2021届高考物理一轮复习第十章电磁感应章末质量检测含解析沪科版

2021届高考物理一轮复习第十章电磁感应章末质量检测含解析沪科版

章末质量检测(十)‎ ‎(时间：50分钟　满分：100分)‎ ‎ 一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分。1～4题为单项选择题，5～8题为多项选择题)‎ ‎1.(2020·青岛模拟)如图1所示为地磁场磁感线的示意图。一架民航飞机在赤道上空匀速飞行，机翼保持水平，由于遇到强气流作用使飞机竖直下坠，在地磁场的作用下，金属机翼上有电势差。设飞行员左方机翼末端处的电势为φ1，右方机翼末端处的电势为φ2，忽略磁偏角的影响，则(　　)‎ 图1‎ A.若飞机从西往东飞，φ2比φ1高 B.若飞机从东往西飞，φ2比φ1高 C.若飞机从南往北飞，φ2比φ1高 D.若飞机从北往南飞，φ2比φ1高 解析　由于地磁场的方向是由南到北的，若飞机从西往东飞或者从东往西飞，竖直下坠，机翼方向与地磁场方向平行，不切割磁感线，不产生感应电动势，所以机翼两端不存在电势差，故选项A、B错误；若飞机从南往北飞，竖直下坠，机翼方向与地磁场方向垂直，由右手定则可判定，飞机的右方机翼末端的电势比左方机翼末端的电势高，即φ2比φ1高，同理可知，若飞机从北往南飞，φ2比φ1低，选项C正确，D错误。‎ 答案　C ‎2.如图2所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的均匀变化的磁场B中。两板间放一台小型压力传感器，压力传感器上表面绝缘，在其上表面静止放置一个质量为m、电荷量为q的带正电小球。K没有闭合时传感器有示数，K闭合时传感器示数变为原来的一半，重力加速度为g。则线圈中磁场B的变化情况和磁通量的变化率分别是(　　)‎ 图2‎ - 9 -‎ A.正在增强，＝ 　 B.正在增强，＝ C.正在减弱，＝ 　 D.正在减弱，＝ 解析　根据K闭合时传感器示数变为原来的一半，推出带正电小球受向上的电场力，即上极板带负电，下极板带正电，线圈感应电动势的方向从上极板经线圈流向下极板，根据安培定则知感应磁场的方向向下，与原磁场方向相反，又由楞次定律得线圈中磁场正在增强；对小球受力分析得q＝，其中感应电动势E＝n，代入得＝，故B正确。‎ 答案　B ‎3.(2019·海淀区月考)如图3所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计。匀强磁场与导轨平面垂直。阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好。t＝0时，将开关S由1掷到2。q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度。下列图象正确的是(　　)‎ 图3‎ 解析　当开关S由1掷到2时，电容器开始放电，此时电流最大，棒受到的安培力最大，加速度最大，此后棒开始运动，产生感应电动势，棒相当于电源，利用右手定则可判断棒上端为正极，下端为负极，与电容器的极性相同，随着速度增大，感应电动势增大，电路中的电流逐渐减小，当电容器极板电压与棒两端电势差相等时，电容器不再放电，电路中电流等于零，棒做匀速运动，加速度减为零，所以选项B、C错误，D正确；因电容器最终两极板间有稳定电压，q＝CU不等于零，所以选项A错误。‎ 答案　D ‎4.如图4所示，匀强磁场B垂直于正方形导线框平面，且边界恰与线框重合，导线框各边电阻均为r，现欲从磁场以相同速率匀速拉出线框，使线框边ab间电势差最大，则应沿何方向拉出(　　)‎ - 9 -‎ 图4‎ A.沿甲方向拉出 B.沿乙方向拉出 C.沿丙方向拉出 D.