2021高考物理（选择性考试）人教版一轮章末检测：10 电磁感应

2021高考物理（选择性考试）人教版一轮章末检测：10 电磁感应

www.ks5u.com 章末检测10　电磁感应 ‎(时间90分钟　满分100分)‎ 一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分．在每小题给出的四个选项中，第1～8小题只有一个选项正确，第9～12小题有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分)‎ ‎1.如图所示，在条形磁铁的中央位置的正上方水平固定一铜质圆环，不计空气阻力，以下判断正确的是(　　)‎ A．释放圆环，环下落时产生感应电流 B．释放圆环，环下落时无感应电流 C．释放圆环，环下落时环的机械能不守恒 D．以上说法都不正确 答案：B ‎2．如图所示，线圈L的自感系数很大，且其直流电阻可以忽略不计，L1、L2是两个完全相同的小灯泡，开关S闭合和断开的过程中，灯L1、L2的亮度变化情况是(灯丝不会断)(　　)‎ A．S闭合时，L1亮度不变，L2逐渐变亮，最后两灯一样亮；S断开时，L2立即熄灭，L1逐渐变亮 B．S闭合时，L1不亮，L2很亮；S断开时，L1、L2立即熄灭 C．S闭合时，L1、L2同时亮，而后L1逐渐熄灭，L2亮度不变；S断开时，L2立即熄灭，L1亮一下才熄灭 D．S闭合时，L1、L2同时亮，而后L1逐渐熄灭，L2则逐渐变得更亮；S断开时，L2立即熄灭，L1亮一下才熄灭 答案：D ‎3.如图所示，两光滑平行金属导轨间距为L，直导线MN垂直跨在导轨上，且与导轨接触良好，整个装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B.电容器的电容为C，除电阻R外，导轨和导线的电阻均不计．现给导线MN一初速度，使导线MN向右运动，当电路稳定后，MN以速度v向右匀速运动时(　　)‎ A．电容器两端的电压为零 B．通过电阻R的电流为 C．电容器所带电荷量为CBLv D．为保持MN匀速运动，需对其施加的拉力大小为 答案：C ‎4．如图甲所示，边长为L、总电阻为R的正方形导线框静置于光滑水平面上，cd边正中间有一个很小的豁口PQ，且导线框处于与水平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小B随时间t的变化规律如图乙所示．则下列说法正确的是(　　)‎ 甲　　　　　乙 A．在0～t0时间内，正方形导线框有收缩的趋势 B．在t＝时刻，ab边所受安培力大小为 C．在0～t0时间内P、Q间的电势差为 D．在0～t0时间内，P点电势低于Q点电势 答案：C ‎5．如图甲、乙、丙中除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动．图甲中的电容器C原来不带电．所有导体棒、导轨电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计．导体棒ab的质量为m.图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面(即纸面)向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，导轨足够长，间距为L.今给导体棒ab一个向右的初速度v0，则(　　)‎ ‎　甲　　　　乙　　　　　丙 A．三种情况下，导体棒ab最终均静止 B．三种情况下，导体棒ab最终都做匀速运动 C．图甲、图丙中ab棒最终都向右做匀速运动 D．图乙中，流过电阻R的总电荷量为 答案：D ‎6．如图甲所示，电路的左侧是一个电容为C的电容器，电路的右侧是一个单匝环形导体，环形导体所围的面积为S ‎，在环形导体中有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小随时间变化的规律如图乙所示．则在0～t0时间内电容器(　　)‎ ‎　甲　　　　　　　乙 A．