章末质量检测十.docx
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章末质量检测十.docx
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章末质量检测十
章末质量检测(十)
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50分钟)
一、选择题(本题共8小题,1~5题为单项选择题,6~8题为多项选择题)
1.如图1所示的装置中,当接通电源后,小磁针A的指向如图所示,则( )
图1
A.小磁针B的N极向纸外转
B.小磁针B的N极向纸里转
C.小磁针B不转动
D.因电流未标出,所以无法判断小磁针B如何转动
解析 如题图,根据同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,所以通电螺线管的左端是S极,右端是N极;根据安培定则,右手握住螺线管,四指指向电流的方向,大拇指所指的方向是通电螺线管的N极。
可以判断电流从螺线管的左端流入,从右端流出,所以,电源的左端是正极,右端是负极。
而小磁针B在电流产生的磁场中,根据右手螺旋定则可知,N极的指向垂直纸面向外,故A正确,B、C、D错误。
答案 A
2.如图2所示,线圈L的自感系数很大,且其直流电阻可以忽略不计,L1、L2是两个完全相同的小灯泡,开关S闭合和断开的过程中,灯L1、L2的亮度变化情况是(灯丝不会断)( )
图2
A.S闭合,L1亮度不变,L2亮度逐渐变亮,最后两灯一样亮;S断开,L2立即熄灭,L1逐渐变亮
B.S闭合,L1亮度不变,L2很亮;S断开,L1、L2立即熄灭
C.S闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2亮度不变;S断开,L2立即熄灭,L1亮一下才熄灭
D.S闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2则逐渐变得更亮;S断开,L2立即熄灭,L1亮一下才熄灭
答案 D
3.如图3甲所示,固定闭合线圈abcd处于方向垂直纸面向外的磁场中,磁感线分布均匀,磁场的磁感应强度大小B随时间t的变化规律如图乙所示,则下列说法正确的是( )
图3
A.t=1s时,ab边受到的安培力方向向左
B.t=2s时,ab边受到的安培力为0
C.t=2s时,ab边受到的安培力最大
D.t=4s时,ab边受到的安培力最大
解析 由题图知,0~2s内磁感应强度大小逐渐增大,根据楞次定律知线圈中产生感应电流的方向为顺时针方向,根据左手定则判断知ab边受到的安培力方向向右,选项A错误;t=2s时,
=0,感应电流I=0,安培力F=0,选项B正确,C错误;t=4s时,B=0,安培力F=0,选项D错误。
答案 B
4.一半径为r、质量为m、电阻为R的金属圆环用一根长为L的绝缘轻细杆悬挂于O1点,杆所在直线过圆环圆心,在O1点的正下方有一半径为L+2r的圆形匀强磁场区域,其圆心O2与O1点在同一竖直线上,O1点在圆形磁场区域边界上,如图4所示。
现使绝缘轻细杆从水平位置由静止释放,下摆过程中金属圆环所在平面始终与磁场垂直,已知重力加速度为g,不计空气阻力及其他摩擦阻力,则下列说法正确的是( )
图4
A.金属圆环最终会静止在O1点的正下方
B.金属圆环在整个过程中产生的焦耳热为mgL
C.金属圆环在整个过程中产生的焦耳热为
mg(L+2r)
D.金属圆环在整个过程中产生的焦耳热为
mg(L+r)
解析 圆环最终要在如图中A、C位置间摆动,因为此时圆环中的磁通量不再发生改变,圆环中不再有感应电流产生。
由几何关系可知,圆环在A、C位置时,其圆心与O1、O2的距离均为L+r,则圆环在A、C位置时,圆环圆心到O1的高度为
。
由能量守恒可得金属圆环在整个过程中产生的焦耳热为
mg(L+2r),C正确。
答案 C
5.(2018·山东烟台一模)如图5甲所示,间距L=0.2m的水平金属导轨CD、EF固定在水平地面上,一质量m=4×10-3kg的金属棒GH垂直地放置导轨上,导轨处于沿水平方向、磁感应强度B1=0.2T的匀强磁场中。
