2024版高中同步新教材選擇性必修第二冊人教物理備課資源03-期中學(xué)業(yè)水平檢測

2024版高中同步新教材選擇性必修第二冊人教物理備課資源期中學(xué)業(yè)水平檢測滿分100分,限時90分鐘一、單項選擇題(本大題共8小題,每小題3分,共24分。在每小題給出的四個選項中只有一個符合題目要求)1.下列說法正確的是()A.奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng),法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象B.閉合電路在磁場中做切割磁感線運動,電路中一定會產(chǎn)生感應(yīng)電流C.穿過線圈的磁通量變化越大,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大D.渦流的形成不遵循法拉第電磁感應(yīng)定律2.如圖所示,傾斜導(dǎo)軌寬為L,與水平面成α角,處在方向豎直向上、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,金屬桿ab水平放在導(dǎo)軌上。當(dāng)回路電流為I時,下列有關(guān)金屬桿ab所受安培力F的大小和方向說法正確的是()A.方向垂直ab桿沿斜面向上B.方向垂直ab桿水平向右C.F=BILcosαD.F=BILsinα3.如圖甲所示,某同學(xué)在研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象時,將一線圈兩端與電流傳感器相連,強磁鐵從長玻璃管上端由靜止下落,電流傳感器記錄了強磁鐵穿過線圈過程中電流隨時間變化的圖像,t2時刻電流為0,如圖乙所示。下列說法正確的是()A.在t2時刻,穿過線圈的磁通量的變化率為0B.在t1到t2時間內(nèi),強磁鐵的加速度大于重力加速度C.強磁鐵穿過線圈的過程中,受到線圈的作用力先向上后向下D.在t1到t3的時間內(nèi),強磁鐵重力勢能的減少量等于其動能的增加量4.如圖所示,虛線上方存在垂直紙面的勻強磁場(具體方向未知),磁感應(yīng)強度大小為B,一比荷為k的帶負(fù)電粒子由虛線上的M點沿與虛線夾角為60°的方向垂直磁場射入,經(jīng)過一段時間該粒子經(jīng)過N點(圖中未畫出),速度方向與虛線平行向右,忽略粒子的重力。則下列說法正確的是()A.磁場的方向垂直紙面向外B.粒子由M運動到N的時間為πC.如果N點到虛線的距離為L,則粒子在磁場中做圓周運動的半徑為2LD.如果N點到虛線的距離為L,則粒子射入磁場的速度大小為kBL5.如圖所示,足夠長的光滑導(dǎo)軌固定在水平面內(nèi),導(dǎo)軌間距為L,左側(cè)接有一電動勢為E的電源,空間存在垂直于水平面向下的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B。長度為L、質(zhì)量為m、電阻為R的導(dǎo)體棒靜止放在導(dǎo)軌上,除了導(dǎo)體棒有電阻外,其余電阻忽略不計,導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好,始終垂直于導(dǎo)軌。現(xiàn)在閉合開關(guān),同時對導(dǎo)體棒施加一水平向右的恒力F,下列說法正確的是()A.導(dǎo)體棒受到的安培力一直增大B.導(dǎo)體棒受到的安培力的方向始終不變C.導(dǎo)體棒能夠達(dá)到的最大速度為FRD.導(dǎo)體棒能夠達(dá)到的最大速度為FR6.如圖所示的電路中,A、B、C為三個相同的燈泡,L為直流電阻為零的電感線圈,D為單向?qū)щ姷亩O管(即當(dāng)二極管中電流從“+”流向“-”時電阻很小,當(dāng)電流從“-”流向“+”時電阻無窮大)。若將閉合的開關(guān)S斷開,A、B、C三個燈泡中,會出現(xiàn)緩慢變暗的現(xiàn)象的是()A.僅A燈泡B.僅A和B燈泡C.僅A和C燈泡D.A、B和C三個燈泡7.如圖所示,圓形虛線框內(nèi)有一垂直紙面向里的勻強磁場,Oa、Ob、Oc、Od是以不同速率對準(zhǔn)圓心入射的正電子或電子的運動徑跡,a、b、d三個出射點和圓心的連線分別與豎直方向成90°、60°、45°的夾角,則下列判斷正確的是()A.沿徑跡Oc運動的粒子在磁場中運動時間最短B.沿徑跡Oc、Od運動的粒子均為正電子C.沿徑跡Oa、Ob運動的粒子速率之比為3D.沿徑跡Ob、Od運動的粒子的運動時間之比為9∶88.如圖所示,間距為L、電阻不計的足夠長平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置,導(dǎo)軌左端用一阻值為R的電阻連接,導(dǎo)軌上橫跨一根質(zhì)量為m、有效電阻也為R的金屬棒,金屬棒與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。整個裝置處于豎直向上、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中。現(xiàn)使金屬棒以初速度v沿導(dǎo)軌向右運動,若金屬棒在整個運動過程中通過的電荷量為q,則下列說法正確的是()A.金屬棒在導(dǎo)軌上做勻減速運動B.整個過程中金屬棒在導(dǎo)軌上發(fā)生的位移為qRC.金屬棒運動至最大位移的一半時,速度為12D.整個過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為12mv二、多項選擇題(本大題共4小題,每小題4分,共16分。在每小題給出的四個選項中,有多個選項符合題目要求,全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯或不答的得0分)9.如圖所示,在豎直虛線MN和M'N'之間區(qū)域內(nèi)存在著相互垂直的勻強電場和勻強磁場,一帶電粒子(不計重力)以初速度v0由A點垂直MN進(jìn)入這個區(qū)域,帶電粒子沿直線運動,并從C點離開場區(qū)。