高考物理一轮复习 单元质检十 电磁感应（含解析）新人教版-新人教版高三物理试题

单元质检十电磁感应(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共7小题,每小题7分,共49分。在每小题给出的四个选项中,第1~4题只有一项符合题目要求,第5~7题有多项符合题目要求。全部选对的得7分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)1.如图所示,将两端刮掉绝缘漆的导线绕在一把锉刀上,一端接上电池(电池另一极与锉刀接触),手执导线的另一端,在锉刀上来回划动,由于锉刀表面凹凸不平,就会产生电火花。下列说法正确的是()A.产生电火花的回路只由导线与电池组成B.导线端只向一个方向划动也能产生电火花C.锉刀采用什么材料制成对实验没有影响D.导线端划动的方向决定了自感电动势的方向答案:B解析:由题图可知,产生电火花的回路由导线、锉刀与电池组成,A错误;手执导线的另一端,在锉刀上来回划动时产生电火花,是由于电路时通时断,在回路中会产生自感电动势,与导线运动的方向无关,因此导线端只向一个方向划动也能产生电火花,B正确;产生电火花的回路由导线、锉刀与电池组成,如果锉刀是绝缘体,则实验不能完成,C错误;自感电动势的方向与电流接通或电流断开有关,与导线端划动的方向无关,D错误。2.(2019·山东青岛模拟)下图为地磁场磁感线的示意图。一架民航飞机在赤道上空匀速飞行,机翼保持水平,由于遇到强气流作用使飞机竖直下坠,在地磁场的作用下,金属机翼上有电势差。设飞行员左方机翼末端处的电势为φ1,右方机翼末端处的电势为φ2,忽略磁偏角的影响,则()A.若飞机从西往东飞,φ2比φ1高B.若飞机从东往西飞,φ2比φ1高C.若飞机从南往北飞,φ2比φ1高D.若飞机从北往南飞,φ2比φ1高答案:C解析:在赤道上空由于地磁场的方向是由南到北的,若飞机从西往东飞或者从东往西飞,竖直下坠,机翼方向与地磁场方向平行,不切割磁感线,不产生感应电动势,所以机翼两端不存在电势差,故选项A、B错误;若飞机从南往北飞,竖直下坠,机翼方向与地磁场方向垂直,由右手定则可判定,飞机的右方机翼末端的电势比左方机翼末端的电势高,即φ2比φ1高,同理可知,若飞机从北往南飞,φ2比φ1低,选项C正确,D错误。3.如图所示,质量为m的铜质闭合线圈静置于粗糙水平桌面上。当一个竖直放置的条形磁铁贴近线圈,沿线圈中线由左至右从线圈正上方等高、匀速经过时,线圈始终保持不动。则关于线圈在此过程中受到的支持力FN和摩擦力Ff的情况,以下判断正确的是()A.FN先大于mg,后小于mgB.FN一直大于mgC.Ff先向左,后向右D.线圈中的电流方向始终不变答案:A解析:根据楞次定律,线圈产生的感应电流总是阻碍它们的相对运动。当磁铁靠近线圈时,由于相互作用,二者会相互排斥,线圈会受到向左的摩擦力,且受到桌面的支持力大于重力;同理,磁铁远离线圈时,二者会相互吸引,线圈仍然受到向左的摩擦力,但桌面对它的支持力小于重力。综上所述,选项A正确,B、C错误。当磁铁靠近线圈时,穿过线圈的磁通量向下增加,根据楞次定律,线圈中产生的感应电流的方向从上向下看是逆时针方向;同理,当磁铁远离线圈时,穿过线圈的磁通量向下减小,线圈中产生的感应电流的方向从上向下看是顺时针方向,D错误。4.(2019·北京海淀区月考)如图所示,水平面内有一平行金属导轨,导轨光滑且电阻不计。匀强磁场与导轨平面垂直。阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置,且与导轨接触良好。t=0时,将开关S由1掷到2。q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和棒的加速度。