有一匝数n=20匝、面积S=0.02m2的线圈通过开关S与导轨相连,线圈处于通过线圈轴线、方向竖直向上的另一匀强磁场B2中,B2大小随时间t变化的关系如图乙所示。
在t=0.2s时刻闭合开关S时,金属棒GH瞬间跳起(金属棒跳起瞬间安培力远大于重力),跳起的最大高度为h=0.2m,不计空气阻力,重力加速度为g=10m/s2,下列说法正确的是( )
图5
A.磁感应强度B1的方向水平向右
B.开关S闭合瞬间,GH中的电流方向由H到G
C.线圈中产生的感应电动势大小为3V
D.开关S闭合瞬间,通过金属棒GH的电荷量为0.3C
解析 由楞次定律可知,在螺线管中磁通量向上增加,产生的感应电流流过导体棒的方向是由H到G,金属棒受向上安培力,可知磁感应强度B1的方向水平向左,选项A错误,B正确;线圈中产生的感应电动势大小为E=n
S=20×
×0.02V=6V,选项C错误;金属棒跳起时的初速度v=
=2m/s;对金属棒由动量定理:
B1LI-Δt=mv,q=I-Δt,则q=
=
C=0.2C,选项D错误。
答案 B
6.目前无线电力传输技术已经成熟,如图6的所示为一种非接触式电源供应系统。
这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力,两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置。
利用这一原理,可以实现对手机进行无线充电。
下列说法正确的是( )
图6
A.若A线圈中输入电流,B线圈中就会产生感应电动势
B.若有A线圈中输入变化的电流,B线圈中才会产生感应电动势
C.A中电流越大,B中感应电动势越大
D.A中电流变化越快,B中感应电动势越大
解析 根据法拉第电磁感应定律,只有A线圈中输入变化的电流,B线圈中才会产生感应电动势,若A线圈中输入恒定电流,B线圈中不会产生感应电动势,选项A错误,B正确;根据法拉第电磁感应定律,A线圈中电流变化越快,B线圈中感应电动势越大,选项D正确,C错误。
答案 BD
7.边长为a的闭合金属正三角形轻质框架,左边竖直且与磁场右边界平行,完全处于垂直于框架平面向里的匀强磁场中,现把框架匀速水平向右拉出磁场,如图7所示,则下列图像与这一拉出过程相符合的是( )
图7
解析 设正三角形轻质框架开始出磁场的时刻t=0,则其切割磁感线的有效长度L=2xtan30°=
x,则感应电动势E电动势=BLv=
Bvx,则C项正确,D项错误;框架匀速运动,故F外力=F安=
=
∝x2,A项错误;P外力功率=F外力v∝F外力∝x2,B项正确。
答案 BC
8.如图8所示,竖直悬挂的弹簧下端拴有导体棒ab,ab无限靠近竖直平行导轨的内侧、与导轨处于竖直向上的匀强磁场中,导体棒MN与平行导轨处于垂直导轨平面的匀强磁场中,当MN以速度v向右匀速运动时,ab恰好静止,弹簧无形变,现使v减半仍沿原方向匀速运动,ab开始沿导轨下滑,磁感应强度大小均为B,导轨宽均为L,导体棒ab、MN质量相同、电阻均为R,其他电阻不计,导体棒与导轨接触良好,弹簧始终在弹性限度内,弹簧的劲度系数为k,ab与竖直平行导轨间的动摩擦因数为μ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则( )
图8
A.MN中电流方向从M到N
B.ab受到的安培力垂直纸面向外
C.ab开始下滑直至速度首次达到峰值的过程中,克服摩擦产生的热量为
D.ab速度首次达到峰值时,电路的电热功率为
解析 MN向右匀速运动,根据右手定则知电流由N到M,故A错误;电流由a到b,根据左手定则知ab所受安培力垂直纸面向外,故B正确;当MN以速度v向右匀速运动时,ab恰好静止,则电流I=
,ab受到的最大静摩擦力fm=μBIL=
,根据平衡条件得
=mg,当v′=
v时,fm′=
·
,速度第一次达到最大时,加速度等于零,ab再次平衡,mg=fm′+kx,则ab下落的距离x=
,克服摩擦力产生的热量Q1=fm′x=
,故C正确;ab速度首次达到峰值时,电路电流I1=
,电路的电热功率为P=2I
R=
,故D错误。
答案 BC
二、非选择题
9.