如果撤去磁場,該粒子將從B點離開場區(qū);如果撤去電場,該粒子將從D點離開場區(qū)。則下列判斷正確的是()A.該粒子由B、C、D三點離開場區(qū)時的動能相同B.該粒子由A點運動到B、C、D三點的時間均相同C.勻強電場的場強大小E與勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小B之比為EB=vD.若該粒子帶負(fù)電,則電場方向豎直向下,磁場方向垂直于紙面向里10.如圖所示,放置在水平桌面上的單匝正方形線圈在大小為F的水平外力作用下以速度v向右勻速進(jìn)入豎直向上的勻強磁場(圖中虛線為磁場邊界)。第二次在大小為2F的水平外力作用下以3v向右勻速進(jìn)入同一勻強磁場。線圈的邊長為L,電阻為R。下列說法正確的是()A.線圈受到的摩擦力大小為0.5FB.線圈受到的摩擦力大小為0.75FC.磁場的磁感應(yīng)強度大小為FRD.磁場的磁感應(yīng)強度大小為FR11.如圖(a)所示,螺線管內(nèi)有平行于軸線的外加勻強磁場,以圖中箭頭所示方向為其正方向。螺線管與導(dǎo)線框abcd相連,導(dǎo)線框內(nèi)有一小金屬圓環(huán)L,圓環(huán)與導(dǎo)線框在同一平面內(nèi)。當(dāng)螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強度B隨時間按圖(b)所示規(guī)律變化時()A.在t2~t3時間內(nèi),a點的電勢始終比d點的電勢高B.在t3~t4時間內(nèi),L有擴(kuò)張趨勢C.在t1~t2時間內(nèi),L內(nèi)有順時針方向的感應(yīng)電流D.在t2~t3時間內(nèi),L內(nèi)有逆時針方向的感應(yīng)電流12.如圖所示,M、N、P、Q四條光滑的足夠長的金屬導(dǎo)軌平行放置,導(dǎo)軌間距分別為2L和L,兩組導(dǎo)軌間由導(dǎo)線相連,裝置置于水平面內(nèi),導(dǎo)軌間存在豎直向下的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,兩根質(zhì)量均為m、接入電路的電阻均為R的導(dǎo)體棒C、D分別垂直于導(dǎo)軌放置,且均處于靜止?fàn)顟B(tài),不計導(dǎo)體棒外其余部分電阻。t=0時使導(dǎo)體棒C獲得瞬時速度v0向右運動,兩導(dǎo)體棒在運動過程中始終與導(dǎo)軌垂直并與導(dǎo)軌接觸良好,且達(dá)到穩(wěn)定運動時導(dǎo)體棒C未到兩組導(dǎo)軌連接處。則下列說法正確的是()A.t=0時,導(dǎo)體棒D的加速度大小為a=2B.達(dá)到穩(wěn)定運動時,C、D兩棒速度之比為1∶2C.從t=0時至達(dá)到穩(wěn)定運動的過程中,回路產(chǎn)生的內(nèi)能為25mD.從t=0時到達(dá)到穩(wěn)定運動的過程中,通過導(dǎo)體棒的電荷量為m

三、非選擇題(本大題共6小題,共60分)13.(6分)某興趣小組的同學(xué)為了測量如圖甲所示的磁極已知的方形磁鐵磁極表面附近磁場的磁感應(yīng)強度的大小,設(shè)計了如圖乙所示的裝置,圖乙中兩根完全相同的輕彈簧上端固定,下端與金屬棒絕緣連接。已知方形磁鐵的長度遠(yuǎn)大于金屬棒的長度,現(xiàn)進(jìn)行如下操作:a.斷開開關(guān)S,用刻度尺測量出兩根輕彈簧的長度均為l1;b.用刻度尺測量出金屬棒ab的長度為L;c.將方形磁鐵置于金屬棒ab附近,使方形磁鐵在金屬棒ab處的磁場垂直于紙面向里(可視為勻強磁場);d.閉合開關(guān)S,待系統(tǒng)穩(wěn)定后,記錄電流表的示數(shù)為I,用刻度尺測量出兩根輕彈簧的長度均為l2;e.保持方形磁鐵與金屬棒ab的距離不變,在小范圍內(nèi)改變方形磁鐵相對于金屬棒ab的位置,重復(fù)實驗?；卮鹣铝袉栴}:(1)l2l1(選填“>”“=”或“<”);

(2)實驗中(選填“需要”或“不需要”)測量金屬棒ab的質(zhì)量;

(3)已知輕彈簧的勁度系數(shù)為k,則方形磁鐵磁極表面附近磁場的磁感應(yīng)強度B=。(用已知量和測量的物理量表示)

14.(9分)在圖甲中,不通電時電流計指針停在正中央,當(dāng)閉合開關(guān)時,觀察到電流計指針向左偏?，F(xiàn)在按圖乙連接方式將電流計與螺線管B連成一個閉合回路,將螺線管A與電池、滑動變阻器和開關(guān)S串聯(lián)成另一個閉合回路。(1)將開關(guān)S閉合后,將螺線管A插入螺線管B的過程中,螺線管B的端(選填“上”或“下”)為感應(yīng)電動勢的正極;

(2)螺線管A放在B中不動,開關(guān)S突然斷開的瞬間,電流計的指針將(選填“向左”“向右”或“不發(fā)生”)偏轉(zhuǎn);

(3)開關(guān)S處于閉合狀態(tài),螺線管A放在B中不動,滑動變阻器的滑片向右滑動,電流計的指針將(選填“向左”“向右”或“不發(fā)生”)偏轉(zhuǎn)。

