【创新设计】高中物理教科版选修3-2-章末检测-第一章1

章末检测1(时间：90分钟满分：100分)一、单项选择题(本大题共6小题，每小题5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求，选对的得5分，选错或不答的得0分)1．目前金属探测器已经广泛应用于各种安检、高考及一些重要场所，关于金属探测器的下列有关论述正确的是()A．金属探测器可用于月饼生产中，用来防止细小的金属颗粒混入月饼馅中B．金属探测器能挂念医生探测儿童吞食或扎到手脚中的金属物，是由于探测器的线圈中能产生涡流C．使用金属探测器的时候，应当让探测器静止不动，探测效果会更好D．能利用金属探测器检测考生是否携带手机等违禁物品，是由于探测器的线圈中通有直流电答案A解析金属探测器是通过其通有沟通电的探测线圈，会在隐蔽金属中激起涡流，反射回探测线圈，从而转变原沟通电的大小和相位，从而起到探测作用，B、D项错；当探测器对于被测金属发生相对移动时，探测器中的线圈的沟通电产生的磁场相对变化较快，在金属中产生的涡流会更强，检测效果更好，故C选项错，正确选项为A.2．如图所示，四根等长的铝管和铁管(其中C中铝管不闭合，其他两根铝管和铁管均闭合)竖直放置在同一竖直平面内，分别将磁铁和铁块沿管的中心轴线从管的上端由静止释放，忽视空气阻力，则下列关于磁铁和铁块穿过管的运动时间的说法正确的是()A．tA>tB＝tC＝tDB．tC＝tA＝tB＝tDC．tC>tA＝tB＝tDD．tC＝tA>tB＝tD答案A解析A中闭合铝管不会被磁铁磁化，但当磁铁穿过铝管的过程中，铝管可看成很多圈水平放置的铝圈，据楞次定律知，铝圈将发生电磁感应现象，阻碍磁铁的相对运动；因C中铝管不闭合，所以磁铁穿过铝管的过程不发生电磁感应现象，磁铁做自由落体运动；铁块在B中铝管和D中铁管中均做自由落体运动，所以磁铁和铁块在管中运动时间满足tA>tB＝tC＝tD，A正确．3.图1如图1所示，用两根相同的导线绕成匝数分别为n1和n2的圆形闭合线圈A和B，两线圈所在平面与匀强磁场垂直．当磁感应强度随时间均匀变化时，两线圈中的感应电流之比IA∶IB为()A.eq\f(n1,n2)B.eq\f(n2,n1)C.eq\f(neq\o\al(2,1),neq\o\al(2,2))D.eq\f(neq\o\al(2,2),neq\o\al(2,1))答案B解析本题考查法拉第电磁感应定律，意在考查同学对法拉第电磁感应定律的理解和应用力量．依题意知线圈A和B的长度、横截面积和材料(电阻率)都相同，所以电阻相同，由LA＝n12πr1＝LB＝n22πr2得eq\f(r1,r2)＝eq\f(n2,n1)，两线圈中的感应电流之比等于两线圈感应电动势之比：eq\f(IA,IB)＝eq\f(E1,E2)＝eq\f(n1SA,n2SB)＝eq\f(n1πreq\o\al(2,1),n2πreq\o\al(2,2))＝eq\f(n2,n1)，所以B正确．4.图2如图2所示，一个闭合三角形导线框ABC位于竖直平面内，其下方(略靠前)固定一根与导线框平面平行的水平直导线，导线中通以图示方向的恒定电流．释放导线框，它由实线位置下落到虚线位置未发生转动，在此过程中()A．导线框中感应电流的方向依次为ACBA→ABCA→ACBAB．导线框的磁通量为零时，感应电流也为零C．导线框所受安培力的合力方向依次为向上→向下→向上D．导线框所受安培力的合力为零，做自由落体运动答案A解析本题考查楞次定律的相关学问，意在考查同学对楞次定律的理解．依据右手螺旋定则可知导线上方的磁场方向垂直于纸面对外，下方的磁场方向垂直于纸面对里，而且越靠近导线磁场越强．