2012届高考物理二轮总复习专题过关检测(三)

2012届高考物理二轮总复习专题过关检测 )　电磁感应 (时间:90分钟　满分:100分) 一、选择题(本题共10小题,共40分.在每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确.全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分) 1.如图12-1所示，金属杆ab、cd可以在光滑导轨PQ和RS上滑动，匀强磁场方向垂直纸面向里，当ab、cd分别以速度v1、v2滑动时，发现回路感生电流方向为逆时针方向，则v1和v2的大小、方向可能是(　　) 图12-1 A.v1＞v2,v1向右，v2向左 B.v1＞v2,v1和v2都向左 C.v1=v2,v1和v2都向右 D.v1=v2,v1和v2都向左 解析:因回路abdc中产生逆时针方向的感生电流，由题意可知回路abdc的面积应增大，选项A、C、D错误，B正确. 答案:B 2.(2010河北唐山高三摸底，12)如图12-2所示，把一个闭合线圈放在蹄形磁铁两磁极之间(两磁极间磁场可视为匀强磁场)，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕OO′轴转动.当蹄形磁铁匀速转动时，线圈也开始转动，当线圈的转动稳定后，有(　　) 图12-2 A.线圈与蹄形磁铁的转动方向相同 B.线圈与蹄形磁铁的转动方向相反 C.线圈中产生交流电 D.线圈中产生为大小改变、方向不变的电流 解析:本题考查法拉第电磁感应定律、楞次定律等考点.根据楞次定律的推广含义可知A正确、B错误；最终达到稳定状态时磁铁比线圈的转速大，则磁铁相对线圈中心轴做匀速圆周运动，所以产生的电流为交流电. 答案:AC 3.如图12-3 所示,线圈M和线圈P绕在同一铁芯上.设两个线圈中的电流方向与图中所标的电 流方向相同时为正.当M中通入下列哪种电流时,在线圈P中能产生正方向的恒定感应电流(　　) 图12-3 图12-4 解析:据楞次定律，P中产生正方向的恒定感应电流说明M中通入的电流是均匀变化的，且方向为正方向时应均匀减弱，故D正确. 答案:D 4.如 图12-5所示，边长为L的正方形导线框质量为m，由距磁场H高处自由下落，其下边ab进入匀强磁场后，线圈开始做减速运动，直到其上边cd刚刚穿出磁场时，速度减为ab边进入磁场时的一半，磁场的宽度也为L，则线框穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热为(　　) 图12-5 A.2mgL          B.2mgL+mgH        C.              D. 解析:设刚进入磁场时的速度为v1,刚穿出磁场时的速度 ① 线框自开始进入磁场到完全穿出磁场共下落高度为2L.由题意得 ② ③ 由①②③得 .C选项正确. 答案:C 5.如图12-6(a)所示,圆形线圈P静止在水平桌面上,其正上方悬挂一相同线圈Q,P和Q共轴,Q中通有变化电流,电流随时间变化的规律如图12-6(b)所示,P所受的重力为G,桌面对P的支持力为FN,则(　　) 图12-6 A.t1时刻FN＞G            B.t2时刻FN＞G            C.t3时刻FN＜G            D.t4时刻FN=G 解析:t1时刻,Q中电流正在增大,穿过P的磁通量增大,P中产生与Q方向相反的感应电流,反向电流相互排斥,所以FN＞G;t2时刻Q中电流稳定,P中磁通量不变,没有感应电流,FN=G;t3时刻Q中电流为零,P中产生与Q在t3时刻前方向相同的感应电流,而Q中没有电流,所以无相互作用,FN=G;t4时刻,P中没有感应电流,FN=G. 答案:AD 6.用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导体线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图12-7所示.在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是(　　) 图12-7 A.Ua＜Ub＜Uc＜Ud                                         B.Ua＜Ub＜Ud＜Uc C.Ua=Ub＜Ud=Uc                                               D.Ub＜Ua＜Ud＜Uc 解析:线框进入磁场后切割磁感线,a、b产生的感应电动势是c、d电动势的一半.而不同的线框的电阻不同.设a线框电阻为4r,b、c、d线框的电阻分别为6r、8r、6r,则 , 所以B正确. 答案:B 7.(2010安徽皖南八校高三二联，16)如图12-8所示，用一块金属板折成横截面为“ ”形的 金属槽放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，并以速度v1向右匀速运动，从槽口右侧射入的带电微粒的速度是v2，如果微粒进入槽后恰能做匀速圆周运动，则微粒做匀速圆周运动的轨道半径r和周期T分别为(　　) 图12-8 A.               