15.(8分)艦載作戰(zhàn)飛機沿平直跑道起飛過程分為兩個階段:第一階段是電磁彈射,電磁彈射區(qū)的長度為x1=80m,彈射原理如圖所示,飛機固定在滑桿上,儲能裝置通過導(dǎo)軌和滑桿放電,產(chǎn)生強電流恒為I=4000A,導(dǎo)軌激發(fā)的磁場在兩導(dǎo)軌間近似為豎直方向的勻強磁場且B=10T,在磁場力和飛機發(fā)動機推力作用下,滑桿和飛機從靜止開始向右加速,在導(dǎo)軌末端飛機與滑桿脫離,導(dǎo)軌間距為L=3m;第二階段在飛機發(fā)動機推力的作用下勻加速直線運動達(dá)到起飛速度。已知飛機離艦起飛速度為v=100m/s,航空母艦的跑道總長為x2=180m,艦載機總質(zhì)量為m=3.0×104kg,起飛過程中發(fā)動機的推力恒定,彈射過程中及飛機發(fā)動機推力下的加速過程,艦載機所受阻力恒為飛機發(fā)動機推力的20%,求:(1)滑桿受到的安培力大小;(2)電磁彈射過程電磁推力做的功;(3)飛機發(fā)動機推力的大小。16.(10分)如圖所示,兩間距為d的平行光滑導(dǎo)軌由固定在同一水平面上的導(dǎo)軌CD-C'D'和豎直平面內(nèi)半徑為r的14圓弧導(dǎo)軌AC-A'C'組成,水平導(dǎo)軌與圓弧導(dǎo)軌相切,左端接一阻值為R的電阻,不計導(dǎo)軌電阻;水平導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中,其他地方無磁場。導(dǎo)體棒甲靜止于CC'處,導(dǎo)體棒乙從AA'處由靜止釋放,沿圓弧導(dǎo)軌運動,與導(dǎo)體棒甲相碰后粘在一起,向左滑行一段距離后停下。已知兩棒質(zhì)量均為m,電阻均為R,始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,重力加速度大小為g,求(1)兩棒相碰前瞬間棒乙對每個圓弧導(dǎo)軌底端的壓力大小N;(2)兩棒在磁場中運動的過程中,電路中產(chǎn)生的焦耳熱Q。17.(13分)如圖甲所示,平行長直金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi),間距為L。導(dǎo)軌左端接有阻值為R的電阻,質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒MN垂直跨接在導(dǎo)軌上。導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均不計,且接觸良好。在導(dǎo)軌平面上有一矩形區(qū)域內(nèi)存在著豎直向下的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B。開始時,導(dǎo)體棒MN靜止于磁場區(qū)域的右端,當(dāng)磁場以速度v1勻速向右移動時,導(dǎo)體棒MN隨之開始運動,并很快達(dá)到恒定速度。設(shè)導(dǎo)體棒MN受到水平向左、大小為f的恒定阻力,導(dǎo)體棒MN始終處于磁場區(qū)域內(nèi)。(1)當(dāng)磁場剛開始運動時,請判斷導(dǎo)體棒中感應(yīng)電流的方向,并求出此時導(dǎo)體棒所受安培力的大小和方向;(2)求導(dǎo)體棒所達(dá)到的恒定速度v2的大小;(3)若t=0時磁場由靜止開始水平向右做勻加速直線運動,經(jīng)過較短時間后,導(dǎo)體棒也做勻加速直線運動,其v-t關(guān)系如圖乙所示,已知在t時刻導(dǎo)體棒的瞬時速度大小為vt,求導(dǎo)體棒做勻加速直線運動時的加速度大小。18.(14分)如圖所示的坐標(biāo)系,x軸沿水平方向,y軸沿豎直方向,在x軸上方空間的第一、第二象限內(nèi),既無電場也無磁場;在第三象限,存在沿y軸正方向的勻強電場和垂直xOy平面(紙面)向里的勻強磁場。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電質(zhì)點,從y軸上y=h處的P1點以一定的水平初速度沿x軸負(fù)方向進(jìn)入第二象限,然后經(jīng)過x軸上x=-2h處的P2點進(jìn)入第三象限,帶電質(zhì)點恰好能做勻速圓周運動,之后經(jīng)過y軸上y=-2h處的P3點進(jìn)入第四象限,已知重力加速度為g,求:(1)質(zhì)點到達(dá)P2點時速度的大小和方向;(2)第三象限空間中電場強度和磁感應(yīng)強度的大小;(3)若在第四象限加一勻強電場,使質(zhì)點做直線運動,求電場強度的最小值。

答案與解析1.A2.B3.A4.C5.C6.C7.C8.C9.CD10.AC11.ABC12.BC1.A奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng),法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,A正確;閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動,電路中一定會產(chǎn)生感應(yīng)電流,B錯誤;穿過線圈的磁通量變化越快,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大,C錯誤;渦流的形成遵循法拉第電磁感應(yīng)定律,D錯誤。2.B根據(jù)左手定則,金屬桿ab所受安培力方向垂直ab桿水平向右,A錯誤,B正確;安培力大小為F=BIL,C、D錯誤。故選B。3.At2時刻電流為0,說明感應(yīng)電動勢為零,由E=nΔΦΔt可知穿過線圈的磁通量的變化率為0,A正確;由“來拒去留”可知強磁鐵下落穿過線圈的過程中,受到線圈的作用力始終向上,t1到t2時間內(nèi),強磁鐵的加速度為a=mg?Fm<g,B、C錯誤;在t1到t3時間內(nèi),4.C根據(jù)題意作出粒子的運動軌跡如圖所示,根據(jù)左手定則可知,磁場方向垂直紙面向里,故A錯誤;粒子由M運動到N時速度方向改變了60°角,所以粒子在該段時間內(nèi)運動軌跡對應(yīng)的圓心角為α=60°,則粒子由M到N運動的時間為t=16T,又粒子在磁場中的運動周期為T=2πmqB,整理得t=π3kB,故B錯誤;如果N點到虛線的距離為L,根據(jù)幾何關(guān)系有cosα=R?LR,解得R=2L,又R=mvqB,代入數(shù)據(jù)解得v5.C閉合開關(guān),導(dǎo)體棒受到的安培力向右,導(dǎo)體棒加速,回路電動勢E總=E-BLv,隨著速度v增加,回路電動勢減小,向右的安培力F安減小,導(dǎo)體棒加速度a=F+F安m減小。