上极板带正电，所带电荷量为 B．上极板带正电，所带电荷量为 C．上极板带负电，所带电荷量为 D．上极板带负电，所带电荷量为 答案：A ‎7.如图所示，一直角三角形金属框，向左匀速地穿过一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，磁场仅限于虚线边界所围的区域，该区域的形状与金属框完全相同，且金属框的下边与磁场区域的下边在一直线上．若取顺时针方向为电流的正方向，则金属框穿过磁场的过程中感应电流i随时间t变化的图象是(　　)‎ ‎　　　 A　　　B　 　　C　　　D 答案：C ‎8.如图所示的匀强磁场中有一根弯成45°的金属线POQ，其所在平面与磁场垂直，长直导线MN与金属线紧密接触，起始时OA＝l0，且MN⊥OQ，所有导线单位长度电阻均为r，MN匀速水平向右运动的速度为v，使MN匀速运动的外力为F，则外力F随时间变化的规律图象正确的是(　　)‎ A　　　B　　　C　　　D 答案：C ‎9.如图所示，光滑水平面上存在有界匀强磁场，磁感应强度为B，质量为m边长为a的正方形线框ABCD斜向上穿进磁场，当AC刚进入磁场时，线框的速度为v，方向与磁场边界成45°，若线框的总电阻为R，则 (　　)‎ A．线框穿进磁场过程中，线框中电流的方向为DCBA B．AC刚进入磁场时线框中感应电流为 C．AC刚进入磁场时线框所受安培力为 D．此时C、D两端电压为Bav 解析：线框进入磁场的过程中穿过线框的磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向外，则感应电流的方向为ABCD方向，故A错误；AC刚进入磁场时CD边切割磁感线，AD边不切割磁感线，所以产生的感应电动势E＝Bav，则线框中感应电流为I＝＝，此时CD两端电压，即路端电压为U＝E＝Bav，故B错误，D正确；AC刚进入磁场时线框的CD边产生的安培力与v的方向相反，AD边受到的安培力的方向垂直于AD向下，它们的大小都是F＝BIa，由几何关系可以看出，AD边与CD边受到的安培力的方向相互垂直，所以F合＝F＝，C正确．‎ 答案：CD ‎10．如图甲所示，间距为L的光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，轨道左侧连接一定值电阻R.垂直导轨的导体棒ab在平行导轨的水平外力F作用下沿导轨运动，F随t变化的规律如图乙所示．在0～t0时间内，棒从静止开始做匀加速直线运动．图乙中t0、F1、F2为已知量，棒和导轨的电阻不计．则(　　)‎ 甲　　　　　乙 A．在t0以后，导体棒一直做匀加速直线运动 B．在t0以后，导体棒先做加速，最后做匀速直线运动 C．在0～t0时间内，导体棒的加速度大小为 D．在0～t0时间内，通过导体棒横截面的电荷量为 解析：因在0～t0时间内棒做匀加速直线运动，故在t0时刻F2大于棒所受的安培力，在t0以后，外力保持F2不变，安培力逐渐变大，导体棒先做加速度减小的加速运动，当加速度a＝0，即导体棒所受安培力与外力F2相等后，导体棒做匀速直线运动，故A错误，B正确．设在0～t0时间内导体棒的加速度为a.通过导体棒横截面的电荷量为q，导体棒的质量为m，t0时刻导体棒的速度为v，则有：a＝，F2－＝ma，F1＝ma，q＝，ΔΦ＝BΔS＝BLt0，解得：a＝，q＝，故C错误，D正确．‎ 答案：BD ‎11．(2019·河北石家庄检测)如图甲所示，质量m＝3.0×10－3 kg的金属细框竖直放置在两水银槽中，细框的水平细杆CD长l＝0.20 m，处于磁感应强度大小B1＝1.0 T、方向水平向右的匀强磁场中．有一匝数n＝300、面积S＝0.01 m2的线圈通过开关S与两水银槽相连．线圈处于与线圈平面垂直、沿竖直方向的匀强磁场中，其磁感应强度B2随时间t变化的关系如图乙所示．t＝0.22 s时闭合开关S，细框瞬间跳起(细框跳起瞬间安培力远大于重力)，跳起的最大高度h＝0.20 m．