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文檔簡介
第=page11頁,共=sectionpages11頁2023-2024學(xué)年上海市閔行區(qū)高二(下)期中物理試卷一、簡答題:本大題共3小題,共100分。1.磁場對電流的作用力通常稱為安培力,這是為了紀(jì)念法國物理學(xué)家安培(1775?1836),他研究磁場對電流的作用力有杰出的貢獻(xiàn)。
(1)一長為L的直導(dǎo)線置于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中,導(dǎo)線中的電流為I。下列說法正確的是______。
A.通電直導(dǎo)線受到的安培力大小為BIL
B.無論通電直導(dǎo)線如何放置,它都將受到安培力
C.通電直導(dǎo)線所受安培力的方向垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和電流方向構(gòu)成的平面
D.安培力是載流子受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn),所以安培力對通電直導(dǎo)線不做功
(2)在下列如圖1四幅圖中,能正確標(biāo)明通電直導(dǎo)線所受安培力F方向的是______。
(3)一根通電直導(dǎo)線水平放置,通過直導(dǎo)線的恒定電流方向如圖2所示,現(xiàn)有一電子從直導(dǎo)線下方以水平向右的初速度v0開始運(yùn)動(dòng),不考慮電子重力,關(guān)于接下來電子的運(yùn)動(dòng),下列說法正確的是______。
A.電子將向下偏轉(zhuǎn),運(yùn)動(dòng)的半徑逐漸變大
B.電子將向上偏轉(zhuǎn),運(yùn)動(dòng)的半徑逐漸變小
C.電子將向上偏轉(zhuǎn),運(yùn)動(dòng)的半徑逐漸變大
D.電子將向下偏轉(zhuǎn),運(yùn)動(dòng)的半徑逐漸變小
(4)某磁電式電流表結(jié)構(gòu)如圖3甲所示,矩形線圈匝數(shù)為n,長邊長度為l。矩形線圈放在均勻輻射狀磁場中,如圖3乙所示,兩條長邊經(jīng)過的位置磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。當(dāng)線圈長邊中電流為I時(shí),電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度為θ,則當(dāng)電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度為2θ時(shí),線圈一側(cè)長邊受到的安培力大小為______。
A.2nBIl
B.nBIl
C.2BIl
D.BIl
(5)如圖4所示,兩光滑金屬導(dǎo)軌傾斜放置,與水平面夾角為30°,導(dǎo)軌間距為L,一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌垂直放置,電源輸出電流保持恒定,不計(jì)導(dǎo)軌電阻。當(dāng)磁場水平向右時(shí),導(dǎo)體棒恰能靜止,現(xiàn)磁場發(fā)生變化,方向沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),最終豎直向上,在磁場變化的過程中,導(dǎo)體棒始終靜止,關(guān)于B的大小的變化說法正確的是______。
A.逐漸增大
B.逐漸減小
C.先增大后減小
D.先減小后增大
(6)如圖5所示,質(zhì)量和電荷量大小都相等的帶電粒子M和N,以不同的速率經(jīng)小孔S垂直射入有界勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直紙面向里,M和N運(yùn)行的半圓軌跡如圖中的虛線所示,則M帶______(選填“正電”或“負(fù)電”);M的運(yùn)行時(shí)間______N的運(yùn)行時(shí)間(選填“>”、“=”或“<”)。
(7)圖62.1834年,物理學(xué)家海因里希?楞次(H.F.E.Lenz,1804?1865)在概括了大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上,總結(jié)出一條判斷感應(yīng)電流方向的規(guī)律,稱為楞次定律(Lenzlaw)。簡單地說就是“來拒去留”的規(guī)律,這就是楞次定律的主要內(nèi)容。楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)。
(1)如圖1所示,一線圈用細(xì)桿懸于P點(diǎn),開始時(shí)細(xì)桿處于水平位置,釋放后讓它在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng),磁場的方向如圖所示,已知線圈平面始終與紙面垂直,當(dāng)線圈第一次通過位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ時(shí)(位置Ⅱ正好是細(xì)桿豎直時(shí)線圈所處的位置),線圈內(nèi)的感應(yīng)電流(順著磁場方向看去)______。