當(dāng)E=BLv時,安培力為零,由于有外力,導(dǎo)體棒繼續(xù)加速,動生電動勢BLv大于E,回路電動勢方向反向,電流反向,安培力F安向左不斷增加,加速度a=F?F安m繼續(xù)減小,直到安培力等于外力,導(dǎo)體棒以最大速度勻速向右運動。設(shè)最大速度為vm,此時回路電動勢E總=BLvm-E,其中E總=IR,F=BIL,解得vm=FR+BLEB26.C各支路的電阻相等,開關(guān)閉合電流穩(wěn)定時各支路的電流相等;將閉合的開關(guān)S斷開,B、C燈中原來的電流都消失,線圈L產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減小,自感電動勢方向向左,此時B燈所在支路中的二極管兩端的電壓為反向電壓,電流不能從左向右通過二極管,所以B燈立即熄滅,此時線圈L與燈A、C組成回路,A燈中電流的方向不變,C燈中電流的方向與開始時相反,A、C燈均逐漸變暗。故選C。7.C粒子在磁場中做勻速圓周運動,則有qvB=mv2R,T=2πRv,解得T=2πmqB,由于正電子和電子的電荷量q和質(zhì)量m均相等,可知粒子的周期相等,而沿徑跡Oc運動的粒子軌跡對應(yīng)的圓心角最大,設(shè)為θ,由t=θ2πT,可知沿徑跡Oc運動的粒子在磁場中運動時間最長,選項A錯誤;由左手定則可判斷沿徑跡Oc、Od運動的粒子均帶負(fù)電,選項B錯誤;設(shè)圓形磁場區(qū)域半徑為r,根據(jù)幾何關(guān)系可得沿徑跡Oa、Ob運動的粒子軌跡半徑分別為ra=r、rb=3r,根據(jù)qBv=mv2R可得vavb=rarb=33,選項C正確;8.C金屬棒在整個運動過程中,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=BLv,通過金屬棒的電流I=E2R,受到的安培力F=BIL,解得F=B2L2v2R,安培力方向與運動方向相反,金屬棒速度v減小,安培力減小,加速度減小,A錯誤;整個運動過程中通過的電荷量q=IΔt=E2RΔt,又E=ΔΦΔt=BL·ΔxΔt,聯(lián)立解得q=BL·Δx2R,故金屬棒的位移Δx=2qRBL,B錯誤;由以上分析,金屬棒運動至最大位移的一半時,通過的電荷量為q2,根據(jù)動量定理,金屬棒從最初位置運動至最大位移處的過程有-BLq=0-mv,金屬棒從最初位置運動至最大位移的一半處的過程有-BL·q2=mv1-mv,解得v1=12v,即金屬棒運動至最大位移的一半處時,速度為12v,C正確;整個過程,金屬棒的動能轉(zhuǎn)化為電路產(chǎn)生的焦耳熱,有Q總=9.CD洛倫茲力不做功,不改變粒子的動能,而當(dāng)區(qū)域內(nèi)只有電場時,電場力做正功,粒子的動能增大,則粒子由C、D兩點離開場區(qū)時的動能相同,小于從B點離開場區(qū)時的動能,故A錯誤。粒子在正交的電磁場中與只有電場時運動時間相同,為t1=ACv0;粒子在只有磁場時運動時間為t2=ADv0,由于AD>AC,則知粒子在磁場中運動時間最長,故B錯誤。帶電粒子進(jìn)入相互垂直的勻強電場和勻強磁場做勻速直線運動,電場力與洛倫茲力平衡,則qE=qv0B,得EB=v0,故C正確。若該粒子帶負(fù)電,則知電場方向豎直向下,由左手定則判斷可知,10.AC對線圈受力分析,以速度v勻速進(jìn)入磁場,有f+B2L2vR=F,以速度3v勻速進(jìn)入磁場,有f+B2L2×3vR=2F,解得磁場的磁感應(yīng)強度大小為B=FR11.ABC由題圖可知,在t2~t3時間內(nèi),螺線管內(nèi)外加磁場的磁感應(yīng)強度先向上減小后向下增大,根據(jù)楞次定律可知,感應(yīng)電流在螺線管內(nèi)產(chǎn)生的磁場一直向上,由安培定則可知,a端相當(dāng)于電源的正極,d端相當(dāng)于電源的負(fù)極,因此a點的電勢始終比d點的電勢高,A正確;在t3~t4時間內(nèi),螺線管中外加磁場的磁感應(yīng)強度變化率減小,線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢減小,穿過金屬圓環(huán)L的磁通量減小,L有擴(kuò)張趨勢,B正確;在t1~t2時間內(nèi),螺線管內(nèi)外加磁場的磁感應(yīng)強度向上且逐漸增大,根據(jù)楞次定律可知,感應(yīng)電流在螺線管內(nèi)產(chǎn)生的磁場向下,由安培定則可知,導(dǎo)線框中有dcbad方向的感應(yīng)電流,穿過金屬圓環(huán)L的磁場向下,由于螺線管內(nèi)磁場磁感應(yīng)強度的變化率減小,導(dǎo)致感應(yīng)電流逐漸減小,向下穿過金屬圓環(huán)L的磁通量減小,由楞次定律可知L內(nèi)有順時針方向的感應(yīng)電流,故C正確;在t2~t3時間內(nèi),螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小不變,穿過金屬圓環(huán)L的磁通量不變,L內(nèi)無感應(yīng)電流,故D錯誤。12.BCt=0時,回路中感應(yīng)電動勢E0=B×2Lv0,回路中的電流I=E02R=BLv0R,對于導(dǎo)體棒D,根據(jù)牛頓第二定律有BIL=ma,導(dǎo)體棒D的加速度大小為a=B2L2v0mR,A錯誤;達(dá)到穩(wěn)定運動時,回路的感應(yīng)電流為零,有B×2LvC=BLvD,因此vC∶vD=1∶2,B正確;從t=0時至達(dá)到穩(wěn)定運動的過程中,根據(jù)動量定理,對導(dǎo)體棒C,有-BI×2L·t=mvC-mv0,對導(dǎo)體棒D,有BIL·t=mvD-0,聯(lián)立解得vC=15v0,vD=25v0,根據(jù)能量守恒,回路產(chǎn)生的內(nèi)能Q=12mv02-12mvC2-12mvD2,解得Q=2513.答案(1)>(2分)(2)不需要(2分)(3)2k(l2解析由左手定則可知金屬棒ab受到向下的安培力,輕彈簧的長度增大,所以l2>l1。