不计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2，下列说法正确的是(　　)‎ 甲　　　　　　乙 A．0～0.10 s内线圈中的感应电动势大小为3 V B．开关S闭合瞬间，CD中的电流方向为由C到D C．磁感应强度B2的方向竖直向下 D．开关S闭合瞬间，通过CD的电荷量为0.03 C ‎ 解析：由题图乙可知，0～0.10 s内，ΔΦ＝ΔBS＝(1.0－0)×0.01 Wb＝0.01 Wb，线圈中的感应电动势大小E＝n＝300× V＝30 V，选项A错误；开关S闭合瞬间，CD跳起，说明其所受安培力方向竖直向上，由左手定则可知电流方向由C到D，由安培定则可知感应电流在线圈中产生的磁场方向竖直向上，结合图乙可知，在t＝0.22 s时穿过线圈的磁通量在减少，由楞次定律可判断，磁感应强度B2方向竖直向上，选项B正确，C错误；对细框依据动量定理得B1IlΔt＝mv－0，细框向上做竖直上抛运动，则v2＝2gh，电荷量Q＝IΔt，解得Q＝＝ C＝0.03 C，选项D正确．‎ 答案：BD ‎12．如图所示，相距为L的两足够长平行金属导轨固定在水平面上，整个空间存在垂直导轨平面向下的匀强磁场．磁感应强度为B.导轨上静止有质量为m，电阻为R的两根相同的金属棒ab、cd，与导轨构成闭合回路，金属棒cd左侧导轨粗糙右侧光滑．现用一沿导轨方向的恒力F水平向右拉金属棒cd，当金属棒cd运动距离为s时速度达到最大，金属棒ab与导轨间的摩擦力也刚好达最大静摩擦力．在此过程中，下列叙述正确的是 (　　)‎ A．金属棒cd的最大速度为 ‎ B．金属棒ab上的电流方向是由a向b C．整个回路中产生的热量为Fs－ D．金属棒ab与轨道之间的最大静摩擦力为F 答案：AD 二、非计算题(共52分)‎ ‎13.(16分)如图所示，一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距l＝0.5 m，左端接有阻值R＝0.3 Ω的电阻，一质量m＝0.1 kg，电阻r＝0.1 Ω的金属棒MN放置在导轨上，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B＝0.4 T．棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以a＝2 m/s2的加速度做匀加速运动，当棒的位移x＝9 m时撤去外力，棒继续运动一段距离后停下来．已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2＝2∶1.导轨足够长且电阻不计，棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触．求：‎ ‎(1)棒在匀加速运动过程中，通过电阻R的电荷量q；‎ ‎(2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2；‎ ‎(3)外力做的功WF.‎ 解析：(1)棒匀加速运动所用时间为t，有x＝at2，‎ 解得t＝＝3 s.‎ 根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律求电路中产生的平均电流为 ＝＝＝1.5 A，‎ 根据电流定义式有q＝t＝4.5 C.‎ ‎(2)撤去外力前棒做匀加速运动，根据速度公式得末速度为 v＝at＝6 m/s，‎ 撤去外力后棒在安培力作用下做减速运动，安培力做负功先将棒的动能转化为电能，再通过电流做功将电能转化为内能，所以焦耳热等于棒的动能减少量，即 Q2＝ΔEk＝mv2＝1.8 J.‎ ‎(3)根据题意在撤去外力前的焦耳热为Q1＝2Q2＝3.6 J撤去外力前拉力做正功、安培力做负功(其绝对值等于焦耳热Q1)，重力不做功，共同使棒的动能增大，‎ 根据动能定理有ΔEk＝WF－Q1，‎ 解得WF＝ΔEk＋Q1＝5.4 J.‎ 答案：(1)4.5 C　(2)1.8 J　(3)5.4 J ‎ ‎14．