磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示,设向外为B的正方向。
R1=4Ω,R2=6Ω,C=30μF,线圈的内阻不计,求电容器上极板所带电荷量并说明正负。
7.2×
10-6C 上极板带正电
E=n
S=100×
×
0.2V=0.4V
电路中的电流I=
A=0.04A
所以UC=U2=IR2=0.04×
6V=0.24V
Q=CUC=30×
10-6×
0.24C=7.2×
10-6C
由楞次定律和安培定则可知,电容器的上极板带正电。
15.(10分)(辽宁沈阳市2014~2015学年高二上学期期末)如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中,设导体棒Oa可以以点O为中心转动,而另一端a刚好搭在光滑的半圆形金属导轨上,Oa长为L且以角速度ω顺时针匀速转动,在Ob间接入一阻值为R的电阻,不计其他电阻,试求:
(1)导体棒Oa两端产生的电势差;
(2)流过电阻R上的电流大小及方向;
(3)所需外力的功率。
(1)
BL2ω
(2)
从左向右 (3)
(1)
(2)导体棒Oa匀速转动,产生的感应电动势:
E=Bl
=BL
BL2ω,
电路中只有电阻R,其余电阻都不计,则Oa端的电势差为:
BL2ω;
(2)回路中感应电流:
I=
,
由右手定则可知,流过电阻R的电流从左流向右;
(3)外力功率等于电阻R消耗的电功率:
P=
。
16.(11分)(广东江门市2013~2014学年高二调研)如图所示,间距为L的光滑M、N金属轨道水平平行放置,ab是电阻为R0的金属棒,可紧贴导轨滑动,导轨右侧连接水平放置的平行板电容器,板间距为d,板长也为L,导轨左侧接阻值为R的定值电阻,其它电阻忽略不计。
轨道处的磁场方向垂直轨道平面向下,电容器处的磁场垂直纸面向里,磁感应强度均为B。
当ab以速度v0向右匀速运动时,一带电量大小为q的颗粒以某一速度从紧贴A板左侧平行于A板进入电容器内,恰好做匀速圆周运动,并刚好从C板右侧边缘离开。
求:
(1)AC两板间的电压U;
(2)带电颗粒的质量m;
(3)带电颗粒的速度大小v。
(1)
(2)
(3)
(1)由法拉第电磁感应定律,ab棒的电动势为:
E=BLv0
设AC间的电压为U,由闭合电路欧姆定律,得:
,又U=IR
解得:
U=
(2)带电颗粒恰好做匀速圆周运动,则重力与电场力平衡有:
q
=mg
m=
(3)颗粒做匀速圆周运动,由牛顿第二定律可得:
qvB=m
颗粒运动轨迹如图所示,由几何关系可得:
L2+(r-d)2=r2
v=
17.(12分)(辽宁葫芦岛市2014~2015学年高二下学期期末)如图甲所示,两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨相距L1=1m,导轨平面与水平面成θ=30°
角,上端连接阻值R=1.5Ω的电阻,质量为m=0.2kg,阻值r=0.5Ω的金属棒ab放在两导轨上,距离导轨最上端为L2=4m,棒与导轨垂直并保持良好接触.整个装置处于一个匀强磁场中,该匀强磁场方向与导轨平面垂直向下,磁感应强度大小随时间变化的情况如图乙所示,为保持ab棒静止,在棒上施加了一平行于导轨平面的外力F,g=10m/s2。
(1)当t=2s时,外力F1的大小;
(2)当t=3s时的瞬间,外力F2的大小和方向;
(3)请在图丙中画出前4s内外力F随时间变化的图象(规定F方向沿斜面向上为正)。
(1)当t=2s时,外力F1的大小是0;
(2)当t=3s时的瞬间,外力F2的大小为0.5N,方向沿斜面向下;
(3)前4s内外力F随时间变化的图象如图所示。
(1)当t=2s时,回路中产生的感应电动势:
L1L2=
1×
4V=2V
电流:
A=1A
由楞次定律判断可知,感应电流的方向由b→a,根据左手定则可知ab所受的安培力沿轨道向上;
ab棒保持静止,受力平衡,设外力沿轨道向上,则由平衡条件有:
mgsin30°
-B2IL1-F1=0
由图乙知B2=1T,代入题给数据
可解得外力:
F1=0
(2)当t=3s时的瞬间,设此时外力沿轨道向上,根据平衡条件得:
F2+B3IL1-mgsin30°
=0,B3=1.5T
F2=-0.5N,负号说明外力沿斜面向下。
(3)规定F方向沿斜面向上为正,在0~3s内,根据平衡条件有:
-BIL1-F=0而B=0.5t(T)
则得:
F=1-0.5t(N)
当t=0时刻,F=1N。
在3-4s内,B不变,没有感应电流产生,ab不受安培力,则由平衡条件得:
F=mgsin30°
=1N
画出前4s内外力F随时间变化的图象见答案。
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- 高中物理 人教版 选修 32 习题 第四 综合 能力 测试
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