設(shè)金屬棒ab的質(zhì)量為m,輕彈簧的原長為l0,開關(guān)S斷開時,由平衡條件得mg=2k(l1-l0),開關(guān)S閉合后,由平衡條件得mg+BIL=2k(l2-l0),解得B=2k(l14.答案(1)下(3分)(2)向右(3分)(3)向右(3分)解析(1)將開關(guān)S閉合后,將螺線管A插入螺線管B的過程中,穿過線圈的磁通量向下增加,螺線管B產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律,螺線管B感應(yīng)電流的磁場向上,由安培定則,螺線管B的下端為感應(yīng)電動勢的正極;(2)在圖甲中,閉合開關(guān)時,觀察到電流計指針向左偏,即電流從電流計的哪方流入,指針就偏向哪方,螺線管A放在B中不動,開關(guān)S突然斷開的瞬間,穿過線圈B的磁通量向下減小,根據(jù)楞次定律,螺線管B感應(yīng)電流的磁場向下,感應(yīng)電流從右端流入電流計,則電流計的指針將向右偏轉(zhuǎn);(3)螺線管A放在B中不動,滑動變阻器的滑片向右滑動,接入電路的阻值變大,電路中電流減小,穿過線圈B的磁通量向下減小,根據(jù)楞次定律,螺線管B感應(yīng)電流的磁場向下,感應(yīng)電流從右端流入電流計,則電流計的指針將向右偏轉(zhuǎn)。15.答案(1)1.2×105N(2)9.6×106J(3)9.75×105N解析(1)滑桿受到的安培力大小為F1=BIL=10×4000×3N=1.2×105N(2分)(2)電磁推力做功W1=F1x1=1.2×105×80J=9.6×106J(2分)(3)設(shè)飛機發(fā)動機推力的大小為F2,對整個過程根據(jù)動能定理有W1+F2x2-0.2×F2x2=12mv2(2分)解得F2=9.75×105N(2分)16.答案(1)32mg(2)1解析(1)設(shè)兩棒相碰前瞬間棒乙的速度大小為v1,對棒乙沿圓弧導(dǎo)軌運動的過程,根據(jù)機械能守恒定律有12mv12=mgr(1解得v1=2gr(1分)兩棒相碰前瞬間,棒乙受到的支持力N'與重力mg的合力提供向心力,有2N'-mg=mv12r(2解得N'=32mg(1分)根據(jù)牛頓第三定律可知N=N'=32mg(1分)(2)設(shè)兩棒相碰并粘在一起后瞬間的速度大小為v2,根據(jù)動量守恒定律有mv1=2mv2(1分)解得v2=gr2(1分)兩棒粘在一起在磁場中運動的過程中,根據(jù)能量守恒定律有Q=12×2mv22(1解得Q=12mgr(1分)17.答案(1)感應(yīng)電流由M流向NB2L2v1R,方向水平向右(2)v1-解析(1)當(dāng)磁場剛開始運動時,導(dǎo)體棒相對磁場向左切割磁感線,根據(jù)右手定則,導(dǎo)體棒中感應(yīng)電流由M流向N(2分)根據(jù)左手定則,導(dǎo)體棒所受安培力的方向水平向右,大小為F0=BI0L(1分)又I0=E0R,E0=BLv1(1分聯(lián)立可得F0=B2L2v1(2)導(dǎo)體棒以恒定速度v2運動時,切割磁感線的相對速度大小為v1-v2此時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢為E=BL(v1-v2)(1分)感應(yīng)電流為I=ER(1分)由于導(dǎo)體棒勻速運動,由平衡條件得BIL=f(1分)聯(lián)立解得v2=v1-fRB2L2((3)設(shè)磁場的加速度大小為a,導(dǎo)體棒的加速度大小為a',導(dǎo)體棒受安培力和阻力作用,由牛頓第二定律可得BIL-f=ma'(1分)在t時刻導(dǎo)體棒的瞬時速度大小為vt,由乙圖可知,此時棒做勻加速運動,磁場與棒之間速度差為恒量,因此必有a=a'(1分)感應(yīng)電動勢為E'=BL(at-vt),且E'=IR(1分)聯(lián)立解得a'=B2L2vt18.答案(1)2g?,與x軸負(fù)方向成45°角斜向下(2)mgqmq2g?解析(1)質(zhì)點從P1到P2,由平拋運動規(guī)律有v0=2?t,vy=gt,h=12gt2(3解得質(zhì)點到達(dá)P2點時速度的大小v=v02+vy2=2g?,方向與x軸負(fù)方向成45°(2)質(zhì)點進(jìn)入第三象限,從P2到P3做勻速圓周運動,如圖所示重力與電場力平衡,Eq=mg(1分)由洛倫茲力提供向心力,Bqv=mv2R(1分由幾何知識得(2R)2=(2h)2+(2h)2(1分)解得E=mgq,B=mq2g?(3)質(zhì)點進(jìn)入第四象限做直線運動,當(dāng)電場強度的方向與運動方向垂直時電場強度最小,由qE'=mgcos45°(2分)解得電場強度的最小值E'=2mg2q(2分)第三章滿分100分,限時90分鐘一、單項選擇題(本大題共8小題,每小題3分,共24分。在每小題給出的四個選項中只有一個符合題目要求)1.對于如圖所示的電流i隨時間t做周期性變化的圖像,下列說法中正確的是()A.電流大小變化,方向不變,是直流電B.電流大小、方向都變化,是交流電C.電流最大值為0.2A,周期為0.01sD.電流大小周期性變化,是交流電2.我國領(lǐng)先全球的特高壓輸電技術(shù)將為國家“碳中和”作出獨特的貢獻(xiàn)。若在傳輸電能總功率不變的情況下,從原先150kV高壓輸電升級為1350kV特高壓輸電,則下列說法正確的是()A.若輸電線不變,則輸電線上損失的電壓變?yōu)樵鹊?B.若輸電線不變,則輸電線上損失的功率變?yōu)樵鹊?C.如果損失的功率不變,相同材料、傳輸?shù)较嗤胤剿鑼?dǎo)線橫截面積是原先的1D.如果損失的功率不變,相同材料、粗細(xì)的輸電線傳輸距離是原先的9倍3.在勻強磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,如圖甲所示,產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,已知線框內(nèi)阻為1.0Ω,外接一只電阻為9.0Ω的燈泡,交流電壓表為理想電表,則()A.