高中物理第9章綜合測試題

第九章綜合測試題本卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分．滿分100分，考試時間90分鐘．第Ⅰ卷(選擇題共40分)一、選擇題(共10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的四個選項中，有的小題只有一個選項符合題目要求，有些小題有多個選項符合題目要求，全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯或不答的得0分)1.如圖所示，A為一固定的導(dǎo)體圓環(huán)，條形磁鐵B從左側(cè)無窮遠處沿圓環(huán)軸線移向圓環(huán)，穿過后移到右側(cè)無窮遠處．如果磁鐵的移動是勻速的，則()A．磁鐵移近時受到圓環(huán)的斥力，離開時受到圓環(huán)的引力B．磁鐵在整個運動過程中，圓環(huán)中電流方向不變C．磁鐵的中心通過環(huán)面時，圓環(huán)中電流為零D．若A為一固定的超導(dǎo)體圓環(huán)，磁鐵的中心通過超導(dǎo)體環(huán)面時，圓環(huán)中電流最大[答案]ACD[解析]磁鐵與圓環(huán)之間發(fā)生相對運動時，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場力總是阻礙其相對運動，即“來拒去留”，磁鐵移近時受到圓環(huán)的斥力，離開時受到圓環(huán)的引力，A項正確．磁鐵的整個運動過程中，原磁場方向不變，磁場先變強，后變?nèi)酰a(chǎn)生的感應(yīng)電流方向必定發(fā)生變化，B項不正確，磁鐵的中心通過環(huán)面時，磁通量變化是零，圓環(huán)中電流為零，C項正確．若A為一固定的超導(dǎo)體圓環(huán)，在磁鐵中心到達環(huán)面前，感應(yīng)電動勢的方向不變，產(chǎn)生的感應(yīng)電流與原來的感應(yīng)電流疊加增強，電流不斷增強，磁鐵的中心通過超導(dǎo)體環(huán)面時，圓環(huán)中電流最大，D項正確．2．(2011·北京海淀模擬)如圖所示，矩形導(dǎo)線框abcd與無限長通電直導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi)，直導(dǎo)線中的電流方向由M到N，導(dǎo)線框的ab邊與直導(dǎo)線平行．若直導(dǎo)線的電流增大，導(dǎo)線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)線框會受到安培力的作用，則以下關(guān)于導(dǎo)線框受到的安培力的判斷正確的是()A．導(dǎo)線框有兩條邊所受安培力的方向相同B．導(dǎo)線框有兩條邊所受安培力的大小相同C．導(dǎo)線框所受的安培力的合力向左D．導(dǎo)線框所受的安培力的合力向右[答案]BD[解析]本題考查電磁感應(yīng)及安培力．導(dǎo)線框abcd處于通電直導(dǎo)線MN電流的磁場中，由右手定則可得導(dǎo)線框abcd處于垂直于紙面向里的磁場中，當電流增加時，導(dǎo)線框中的磁通量增強，由楞次定律可得感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場應(yīng)垂直于平面向外，所以導(dǎo)線框abcd的感應(yīng)電流為逆時針方向，bc邊與ad邊，ab邊與cd邊電流方向相反，由左手定則可得：ab邊安培力水平向左，大小為Fab，cd邊安培力水平向左，大小為Fcd，由于ab邊離導(dǎo)線MN較近，磁感應(yīng)強度大，可得Fab>Fcd；bc邊與ad邊上的安培力方向分別豎直向下和豎直向上，由于這兩邊磁感線疏密情況相同，這兩邊的安培力平衡，可得導(dǎo)線框整體所受的合力方向水平向右，B、D正確，A、C錯誤．3．(2011·溫州模擬)如圖所示，E為電池，L是直流電阻可忽略不計、自感系數(shù)足夠大的線圈，D1、D2是兩個完全相同的燈泡，S是控制電路的開關(guān)．對于這個電路，下列說法正確的是()A．剛閉合S的瞬間，燈泡D1、D2的亮度相同B．