B.                C.                   D. 解析:金属板折成“ ”形的金属槽放在磁感应强度为B的匀强磁场中，并以速度v1向右匀速运动时，左板将切割磁感线，上、下两板间产生电势差，由右手定则可知上板为正，下板为负， ，微粒做匀速圆周运动，则重力等于电场力，方向相反，故有 向心力由洛伦兹力提供，所以 得 ，周期 ，故B项正确. 答案:B 8.超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起，同时通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力的新型交通工具.其推进原理可以简化为如图12-9所示的模型:在水平面上相距L的两根平行直导轨间，有竖直方向等距离分布的匀强磁场B1和B2，且B1=B2=B，每个磁场的宽度都是l，相间排列，所有这些磁场都以相同的速度向右匀速运动，这时跨在两导轨间的长为L、宽为l的金属框abcd(悬浮在导轨上方)在磁场力作用下也将会向右运动.设金属框的总电阻为R，运动中所受到的阻力恒为Ff，金属框的最大速度为vm，则磁场向右匀速运动的速度 v可表示为(　　) 图12-9 A.v=(B2L2vm－FfR)/B2L2                                                                    B.v=(4B2L2vm+FfR)/4B2L2 C.v=(4B2L2vm－FfR)/4B2L2                                               D.v=(2B2L2vm+FfR)/2B2L2 解析:导体棒ad和bc各以相对磁场的速度(v－vm)切割磁感线运动，由右手定则可知回路中产生的电流方向为abcda,回路中产生的电动势为E= 2BL(v－vm),回路中电流为I=2BL(v－vm)/R,由于左右两边ad和bc均受到安培力，则合安培力为F合=2×BLI=4B2L2(v－vm)/R，依题意金属框达到最大速度时受到的阻力与安培力平衡，则Ff=F合，解得磁场向右匀速运动的速度v=(4B2L2vm+FfR)/4B2L2,B对. 答案:B 9.矩形导线框abcd放在匀强磁场中,磁感线方向与线圈平面 垂直,磁感应强度B随时间变化的图象如图12-10甲所示,t=0时刻,磁感应强度的方向垂直纸面向里.在0～4 s时间内,线框中的感应电流(规定顺时针方向为正方向)、ab边所受安培力(规定向上为正方向)随时间变化的图象分别为图乙中的(　　) 甲 乙 图12-0 解析:在0～1 s内,穿过线框中的磁通量为向里的减少,由楞次定律,感应电流的磁场垂直纸面向里,由安培定则,线框中感应电流的方向为顺时针方向.由法拉第电磁感应定律, ,E一定,由 故I一定.由左手定则,ab边受的安培力向上.由于磁场变弱,故安培力变小.同理可判出在1～2 s内,线框中感应电流的方向为顺时针方向,ab边受的安培力为向下的变强.2～3 s内,线框中感应电流的方向为逆时针方向,ab边受的安培力为向上的变弱,因此选项AD对. 答案:AD 10.如图12-11甲所示,用裸导体做成U形框架abcd,ad与bc相距L=0.2 m,其平面与水平面成θ=30°角.质量为m=1 kg的导体棒PQ与ad、bc接触良好,回路的总电阻为R=1 Ω.整个装置放在垂直于框架平面的变化磁场中,磁场的磁感应强度B随时间t的变化情况如图乙所示(设图甲中B的方向为正方向).t=0时,B0=10 T、导体棒PQ与cd的距离x0=0.5 m.若PQ始终静止,关于PQ与框架间的摩擦力大小在0～t1=0.2 s时间内的变化情况,下面判断正确的是(　　) 图12-11 A.一直增大                  B.一直减小                  C.先减小后增大                  D.先增大后减小 解析:由图乙, ,t=0时,回路所围面积S=Lx0=0.1 m2,产生的感应电动势 , ,安培力F=B0IL=10 N,方向沿斜面向上.而下滑力mgsin30°=5 N,小于安培力,故刚开始摩擦力沿斜面向下.随着安培力减小,沿斜面向下的摩擦力也减小,当安培力等于下滑力时,摩擦力为零.安培力再减小,摩擦力变为沿斜面向上且增大,故选项C对. 答案:C 二、填空题(共2小题，共12分) 11.(6分)如图12-12所示,有一弯成θ角的光滑金属导轨POQ,水平放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直.有一金属棒MN与导轨的OQ边垂直放置,金属棒从O点开始以加速度a向右运动,求t秒末时,棒与导轨所构成的回路中的感应电动势是____________________. 图12-12 解析:该题求的是t秒末感应电动势的瞬时值,可利用公式E=Blv求解,而上面错误解法求的是平均值.开始运动t秒末时,金属棒切 割磁感线的有效长度为 根据运动学公式,这时金属棒切割磁感线的速度为v=at. 由题知B、L、v三者互相垂直,有 ,即金属棒运动t秒末时,棒与导轨所构成的回路中的感应电动势是 答案: 12.