A.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位置均是順時(shí)針方向
B、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位置均是逆時(shí)針方向
C.Ⅰ位置是順時(shí)針方向,Ⅱ位置為0,Ⅲ位置是逆時(shí)針方向
D.Ⅰ位置是逆時(shí)針方向,Ⅱ位置為0,Ⅲ位置是順時(shí)針方向
(2)如圖2所示,光滑金屬導(dǎo)軌框架MON豎直放置,水平方向的勻強(qiáng)磁場垂直MON平面。金屬棒ab從∠abO=60°位置由靜止釋放。在重力的作用下,棒ab的兩端沿框架滑動(dòng)。在棒ab由圖示位置滑動(dòng)到水平位置的過程中,棒ab中感應(yīng)電流的方向是______。
A.始終由a到b
B.始終由b到a
C.先由a到b,再由b到a
D.先由b到a,再由a到b
(3)如圖3所示為“研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)裝置。
①將圖中所缺的導(dǎo)線補(bǔ)接完整;
②如果在閉合開關(guān)時(shí)發(fā)現(xiàn)靈敏電流計(jì)的指針向右偏了一下,那么合上開關(guān)后可能出現(xiàn)的情況有:
a.將原線圈迅速插入副線圈時(shí),靈敏電流計(jì)指針將______;(選填“向左偏”或“向右偏”)
b.原線圈插入副線圈后,將滑動(dòng)變阻器觸頭迅速向左拉時(shí),靈敏電流計(jì)指針______;(選填“向左偏”或“向右偏”)
③在做“研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)時(shí),如果副線圈兩端不接任何元件,則副線圈電路中將______。
A.因電路不閉合,無電磁感應(yīng)現(xiàn)象
B.有電磁感應(yīng)現(xiàn)象,但無感應(yīng)電流,只有感應(yīng)電動(dòng)勢
C.不能用楞次定律判斷感應(yīng)電動(dòng)勢方向
④根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究,可以總結(jié)出感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件為______。
(4)如圖4所示,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增大,兩導(dǎo)線框均為正方形,邊長之比為2:1。試求:
①若兩線框由相同導(dǎo)線做成,則兩線框中感應(yīng)電動(dòng)勢之比______;感應(yīng)電流之比______;消耗的電功率之比______;
②相同時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)線某橫截面的電量之比______。
(5)通過一單匝閉合線圈的磁通量為Φ,Φ隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖5,下列說法正確的是______。
A.0~0.3s時(shí)間內(nèi)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢均勻增加
B.第0.6s末線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢是4V
3.如圖1電磁爐的原理是利用感應(yīng)電動(dòng)勢在鍋底內(nèi)產(chǎn)生渦流,致使鍋體本身快速發(fā)熱,從而加熱鍋內(nèi)食物。
(1)適合做電磁爐鍋具的材料是______。
A.鐵
B.陶瓷
C.玻璃
D.塑料
(2)關(guān)于渦流,如圖2下列說法中錯(cuò)誤的是______。
A.真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置
B.家用電磁爐鍋體中的渦流是由恒定磁場產(chǎn)生的
C.阻尼擺擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的渦流總是阻礙其運(yùn)動(dòng)
D.變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能減小渦流
(3)間距L=0.5m光滑平行金屬導(dǎo)軌,水平放置在豎直方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T的勻強(qiáng)磁場中,一端接阻值為R=5Ω的電阻。一電阻為r=1Ω、質(zhì)量為m,長也為L的導(dǎo)體棒垂直放置在導(dǎo)軌上,在外力作用下可以讓導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中做簡諧運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生類似電磁爐所用的正弦交流電。導(dǎo)體棒從t=0時(shí)刻開始運(yùn)動(dòng),其感應(yīng)電動(dòng)勢e答案和解析1.【答案】C
