2015-2016学年北大附中深圳南山分校第一段考
高二物理试卷
时间：90分钟 满分：100分
一、选择题(1～7为单选题，每小题4分；8～10为多选题，每小题5分，共43分)
1．法拉第通过精心设计的一系列实验，发现了电磁感应定律，将历史上认为各自独立的学科“电学”与“磁学”联系起来．在下面几个典型的实验设计思想中，所作的推论后来被实验否定的是( )
A．既然磁铁可使近旁的铁块带磁，静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷，那么静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流
B．既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势，那么稳恒电流也可在近旁运动的线圈中感应出电流
C．既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流，那么静止的磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势
D．既然运动的磁铁可在近旁的导体中感应出电动势，那么运动导线上的稳恒电流也可在近旁的线圈中感应出电流
图1
2．小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图1所示．此线圈与一个R＝10 Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻．下列说法正确的是( )
A．交变电流的周期为0.125 s
B．交变电流的频率为8 Hz
C．交变电流的有效值为 A
D．交变电流的最大值为4 A
图2
3.如图2所示一金属圆环水平固定放置．现将一竖直的条形磁铁，在圆环上方沿圆环轴线从静止开始释放，在条形磁铁穿过圆环的过程中，条形磁铁与圆环( )
A．始终相互吸引
B．始终相互排斥
C．先相互排斥，后相互吸引
D．先相互吸引，后相互排斥
4．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物．下列相关的说法中正确的是( )
A．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作
B．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关
C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物
D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗
图3
5.如图3所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd.ab边长大于bc边长，置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN.第一次ab边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为Q1，通过线框导体横截面的电荷量为q1.第二次bc边平行MN进入磁场．线框上产生的热量为Q2，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则( )
A．Q1>Q2 ， q1＝q2 B．Q1>Q2 ，q1>q2
C．Q1＝Q2 ，q1＝q2 D．Q1＝Q2 ，q1>q2
图4
6．如图4所示，矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动．线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图5所示．下面说法中正确的是( )
A． t1时刻通过线圈的磁通量为零
B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D．每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大
图5
7．如图5所示，A、B、C是相同的白炽灯，L是自感系数很大，电阻很小的自感线圈，今将K闭合，下面说法正确的是( )
A．B、C灯同时亮，A灯后亮
B．A、B、C灯同时亮，然后A灯逐渐变暗，最后熄灭
C．A灯一直不亮，只有B和C灯亮
D．以上说法都不对
8．关于闭合电路中线圈的感应电动势 E、磁通量Φ，磁通量的变化量 Δ Φ及磁通量的变化率 、线圈的匝数N之间的关系，下列说法中正确的是( )
A．Φ很大时， E一定很大 B．Φ＝0时， E可能最大
C.＝0时， E一定等于0 D．N越多， Φ一定很大，故E也一定很大
图6
9. 在绕制变压器时，某人将两个线圈绕在如图6所示变压器铁芯的左右两个臂上．当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂．已知线圈1,2的匝数之比n1∶n2＝2∶1.在不接负载的情况下( )
A．当线圈1输入电压为220 V时，线圈2输出电压为110 V
B．当线圈1输入电压为220 V时，线圈2输出电压为55 V
C．当线圈2输入电压为110 V时，线圈1输出电压为220 V
D．当线圈2输入电压为110 V时，线圈1输出电压为110 V
10．如图7所示，等离子气流由左方连续以速度v0射入P1和P2两板间的匀强磁场中，ab直导线与P1、P2相连接，线圈A与直导线cd连接．线圈A
内有随图乙所示变化的磁场，且磁场B的正方向规定为向左，如图甲所示，则下列叙述正确的是( )
图7
A．0～1 s内ab、cd导线互相排斥
B．1～2 s内ab、cd导线互相吸引
C．2～3 s内ab、cd导线互相吸引
D．3～4 s内ab、cd导线互相排斥
二、填空题(共10分)
11．（4分）某班同学在探究感应电流产生的条件时，做了如下实验：
探究Ⅰ：如图甲所示，先将水平导轨、导体棒ab放置在磁场中，并与电流表组成一闭合回路．然后进行如下操作：
①ab与磁场保持相对静止；②让导轨与ab一起平行于磁感线运动；③让ab做切割磁感线运动．
探究Ⅱ：如图乙所示，将螺线管与电流表组成闭合回路．然后进行如下操作：①把条形磁铁放在螺线管内不动；②把条形磁铁插入螺线管过程中；③把条形磁铁拔出螺线管过程中．
探究Ⅲ：如图丙所示，螺线管A、滑动变阻器、电源、开关组成一个回路；A放在螺线管B内，B与电流表组成一个闭合回路．然后进行如下操作：①闭合和断开开关瞬间；②闭合开关，A中电流稳定后；③闭合开关，A中电流稳定后，再改变滑动变阻器的阻值．
可以观察到：(请在(1)(2)(3)中填写探究中的序号)
(1)在探究Ⅰ中，________闭合回路会产生感应电流；
(2)在探究Ⅱ中，________闭合回路会产生感应电流；
(3)在探究Ⅲ中，________闭合回路会产生感应电流；
(4)从以上探究中可以得到的结论是：当闭合回路中______时，闭合回路中就会产生感应电流．
12．（6分）如图为“研究电磁感应现象”的实验装置．
(1)将图中所缺的导线补接完整．
(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后可能出现的情况有：
①将原线圈迅速插入副线圈时，灵敏电流计指针将________；
②原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，灵敏电流计指针________．
(3)在做“研究电磁感应现象”实验时，如果副线圈两端不接任何元件，则副线圈电路中将( )
A．因电路不闭合，无电磁感应现象
B．有电磁感应现象，但无感应电流，只有感应电动势
C．不能用楞次定律判断感应电动势方向
D．可以用楞次定律判断感应电动势方向
三、计算题(第13题8分，第14、15题各12分，第16题15分，共47分)
图8
13.如图8所示，竖直放置的U形导轨宽为L，上端串有电阻R(其余导体部分的电阻都忽略不计)．磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外．金属棒ab的质量为m，与导轨接触良好，不计摩擦．从静止释放后ab保持水平而下滑．试求：
(1)金属棒ab在下落过程中，棒中产生的感应电流的方向和ab棒受到的安培力的方向．
(2)金属棒ab下滑的最大速度vm.
