高中物理人教版選修3-2課后訓(xùn)練：第4章專題word版含解析

第四章專題一、選擇題1．(多選)[2015·湖北重點(diǎn)中學(xué)高二聯(lián)考]如圖所示，正方形線框的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，電容器的電容為C。正方形線框的一半放在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。當(dāng)磁場(chǎng)以k的變化率均勻增強(qiáng)時(shí)，則()A．電壓表沒(méi)有讀數(shù)B．電壓表的讀數(shù)為eq\f(kL2,2)C．a(chǎn)點(diǎn)的電勢(shì)高于b點(diǎn)的電勢(shì)D．電容器的電荷量為eq\f(CkL2,2)答案AD解析磁場(chǎng)以k的變化率均勻增強(qiáng)，產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于電路中接有電容器，電路中沒(méi)有電流，電壓表沒(méi)有讀數(shù)，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。由楞次定律可判斷出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，a點(diǎn)的電勢(shì)低于b點(diǎn)的電勢(shì)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。由法拉第電磁感應(yīng)定律，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝eq\f(kL2,2)。由C＝eq\f(Q,E)得電容器的電荷量為Q＝eq\f(CkL2,2)，選項(xiàng)D正確。2．(多選)如圖所示是圓盤(pán)發(fā)電機(jī)的示意圖：銅盤(pán)安裝在水平的銅軸上，它的邊緣正好在兩磁極之間，兩塊銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動(dòng)軸和銅盤(pán)的邊緣接觸。若銅盤(pán)半徑為L(zhǎng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，回路的總電阻為R，從左往右看，銅盤(pán)以角速度ω沿順時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)。則()A．由于穿過(guò)銅盤(pán)的磁通量不變，故回路中無(wú)感應(yīng)電流B．回路中感應(yīng)電流大小不變，為eq\f(BL2ω,2R)C．回路中感應(yīng)電流方向不變，為C→D→R→CD．回路中有周期性變化的感應(yīng)電流答案BC解析銅盤(pán)以角速度ω沿順時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，銅盤(pán)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，回路中有感應(yīng)電流，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；回路中感應(yīng)電流I＝eq\f(E,R)＝eq\f(BL2ω,2R)，由右手定則可判斷出感應(yīng)電流方向?yàn)镃→D→R→C，選項(xiàng)B、C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3．如圖所示，虛線上方空間有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，直角扇形導(dǎo)線框繞垂直于紙面的軸O以角速度ω勻速逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)線框中感應(yīng)電流的方向以逆時(shí)針為正，線框處于圖示位置時(shí)為時(shí)間零點(diǎn)，那么，下列圖中能正確表示線框轉(zhuǎn)動(dòng)一周感應(yīng)電流變化情況的是()答案A解析先經(jīng)過(guò)eq\f(1,4)T才進(jìn)入磁場(chǎng)，并無(wú)電流，排除C、D選項(xiàng)；再經(jīng)過(guò)eq\f(1,4)T，由楞次定律知，垂直紙面向里的磁通量增加，感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍疑刃蔚陌霃竭吳懈畲鸥芯€速率恒定，產(chǎn)生恒定的電流，排除B選項(xiàng)，A選項(xiàng)正確。4．如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線框，從圖示位置開(kāi)始沿光滑斜面向下滑動(dòng)，中途穿越垂直紙面向里、有理想邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域。磁場(chǎng)的寬度大于L，以i表示導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流，從線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)開(kāi)始計(jì)時(shí)，取逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏髡较?