所以闭合导线框ABC在下降过程中，导线框内垂直于纸面对外的磁通量先增大，当增大到BC边与导线重合时，达到最大，再向下运动，导线框内垂直于纸面对外的磁通量渐渐减小至零，然后随导线框的下降，导线框内垂直于纸面对里的磁通量增大，当增大到A点与导线重合时，达到最大，连续下降时由于导线框渐渐远离导线，使导线框内垂直于纸面对里的磁通量再渐渐减小，所以依据楞次定律可知，感应电流的磁场总是阻碍内部磁通量的变化，所以感应电流的磁场先向内，再向外，最终向内，所以导线框中感应电流的方向依次为ACBA→ABCA→ACBA，A正确；当导线框内的磁通量为零时，内部的磁通量仍旧在变化，有感应电动势产生，所以感应电流不为零、B错误；依据对楞次定律的理解，感应电流的效果总是阻碍导体间的相对运动，由于导线框始终向下运动，所以导线框所受安培力的合力方向始终向上，不为零．C、D错误．5.图3如图3所示，abcd是一个质量为m，边长为L的正方形金属线框．如从图示位置自由下落，在下落h后进入磁感应强度为B的磁场，恰好做匀速直线运动，该磁场的宽度也为L.在这个磁场的正下方h＋L处还有一个未知磁场，金属线框abcd在穿过这个磁场时也恰好做匀速直线运动，那么下列说法正确的是()A．未知磁场的磁感应强度是2BB．未知磁场的磁感应强度是eq\r(2)BC．线框在穿过这两个磁场的过程中产生的电能为4mgLD．线框在穿过这两个磁场的过程中产生的电能为2mgL答案C解析设线圈刚进入第一个磁场时速度大小为v1，那么mgh＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)，v1＝eq\r(2gh).设线圈刚进入其次个磁场时速度大小为v2，那么veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1)＝2gh，v2＝eq\r(2)v1，依据题意还可得到，mg＝eq\f(B2L2v1,R)，mg＝eq\f(Beq\o\al(2,x)L2v2,R)整理可得出Bx＝eq\r(\f(\r(2),2))B，A、B两项均错；穿过两个磁场时都做匀速运动，把削减的重力势能都转化为电能，所以在穿过这两个磁场的过程中产生的电能为4mgL，C项正确、D项错．6．如图4所示，有一个等腰直角三角形的匀强磁场区域其直角边长为L，磁场方向垂直纸面对外，磁感应强度大小为B.边长为L、总电阻为R的正方形导线框abcd，从图示位置开头沿x轴正方向以速度v匀速穿过磁场区域．取沿a→b→c→d→a的感应电流为正，则表示线框中电流i随bc边的位置坐标x变化的图像正确的是()图4答案C解析据题意，由楞次定律得：正方形线框进入三角形磁场时，穿过线框的磁通量渐渐增加，线框中产生顺时针电流，为正方向，D选项可以排解；正方形线框离开三角形磁场时，穿过线框的磁通量削减，线框中的电流逆时针，为负方向，A选项可以排解；由于线框切割磁感线的有效长度为L＝vt·tan45°＝vt，则线框产生的感应电动势为E＝B·vt·v＝Bv2t，而感应电流为I＝Bv2t/R，所以感应电流随着时间增加而增加，只有C选项正确．二、多项选择题(本大题共4小题，每小题6分，共24分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)7．自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的，很多物理学家为查找它们之间的联系做出了贡献．下列说法正确的是()A．奥斯特发觉了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间的联系B．欧姆发觉了欧姆定律，说明白热现象和电现象之间存在联系C．法拉第发觉了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系D．焦耳发觉了电流的热效应，定量给出了电能和热能之间的转换关系答案ACD解析奥斯特发觉了电流的磁效应，揭示了电与磁之间的联系；法拉第发觉了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系；焦耳发觉了电流的热效应，定量给出了电能和热能之间的转换关系．故A、C、D正确．8.图5如图5所示，P、Q是两个完全相同的灯泡，L是直流电阻为零的纯电感，且自感系数L很大．C是电容较大且不漏电的电容器，下列推断正确的是()A．S闭合时，P灯亮后渐渐熄灭，Q灯渐渐变亮B．S闭合时，P灯、Q灯同时亮，然后P灯变暗，Q灯变得更亮C．