B
B
A
D
負(fù)電
=
【解析】解:(1)AB.根據(jù)安培力計(jì)算公式:F=BILsinθ(θ為直導(dǎo)線與磁場方向的夾角),當(dāng)θ≠90°時(shí),通電直導(dǎo)線受到的安培力大小不等于BIL;當(dāng)θ≠0°時(shí),通電直導(dǎo)線不受安培力作用,故AB錯(cuò)誤;
C.根據(jù)左手定則可知通電直導(dǎo)線所受安培力的方向垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和電流方向構(gòu)成的平面,故C正確;
D.安培力是載流子受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn),安培力對通電直導(dǎo)線是可以做功的,故D錯(cuò)誤。
(2)根據(jù)左手定則可知,選項(xiàng)A中的通電直導(dǎo)線所受安培力F方向向下;選項(xiàng)B中的通電直導(dǎo)線所受安培力F方向向下;選項(xiàng)C中的通電直導(dǎo)線所受安培力F方向向下;選項(xiàng)D中的通電直導(dǎo)線所受安培力F方向垂直紙面向外,故B正確,ACD錯(cuò)誤。
(3)根據(jù)安培定則可知通過直導(dǎo)線的恒定電流產(chǎn)生的磁場在導(dǎo)線下方的方向垂直紙面向外,電子帶負(fù)電,根據(jù)左手定則,可知電子受到向上的洛倫茲力作用,則電子將向上偏轉(zhuǎn),越靠近直導(dǎo)線磁感應(yīng)強(qiáng)度越大,根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得eBv=mv2r,解得電子運(yùn)動(dòng)半徑r=mveB,可知運(yùn)動(dòng)半徑逐漸變小,故B正確,ACD錯(cuò)誤。
(4)磁電式電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度與通過的電流成正比,則當(dāng)指針偏轉(zhuǎn)的角度為2θ時(shí),線圈中的電流為2I,則一側(cè)長邊受到的安培力大小為F=nB?2Il=2nBIl,故A正確,BCD錯(cuò)誤。
(5)磁場由水平方向沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到豎直向上的過程,對應(yīng)的安培力的方向由豎直向上逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到水平向左,如下圖所示,
導(dǎo)體棒始終靜止,重力、安培力F、支持力N三力平衡,作出這三個(gè)力組成的矢量三角形,如上圖所示,可得此過程安培力F先減小后增大,當(dāng)F與N方向垂直時(shí)安培力最小,由安培力計(jì)算公式可知B的大小先減小后增大,故D正確,ABC錯(cuò)誤。
(6)帶電粒子M順時(shí)針偏轉(zhuǎn),射入磁場時(shí)所受洛倫茲力向右,由左手定則可知M帶負(fù)電。
帶電粒子M和N的質(zhì)量m和電荷量q都相等,粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)周期T=2πmqB,可見兩個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)周期相同,M和N運(yùn)行軌跡均為半圓,運(yùn)動(dòng)時(shí)間均為周期的一半,M的運(yùn)行時(shí)間等于N的運(yùn)行時(shí)間。
(7)(i)能通過速度選擇器的粒子在其中做直線運(yùn)動(dòng),所受電場力與洛倫茲力等大反向,則有:
qE=qB1v,解得:v=EB1=1.2×1050.6m/s=2×105m/s;
(ii)質(zhì)子和氘核在偏轉(zhuǎn)分離器中均做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得:qB2v=mv2r
解得運(yùn)動(dòng)半徑:r=2.【答案】D
D
向右偏
向左偏
B
閉合回路的磁通量變化
4:1
2:1
8:1
2:1
B
【解析】解:(1)當(dāng)線圈第一次由最高點(diǎn)到位置Ⅱ的過程,線圈的磁通量增加,根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向向左,根據(jù)安培定則可知感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針(順著磁場方向看去),當(dāng)線圈第一次由位置Ⅱ到右側(cè)最高點(diǎn)的過程,線圈的磁通量減少,同理,根據(jù)楞次定律和安培定則可知感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針(順著磁場方向看去),在位置Ⅱ時(shí)線圈的磁通量最大,磁通量的變化率為零,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,此時(shí)線圈內(nèi)的感應(yīng)電流為零。綜上分析可得Ⅰ位置是逆時(shí)針方向,Ⅱ位置為0,Ⅲ位置是順時(shí)針方向,故D正確,ABC錯(cuò)誤。