剛閉合S的瞬間，燈泡D2比燈泡D1亮C．閉合S，待電路達到穩(wěn)定后，D1熄滅，D2比S剛閉合時亮D．閉合S，待電路達到穩(wěn)定后，再將S斷開，D2立即熄滅，D1先更亮后逐漸變暗．[答案]ACD[解析]因為是直流電阻可忽略不計、自感系數(shù)足夠大的線圈，剛閉合S的瞬間，燈泡D1、D2串聯(lián)，亮度相同，選項A對，B錯；閉合S待電路達到穩(wěn)定后，燈泡D1被L短路，電路中電流更大，D2比S剛閉合時亮，選項C正確；而如要閉合S，待電路達到穩(wěn)定后，再將S斷開，D2立即熄滅，由于有L作用，D1先比S剛閉合時亮，后逐漸變暗，選項D正確．4．(2011·濰坊模擬)如圖所示，實線圓環(huán)A、B是光滑絕緣水平面內(nèi)兩個固定的同心超導(dǎo)環(huán)，兩環(huán)分別通上大小相等的電流后，在環(huán)間環(huán)形區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了相同方向的磁場，在這個磁場的共同“束縛”下，帶電離子沿圖中虛線做順時針方向的圓周運動．已知A環(huán)中電流沿順時針方向．則()A．B環(huán)中電流沿順時針方向B．B環(huán)中電流沿逆時針方向C．帶電離子帶正電D．帶電離子帶負電[答案]BD[解析]因為在AB環(huán)間環(huán)形區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了相同方向的磁場，而A環(huán)中電流沿順時針方向，可以判斷B環(huán)中電流應(yīng)為逆時針方向，選項A錯，B對．同時可判斷AB環(huán)間環(huán)形區(qū)域內(nèi)磁場為垂直紙面向里，一帶電粒子做順時針方向的圓周運動，洛倫茲力指向圓心方向，可判斷該粒子帶負電，選項C錯，D正確．5.如圖所示，Q是單匝金屬線圈，MN是一個螺線管，它的繞線方法沒有畫出，Q的輸出端a、b和MN的輸入端c、d之間用導(dǎo)線相連，P是在MN的正下方水平放置的用細導(dǎo)線繞制的軟彈簧線圈．若在Q所處的空間加上與環(huán)面垂直的變化磁場，發(fā)現(xiàn)在t1至t2時間段內(nèi)彈簧線圈處于收縮狀態(tài)，則所加磁場的磁感應(yīng)強度的變化情況可能是()[答案]D[解析]在t1至t2時間段內(nèi)彈簧線圈處于收縮狀態(tài)，說明此段時間內(nèi)穿過線圈的磁通量變大，即穿過線圈的磁場的磁感應(yīng)強度變大，則螺線管中電流變大，單匝金屬線圈Q產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢變大，所加磁場的磁感應(yīng)強度的變化率變大，即B－t圖線的斜率變大，選項D正確．6.如圖所示，垂直紙面向外的正方形勻強磁場區(qū)域內(nèi)，有一位于紙面內(nèi)、電阻均勻的正方形導(dǎo)體框abcd，現(xiàn)將導(dǎo)體框分別朝兩個方向以v0、3v0速度勻速拉出磁場，則導(dǎo)體框從兩個方向移出磁場的過程中()A．導(dǎo)體框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相同B．導(dǎo)體框中產(chǎn)生的焦耳熱相同C．導(dǎo)體框ab邊兩端電勢差相同D．通過導(dǎo)體框截面的電量相同[答案]AD[解析]由楞次定律可知導(dǎo)體框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相同，A正確；由電磁感應(yīng)定律可得Q＝eq\f(BLv2L,4Rv)＝eq\f(B2L3v,4R)，因此導(dǎo)體框中產(chǎn)生的焦耳熱不同，故B錯誤；兩種情況下電源的電動勢不相同，導(dǎo)體框ab邊兩端電勢差不同，C錯誤；由q＝eq\f(ΔΦ,4R)知，通過導(dǎo)體框截面的電量與速度無關(guān)，D正確．7.如圖所示是法拉第做成的世界上第一臺發(fā)電機模型的原理圖．將銅盤放在磁場中，讓磁感線垂直穿過銅盤；圖中a、b導(dǎo)線與銅盤的中軸線處在同一平面內(nèi)；轉(zhuǎn)動銅盤，就可以使閉合電路獲得電流．