14.如图9所示，匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd，线圈平面与磁场垂直．已知线圈的匝数N＝100，边长ab＝1.0 m、bc＝0.5 m，电阻r＝2 Ω.磁感应强度B在0～1 s内从零均匀变化到0.2 T．在1～5 s内从0.2 T均匀变化到－0.2 T，取垂直纸面向里为磁场的正方向．求：
图9
(1)0.5 s时线圈内感应电动势的大小E和感应电流的方向；
(2)在1～5 s内通过线圈的电荷量q；
(3)0～5 s内线圈产生的焦耳热Q.
15.如图10所示，P、Q为水平面内平行放置的光滑金属长直导轨，间距为L1，处在竖直向下、磁感应强度大小为B1的匀强磁场中．一导体杆ef垂直于P、Q放在导轨上，在外力作用下向左做匀速直线运动．质量为m、每边电阻均为r、边长为L2的正方形金属框abcd置于竖直平面内，两顶点a、b通过细导线与导轨相连，磁感应强度大小为B2的匀强磁场垂直金属框向里，金属框恰好处于静止状态．不计其余电阻和细导线对a、b点的作用力．
图10
(1)通过ab边的电流Iab是多大？
(2)导体杆ef的运动速度v是多大？
图11
16． 如图11所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω.求：
(1)转动过程中感应电动势的最大值．
(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°角时的瞬时感应电动势．
(3)由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势．
(4)交变电压表的示数．
(5)线圈转动一周外力做的功．
姓名 班级 座位号 考号
2015-2016学年北大附中深圳南山分校第一段考
高二物理参考答案
1．A 静止的线圈放于通有稳恒电流的静止导线附近，线圈中的磁通量不变，故不会感应出电流，故A不正确；通有恒定电流的导线只要与闭合线圈有相对运动，线圈中就会感应出电流，B、D正确；运动的导体在磁铁附近做切割磁感线运动时，会产生感应电动势，C正确．故选A.
2．C [由图可知交变电流的周期T＝0.250 s，频率f＝＝4 Hz，故选项A、B错误；交变电流的有效值I＝＝ A＝ A，故选项C正确；交变电流的最大值Im＝＝ A＝2 A，故选项D错误．]
3．C 因圆环从开始下降到达磁铁中间时，磁通量一直增大；而当从中间向下运动时，磁通量减小；则由楞次定律可知，当条形磁铁靠近圆环时，感应电流阻碍其靠近，是排斥力；当磁铁穿过圆环远离圆环时，感应电流阻碍其远离，是吸引力，故先相互排斥，后相互吸引，故选C.
4．B A．直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故A错误； B．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故B正确；C.锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，故C错误；D.电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制作，故D错误；故选B.