電壓表V的示數(shù)為20VB.電路中的電流方向每秒改變10次C.0.1s時線框處于中性面位置D.電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=20sin10πtV4.某交變電流的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示(初始部分為正弦函數(shù)的四分之一周期),下列說法正確的是()A.該交變電流的周期為2sB.該交變電流電壓的有效值為200VC.將該交變電流加在交流電壓表兩端時,電壓表讀數(shù)為2002VD.將該交變電流加在啟輝電壓(達(dá)到或超過啟輝電壓后氖管會發(fā)光)為200V的氖管上,氖管未被擊穿,則氖管1s內(nèi)發(fā)光100次5.某電動自行車充電器內(nèi)有一輸入電壓為220V、輸出電壓為60V的變壓器。由于副線圈燒壞了需要維修,維修人員拆下燒壞的副線圈,用絕緣導(dǎo)線在鐵芯上繞出了一個5匝的線圈,如圖所示。將原線圈接到220V交流電源上,測得新繞線圈兩端電壓為1V。則()A.該變壓器原線圈有2200匝B.該變壓器原線圈有5500匝C.被燒壞的副線圈有300匝D.被燒壞的副線圈有250匝6.如圖為理想自耦變壓器,其中P為變壓器上的滑動觸頭,P'為滑動變阻器上的滑片,則以下說法正確的是()A.P不動,P'向下滑動時,U2一直在減小B.P'不動,P逆時針轉(zhuǎn)動,可使電壓U1減小C.P'不動,P順時針轉(zhuǎn)動一個小角度時,電流表示數(shù)增大D.P順時針轉(zhuǎn)動一個小角度,同時P'向下滑動時,小燈泡的亮度可能不變7.某小型水電站的電能輸送示意圖如圖甲所示,發(fā)電機通過升壓變壓器和降壓變壓器向用戶供電。已知輸電線的總電阻r=10Ω,降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n3∶n4=n∶1,降壓變壓器的副線圈兩端電壓如圖乙所示,降壓變壓器的副線圈與阻值為R0=22Ω的電阻組成閉合電路。若將變壓器視為理想變壓器,則下列說法正確的是()A.發(fā)電機產(chǎn)生交流電的頻率為0.5HzB.通過R0的電流的最大值為10AC.輸電線損失的功率為1000nD.降壓變壓器的副線圈兩端電壓的瞬時值表達(dá)式為u=220sin100πtV8.一含有理想變壓器的電路如圖所示,圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3Ω、1Ω和4Ω,A為理想交流電流表,U為正弦交流電源,輸出電壓的有效值恒定。當(dāng)開關(guān)S斷開時,電流表的示數(shù)為I;當(dāng)S閉合時,電流表的示數(shù)為4I。該變壓器原、副線圈匝數(shù)的比值為()A.2B.3C.4D.5二、多項選擇題(本大題共4小題,每小題4分,共16分。在每小題給出的四個選項中,有多個選項符合題目要求,全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯或不答的得0分)9.如圖甲所示,在勻強磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動,線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖像如圖乙所示,下列說法正確的是()A.t=0.005s時,線框所在平面平行于磁場B.t=0.010s時,線框所在平面為中性面C.t=0.015s時,穿過線框的磁通量最大D.當(dāng)線框平面與磁場的夾角為30°時,電動勢約為156V10.如圖甲所示,在理想變壓器輸入端加上如圖乙所示的交變電壓U1=Umsinωt,在副線圈的輸出端串接上一只理想整流二極管D和滑動變阻器R,則()A.當(dāng)滑片P上移時,原線圈中的電流I1變大B.當(dāng)滑片P上移時,原線圈的輸入功率變小C.當(dāng)拿掉二極管后,副線圈中的交流電周期與原來相同D.保持滑片P不動,R上電流有效值是無二極管時的111.某電廠對用戶進(jìn)行供電的原理如圖所示。發(fā)電機的輸出電壓為U1=380V,輸電線的總電阻r=15Ω,為了減小損耗采用了高壓輸電。變壓器視為理想變壓器,其中升壓變壓器的匝數(shù)比為n1∶n2=1∶20,用戶獲得的電壓為U4=220V,發(fā)電廠的輸出功率為P1=7.6×105W,則下列說法中正確的有()A.輸電線上的電流為100AB.用戶獲得的功率為1.5×105WC.降壓變壓器的匝數(shù)比為n3∶n4=380∶11D.若用戶端消耗的功率增大,在發(fā)電廠的輸出電壓不變的情況下,用戶端獲得的電壓減小12.如圖所示,在xOy直角坐標(biāo)系中的第二象限有垂直坐標(biāo)平面向里的勻強磁場,第四象限有垂直坐標(biāo)平面向外的勻強磁場,磁感應(yīng)強度的大小均為B。直角扇形導(dǎo)線框半徑為L、總電阻為R,在坐標(biāo)平面內(nèi)繞坐標(biāo)原點O以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動周期為T。線框從圖中所示位置開始轉(zhuǎn)動一周的過程中()A.消耗的電功率不變B.在0~T4時間內(nèi),C.感應(yīng)電流的有效值為I=BD.在轉(zhuǎn)動過程中受到的安培力始終不變?nèi)?、非選擇題(本大題共6小題,共60分)13.(6分)為探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系,我們把兩個線圈套在同一閉合的鐵芯上,一個線圈連到學(xué)生電源的輸出端,另一個線圈連到小燈泡上,如圖所示,請回答下列問題:(1)將與燈泡相連的線圈匝數(shù)減少,其余裝置不變繼續(xù)實驗,燈泡亮度將(選填“變亮”或“變暗”),這說明燈泡兩端的電壓(選填“變大”或“變小”);