，以下i－t關(guān)系圖象，可能正確的是()答案B解析邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線框，從圖示位置開(kāi)始沿光滑斜面向下滑動(dòng)，若進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受安培力與重力沿斜面方向的分力平衡，則線框做勻速直線運(yùn)動(dòng)，感應(yīng)電流為一恒定值；完全進(jìn)入后磁通量不變，感應(yīng)電流為零，線框做勻加速直線運(yùn)動(dòng)；從磁場(chǎng)中出來(lái)時(shí)，感應(yīng)電流方向相反，所受安培力大于重力沿斜面方向的分力，線框做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)，感應(yīng)電流減小。選項(xiàng)B正確。5．如圖所示，線圈M和線圈P繞在同一鐵芯上。設(shè)兩個(gè)線圈中的電流方向與圖中所標(biāo)的電流方向相同時(shí)為正。當(dāng)M中通入圖中哪種電流時(shí)，在線圈P中能產(chǎn)生正方向的恒定感應(yīng)電流()答案D解析由楞次定律結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律可知當(dāng)M中通入正向均勻增大電流時(shí)，P中產(chǎn)生反方向的恒定電流；當(dāng)M中通入正向恒定電流時(shí)，P中不產(chǎn)生電流；當(dāng)M中通入正向按正弦規(guī)律變化的電流時(shí)，P中產(chǎn)生按余弦規(guī)律變化的電流；當(dāng)M中通入正向均勻減小的電流時(shí)，P中產(chǎn)生正向的恒定電流，選項(xiàng)D正確。6．如圖所示，空間某區(qū)域中有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平，且垂直于紙面向里，磁場(chǎng)上邊界b和下邊界d水平。在豎直面內(nèi)有一矩形金屬線圈，線圈上下邊的距離很短，下邊水平。線圈從水平面a開(kāi)始下落。已知磁場(chǎng)上、下邊界之間的距離大于水平面a、b之間的距離。若線圈下邊剛通過(guò)水平面b、c(位于磁場(chǎng)中)和d時(shí)，線圈所受到的磁場(chǎng)力的大小分別為Fb、Fc和Fd，則()A．Fd＞Fc＞Fb B．Fc＜Fd＜FbC．Fc＞Fb＞Fd D．Fc＜Fb＜Fd答案D解析線圈從a到b做自由落體運(yùn)動(dòng)，在b處開(kāi)始進(jìn)入磁場(chǎng)切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，受到安培力作用，由于線圈的上下邊的距離很短，所以經(jīng)歷很短的變速運(yùn)動(dòng)而完全進(jìn)入磁場(chǎng)，在c處線圈中磁通量不變不產(chǎn)生感應(yīng)電流，不受安培力作用，但線圈在重力作用下依然加速，因此線圈在d處離開(kāi)磁場(chǎng)切割磁感線時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流較大，故該處所受安培力必然大于b處。綜合分析可知，選項(xiàng)D正確。7．如圖所示，在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一U形導(dǎo)線框abcd，線框處于水平面內(nèi)，磁場(chǎng)與線框平面垂直，R為一電阻，ef為垂直于ab的一根導(dǎo)體桿，它可在ab、cd上無(wú)摩擦地滑動(dòng)。桿ef及線框中導(dǎo)線的電阻都可不計(jì)。開(kāi)始時(shí)，給ef一個(gè)向右的初速度，則()A．ef將減速向右運(yùn)動(dòng)，但不是勻減速B．ef將勻減速向右運(yùn)動(dòng)，最后停止C．ef將勻速向右運(yùn)動(dòng)D．ef將往返運(yùn)動(dòng)答案A解析ef向右運(yùn)動(dòng)，切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，會(huì)受到向左的安培力而做減速運(yùn)動(dòng)，直到停止，但不是勻減速，由F＝BIl＝eq\f(B2l2v,R)＝ma知，ef做的是加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)。故A正確。8．如圖所示，質(zhì)量為m的金屬環(huán)用線懸掛起來(lái)，金屬環(huán)有一半處于水平且與環(huán)面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，從某時(shí)刻開(kāi)始，磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小，則在磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小的過(guò)程中，關(guān)于線拉力大小，下列說(shuō)法中正確的是()A．大于環(huán)重力mg，并逐漸減小B．始終等于環(huán)重力mgC．小于環(huán)重力mg，并保持恒定D．大于環(huán)重力mg，并保持恒定答案A解析由楞次定律可判斷感應(yīng)電流為順時(shí)針?lè)较颍儆勺笫侄▌t可知，環(huán)受到的安培力豎直向下，由平衡條件可知，繩上的拉力T＝F＋mg>mg，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不變，感應(yīng)電流不變，所以當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時(shí)，安培力F＝BIL(L為環(huán)的直徑，是定值)逐漸減小，繩上的拉力逐漸減小，選項(xiàng)A正確。9．