若圖中銅盤半徑為L，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，回路總電阻為R，從上往下看逆時針勻速轉(zhuǎn)動銅盤的角速度為ω.則下列說法正確的是()A．回路中有大小和方向做周期性變化的電流B．回路中電流大小恒定，且等于eq\f(BL2ω,2R)C．回路中電流方向不變，且從b導(dǎo)線流進燈泡，再從a導(dǎo)線流向旋轉(zhuǎn)的銅盤D．若將勻強磁場改為仍然垂直穿過銅盤的按正弦規(guī)律變化的磁場，不轉(zhuǎn)動銅盤，燈泡中也會有電流流過[答案]BC[解析]銅盤在轉(zhuǎn)動的過程中產(chǎn)生恒定的電流I＝eq\f(BL2ω,2R)，A項錯B項對；由右手定則可知銅盤在轉(zhuǎn)動的過程中產(chǎn)生恒定的電流從b導(dǎo)線流進燈泡，再從a流向旋轉(zhuǎn)的銅盤，C項正確；若將勻強磁場改為仍然垂直穿過銅盤的按正規(guī)律變化的磁場，不轉(zhuǎn)動銅盤時閉合回路磁通量不發(fā)生變化，燈泡中沒有電流流過，D項錯誤．8.如圖所示，水平光滑的平行金屬導(dǎo)軌，左端接有電阻R，勻強磁場B豎直向下分布在導(dǎo)軌所在的空間內(nèi)，質(zhì)量一定的金屬棒PQ垂直導(dǎo)軌放置．今使棒以一定的初速度v0向右運動，當其通過位置a、b時，速率分別為va、vb，到位置c時棒剛好靜止，設(shè)導(dǎo)軌與棒的電阻均不計，a到b與b到c的間距相等，則金屬棒在由a到b和由b到c的兩個過程中()A．回路中產(chǎn)生的內(nèi)能不相等B．棒運動的加速度相等C．安培力做功相等D．通過棒橫截面積的電量相等[答案]AD[解析]棒由a到b再到c過程中，速度逐漸減?。鶕?jù)E＝Blv，E減小，故I減?。俑鶕?jù)F＝BIl，安培力減小，根據(jù)F＝ma，加速度減小，B錯誤．由于ab、bc間距相等，故從a到b安培力做的功大于從b到c安培力做功，故A正確，C錯誤．再根據(jù)平均感應(yīng)電動勢eq\x\to(E)＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(BΔS,Δt)，eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R)＝eq\x\to(I)Δt得q＝eq\f(BΔS,R)，故D正確．9．(2011·濟南模擬)電吉他是利用電磁感應(yīng)原理工作的一種樂器．如圖甲所示為電吉他拾音器的原理圖，在金屬弦的下方有一個連接到放大器的螺線管．一條形磁鐵固定在管內(nèi)，當撥動金屬弦后，螺線管內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化后可將電信號轉(zhuǎn)為聲信號．若由于金屬弦的振動，螺線管內(nèi)的磁通量隨時間的變化如圖乙所示，則對應(yīng)感應(yīng)電流的變化為()[答案]B[解析]由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，即磁通量變化率越大，感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流也就越大．分析螺線管內(nèi)的磁通量隨時間的變化關(guān)系圖線可知，圖線斜率越大產(chǎn)生的感應(yīng)電流越大，斜率為零，感應(yīng)電流也為零，對比各選項可知，選項B正確．10．如圖所示，在平行于水平地面的勻強磁場上方有三個線圈，從相同的高度由靜止開始同時釋放，三個線圈都是相同的金屬材料制成的邊長一樣的正方形，A線圈有一個缺口，B、C線圈閉合，但B線圈的導(dǎo)線比C線圈的粗，則()A．三個線圈同時落地B．A線圈最先落地C．A線圈最后落地D．B、C線圈同時落地[答案]BD[解析]由于A線圈上有缺口，A中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，不受安培力的阻礙作用，所以A線圈先落地，B正確．