5．A 导线框进入磁场做切割磁感线运动，在回路中形成电流，受到安培力作用，两种情况下受到的安培力分别为：
F安1＝BLab＝，F安2＝BLbc＝
从而判断出，两次安培力做功：
W1＝F安1Lbc＝Lbc；
W2＝F安2Lab＝Lab
因为ab边大于bc边，所以W1>W2，安培力做负功转化成电能，C、D项错误；线框穿过磁场过程通过导体横截面的电量为q＝t＝·Δt＝，故q1＝q2，A项对，B项错．
6．D [t1、t3时刻感应电动势为零，线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，A、C错误；t2时刻感应电动势最大，线圈位于中性面的垂面位置，穿过线圈的磁通量为零，B错误；由于线圈每过一次中性面时，穿过线圈的磁通量的绝对值最大，e变换方向，所以D正确．]
方法总结 当感应电动势最大时，磁通量的变化率最大，磁通量却最小．
7.B K闭合瞬间，A、B、C三灯都通电，三灯同时亮，且由于自感线圈的自感作用，L中瞬间无电流，A中电流为B、C灯中的两倍，A灯最亮．电流稳定后，自感现象消失，A灯被线圈短路，逐渐熄灭，B选项对．
8．BC 感应电动势与磁通量的变化率成正比，不是与磁通量的多少成正比．例如，有一个线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈平面转到和磁场垂直，即线圈内磁通量达到最大时，它的变化率却最小，这时感应电动势最小．而当线圈转到和磁场平行，即穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率却达到最大，这时产生的感应电动势达到最大值．而 Φ与N无关．
9．BD [在不考虑原、副线圈内电阻的情况下，变压器原、副线圈电压之比(U1/U2)等于原、副线圈中产生的感应电动势之比(E1/E2)．当给线圈1输入电压U1时，＝＝＝＝×＝.当给线圈2输入电压U2时，＝＝＝＝×＝1.所以选项B、D正确．]
10．BD 由左手定则，可判定等离子气流中的正离子向上极板偏转，负离子向下极板偏转，所以ab中电流方向是由a向b的．在第1 s内，线圈A内磁场方向向右，磁感应强度减小，由楞次定律可知感应电流的方向是由c向d的，由同向电流相互吸引，异向电流相互排斥，可知两导线相互吸引，A错；在第2 s内，线圈A内磁场方向向左，磁感应强度增加，由楞次定律可知感应电流的方向是由c向d的，由同向电流相互吸引，异向电流相互排斥，可知两导线相互吸引，B正确；同理可以判断其他选项，故正确选项为B、D.
11．(1)③ (2)②③ (3)①③ (4)磁通量变化
12．(1)如图所示
(2)①向右偏转一下 ②向左偏转一下 (3)BD
解析：(2)依照楞次定律及灵敏电流计的指针偏转方向与流过它的电流方向的关系来判定，则①向右偏转一下；②向左偏转一下．
(3)
穿过电路中的磁通量发生变化即产生电磁感应现象．因电路不闭合无感应电流，但有感应电动势，且可以用楞次定律判断出感应电动势的方向，要产生感应电流，电路要求必须闭合．故答案选B、D.
13．(1)电流方向是b→a，安培力方向向上 (2)
解析：(1)金属棒向下切割磁场，根据右手定则，知电流方向是b→a.
根据左手定则得，安培力方向向上．
(2)释放瞬间ab只受重力，开始向下加速运动．随着速度的增大，感应电动势E、感应电流I、安培力F都随之增大，加速度随之减小．当F增大到F＝mg时，加速度变为零，这时ab达到最大速度．
由F＝＝mg 可得：vm＝.
14．(1)10 V a→d→c→b→a (2)10 C (3)100 J
解析：(1)设ab边长为L1，bc边长为L2，线圈的面积为S，则S＝L1L2＝1.0×0.5 m2＝0.5 m2.
由题意得0～1 s内穿过线圈的磁通量的变化率k1＝＝ T/s＝0.2 T/s.
由法拉第电磁感应定律得，0～1 s内线圈中的感应电动势E1＝N＝100×0.2×0.5 V＝10 V；线圈中的感应电流I1＝＝ A＝5 A.
因为0～1 s内线圈中感应电动势保持不变，所以0.5 s时线圈中感应电动势的大小为10 V．由楞次定律的线圈中感应电流的方向为a→d→c→b→a.
(2)同理可得1～5 s内线圈中感应电动势的大小E2＝5 V，线圈中感应电流的大小I2＝2.5 A．1～5 s内通过线圈的电荷量q＝I2t2＝2.5×(5－1) C＝10 C.
(3)0～1 s内线圈产生的焦耳热Q1＝IrΔt1＝52×2×1 J＝50 J,1～5 s内焦耳热Q2＝IrΔt2＝2.52×2×4 J＝50 J，所以0～5 s内线圈产生的焦耳热Q＝Q1＋Q2＝100 J.
15.(1) (2)
解析：(1)设通过正方形金属框的总电流为I，ab边的电流为Iab，dc边的电流为Idc，有Iab＝I，Idc＝I，金属框受重力和安培力，处于静止状态，有
mg＝B2IabL2＋B2IdcL2，解得Iab＝.
(2)由(1)可得I＝
设导体杆切割磁感线产生的电动势为E，有
E＝B1L1v
设ad、dc、cb三边电阻串联后与ab边电阻并联的总电阻为R，则R＝r
根据闭合电路欧姆定律，有I＝，解得v＝.
16．(1)3.14 V (2)1.57 V (3)2.6 V
(4)1.78 V (5)0.99 J
解析 (1)感应电动势的最大值为Em＝nBωS＝100×0.5×2π×(0.1)2 V＝3.14 V
(2)转过60°时的瞬时感应电动势为
e＝Emcos 60°＝3.14×0.5 V＝1.57 V
(3)由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势为
＝n＝n＝100× V＝2.6 V
(4)电压表示数为外电路电压的有效值
U＝·R＝·R＝×4 V＝1.78 V
(5)转动一周所做的功等于电流产生的热量
W＝Q＝()2··T＝0.99 J
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