(2)在實驗中,測得變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為120和60,原、副線圈兩端的電壓分別為8.2V和3.6V,據(jù)此可知電壓比與匝數(shù)比不相等,可能原因是。

14.(8分)某學(xué)習(xí)小組在“探究變壓器原、副線圈電壓和匝數(shù)關(guān)系”的實驗中,采用了可拆式變壓器,將原、副線圈套在鐵芯A的兩臂上,鐵芯B安裝在鐵芯A上形成閉合鐵芯,如圖所示。(1)下列說法正確的是;

A.為保證實驗安全,原線圈應(yīng)接低壓直流電源B.電表應(yīng)置于直流電壓擋C.保持原線圈電壓及匝數(shù)不變,改變副線圈的匝數(shù),研究副線圈的匝數(shù)對輸出電壓的影響D.變壓器正常工作后,電能由原線圈通過鐵芯導(dǎo)電輸送到副線圈(2)為了減小渦流的影響,鐵芯應(yīng)該選擇;

A.整塊硅鋼鐵芯B.整塊不銹鋼鐵芯C.絕緣的銅片疊成D.絕緣的硅鋼片疊成(3)該實驗小組認(rèn)真檢查電路無誤后,分別測出相應(yīng)的原、副線圈電壓值。若原、副線圈匝數(shù)分別為n1=240、n2=120,在原線圈兩端依次加上不同的電壓,用多用電表合適的電壓擋分別測量原、副線圈兩端的電壓,數(shù)據(jù)如表所示:利用表格中的數(shù)據(jù)在圖中作出U1-U2圖像,圖像的斜率k=(保留2位有效數(shù)字)。

序號12345原線圈:U1/V2.04.06.08.010.0副線圈:U2/V0.901.822.753.634.5015.(6分)正方形線框abcd在勻強磁場中,繞垂直于磁感線的軸OO'以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,如圖所示。線框邊長為L,匝數(shù)為N,線框的總電阻為r,外電路的電阻為R,磁感應(yīng)強度的大小為B。求:(1)線框轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值;(2)線框轉(zhuǎn)動過程中,圖中理想電壓表的示數(shù)。16.(8分)一旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機的原理圖如圖甲所示,其線圈固定,磁體在外力的驅(qū)動下繞線圈對稱軸勻速轉(zhuǎn)動,輸出端通過一原、副線圈匝數(shù)比為n∶1的變壓器(視為理想變壓器)向電阻為R的用電器(可視為純電阻)供電,如圖乙所示,理想電壓表的示數(shù)為U2。已知磁體間的磁場為勻強磁場,磁感應(yīng)強度的大小為B,線圈的匝數(shù)為N、面積為S、電阻為r。求:(1)變壓器原線圈所在電路中理想電流表的示數(shù)I1;(2)磁體轉(zhuǎn)動的角速度ω。17.(14分)如圖甲所示為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機的原理圖,其矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸沿圖示方向勻速轉(zhuǎn)動,線圈的匝數(shù)N=100,電阻r=4Ω,線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接,電阻R的阻值為R=16Ω,與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表。在t=0時刻,線圈平面與磁場方向平行,穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化。(取π=3.14)求:(1)甲圖中從圖示位置開始計時,交流發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢的瞬時值表達(dá)式;(2)電路中交流電壓表的示數(shù);(3)從圖示位置轉(zhuǎn)過90°,通過線圈的電荷量q和電阻R產(chǎn)生的焦耳熱Q。18.(18分)如圖所示,用一小型交流發(fā)電機向遠(yuǎn)處用戶供電,已知發(fā)電機線圈abcd的匝數(shù)N=100、面積S=0.03m2,線圈勻速轉(zhuǎn)動的角速度ω=100πrad/s,勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=2πT,輸電時先用升壓變壓器將電壓升高,到達(dá)用戶區(qū)再用降壓變壓器將電壓降下來后供用戶使用,輸電導(dǎo)線的總電阻為R=10Ω,變壓器都是理想變壓器,降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n3∶n4=10∶1,若用戶區(qū)標(biāo)有“220V8.8kW”的電動機恰能正常工作,發(fā)電機線圈電阻r不可忽略。求(1)輸電線路上損耗的電功率ΔP;(2)發(fā)電機電動勢最大值和升壓變壓器副線圈兩端電壓U2;(3)若升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2=1∶8,交流發(fā)電機線圈電阻r上的熱功率與輸電線上損耗的電功率之比。答案與解析1.A2.C3.B4.D5.C6.D7.C8.B9.AB10.BC11.AD12.AC1.A由圖像可知,電流的大小周期性變化,方向始終不發(fā)生變化,所以是直流電,電流最大值為0.2A,周期為0.02s,A正確,B、C、D錯誤。