B、C線圈在進入磁場的過程中，受安培力與重力作用，滿足：mg－eq\f(B2L2v,R)＝mam＝ρ密·4L·SR＝ρ電eq\f(4L,S)所以4ρ密LSg－eq\f(B2LSv,4ρ電)＝4ρ密LSa4ρ密g－eq\f(B2v,4ρ電)＝4ρ密aa＝g－eq\f(B2v,16ρ密ρ電)，由于B、C線圈起始下落高度相同，材料相同，所以a相同，進入相同的磁場，B、C線圈同時落地，D選項正確．第Ⅱ卷(非選擇題共60分)二、填空題(共3小題，每小題6分，共18分．把答案直接填在橫線上)11.(6分)一個面積S＝4×10－2m2，匝數(shù)n＝100匝的線圈，放在勻強磁場中，磁場方向垂直平面，磁感應(yīng)強度的大小隨時間變化規(guī)律如圖所示，在開始2秒內(nèi)穿過線圈的磁通量的變化率等于________，[答案]0.08Wb/s8V[解析]由圖象可得，在開始2秒內(nèi)eq\f(ΔB,Δt)＝2T/s，則eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔBS,Δt)＝0.08Wb/s；在第3秒末E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝8V.12.(6分)如圖所示，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有半徑為r的光滑圓形導(dǎo)體框架，OC為一能繞O在框架上滑動的導(dǎo)體棒，Oa之間連一個電阻R，導(dǎo)體框架與導(dǎo)體電阻均不計，若要使OC能以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，則外力做功的功率是________．[答案]eq\f(B2L4ω2,4R)[解析]由E＝BL×eq\f(1,2)ωL及P外＝P電＝eq\f(E2,R)可解得：P外＝eq\f(B2L4ω2,4R).13．(6分)(2011·北京東城模擬)如圖所示，某空間存在垂直于紙面向里的勻強磁場，分布在半徑為a的圓柱形區(qū)域內(nèi)，兩個材料、粗細(遠小于線圈半徑)均相同的單匝線圈，半徑分別為r1和r2，且r1>a>r2，線圈的圓心都處于磁場的中心軸線上．若磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間均勻減弱，已知eq\f(ΔB,Δt)＝k，則在任一時刻兩個線圈中的感應(yīng)電動勢之比為________；磁場由B均勻減到零的過程中，通過兩個線圈導(dǎo)線橫截面的電荷量之比為________．[答案]eq\f(a2,r\o\al(2,2))eq\f(a2,r1·r2)[解析]由法拉第電磁感應(yīng)定律E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB,Δt)·S，半徑分別為r1和r2的兩線圈中感應(yīng)電動勢之比為eq\f(E1,E2)＝eq\f(S1,S2)＝eq\f(a2,r\o\al(2,2)).由q＝IΔt＝eq\f(E,R)·Δt＝eq\f(\f(ΔΦ,Δt),R)·Δt＝eq\f(ΔΦ,R)，通過線圈r1的電荷量q1＝eq\f(ΔΦ1,R1)＝eq\f(ΔB,R1)·πa2.通過線圈r2的電荷量q2＝eq\f(ΔΦ2,R2)＝eq\f(ΔB,R2)·πreq\o\al(2,2)，又根據(jù)電阻定律知線圈r1和r2的電阻比eq\f(R1,R2)＝eq\f(l1,l2)＝eq\f(r1,r2).磁場由B均勻減到零的過程中，通過兩個線圈導(dǎo)線橫截面的電荷量之比為eq\f(q1,q2)＝eq\f(a2,r1·r2).三、論述計算題(共4小題，共42分．解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)14．(10分)如圖甲所示，用粗細均勻的導(dǎo)線制成的一只圓形金屬圈，現(xiàn)被一根絕緣絲線懸掛在豎直平面內(nèi)處于靜止狀態(tài)，已知金屬圈的質(zhì)量為m，半徑為r，導(dǎo)線的電阻率為ρ，截面積為S.金屬圈的上半部分處在一方向垂直圈面向里的有界勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化滿足B＝kt(k為常量)，如圖乙所示．金屬圈下半部分在磁場外．