下列图像正确的是()答案:D解析:当开关S由1掷到2时,电容器开始放电,此时电流最大,棒受到的安培力最大,加速度最大;此后棒开始运动,产生感应电动势,棒相当于电源,利用右手定则可判断棒上端为正极,下端为负极,与电容器的极性相同;随着速度增大,感应电动势增大,电路中的电流逐渐减小,当电容器极板电压与棒两端电动势相等时,电容器不再放电,电路电流等于零,棒做匀速运动,加速度减为零,所以选项B、C错误,D正确。因电容器最终两极板间有稳定电压,q=CU不等于零,所以选项A错误。5.在如图甲所示的电路中,螺线管匝数n=1500,横截面积S=20cm2。螺线管导线电阻r=1.0Ω,R1=4.0Ω,R2=5.0Ω,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。则下列说法正确的是()A.螺线管中产生的感应电动势为1VB.闭合S,电路中的电流稳定后,电阻R1的电功率为1.4×10-2WC.电路中的电流稳定后电容器下极板带正电D.S断开后,流经R2的电荷量为1.8×10-5C答案:CD解析:E=nΔBSΔt=1500×0.4×20×10-4V=1.2V,故A错误;I=ER1+R2+r=1.24.0+5.0+1.0A=0.12A,R1的电功率为P1=I2·R1=0.122×4W=5.76×10-2W,故B错误;由楞次定律可知C正确;电容器的电荷量q=CUR2=C·IR2=30×6.如图所示,一导线弯成闭合线圈,以速度v向左匀速进入磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直平面向外,线圈总电阻为R。从线圈进入磁场开始到完全进入磁场为止,下列结论正确的是()A.感应电流一直沿顺时针方向B.线圈受到的安培力先增大,后减小C.感应电动势的最大值E=BrvD.穿过线圈某个横截面的电荷量为B答案:AB解析:在闭合线圈进入磁场的过程中,通过闭合线圈的磁通量逐渐增大,根据楞次定律可知感应电流的方向一直为顺时针方向,A正确;线圈切割磁感线的有效长度先变大后变小,感应电流先变大后变小,安培力也先变大后变小,B正确;线圈切割磁感线的有效长度的最大值为2r,感应电动势最大为E=2Brv,C错误;穿过线圈某个横截面的电荷量为q=IΔt=ΔΦ7.如图甲所示,abcd是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框,金属线框的质量为m,电阻为R。在金属线框的下方有一匀强磁场区域,MN和PQ是匀强磁场区域的水平边界,并与线框的bc边平行,磁场方向垂直于线框平面向里。现使金属线框从MN上方某一高度处由静止开始下落,图乙是金属线框由开始下落到完全穿出匀强磁场区域瞬间的v-t图像。图像中的物理量均为已知量。重力加速度为g,不计空气阻力。下列说法正确的是()A.金属线框刚进入磁场时感应电流沿adcba方向B.金属线框的边长为v1(t2-t1)C.磁场的磁感应强度为1D.金属线框在0~t4的时间内所产生的热量为mgv1(t2-t1)+12m(v答案:BC解析:金属线框刚进入磁场时由右手定则可知感应电流方向沿abcda方向,故A错误;由题图可知线框刚进入磁场时做匀速运动,直到完全进入,运动位移等于金属线框的边长,即金属线框的边长为l=v1(t2-t1),故B正确;线框匀速运动,则mg=l2B2v1R,解得B=1v1(t2-t1)mgRv1,故C正确;由能量守恒可知金属线框在0~t二、计算题(本题共3小题,共51分)8.(16分)如图所示,粗糙斜面的倾角θ=37°,半径r=0.5m的圆形区域内存在着垂直于斜面向下的匀强磁场。一个匝数n=10的刚性正方形线框abcd通过松弛的柔软导线与一个额定功率P=1.25W的小灯泡L相连,圆形磁场的一条直径恰好过线框bc边。已知线框质量m=2kg,总电阻R0=1.25Ω,边长l>2r,与斜面间的动摩擦因数μ=0.5。从t=0时起,磁场的磁感应强度按B=2-2πt(T)的规律变化。开始时线框静止在斜面上,在线框运动前,灯泡始终正常发光。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.