S闭合，电路稳定后，S断开时，P灯突然亮一下，然后熄灭，Q灯马上熄灭D．S闭合，电路稳定后，S断开时，P灯突然亮一下，然后熄灭，Q灯渐渐熄灭答案AD解析当S闭合时，通过自感线圈的电流渐渐增大而产生自感电动势，L相当于断路，电容C较大，相当于短路，当电流稳定时，L相当于短路，电容C相当于断路，故P灯先亮后灭，Q灯渐渐变亮；当S断开时，灯泡P与自感线圈L组成了闭合回路，灯泡P中的电流先增大后减小至零，故闪亮一下熄灭，电容器与灯泡Q组成闭合回路，电容器放电，故灯泡Q渐渐熄灭，选项A、D正确．9．如图6所示，磁场垂直于纸面，磁感应强度在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布．一铜制圆环用丝线悬挂于O点，将圆环拉至位置a后无初速释放，在圆环从a摆向b的过程中()图6A．感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针B．感应电流方向始终是逆时针C．安培力方向始终与速度方向相反D．安培力方向始终沿水平方向答案AD解析圆环从位置a运动到磁场分界线前，磁通量向里增大，感应电流为逆时针；跨越分界线过程中，磁通量由向里最大变为向外最大，感应电流为顺时针；再摆到b的过程中，磁通量向外减小，感应电流为逆时针，所以A项正确、B错误；由于圆环所在处的磁场，上下对称，所受安培力竖直方向平衡，因此总的安培力沿水平方向，故C错D正确．10.图7某同学在学习了法拉第电磁感应定律之后，自己制作了一个手动手电筒，如图7是手电筒的简洁结构示意图，左右两端是两块完全相同的条形磁铁，中间是一根绝缘直杆，由绝缘细铜丝绕制的多匝环形线圈只可在直杆上自由滑动，线圈两端接一灯泡，晃动手电筒时线圈也来回匀速滑动，灯泡就会发光，其中O点是两磁极连线的中点，a、b两点关于O点对称，则下列说法中正确的是()A．线圈经过O点时穿过的磁通量最小B．线圈经过O点时受到的磁场力最大C．线圈沿不同方向经过b点时所受的磁场力方向相反D．线圈沿同一方向经过a、b两点时其中的电流方向相同答案AC解析画出磁铁间的磁场分布图可知，靠近两极处的磁感应强度最大，O点处磁感应强度最小，故线圈经过O点时穿过的磁通量最小，其所受磁场力也最小，故A项正确，B项错误；线圈沿不同方向经过b点时感应电流方向相反，其所受的磁场力方向也相反，C项正确；线圈沿同一方向经过a、b两点时磁场方向相同，但其变化的方向相反，故电流方向相反，D错误．三、填空题(本题共10分)11．(5分)半径为r、电阻为R的n匝圆形线圈在边长为l的正方形abcd之外，匀强磁场布满并垂直穿过该正方形区域，如图8甲所示．当磁场随时间的变化规律如图乙所示时，则穿过圆形线圈磁通量的变化率为________，t0时刻线圈产生的感应电流为________．图8答案eq\f(B0,t0)l2neq\f(B0l2,t0R)解析磁通量的变化率为eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB,Δt)S＝eq\f(B0,t0)l2；依据法拉第电磁感应定律得线圈中的感应电动势E＝neq\f(ΔB,Δt)S＝neq\f(B0,t0)l2，再依据闭合电路欧姆定律得感应电流I＝neq\f(ΔΦ,ΔtR)＝neq\f(B0l2,t0R).12．(5分)如图9所示为“争辩电磁感应现象”的试验装置．图9(1)将图中所缺的导线补接完整；(2)假如在闭合电键时发觉灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上电键后可能消灭的状况有：A．将原线圈快速插入副线圈时，灵敏电流计指针将________．B．原线圈插入副线圈后，将滑动为阻器触头快速向左拉时，灵敏电流计指针________．答案(1)见解析图(2)向右偏转一下向左偏转一下解析(1)见下图(2)依照楞次定律及灵敏电流计的指针偏转方向与流过它的电流方向的关系来判定，则A.向右偏转一下；B.向左偏转一下．四、解答题(本题共4小题，共36分．