(2)由幾何知識可知,棒ab滑動(dòng)到∠abO=45°位置時(shí)△abO的面積最大,則在棒ab由圖示位置滑動(dòng)到水平位置的過程中,棒ab與導(dǎo)軌框架構(gòu)成的回路的磁通量先增加后減少,根據(jù)楞次定律和安培定則可知,棒ab中感應(yīng)電流的方向是先由b到a,再由a到b,故D正確,ABC錯(cuò)誤。
(3)①補(bǔ)接完整的連接圖如下圖所示。
②在閉合開關(guān)時(shí)電流迅速增大,副線圈的磁通量增大,此情況靈敏電流計(jì)的指針向右偏轉(zhuǎn),那么合上開關(guān)后可能出現(xiàn)的情況有:
a.將原線圈迅速插入副線圈時(shí),副線圈的磁通量增大,則靈敏電流計(jì)指針將向右偏;
b.原線圈插入副線圈后,將滑動(dòng)變阻器觸頭迅速向左拉時(shí),滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻增大,電流減小,副線圈的磁通量減小,則靈敏電流計(jì)指針向左偏;
③如果副線圈兩端不接任何元件,磁通量變化時(shí),會(huì)發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,因電路不閉合,故無感應(yīng)電流,只有感應(yīng)電動(dòng)勢,可以用楞次定律判斷感應(yīng)電動(dòng)勢方向,故B正確,AC錯(cuò)誤。
④根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究,可以總結(jié)出感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件為:閉合回路的磁通量變化。
(4)①設(shè)正方形的邊長為L,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化率為k(即ΔBΔt=k)。
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動(dòng)勢為:E=ΔΦΔt=kL2
可得兩線框中感應(yīng)電動(dòng)勢之比等于邊長的平方之比,為4:1;
根據(jù)電阻定律可得線框的電阻R=ρ4LS(S為導(dǎo)線的橫截面積)
根據(jù)閉合電路歐姆定律得感應(yīng)電流為:I=ER=kLS4ρ
可得兩線框中感應(yīng)電流之比等于邊長之比,為2:1;
線框消耗的電功率為:P=I2R=k2L3S4ρ
可得消耗的電功率之比邊長的立方之比,為8:1。
②時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)線某橫截面的電量為:q=It
可得相同時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)線某橫截面的電量之比等于感應(yīng)電流之比,為2:1。
(5)A.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動(dòng)勢為:E=ΔΦΔt,由圖5可知0~0.3s時(shí)間內(nèi)ΔΦΔt恒定,則線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢恒定,故A錯(cuò)誤;
B.0.3s~0.8s時(shí)間內(nèi),感應(yīng)電動(dòng)勢恒為:E=|ΔΦΔt|=8?60.8?0.3V=4V,故第0.6s末線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢是4V,故B正確;
C.Φ?t圖像的斜率絕對值等于感應(yīng)電動(dòng)勢的大小,由圖5可知0.8s~1.0s時(shí)間內(nèi)的Φ?t圖像的斜率絕對值大于0~0.3s時(shí)間內(nèi)的,則第0.9s末線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢的值比第0.2s末的大,故C錯(cuò)誤;
D.0~0.3s時(shí)間內(nèi)磁通量增加,0.3s~0.8s時(shí)間內(nèi)磁通量減少,而磁場方向相同,根據(jù)楞次定律可知,第0.2s末和第0.43.【答案】A
B
【解析】解:(1)電磁爐是利用感應(yīng)電動(dòng)勢在鍋底內(nèi)產(chǎn)生渦流,致使鍋體本身快速發(fā)熱,則電磁爐鍋應(yīng)是導(dǎo)體,選項(xiàng)所列四種材料只有鐵是導(dǎo)體,故A正確,BCD錯(cuò)誤。
故選:A。
(2)A.真空冶煉爐是用交流電產(chǎn)生變化的磁場,利用感應(yīng)電動(dòng)勢在爐內(nèi)金屬產(chǎn)生渦流來熔化金屬,故A正確;
B.恒定磁場不會(huì)使鍋體發(fā)生電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流,家用電磁爐鍋體中的渦流是由變化的磁場產(chǎn)生的,故B錯(cuò)誤;
C.根據(jù)楞次定律的推
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