(16分)(2019·安徽马鞍山安检)两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为L导轨上面垂直放置两根导体棒a和b，俯视图如图甲所示．两根导体棒的质量均为m，电阻均为R，回路中其余部分的电阻不计．在整个导轨平面内，有磁感应强度大小为B的竖直向上匀强磁场．两导体棒与导轨接触良好且均可沿导轨无摩擦地滑行．开始时，两棒均静止，间距为x0.现给a棒一向右的初速度v0，并开始计时，可得到如图乙所示的Δv-t图象(Δv表示两棒的相对速度，即Δv＝va－vb)．‎ 甲　　　　　　乙 ‎(1)试证明：在0～t2时间内，回路产生的焦耳热与磁感应强度B无关；‎ ‎(2)求t1时刻，棒b的加速度大小；‎ ‎(3)求t2时刻，两棒之间的距离x.‎ 解析：(1)t2时刻，两棒速度相等．由动量守恒定律得 mv0＝mv＋mv.‎ 由能量守恒定律，整个过程中产生的焦耳热 Q＝mv－(2m)v2，‎ 联立解得Q＝mv，‎ 所以在0～t2时间内，回路产生的焦耳热与磁感应强度B无关．‎ ‎(2)在t1时刻，Δv＝va－vb＝，‎ 由动量守恒定律，有mv0＝mva＋mvb，‎ 解得：va＝v0，vb＝v0.‎ 回路中的电动势E＝BLv0－BLv0＝BLv0，‎ 此时棒b所受的安培力F＝BIL＝.‎ 由牛顿第二定律，可得棒b的加速度a＝＝.‎ ‎(3)t2时刻，两棒速度相同，即v＝，‎ ‎0～t2时间内，对棒b，由动量定理，有BILt＝mv－0，‎ 即BLq＝mv，‎ 又q＝It＝t＝，解得x＝x0＋.‎ 答案：(1)见解析　(2)　(3)x0＋ ‎15．(20分)(2019·广西桂林联考)如图所示，金属平行导轨MN、M′N′和金属平行导轨PQR、P′Q′R′分别固定在高度差为h(数值未知)的水平台面上．导轨MN、M′N′左端接有电源，MN与M′N′的间距为L＝0.10 m，线框空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B1＝0.20 T；平行导轨PQR与P′O′R′的间距为L＝0.10 m，其中PQ与P′Q′是圆心角为60°、半径为r＝0.50 m的圆弧导轨，QR与Q′R′是水平长直导轨，QQ′右侧有方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B2＝0.40 T．导体棒a质量m1＝0.02 kg，电阻R1＝2.0 Ω，放置在导轨MN、M′N′右侧N′N边缘处；导体棒b质量m2＝0.04 kg，电阻R2＝4.0 Ω，放置在水平导轨某处．闭合开关S后，导体棒a从NN′水平抛出，恰能无碰撞地从PP′处以速度v1＝2 m/s滑入平行导轨，且始终没有与棒b相碰．重力加速度g取10 m/s2，不计一切摩擦及空气阻力．求：‎ ‎(1)导体棒b的最大加速度；‎ ‎(2)导体棒a在QQ′右侧磁场中产生的焦耳热；‎ ‎(3)闭合开关S后，通过电源的电荷量q.‎ 解析：(1)设a棒滑到水平轨道上时的速度为v2，由动能定理得 m1g(r－rcos 60°)＝m1v－m1v，‎ 解得v2＝3 m/s.‎ 因为a棒刚进磁场时，a、b棒中的电流最大，b棒受力最大，加速度最大，有 E＝B2Lv2＝0.12 V，‎ I＝＝ A＝0.02 A，‎ 由牛顿第二定律得，B2IL＝m2amax，‎ 解得amax＝0.02 m/s2.‎ ‎(2)两个导体棒在运动过程中，动量守恒、且能量守恒，当两棒的速度相等时回路中的电流为零，此后两棒做匀速运动，两棒不再产生焦耳热．‎ 由动量守恒定律得m1v2＝(m1＋m2)v3，‎ 由动量守恒定律得m1v＝(m1＋m2)v＋Qa＋Qb.‎ 根据a、b棒的串联关系，有＝，‎ 联立解得Qa＝0.02 J.‎ ‎(3)设接通开关后，a棒以速度v0水平抛出，有 v0＝v1cos 60°＝1 m/s，‎ 对a棒冲出过程由动量定理得 B1ILt＝m1v0，即B1Lq＝m1v0，‎ 解得q＝1 C.‎ 答案：(1)0.02 m/s2　(2)0.02 J　(3)1 C