2.C在輸送功率不變時,輸電電壓升高到原來的9倍,則輸電電流變?yōu)樵瓉淼?9,若輸電線不變,輸電線上損失的電壓ΔU=Ir,將變?yōu)樵瓉淼?9,選項A錯誤;輸電線上損失的功率ΔP=I2r,因此若輸電線不變,輸電線上損失的功率變?yōu)樵鹊?81,選項B錯誤;如果損失的功率不變,PU2r=P9U2r',r'=81r,相同材料,則電阻率不變,當(dāng)傳輸距離不變時,所需導(dǎo)線橫截面積是原先的181,選項C正確;如果損失的功率不變,3.B從題圖乙可知,電動勢的最大值Em=202V,電動勢的有效值E=Em2=20V,電路中的電流I=ER+r=2A,電壓表V的示數(shù)U=IR=18V,A錯誤;周期T=0.2s,頻率為5Hz,故電路中的電流方向每秒改變10次,B正確;0.1s時,感應(yīng)電動勢最大,穿過線框的磁通量為零,線框與中性面垂直,C錯誤;角速度ω=2πT=10πrad/s,電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=202cos104.D由圖像可知,該交變電流的周期為0.02s,A錯誤;根據(jù)電流的熱效應(yīng)計算電壓的有效值,有20022V2R×T4+(2002V)2R×T2=U2RT,解得有效值U=1005V,B錯誤;交流電壓表讀數(shù)為交變電流電壓的有效值,所以電壓表讀數(shù)為1005V,C錯誤;只有當(dāng)交流電壓大于或等于啟輝電壓200V時,氖管才能發(fā)光,由圖像可知,一個周期氖管發(fā)光兩次,5.C設(shè)該變壓器的原、副線圈和新繞線圈的匝數(shù)分別為n1、n2、n3,變壓器的原、副線圈和新繞線圈兩端電壓分別為U1、U2、U3,則有U1U3=n1n3,解得該變壓器原線圈匝數(shù)為n1=U1U3·n3=1100,A、B錯誤;同理可得U1U2=n1n2,6.DP不動,P'向下滑動時,自耦變壓器輸入電壓U1不變,根據(jù)U1U2=n1n2,輸出電壓U2不變,A錯誤;輸入電壓U1與匝數(shù)無關(guān),B錯誤;P'不動,P順時針轉(zhuǎn)動一個小角度時,副線圈匝數(shù)減小,根據(jù)U1U2=n1n2可知副線圈兩端電壓減小,則電流減小,變壓器輸出功率減小,而理想變壓器輸入功率等于輸出功率,則輸入功率減小,原線圈中的電流減小,C錯誤;P順時針轉(zhuǎn)動一個小角度,U2變小,7.C變壓器不改變交流電的頻率,由題圖乙可知,交流電的頻率為f=12×10?2Hz=50Hz,A錯誤;通過R0的電流的最大值為Im=UmR0=102A,B錯誤;通過R0的電流的有效值I=Im2=10A,根據(jù)理想變壓器原、副線圈中的電流與匝數(shù)的關(guān)系可知通過輸電線的電流為I3=n4n3I=10nA,輸電線損失的功率為P=I32r=1000n28.B設(shè)原、副線圈的匝數(shù)比為k,原線圈中的電流為I原,則副線圈中的電流為I副=kI原,U副=kI原R副。原線圈兩端電壓U原=k2I原R副,因為電源電壓的有效值恒定,所以有IR1+k2I(R2+R3)=4R1I+4k2IR2,代入數(shù)據(jù)則有3I+5k2I=12I+4k2I,解得k=3,故選項B正確。導(dǎo)師點睛本題可用等效電阻思想分析。設(shè)n1n2=k,由以上分析,S斷開時有U=IR1+k2I(R2+S閉合時有U=4IR1+4k2IR2解得k=3。9.ABt=0.005s時,線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大,穿過線框的磁通量最小,線框所在平面平行于磁場,A正確;t=0.010s時,線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零,穿過線框的磁通量最大,線框處在中性面位置,B正確;t=0.015s時,線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大,穿過線框的磁通量最小,C錯誤;感應(yīng)電動勢的瞬時值可表示為e=311sinθ(V),當(dāng)θ=60°時線框平面與磁場的夾角為30°,代入可得電動勢為e=311×32V≈269V,D10.BC當(dāng)滑片P上移時,副線圈電路的電阻變大,副線圈電路電壓不變,所以副線圈中的電流變小,副線圈的輸出功率變小,相應(yīng)的原線圈的輸入功率變小,原線圈中的電流變小,A錯誤,B正確。由于理想整流二極管的作用是半波整流,將副線圈中負(fù)向電壓濾除,所以當(dāng)拿掉二極管后,副線圈中的交流電周期與原來相同,C正確。保持滑片P不動,在一個周期內(nèi),有二極管時R上產(chǎn)生的熱量是無二極管時的12,即I有2RT=12I無2RT,得I有=22I無11.AD根據(jù)P=UI,升壓變壓器原線圈中的電流為I1=P1U1=2000A,所以輸電線上的電流為I2=n1n2I1=100A,A正確;輸電線損失的功率ΔP=I22r=1.5×105W,則用戶獲得的功率P4=P1-ΔP=6.1×105W,B錯誤;升壓變壓器副線圈兩端電壓U2=n2n1U1=7600V,降壓變壓器原線圈兩端電壓U3=U2-I2r=6100V,降壓變壓器的匝數(shù)比為n3n4=U3U4=6100V220V=30511,C錯誤;若用戶端消耗的功率增大12.AC從圖示位置開始計時,在0~T4時間內(nèi),根據(jù)楞次定律結(jié)合安培定則可知,線框中的感應(yīng)電流沿順時針方向,線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為E1=12BL2ω,感應(yīng)電流大小為I1=E1R=BL2ω2R;在T4~T2時間內(nèi),線框中的感應(yīng)電流沿逆時針方向,感應(yīng)電動勢大小為E2=12BL2ω,感應(yīng)電流大小為I2=E2R=BL2ω2R;在T2~3T4時間內(nèi),線框中的感應(yīng)電流沿逆時針方向,感應(yīng)電動勢大小為E3=12BL2ω,感應(yīng)電流大小為I3=E3R=BL2ω2R;在3T4~T時間內(nèi),線框中的感應(yīng)電流沿順時針方向,感應(yīng)電動勢大小為E4=12BL2ω,感應(yīng)電流大小為I4=E4R13.答案(1)變暗(2分)