安徽省池州市青阳县第一中学2020学年高二物理下学期第一次月考试题（含解析） 15页

安徽省池州市青阳县第一中学2020学年高二物理下学期第一次月考试题（含解析） ‎ 一、单项选择题 ‎1.图中能产生感应电流的是(　　)‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】B ‎【解析】‎ 根据产生感应电流的条件判断，A中，电路没有闭合，无感应电流；B中，磁感应强度不变，面积增大，闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C中，穿过线圈的磁感线相互抵消，Φ恒为零，无感应电流；D中，磁通量不发生变化，无感应电流。‎ 故选：B。‎ ‎2.在一空间内有方向相反，磁感应强度大小均为B的匀强磁场，如图所示，垂直纸面向外的磁场分布在一半径为a的圆形区域内，垂直纸面向内的磁场分布在除圆形区域外的整个区域，该平面内有一半径为b(b＞ a)的圆形线圈，线圈平面与磁感应强度方向垂直，线圈与半径为a的圆形区域是同心圆．从某时刻起磁感应强度开始减小到 ，则此过程中该线圈磁通量的变化量的大小为(　　)‎ A. ‎ B. ‎ C. ‎ D. ‎ ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】由题意知，匀强磁场的磁感应强度B垂直于线圈平面，通过该线圈的磁通量为垂直穿入的磁通量与垂直穿出的磁通量之差．由Φ＝BS可知，穿入的磁通量为Bπ(b2－a2)，穿出的磁通量为Bπa2，因此穿过该线圈的磁通量为Bπ(b2－2a2)．由于磁感应强度减小到，所以该线圈磁通量的变化量的大小为Bπ(b2－2a2)，选项D正确，ABC错误；故选D.‎ ‎【点睛】在匀强磁场中，通过该线圈的磁通量公式Φ=BS中，S是有效面积．注意虽然磁通量是标量，但要分正反面穿过，因此出现正负情况．‎ ‎3.法拉第在1831年发现了“磁生电”现象。如图，他把两个线圈绕在同一个软铁环上，线圈A和电池连接，线圈B用导线连通，导线下面平行放置一个小磁针。实验中可能观察到的现象是 A. 用一节电池作电源小磁针不偏转，用十节电池作电源小磁针会偏转 B. 线圈B匝数较少时小磁针不偏转，匝数足够多时小磁针会偏转 C. 线圈A和电池连接瞬间，小磁针会偏转 D. 线圈A和电池断开瞬间，小磁针不偏转 ‎【答案】C ‎【解析】‎ 电路稳定后，电池是直流电，大小和方向都不变，所以在B 中没有电流产生，则小磁针不会偏转，故A错误；电路稳定后，在B中没有电流产生，无论线圈匝数多还是少都不能偏转，故B错误；线圈A和电池连接瞬间，A中电流从无到有，电流发生变化，则在B线圈中感应出感应电流，从而产生感应磁场，小磁针偏转，同理线圈A和电池断开瞬间，小磁针也会偏转，故C正确，D错误。故选C。‎ ‎4.如图所示，匀强磁场中有两个导体圆环a、b，磁场方向与圆环所在平面垂直．磁感应强度B随时间均匀增大．两圆环半径之比为2∶1，圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb.不考虑两圆环间的相互影响．下列说法正确的是(　　)‎ A. Ea∶Eb＝4∶1，感应电流均沿逆时针方向 B. Ea∶Eb＝4∶1，感应电流均沿顺时针方向 C. Ea∶Eb＝2∶1，感应电流均沿逆时针方向 D. Ea∶Eb＝2∶1，感应电流均沿顺时针方向 ‎【答案】B ‎【解析】‎ 试题分析：根据法拉第电磁感应定律可得，根据题意可得，故，感应电流产生的磁场要阻碍原磁场的增大，即感应电流产生向里的感应磁场，根据楞次定律可得，感应电流均沿顺时针方向。‎ ‎【考点定位】法拉第电磁感应定律、楞次定律的应用 ‎【方法技巧】对于楞次定律，一定要清楚是用哪个手判断感应电流方向的，也可以从两个角度理解，一个是增反减同，一个是来拒去留，对于法拉第电磁感应定律，需要灵活掌握公式，学会变通。‎ ‎5.如图所示，空间有一匀强磁场，一直金属棒与磁感应强度方向垂直，当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时，棒两端的感应电动势大小ε，将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折弯，置于磁感应强度相垂直的平面内，当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时，棒两端的感应电动势大小为，则等于（）‎ A. 1/2 B. C. 1 D. ‎ ‎【答案】B ‎【解析】‎ 设折弯前导体切割磁感线长度为，折弯后，导体切割磁场的有效长度为，故产生的感应电动势为，所以，B正确。