(6分)如图12-13所示,有一闭合的矩形导体框,框上M、N两点间连有一电压表,整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,且框面与磁场方向垂直.当整个装置以速度v向右匀速平动时,M、N之间有无电势差?__________(填“有”或“无”)，电压表的示数为__________. 图12-13 解析:当矩形导线框向右平动切割磁感线时,AB、CD、MN均产生感应电动势,其大小均为BLv,根据右手定则可知,方向均向上.由于三个边切割产生的感应电动势大小相等,方向相同,相当于三个相同的电源并联,回路中没有电流.而电压表是由电流表改装而成的,当电压表 中有电流通过时,其指针才会偏转.既然电压表中没有电流通过,其示数应为零.也就是说,M、N之间虽有电势差BLv,但电压表示数为零. 答案:有　0 三、计算、论述题(共4个题,共48分.解 答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题答案中必须明确写出数值和单位) 13.(10分)如图12-14所示是一种测量通电线圈中磁场的磁感应强度B的装置,把一个很小的测量线圈A放在待测处,线圈与测量电荷量的冲击电流计G串联,当用双刀双掷开关S使螺线管的电流反向时,测量线圈中就产生感应电动势,从而引起电荷的迁移,由表G测出电荷量Q,就可以算出线圈所在处的磁感应强度B.已知测量线圈的匝数为N,直径为d,它和表G串联电路的总电阻为R,则被测出的磁感应强度B为多大? 图12-14 解析:当双刀双掷开关S使螺线管的电流反向时,测量线圈中就产生感应电动势,根据法拉第电磁感应定律 可得: 由欧姆定律和电流的定义得: 即 联立可解得: 答案: 14.(12分)如图12-15所示,线圈内有理想边界的磁场,开始时磁场的磁感应强度为B0.当磁场均匀增加时,有一带电微粒静止于平行板(两板水平放置)电容器中间,若线圈的匝数为n,平行板电容器的板间距离为d,粒子的质量为m,带电荷量为q.(设线圈的面积为S)求: 图12-15 (1)开始时穿过线圈平面的磁通量的大小. (2)处于平行板电容器间的粒子的带电性质. (3)磁感应强度的变化率. 解析:(1)Φ=B0S. (2)由楞次定律,可判出上板带正电,故推出粒子应带负电. (3) ,ΔΦ=ΔB·S, ,联立解得: 答案:(1)B0S　(2)负电　(3) 15.(12分)两根光滑的长直金属导轨MN、M′N′平行置于同一水平面内，导轨间距为l，电阻不计，M、M′处接有如图12-16所示的电路，电路中各电阻的阻值均为R，电容器的电容为C.长度也为l、阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中.ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在ab运动距离为s的过程中，整个回路中产生的焦耳热为Q.求: 图12-16 (1)ab运动速度v的大小； (2)电容器所带的电荷量q. 解析:本题是电磁感应中的电路问题,ab切割磁感线产生感应电动势为电源.电动势可由E=Blv计算.其中v为所求,再结合闭合(或部分)电路欧姆定律、焦耳定律、电容器及运动学知识列方程可解得. (1)设 ab上产生的感应电动势为E，回路中的电流为I,ab运动距离s所用时间为t,三个电阻R与电源串联,总电阻为4R,则 E=Blv 由闭合电路欧姆定律有 由焦耳定律有Q=I2(4R)t 由上述方程得 (2)设电容器两极板间的电势差为U,则有U=IR 电容器所带电荷量q=CU 解得 答案:(1) 　(2) 16.(14分)如图12-17所示,水平地面上方的H高区域内有匀强磁场,水平界面PP′是磁场的上边界,磁感应强度为B,方向是水平的,垂直于纸面向里.在磁场的正上方,有一个位于竖直平面内的闭合的矩形平面导线框abcd,ab长为l1,bc长为l2,H＞l2,线框的质量为m,电阻为R.使线框abcd从高处自由落下,ab边下落的过程中始终保持水平,已知线框进入磁场的过程中的运动情况是:cd边进入磁场以后,线框先做加速运动,然后做匀速运动,直到ab边到达边界PP′为止.从线框开始下落到cd边刚好到达水平地面的过程中,线框中产生的焦耳热为Q.求: 图12-17 (1)线框abcd在进入磁场的过程中,通过导线的某一横截面的电荷量是多少? (2)线框是从cd边距边界PP′多高处开始下落的? (3)线框的cd边到达地面时线框的速度大小是多少? 解析:(1)设线框abcd进入磁场的过程所用时间为t,通过线框的平均电流为I,平均感应电动势为 ,则 ,ΔΦ=Bl1l2 通过导线的某一横 截面的电荷量 解得 (2)设线框从cd边距边界PP′上方h高处开始下落,cd边进入磁场后,切割磁感线,产生感应电流,在安培力作用下做加速度逐渐减小的加速运动,直到安培力等于重力后匀速下落,速度设为v,匀速过程一直持续到ab边进入磁场时结束,有 ε=Bl1v, FA=BIl1,FA=mg 解得 线框的ab边进入磁场后,线框中没有感应电流.只有在线框进入磁场的过程中有焦耳热Q.线框从开始下落到ab边刚进入磁场的过程中,线框的重力势能 转化为线框的动能和电路中的焦耳热.则有 解得 (3)线框的ab边进入磁场后,只有重力作用下,加速下落,有 cd边到达地面时线框的速度 答案:(1) (2) (3)