(1)探究电磁感应现象应选用如图9__________(选填“甲”或“乙”)所示的装置进行实验。
在这个现象中感应电流的方向与__________的方向和磁感线方向有关。
图9
(2)如图丙所示,A为弹簧测力计(量程足够大),B为条形磁铁(下端为S极),C为螺线管,螺线管线圈的电阻忽略不计。
现将S1断开,S2由1改接到2,则弹簧测力计的示数将__________;若S2接2不变,再闭合S1,弹簧测力计的示数将__________。
(均选填“变大”“变小”或“不变”)
解析
(1)探究电磁感应现象的实验装置,只需要有磁场、导体棒、电流表即可,不需要电源,分析图甲与乙可知,探究电磁感应现象应选用甲图装置,在电磁感应现象中,感应电流的方向与导体切割磁感线运动的方向和磁感线的方向有关。
(2)根据安培定则,由图丙可知,闭合开关,螺线管上端是N极,条形磁铁下端是S极,条形磁铁受到向下的吸引力,现将S1断开,S2由1改到2,电路电流变少,通电的螺线管圈数变小,电磁铁的磁性变弱,螺线管对条形磁铁的吸引力变小,弹簧测力计示数变小,若S2接2不变,闭合S1,电阻R2短路,电路电流变大,螺线管的磁场变强,条形磁铁受到的吸引力变大,弹簧测力计的示数变大。
答案
(1)甲 导体切割磁感线运动(或“导体运动”)
(2)变小 变大
10.如图10甲,在水平桌面上固定着两根相距L=20cm、相互平行的无电阻轨道P、Q,轨道一端固定一根电阻R=0.02Ω的导体棒a,轨道上横置一根质量m=40g、电阻可忽略不计的金属棒b,两棒相距也为L=20cm。
该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节的竖直向上的匀强磁场中。
开始时,磁感应强度B0=0.1T。
设棒与轨道间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2。
图10
(1)若保持磁感应强度B0的大小不变,从t=0时刻开始,给b棒施加一个水平向右的拉力,使它由静止开始做匀加速直线运动。
此拉力F的大小随时间t变化关系如图乙所示。
求b棒做匀加速运动的加速度及b棒与轨道间的滑动摩擦力;
(2)若从t=0开始,磁感应强度B随时间t按图丙中图像所示的规律变化,求在金属棒b开始运动前,这个装置释放的热量。
解析
(1)F安=B0IL①
E=B0Lv②
I=
=
③
v=at④
所以F安=
t
当b棒匀加速运动时,根据牛顿第二定律有
F-f-F安=ma⑤
联立可得F-f-
t=ma⑥
由图像可得:
当t=0时,F=0.4N,
当t=1s时,F=0.5N。
代入⑥式,可解得a=5m/s2,f=0.2N。
(2)当磁感应强度均匀增大时,闭合电路中有恒定的感应电流I。
以b棒为研究对象,它受到的安培力逐渐增大,静摩擦力也随之增大,当磁感应强度增大到b所受安培力F安′与最大静摩擦力f相等时开始滑动
感应电动势E′=
L2=0.02V⑦
I′=
=1A⑧
棒b将要运动时,有F安′=BtI′L=f⑨
所以Bt=1T,根据Bt=B0+
t⑩
得t=1.8s,回路中产生的焦耳热为Q=I′2Rt=0.036J。
答案
(1)5m/s2 0.2N
(2)0.036J
11.同一水平面上的两根正对平行金属直轨道MN、M′N′,如图11所示放置,两轨道之间的距离l=0.5m,轨道的MM′端之间接一阻值R=0.4Ω的定值电阻,轨道的电阻可忽略不计,NN′端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP、N′P′平滑连接,两半圆轨道的半径均为R0=0.5m,水平直轨道MK、M′K′段粗糙,KN、K′N′段光滑,且KNN′K′区域恰好处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.64T,磁场区域的宽度d=1m,且其右边界与NN′重合。
现有一质量m=0.2kg、电阻r=0.1Ω的导体杆ab静止在距磁场左边界s=2m处,在与杆垂直的水平恒力F=2N作用下开始运动,导体杆ab与粗糙导轨间的动摩擦因数μ=0.1,当运动至磁场的左边界时撤去F,结果导体杆ab恰好能通过半圆形轨道的最高处PP′。
已知导体杆在运动过程中与轨道始终垂直且接触良好,g取10m/s2。
求:
图11
(1)导体杆刚进入磁场时,通过导体杆的电流大小和方向;
(2)导体杆穿过磁场的过程中通过电阻R的电荷量;
(3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路中产生的焦耳热。
解析
(1)设导体杆在F的作用下运动至磁场的左边界时的速度为v1,由动能定理有(F-μmg)s=
mv
-0,
代入数据解得v1=6m/s,
导体杆刚进入磁场时产生的感应电动势
E=Blv1=1.92V,
此时通过导体杆的电流I=
=3.84A,根据右手定则可知,电流方向由b向a。
(2)设导体杆在磁场中运动的时间为t,产生的感应电动势的平均值为E-,则由法拉第电磁感应定律有
E-=
=
,
通过电阻R的感应电流的平均值I-=
,
通过电阻R的电荷量q=I-t=
=0.64C。
(3)设导体杆离开磁场时的速度大小为v2,运动到半圆形轨道最高处的速度为v3,因导体杆恰好能通过半圆形轨道的最高处,则在轨道最高处时,由牛顿第二定律有
mg=m
,
代入数据解得v3=
m/s,
杆从NN′运动至PP′的过程,根据机械能守恒定律有
mv
=
mv
+mg·2R0,
代入数据解得v2=5m/s,
导体杆穿过磁场的过程中损失的机械能
ΔE=
mv
-
mv
=1.1J,
此过程中电路中产生的焦耳热Q热=ΔE=1.1J。
答案
(1)3.84A 由b向a
(2)0.64C (3)1.1J
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