沿丁方向拉出 解析　设正方形线框的边长为L，则线框拉出磁场时产生的感应电动势为E＝BLv；线框按甲方向运动时，cd相当于电源，ab间电势差是外电压的，即U甲＝E；线框按乙方向运动时，ad相当于电源，ab间电势差是外电压的，即U乙＝E；线框按丙方向运动时，ab相当于电源，ab间电势差是外电压，即U丙＝E；线框按丁方向运动时，bc相当于电源，ab间电势差是外电压的，即U丁＝E，选项C正确。‎ 答案　C ‎5.(2019·威海第一中学质检)如图5甲所示，abcd是位于竖直平面内的正方形闭合金属线圈，在金属线圈的下方有一磁感应强度为B的匀强磁场区域，MN和M′N′是匀强磁场区域的水平边界，边界的宽度为s，并与线框的bc边平行，磁场方向与线框平面垂直。现让金属线框由距MN某一高度处从静止开始下落，图乙是金属线框由开始下落到完全穿过匀强磁场区域的v－t图象(其中OA、BC、DE相互平行)。已知金属线框的边长为L(L＜s)、质量为m，电阻为R，当地的重力加速度为g，图象中坐标轴上所标出的字母v1、v2、t1、t2、t3、t4均为已知量。(下落过程中bc边始终水平)根据题中所给条件，以下说法正确的是(　　)‎ 图5‎ A.t2是线框全部进入磁场瞬间，t4是线框全部离开磁场瞬间 B.从bc边进入磁场起一直到ad边离开磁场为止，感应电流所做的功为mgs C.v1的大小可能为 - 9 -‎ D.线框穿出磁场过程中流经线框横截面的电荷量比线框进入磁场过程中流经框横截面的电荷量多 解析　0～t1时间内做自由落体运动，可知从t1时刻进入磁场，开始做加速度减小的减速运动，t2时刻后又做匀加速运动，且与自由落体运动的加速度相同，可知线框全部进入磁场，即t2是线框全部进入磁场瞬间，t3时刻开始做变减速运动，t4时刻又做加速度为g的匀加速运动，可知t4是线框全部离开磁场瞬间，选项A正确；从bc边进入磁场(t1时刻)起，到bc边穿出磁场(t3时刻)止，设线框克服安培力做的功为W0，根据动能定理，得mgs－W0＝0，则W0＝mgs，由图乙知，线框穿出磁场的过程中和线框进入磁场的过程中克服安培力做的功相等，所以从bc边进入磁场起一直到ad边离开磁场，克服安培力做功WA＝2W0＝2mgs，即感应电流所做的功为2mgs，选项B错误；线框全部进入磁场前的瞬间，可能重力和安培力平衡，有mg＝，解得v1＝，选项C正确；根据q＝知，线框进入磁场和出磁场的过程中，磁通量的变化量相同，则流经线框横截面的电荷量相同，选项D错误。‎ 答案　AC ‎6.目前无线电力传输技术已经成熟，如图6所示为一种非接触式电源供应系统。这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力，两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置。利用这一原理，可以实现对手机进行无线充电。下列说法正确的是(　　)‎ 图6‎ A.只要在A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势 B.若在A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势 C.A中电流越大，B中感应电动势越大 D.A中电流变化越快，B中感应电动势越大 解析　根据法拉第电磁感应定律，只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势，若A线圈中输入恒定电流，B线圈中不会产生感应电动势，选项A错误，B正确；根据法拉第电磁感应定律，A线圈中电流变化越快，B线圈中感应电动势越大，选项D正确，C错误。‎ 答案　BD ‎7.(2019·杭州联考)如图7所示，A为多匝线圈，与开关、滑动变阻器相连后接入M、N间的交流电源，B为一接有小灯泡的闭合多匝线圈，下列关于小灯泡发光的说法正确的是(　　)‎ - 9 -‎ 图7‎ A.闭合开关后小灯泡可能发光 B.