若絲線所能承受最大拉力FTm＝2mg，求：從t＝0時刻起，經(jīng)過多長時間絲線會被拉斷？[答案]eq\f(2mgρ,k2Sr2)[解析]設(shè)金屬圈受重力mg、拉力FT和安培力F的作用處于靜止狀態(tài)，則FT＝mg＋F，又F＝2BIr金屬圈中的感應(yīng)電流I＝eq\f(E,R)由法拉第電磁感應(yīng)定律得E＝eq\f(ΔΦ,Δt)，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB,Δt)·eq\f(πr2,2)金屬圈的電阻R＝ρeq\f(2πr,S)又B＝kt，F(xiàn)Tm＝2mg由以上各式求得t＝eq\f(2mgρ,k2Sr2)15．(10分)如圖所示，光滑的U形金屬導(dǎo)軌MNN′M′水平的固定在豎直向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B，導(dǎo)軌的寬度為L，其長度足夠長，M′、M之間接有一個阻值為R的電阻，其余部分電阻不計．一質(zhì)量為m、電阻也為R的金屬棒ab恰能放在導(dǎo)軌之上，并與導(dǎo)軌接觸良好，給棒施加一個水平向右的瞬間作用力．棒就沿軌道以初速度v0開始向右滑行．求：(1)開始運動時，棒中的瞬時電流i和棒兩端的瞬時電壓u分別為多大？(2)當棒的速度由v0減小到v0/10的過程中，棒中產(chǎn)生的焦耳熱Q是多少？[答案](1)eq\f(BLv0,2R)eq\f(1,2)BLv0(2)eq\f(99,400)mveq\o\al(2,0)[解析](1)開始運動時，棒中的感應(yīng)電動勢：E＝BLv0棒中的瞬時電流：i＝eq\f(E,2R)＝eq\f(BLv0,2R)棒兩端的瞬時電壓：u＝eq\f(R,R＋R)E＝eq\f(1,2)BLv0(2)由能量守恒定律知，閉合電路在此過程產(chǎn)生的焦耳熱：Q總＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)m(eq\f(1,10)v0)2＝eq\f(99,200)mveq\o\al(2,0)棒中產(chǎn)生的焦耳熱為：Q＝eq\f(1,2)Q總＝eq\f(99,400)mveq\o\al(2,0)16．(11分)如圖所示，為某一裝置的俯視圖，PQ、MN為豎直放置的很長的平行金屬薄板，兩板間有勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，方向豎直向下，金屬棒AB擱置在兩板上緣，并與兩板垂直良好接觸，現(xiàn)有質(zhì)量為m、帶電荷量為q，其重力不計的粒子，以初速度v0水平向左射入兩板間，問：(1)金屬棒AB應(yīng)朝什么方向運動，以多大的速度運動，可以使帶電粒子做勻速直線運動？(2)若金屬棒運動突然停止，帶電粒子在磁場中繼續(xù)運動，從這時刻開始位移第一次達到eq\f(mv0,qB)時的時間間隔是多少？(磁場區(qū)域足夠大)[答案](1)左v0(2)eq\f(πm,3qB)[解析](1)設(shè)電荷為正電荷，電荷做勻速直線運動，則兩板間的電場力和洛倫茲力平衡，則AB應(yīng)向左勻速運動，設(shè)其速度為v，則有：U＝BLv，L為兩板間距依題意：qE＝qv0B，E＝eq\f(U,L)，解得v＝v0若為負電荷，上述結(jié)論不變．(2)AB突然停止運動，兩板間電場消失，電荷在B中勻速圓周運動，依題意，由幾何關(guān)系可知，電荷軌跡圓弧所對圓心角為60°，則：t＝eq\f(T,6)＝eq\f(πm,3qB)17．(11分)(2011·鄭州模擬)相距L＝1.5m的足夠長金屬導(dǎo)軌豎直放置，質(zhì)量為m1＝1kg的金屬棒ab和質(zhì)量為m2＝0.27kg的金屬棒cd均通過棒兩端的套環(huán)水平地套在金屬導(dǎo)軌上，如圖(a)所示，虛線上方磁場方向垂直紙面向里，虛線下方磁場方向豎直向下，兩處磁場磁感應(yīng)強度大小相同．a(chǎn)b棒光滑，cd棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.75，兩棒總電阻為1.8Ω，導(dǎo)軌電阻不計．a(chǎn)b棒在方向豎直向上，大小按圖(b