解答应写出必要的文字说明、只写出最终答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必需明确写出数值和单位)13.图10(8分)如图10所示，在光滑水平面上有一长为L1、宽为L2的单匝矩形闭合导线框abcd，处于磁感应强度为B的有界磁场中，其ab边与磁场的边界重合．线框由粗细均匀的同种导线制成，总电阻为R.现用垂直于线框ab边的水平拉力，将线框以速度v向右沿水平方向匀速拉出磁场，此过程中保持线框平面与磁感线垂直，且ab边与磁场边界平行．求线框被拉出磁场的过程中：(1)通过线框的电流；(2)线框中产生的焦耳热；(3)线框中a、b两点间的电压大小．答案(1)eq\f(BL2v,R)(2)eq\f(B2L1Leq\o\al(2,2)v,R)(3)eq\f(BLeq\o\al(2,2)v,2（L1＋L2）)解析(1)线框产生的感应电动势E＝BL2v通过线框的电流I＝E/R＝eq\f(BL2v,R)(2)线框被拉出磁场所需时间t＝L1/v此过程中线框中产生的焦耳热Q＝I2Rt＝eq\f(B2L1Leq\o\al(2,2)v,R)(3)线框ab边的电阻Rab＝eq\f(L2,2（L1＋L2）)R线框中a、b两点间电压的大小U＝IRab＝eq\f(BLeq\o\al(2,2)v,2（L1＋L2）)14．(8分)(2022·扬州高二第一学期期末调研)如图11所示，一正方形线圈从某一高度自由下落，恰好匀速进入其下方的匀强磁场区域．已知正方形线圈质量为m，边长为L，电阻为R，匀强磁场的磁感应强度为B，高度为2L，求：(1)线圈进入磁场时回路产生的感应电流I1的大小和方向；(2)线圈离开磁场过程中通过横截面的电荷量q；(3)线圈下边缘刚离开磁场时线圈的速度v的大小．图11答案见解析解析(1)线圈进入磁场时匀速，有mg＝F安且F安＝BI1L所以I1＝eq\f(mg,BL)方向：逆时针(2)在线圈离开磁场的过程中：q＝I·Δt又I＝eq\f(E,R)＝eq\f(Δφ,\f(Δt,R))所以：q＝eq\f(Δφ,R)＝eq\f(BL2,R)(3)线圈刚进入磁场时：E1＝BLv0而：I1＝eq\f(E1,R)所以，线圈刚进入磁场时的速度v0＝eq\f(mgR,B2L2)从线圈完全进入磁场到线圈下边缘刚离开磁场的过程中，线圈做匀加速运动所以：v2－veq\o\al(2,0)＝2gL所以：v＝eq\r(\f(m2g2R2,B4L4)＋2gL)15.图12(10分)(2022·北京通州高二第一学期期末)如图12所示，质量m1＝0.1kg，电阻R1＝0.3Ω，长度L＝0.4m的导体棒ab横放在U型金属框架上．框架质量m2＝0.2kg，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，相距0.4m的MM′、NN′相互平行，电阻不计且足够长．电阻R2＝0.1Ω的MN垂直于MM′.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.5T．垂直于ab棒施加F＝2N的水平恒力，ab棒从静止开头无摩擦地运动，始终与MM′、NN′保持良好接触，当ab棒运动到某处时，框架开头运动．设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2.(1)求框架开头运动时ab速度v的大小；(2)从ab开头运动到框架开头运动的过程中，MN上产生的热量Q＝0.1J，求该过程ab位移x的大小．答案(1)6m/s(2)1.1m解析(1)ab对框架的压力F1＝m1g框架受水平面的支持力FN＝m2g＋F1依题意，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则框架受到最大静摩擦力F2＝μFN，ab中的感应电动势E＝BLvMN中电流I＝eq\f(E,R1＋R2)MN受到的安培力F安＝BIL框架开头运动时F安＝F2由上述各式代入数据解得v＝6m/s(2)闭合回路中产生的总热量Q总＝eq\f(R1＋R2,R2)Q由能量守