(1)线框不动时,回路中的感应电动势E;(2)小灯泡正常发光时的电阻R;(3)线框保持不动的时间内,小灯泡产生的热量Q。答案:(1)2.5V(2)1.25Ω(3)3.14J解析:(1)由法拉第电磁感应定律有E=nΔΦΔt=nΔBΔt×12πr2=10×2(2)小灯泡正常发光,有P=I2R由闭合电路欧姆定律有E=I(R0+R)即P=ER代入数据解得R=1.25Ω。(3)当线框恰好要运动时,设磁场的磁感应强度大小为B',对线框bc边在磁场中的部分受力分析。安培力F安=nB'I×2r=nB'ER0+由共点力的平衡条件有mgsinθ=F安+Ff=2nB'r·ER0+R+解得线框刚要运动时,磁场的磁感应强度大小B'=0.4T得线框在斜面上可保持静止的时间t=4π小灯泡产生的热量Q=Pt=1.25×4π5J≈39.(17分)如图甲所示,在水平面内的直角坐标系的第一象限有磁场分布,方向垂直于水平面向下,磁感应强度沿y轴方向没有变化,沿x轴方向B与x成反比,如图乙所示。顶角θ=45°的光滑金属长导轨MON固定在水平面内,ON与x轴重合,一根与ON垂直的长导体棒在水平向右的外力作用下沿导轨向右滑动,导体棒在滑动过程中始终与导轨接触,且与x轴垂直。已知t=0时,导体棒位于顶点O处,导体棒的质量为m=1kg,回路接触点总电阻恒为R=0.5Ω,其余电阻不计。回路电流I与时间t的关系如图丙所示,图线是过原点的直线。求:(1)t=2s时回路的电动势E;(2)0~2s时间内流过回路的电荷量q和导体棒的位移x1;(3)导体棒滑动过程中水平外力F的瞬时功率P(单位:W)与横坐标x(单位:m)的关系式。答案:(1)2V(2)4C2m(3)P=4x+2x解析:(1)根据I-t图像可知,I=k1t(k1=2A/s)则当t=2s时,回路电流I1=4A根据闭合电路欧姆定律可得E=I1R=2V。(2)流过回路的电荷量q=It由I-t图像可知,0~2s内的平均电流I=2A,得q=4C由欧姆定律得I=BlvR,l=x根据B-x图像可知,B=k2x(k2=1T联立解得v=k1Rk2t(k1=2A由于k1Rk2=1m/s2,再根据v=v0+at则导体棒做匀加速直线运动所以0~2s时间内导体棒的位移x1=12at2=(3)导体棒受到的安培力F安=BIl根据牛顿第二定律有F-F安=ma又2ax=v2P=Fv解得P=B2x2vR10.(18分)间距为l的两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成,如图所示,倾角为θ的导轨处于大小为B1、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间Ⅰ中,水平导轨上的无磁场区间静止放置一质量为3m的“联动双杆”(由两根长为l的金属杆cd和ef,用长度为l'的刚性绝缘杆连接而成),在“联动双杆”右侧存在大小为B2、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间Ⅱ,其长度大于l',质量为m、长为l的金属杆ab,从倾斜导轨上端释放,达到匀速后进入水平导轨(无能量损失),杆ab与“联动双杆”发生碰撞后杆ab和cd合在一起形成“联动三杆”,“联动三杆”继续沿水平导轨进入磁场区间Ⅱ并从中滑出,运动过程中,杆ab、cd和ef与导轨始终接触良好,且保持与导轨垂直。已知杆ab、cd和ef电阻均为R=0.02Ω,m=0.1kg,l=0.5m,l'=0.3m,θ=30°,B1=0.1T,B2=0.2T,g取10m/s2,不计摩擦阻力和导轨电阻,忽略磁场边界效应。求:(1)杆ab在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小v0;(2)“联动三杆”进入磁场区间Ⅱ前的速度大小v;(3)“联动三杆”滑过磁场区间Ⅱ过程中产生的焦耳热Q。答案:(1)6m/s(2)1.5m/s(3)0.25J解析:(1)对杆ab受力分