若闭合开关后小灯泡发光，则再将B线圈靠近A，则小灯泡更亮 C.闭合开关瞬间，小灯泡才能发光 D.若闭合开关后小灯泡不发光，将滑动变阻器滑片左移后，小灯泡可能会发光 解析　闭合开关后，A产生交变磁场，B的磁通量变化，小灯泡通电后可能发光，选项A正确，C错误；闭合开关后再将B线圈靠近A，B的磁通量变化率增大，产生的感应电动势更大，小灯泡更亮，选项B正确；闭合开关后小灯泡不发光，将滑动变阻器滑片左移后，A中电流减小，B的磁通量变化率减小，小灯泡更不可能会发光，选项D错误。‎ 答案　AB ‎8.如图8所示，竖直悬挂的弹簧下端拴有导体棒ab，ab无限靠近竖直平行导轨的内侧、与导轨处于竖直向上的匀强磁场中，导体棒MN与平行导轨处于垂直导轨平面的匀强磁场中，当MN以速度v向右匀速运动时，ab恰好静止，弹簧无形变，现使v减半仍沿原方向匀速运动，ab开始沿导轨下滑，磁感应强度大小均为B，导轨宽均为L，导体棒ab、MN质量相同、电阻均为R，其他电阻不计，导体棒与导轨接触良好，弹簧始终在弹性限度内，弹簧的劲度系数为k，ab与竖直平行导轨间的动摩擦因数为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则(　　)‎ 图8‎ A.MN中电流方向从M到N B.ab受到的安培力垂直纸面向外 C.ab开始下滑直至速度首次达到峰值的过程中，克服摩擦力做功产生的热量为 D.ab速度首次达到峰值时，电路的电热功率为 解析　MN向右匀速运动，根据右手定则知电流由N到M，故A错误；电流由a到b，根据左手定则知ab所受安培力垂直纸面向外，故B正确；当MN以速度v向右匀速运动时，ab恰好静止，则电流I＝，ab受到的最大静摩擦力fm＝μBIL＝，根据平衡条件得＝mg，当v′＝v时，fm′＝·，速度第一次达到最大时，加速度等于零，ab再次平衡，mg＝fm′＋kx，则ab下落的距离x＝，克服摩擦力做功产生的热量Q1＝fm′x＝ - 9 -‎ ‎，故C正确；ab速度首次达到峰值时，电路电流I1＝，电路的电热功率为P＝2IR＝，故D错误。‎ 答案　BC 二、非选择题(本题共3小题，共52分)‎ ‎9.(16分)图9甲是探究“怎样产生感应电流”的实验装置。ab是一根导体杆，通过导线、开关连接在灵敏电流计的两接线柱上。‎ ‎(1)本实验中，如果________，我们就认为有感应电流产生。 ‎ ‎(2)闭合开关后，若导体杆不动，磁铁左右水平运动，电路________(选填“有”或“无”)感应电流。‎ ‎(3)小李所在实验小组想进一步探究“感应电流的大小跟哪些因素有关”，小李猜想：“可能跟导体杆切割磁感线运动的快慢有关。”请你根据图示的实验装置，帮助小李设计实验来验证她的猜想，你设计的实验做法是：_______________________________________________________________。‎ ‎ ‎ 图9‎ ‎(4)在探究电磁感应现象的实验中，电流表刻度盘上的零刻度线在正中间，当电池的正极接电流表的右接线柱，电池的负极与电流表的左接线柱相碰时，指针向右偏转。如图乙所示电路，将线圈A放在线圈B中，在合上开关S的瞬间，电流表指针应向________偏转；保持开关闭合，将线圈A从线圈B中拔出时，电流表指针应向________偏转。 ‎ 解析　(1)有微弱的电流通过灵敏电流计，其指针就会摆动。‎ ‎(2)由图可知，导体不动，磁铁左右水平运动，此时也相当于导体做切割磁感线运动，会产生感应电流。 ‎ ‎(3)本实验设计要应用控制变量法。在其他条件不变的情况下，只改变导体切割磁感线运动的速度，然后观察电流计指针的偏转程度。‎ ‎(4)由“当电池的正极接电流表的右接线柱，电池的负极与电流表的左接线柱相碰时，指针向右偏转”，可知线圈B中感应电流为顺时针方向时，电流表指针向右偏。