[2015·福建高考]如圖，由某種粗細(xì)均勻的總電阻為3R的金屬條制成的矩形線框abcd，固定在水平面內(nèi)且處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中。一接入電路電阻為R的導(dǎo)體棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v勻速滑動(dòng)，滑動(dòng)過(guò)程PQ始終與ab垂直，且與線框接觸良好，不計(jì)摩擦。在PQ從靠近ad處向bc滑動(dòng)的過(guò)程中()A．PQ中電流先增大后減小B．PQ兩端電壓先減小后增大C．PQ上拉力的功率先減小后增大D．線框消耗的電功率先減小后增大答案C解析導(dǎo)體棒產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E＝BLv，其等效電路如圖所示，總電阻為R總＝R＋eq\f(R1R2,R1＋R2)＝R＋eq\f(R13R－R1,3R)，在PQ從靠近ad處向bc滑動(dòng)的過(guò)程中，總電阻先增大后減小，總電流先減小后增大，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤；PQ兩端電壓為路端電壓U＝E－IR，即先增大后減小，所以B項(xiàng)錯(cuò)誤；拉力的功率等于克服安培力做功的功率，有P安＝IE，先減小后增大，所以C項(xiàng)正確；根據(jù)功率曲線可知當(dāng)外電阻eq\f(R1R2,R1＋R2)＝R時(shí)輸出功率最大，而外電阻先由小于R開(kāi)始增加到eq\f(3,2)R，再減小到小于R的某值，所以線框消耗的功率先增大后減小，又再增大再減小，所以D項(xiàng)錯(cuò)誤。二、非選擇題10．如圖所示，兩根相距L、平行放置的光滑導(dǎo)電軌道，與水平面的夾角均為α，軌道間有電阻R，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一根質(zhì)量為m、電阻為r的金屬桿ab，由靜止開(kāi)始沿導(dǎo)電軌道下滑。設(shè)下滑過(guò)程中桿ab始終與軌道保持垂直，且接觸良好，導(dǎo)電軌道足夠長(zhǎng)，且電阻不計(jì)。(1)桿ab將做什么運(yùn)動(dòng)？(2)若開(kāi)始時(shí)就給桿ab沿軌道向下的拉力F，使其由靜止開(kāi)始向下做加速度為a的勻加速運(yùn)動(dòng)(a＞gsinα)，求拉力F與時(shí)間t的關(guān)系式。答案(1)ab先做加速度變小的加速運(yùn)動(dòng)，最終做勻速運(yùn)動(dòng)(2)F＝m(a－gsinα)＋eq\f(B2L2acos2α,R＋r)·t解析(1)金屬桿受力如圖所示：當(dāng)桿向下滑動(dòng)時(shí)，速度越來(lái)越大，安培力F安變大，加速度變小。隨著速度的變大，加速度越來(lái)越小，桿ab做加速度變小的加速運(yùn)動(dòng)，最終加速度變?yōu)榱悖瑮Uab最終做勻速運(yùn)動(dòng)。(2)經(jīng)過(guò)時(shí)間t，桿ab速度v＝at感應(yīng)電流I＝eq\f(BLvcosα,R＋r)由牛頓第二定律F＋mgsinα－BILcosα＝ma解得F＝m(a－gsinα)＋eq\f(B2L2acos2α,R＋r)·t。11．[2014·天津高考]如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角θ＝30°的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，間距L＝0.4m。導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN，Ⅰ中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向下，Ⅱ中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向上，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B＝0.5T。在區(qū)域Ⅰ中，將質(zhì)量m1＝0.1kg，電阻R1＝0.1Ω的金屬條ab放在導(dǎo)軌上，ab剛好不下滑。然后，在區(qū)域Ⅱ中將質(zhì)量m2＝0.4kg，電阻R2＝0.1Ω的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上，由靜止開(kāi)始下滑。cd在滑動(dòng)過(guò)程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場(chǎng)中，ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，取g＝10m/s2。問(wèn)：(1)cd下滑的過(guò)程中，ab中的電流方向；(2)ab剛要向上滑動(dòng)時(shí)，cd的速度v多大；(3)從cd開(kāi)始下滑到ab剛要向上滑動(dòng)的過(guò)程中，cd滑動(dòng)的距離x＝3.8m，此過(guò)程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少。答案(1)由a流向b(2)5m/s(3)1.3J解析(1)由a流向b。(2)開(kāi)始放置ab剛好不下滑時(shí)，ab所受摩擦力為最大靜摩擦力，設(shè)其為Fmax，有Fmax＝m1gsinθ①設(shè)ab剛好要上滑時(shí)，cd棒的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，由法拉第電磁感應(yīng)定律有E＝BLv設(shè)電路中的感應(yīng)電流為