‎ ‎【考点定位】导体切割磁感线运动 ‎【方法技巧】本题关键要准确理解公式中L的含义，知道L是有效的切割长度，即速度垂直方向上金属棒的长度。‎ ‎6.如图，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上．当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc．已知bc边的长度为l．下列判断正确的是（　　）‎ A. Ua＞Uc，金属框中无电流 B. Ub＞Uc，金属框中电流方向沿a﹣b﹣c﹣a C. Ubc=﹣Bl2ω，金属框中无电流 D. Ubc=Bl2ω，金属框中电流方向沿a﹣c﹣b﹣a ‎【答案】C ‎【解析】‎ 试题分析：因为当金属框绕轴转运时，穿过线圈abc磁通量始终为0，故线圈中无感应电流产生，选项BD错误；但对于bc与ac边而言，由于bc边切割磁感线，故bc边会产生感应电动势，由右手定则可知，c点的电势要大于b点的电势，故Ubc是负值，且大小等于Bl×=Bl2ω，故选项C正确；对于导体ac而言，由右手定则可知，c点的电势大于a点的电势，故选项A错误，所以选项C是正确的。‎ 考点：导合格切割磁感线产生感应电动势。‎ ‎【名师点睛】该题既可以通过法拉第电磁感应定律得出线圈abc的感应电流情况，又可以通过对bc边和ac边的研究，看它们切割磁感线时产生感应电动势的大小，判断导线端点的电势大小情况。‎ ‎7.如图，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中．一接入电路电阻为R的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦．在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中(　　)‎ A. PQ中电流先增大后减小 B. PQ两端电压先减小后增大 C. PQ上拉力的功率先减小后增大 D. 线框消耗的电功率先减小后增大 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】导体棒由靠近ad边向bc边匀速滑动的过程中，产生的感应电动势E=BLv，保持不变，外电路总电阻先增大后减小，由欧姆定律分析得知PQ中的电流先减小后增大，故A错误；‎ PQ中电流先减小后增大，PQ两端电压为路端电压，由U=E-IR，可知PQ两端的电压先增大后减小．故B错误；‎ 导体棒匀速运动，PQ上外力的功率等于回路的电功率，而回路的总电阻R先增大后减小，由，分析得知，PQ上拉力的功率先减小后增大．故C正确；‎ 线框作为外电路，总电阻最大值为，则导体棒PQ上的电阻始终大于线框的总电阻，当导体棒向右运动的过程中电路中的总电阻先增大后减小，根据闭合电路的功率的分配关系与外电阻的关系可知，当外电路的电阻值与电源的内电阻相等时外电路消耗的电功率最大，所以可得线框消耗的电功率先增大后减小．故D错误。‎ ‎【点睛】本题一要分析清楚线框总电阻如何变化，抓住PQ位于ad中点时线框总电阻最大，分析电压的变化和电流的变化；二要根据推论：外电阻等于电源的内阻时电源的输出功率最大，分析功率的变化。‎ 二、多项选择题 ‎8.如图，匀强磁场垂直于软导线回路平面，由于磁场发生变化，回路变为圆形．则该磁场(　　)‎ A. 逐渐增强，方向向外 B. 逐渐增强，方向向里 C. 逐渐减弱，方向向外 D. 逐渐减弱，方向向里 ‎【答案】CD ‎【解析】‎ ‎【详解】磁场发生变化，回路变为圆形，是由线圈受到安培力的方向向外，导线围成的面积扩大，根据楞次定律的推广形式可得，导线内的磁通量一定正在减小，磁场在减弱，故CD正确，AB错误．故选CD。‎ 考点：楞次定律 ‎【点睛】解决本题的关键掌握楞次定律判断感应电流的方向，也可以使用楞次定律的推广的形式处理。‎ ‎9.如图所示，A、B、C是三个完全相同的灯泡，L是一个自感系数较大的线圈(直流电阻可忽略不计)，则(　　)‎ A. S闭合时，A灯立即亮，然后逐渐熄灭 B. S闭合时，B灯立即亮，然后逐渐熄灭 C. 电路接通稳定后，三个灯亮度相同 D. 电路接通稳定后，S断开时，C灯逐渐熄灭 ‎【答案】AD ‎【解析】‎ ‎【详解】AB、电路中灯与线圈并联后与灯串联，再与灯并联，闭合时，三个灯同时立即发光，由于线圈的电阻很小，逐渐将灯短路，灯逐渐熄灭，灯的电压逐渐降低，灯的电压逐渐增大，灯逐渐变亮，故选项A正确，B错误；‎ C、电路接通稳定后，灯被线圈短路，灯熄灭，、并联，电压相同，亮度相同，故选项C错误。‎ D、电路接通稳定后，断开时，灯中原来的电流立即减至零，由于线圈中电流要减小，产生自感电动势，阻碍电流的减小，线圈中电流不会立即消失，这个自感电流通过灯，所以灯过逐渐熄灭，故选项D正确。‎ ‎10.