将线圈A放在线圈B中，在合上开关S的瞬间，线圈B中的磁通量向上增大，根据楞次定律可知线圈B中的感应电流为逆时针方向；将原线圈A从副线圈B中拔出时，线圈B中的磁通量向上减小，根据楞次定律可知线圈B中的感应电流为顺时针方向。‎ - 9 -‎ 答案　(1)灵敏电流计的指针偏转　(2)有　(3)闭合开关，保持其他条件不变，只改变导体切割磁感线运动的速度，观察灵敏电流计的指针偏转程度　(4)左　右 ‎10.(16分)(2019·济南模拟)如图10甲所示，不计电阻的平行金属导轨竖直放置，导轨间距为L＝1 m，上端接有电阻R＝3 Ω，虚线OO′下方是垂直于导轨平面向里的匀强磁场。现将质量m＝0.1 kg、电阻r＝1 Ω的金属杆ab从OO′上方某处垂直导轨由静止释放，杆下落过程中始终与导轨保持良好接触，杆下落过程中的v－t图象如图乙所示。(g取10 m/s2)求：‎ 图10‎ ‎(1)磁感应强度B的大小；‎ ‎(2)杆在磁场中下落0.1 s过程中电阻R产生的热量。‎ 解析　(1)由图象知，杆自由下落0.1 s进入磁场以v＝1.0 m/s做匀速运动，产生的电动势E＝Blv 杆中的电流I＝ 杆所受安培力F＝BIL 由平衡条件mg＝F 代入相关数据，解之得B＝2 T。‎ ‎(2)杆在磁场中下落0.1 s过程中电阻R中产生的热量为Q＝I2Rt＝0.075 J。‎ 答案　(1)2 T　(2)0.075 J ‎11.(20分)(2019·南开区五校联考)如图11甲所示，空间存在方向竖直向下、磁感应强度大小B＝0.5 T的匀强磁场，有两条平行的长直导轨MN、PQ处于同一水平面内，间距L＝0.2 m，左端连接阻值R＝0.4 Ω的电阻。质量m＝0.1 kg的导体棒ab垂直跨放在导轨上，与导轨间的动摩擦因数μ＝0.2。从t＝0时刻开始，通过一小型电动机对棒施加一个水平向右的牵引力，使棒从静止开始沿导轨方向做加速运动，此过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好。除R以外其余部分的电阻均不计，重力加速度g取10 m/s2。‎ - 9 -‎ 图11‎ ‎(1)若电动机保持恒定功率输出，棒的v－t图象如图乙所示(其中OA是曲线，AB是直线)，已知0～10 s内电阻R上产生的热量Q＝30 J，求：‎ ‎①导体棒达到最大速度vm时牵引力大小；‎ ‎②导体棒从静止开始达到最大速度vm时的位移大小；‎ ‎(2)若电动机保持恒定牵引力F＝0.3 N，且将电阻换为C＝10 F的电容器(耐压值足够大)，如图丙所示，求：t＝10 s时牵引力的功率。‎ 解析　(1)①当导体棒达到最大速度后，所受合外力为零，沿导轨方向有F－F安－f＝0‎ 摩擦力f＝μmg＝0.2×0.1×10 N＝0.2 N 感应电动势E＝BLvm 感应电流I＝ 安培力F安＝BIL＝＝0.25 N 此时牵引力F＝F安＋f＝0.45 N ‎②电动机的功率P＝Fvm＝0.45×10 W＝4.5 W 电动机消耗的电能等于导体棒的动能、克服安培力做功产生的焦耳热及克服摩擦力做功产生的内能之和，有 Pt＝mv＋fx＋Q 解得位移x＝＝50 m ‎(2)当导体棒的速度大小为v时，感应电动势E＝BLv 由C＝可知，此时电容器极板上的电荷量 Q＝CE＝CBLv 设在一小段时间Δt内，可认为导体棒做匀变速运动，速度增加量为Δv - 9 -‎ 电容器极板上增加的电荷量为ΔQ＝CBL·Δv 根据电流的定义式I＝＝＝CBLa 对导体棒受力分析，根据牛顿第二定律有 F－f－BIL＝ma 将I＝CBLa代入上式可得a＝＝0.5 m/s2‎ 可知导体棒的加速度与时间无关，为一个定值，即导体棒做匀加速运动。在t＝10 s时，v＝at＝5 m/s 此时牵引力的功率P＝Fv＝0.3×5 W＝1.5 W 答案　(1)①0.45 N　②50 m　(2)1.5 W - 9 -‎