如图所示，a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，边长la＝3lb，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则(　　)‎ A. 两线圈内产生顺时针方向的感应电流 B. a、b线圈中感应电动势之比为9∶1‎ C. a、b线圈中感应电流之比为3∶4‎ D. a、b线圈中电功率之比为3∶1‎ ‎【答案】B ‎【解析】‎ 试题分析：根据楞次定律可知，两线圈内均产生逆时针方向的感应电流，选项A错误；因磁感应强度随时间均匀增大，则，根据法拉第电磁感应定律可知 ‎，则，选项B正确；根据，故a、b线圈中感应电流之比为3:1，选项C错误；电功率，故a、b线圈中电功率之比为27:1，选项D错误；故选B．‎ ‎【考点定位】法拉第电磁感应定律；楞次定律；闭合电路欧姆定律；电功率。‎ ‎【名师点睛】此题是一道常规题，考查法拉第电磁感应定律、以及闭合电路的欧姆定律；要推导某个物理量与其他物理量之间的关系，可以先找到这个物理量的表达式，然后看这个物理量和什么因素有关；这里线圈的匝数是容易被忽略的量。‎ ‎11.如图甲所示，一个边长为L的正方形线框固定在匀强磁场(图中未画出)中，磁场方向垂直于导线框所在平面，规定向里为磁感应强度的正方向，向右为导线框ab边所受安培力F的正方向，线框中电流i沿abcda方向时为正，已知在0～4 s时间内磁场的磁感应强度的变化规律如图乙所示，则下列图像所表示的关系正确的是(　 )‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】AD ‎【解析】‎ 试题分析：由题意可知，规定向里为磁感应强度的正方向，线框中电流i沿abcd方向时为正；由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势，感应电流，由B-t图象可知，在每一时间段内，是定值，在各时间段内I是定值，ad边受到的安培力，I、L不变，B均匀变化，则安培力F均匀变化，不是定值，A正确B错误；由图示B-t图象可知，0～1s时间内，B减小，减小，由楞次定律可知，感应电流是逆时针的，为正值；同理1～2s，磁场向里，且增大，磁通量增大，根据楞次定律，感应电流是逆时针，为正值；2～3s，B的方向垂直纸面向里，B减小，减小，由楞次定律可知，感应电流沿顺时针方向，感应电流是正的；3～4s内，B的方向垂直纸面向外，B增大，增大，由楞次定律可知，感应电流沿顺时针方向，感应电流是正的，故C错误D正确；‎ 考点：考查了电磁感应与图像 ‎【名师点睛】电磁感应与图象的结合问题，近几年高考中出现的较为频繁，在解题时涉及的内容较多，同时过程也较为复杂；故在解题时要灵活，可以先利用右手定则或楞次定律判断方向排除法，再选择其他合适的解法等解答．‎ ‎12.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斜向穿进磁场，当AC刚进入磁场时速度为v，方向与磁场边界成45°角，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DCBAD 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. AC刚进入磁场时，CD两端电压为Bav ‎【答案】CD ‎【解析】‎ 试题分析：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，则线框中感应电流为，此时CD两端电压，即路端电压为，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，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AC刚进入磁场时线框所受安培力为AD边与CD边受到的安培力的矢量合，即，故C正确；‎ 考点：考查了导体切割磁感线运动 ‎【名师点睛】安培力是联系电磁感应与力学知识的桥梁，要熟练地由法拉第电磁感应定律、欧姆定律推导出安培力表达式．‎ 三、计算题 ‎13.(1)如图甲所示，两根足够长的平行导轨，间距L＝0.3 m，在导轨间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B1＝0.5 T。一根直金属杆MN以v＝2 m/s的速度向右匀速运动，杆MN始终与导轨垂直且接触良好。求杆MN中产生的感应电动势E1。‎ ‎(2)如图乙所示，一个匝数n＝100的圆形线圈，面积S1＝0.4 m2。在线圈中存在面积S2＝0.3 m2垂直线圈平面(指向纸外)的匀强磁场区域，磁感应强度B2随时间t变化的关系如图丙所示。求圆形线圈中产生的感应电动势E2。‎ ‎【答案】(1)0.3 V　(2)4.5 V ‎【解析】‎ ‎【详解】解：(1)杆做切割磁感线的运动，产生的感应电动势：‎ ‎(2)穿过圆形线圈的磁通量发生变化，产生的感应电动势：‎ ‎14.如图所示，间距为L的两根光滑圆弧轨道置于水平面上，其轨道末端水平，圆弧轨道半径为r，电阻不计。在其上端连有阻值为R0的电阻，整个装置处于如图所示的径向磁场中，圆弧轨道处的磁感应强度大小为B。现有一根长度等于L、质量为m、电阻为R的金属棒从轨道的顶端PQ处由静止开始下滑，到达轨道底端MN时对轨道的压力为2mg(重力加速度为g)。求金属棒到达轨道底端时金属棒两端的电压。‎ ‎【答案】‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】解：金属棒两端的电压为路端电压，当金属棒到达底端时，设棒的速度为，由牛顿第二定律可得：‎ 解得：‎ 由法拉第电磁感应定律可得：‎ 根据闭合电路欧姆定律得金属棒两端电压：‎ 联立解得： ‎ ‎15.如图所示，竖直平面内两根光滑且不计电阻的长平行金属导轨，间距为L，导轨间的空间内存在垂直导轨平面的匀强磁场；将一质量为m、电阻为R的金属杆水平靠在导轨处上下运动，与导轨接触良好。‎ ‎(1)若磁感应强度随时间变化满足B＝kt，k为已知非零常数，金属杆在距离导轨顶部L处释放，则何时释放，会获得向上的加速度。‎ ‎(2)若磁感应强度随时间变化满足B＝，B0、c、d均为已知非零常数，为使金属杆中没有感应电流产生，从t＝0时刻起，金属杆应在外力作用下做何种运动？‎ ‎【答案】（1）在时释放金属棒，加速度向上；‎ ‎（2）金属棒由静止开始向下做匀加速直线运动 ‎【解析】‎ 试题分析：（1）由法拉第电磁感应定律得：‎ 安培力：，‎ 设t时刻能获得向上的加速度，此时安培力：FA＞mg，即：，‎ 解得：；‎ ‎（2）设t=0时，金属杆距离顶部x，了不产生感应电流，任意时刻t时磁通量应与刚开始时相同，设t时间内位移s，已知：，磁通量保持不变，则，‎ 解得：，由静止开始向下的匀加速直线运动。‎ 考点：法拉第电磁感应定律 ‎【名师点睛】这是一道电磁感应与力学相结合的综合题，应用安培力公式、产生感应电流的条件、从能量角度分析即可正确解题。‎ ‎16.如图所示，两根足够长平行金属导轨MN、PQ固定在倾角θ＝37°的绝缘斜面上，顶部接有一阻值R＝3 Ω的定值电阻，下端开口，轨道间距L＝1 m．整个装置处于磁感应强度B＝2 T的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上．质量m＝1‎ ‎ kg的金属棒ab置于导轨上，ab在导轨之间的电阻r＝1 Ω，电路中其余电阻不计．金属棒ab由静止释放后沿导轨运动时始终垂直于导轨，且与导轨接触良好．不计空气阻力影响．已知金属棒ab与导轨间动摩擦因数μ＝0.5，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，取g＝10 m/s2.‎ ‎(1)求金属棒ab沿导轨向下运动最大速度vm；‎ ‎(2)求金属棒ab沿导轨向下运动过程中，电阻R上的最大电功率PR；‎ ‎(3)若从金属棒ab开始运动至达到最大速度过程中，电阻R上产生的焦耳热总共为1.5 J，求流过电阻R的总电荷量q.‎ ‎【答案】（1）；（2）；（3）1C。‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 释放金属棒后，金属棒受到重力、支持力、安培力、滑动摩擦力四个力作用，由于棒的速度增大，导致感应电流增大，从而阻碍导体运动的安培力也增大，所以加速度减小．当加速度减小为零时，棒的速度达到最大，写出平衡式，结合感应电动势、欧姆定律、安培力的式子，就能求出最大速度．棒做匀速直线运动时，电流最大，消耗的电功率最大，由电功率的式子可以求出电阻R上的最大电功率PR．由于已知金属棒在整个过程中产生的热量，则电阻R上产生的热量能够求出，从而知道机械能的减小量，由于动能的增量能算出，则棒减小的重力势能可以求出．那么就能表示出磁通量的改变量、平均感应电动势、乃至平均感应电流，于是通过导体的电荷量就能求出（时间△t最后消掉）．本题的关键是第三问，求电量问题往往是用平均值来进行计算．由能量守恒求出重力势能的减少量，从而能求出磁通量的变化量．‎ ‎【详解】（1）金属棒由静止释放后，沿斜面做变加速运动，加速度不断减小，当加速度为零时有最大速度。有，‎ 解得；‎ ‎（2）金属棒以最大速度匀速运动时，电阻R上的电功率最大，此时，‎ 解得；‎ ‎（3）设金属棒从开始运动至达到最大速度过程中，沿导轨下滑距离为x，‎ 由能量守恒定律；‎ 根据焦耳定律 根据，解得。 ‎