2021高考物理大一轮复习领航检测：第十章　电磁感应 章末检测10 Word版含解析

这是一份2021高考物理大一轮复习领航检测：第十章　电磁感应 章末检测10 Word版含解析，共9页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分，1～5题每小题只有一个选项正确，6～8小题有多个选项符合题目要求，全选对得6分，选对但不全得3分，有选错的得0分)
1．首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是( )
A．安培和法拉第 B．法拉第和楞次
C．奥斯特和安培 D．奥斯特和法拉第
解析：选D.首先发现电流磁效应的科学家是奥斯特；发现电磁感应现象的科学家是法拉第，故选项D正确．
2．磁铁在线圈中心上方开始运动时，线圈中产生如图方向的感应电流，则磁铁( )
A．向上运动 B．向下运动
C．向左运动 D．向右运动
解析：选B.据题意，从图示可以看出磁铁提供的穿过线圈原磁场的磁通量方向向下，由安培定则可知线圈中感应电流激发的感应磁场方向向上，即两个磁场的方向相反，则由楞次定律可知原磁场通过线圈的磁通量的大小在增加，故选项B正确．
3．某学校操场上有如图所示的运动器械：两根长金属链条将一根金属棒ab悬挂在固定的金属架上．静止时ab水平且沿东西方向．已知当地的地磁场方向自南向北斜向下跟竖直方向成45°，现让ab随链条荡起来，跟竖直方向最大偏角45°，则下列说法正确的是( )
A．当ab棒自南向北经过最低点时，ab中感应电流的方向是自西向东
B．当链条与竖直方向成45°时，回路中感应电流最大
C．当ab棒自南向北经过最低点时，安培力的方向与水平向南的方向成45°斜向下
D．在ab棒运动过程中，不断有磁场能转化为电场能
解析：选C.当ab棒自南向北经过最低点时，由右手定则知电流方向自东向西，故A错误；当ab运动方向与B方向垂直时感应电流最大，当链条偏南与竖直方向成45°时，ab运动方向(沿圆轨迹的切线方向)与磁场方向平行，此时感应电流为零，最小，故B错误；当ab棒自南向北经过最低点时，由左手定则知安培力的方向与水平向南的方向成45°斜向下，C正确；在ab棒运动过程中，不断有机械能转化为电场能，故D错误．
4．如图甲所示，线圈ABCD固定于匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向外，当磁场变化时，线圈AB边所受安培力向右且变化规律如图乙所示，则磁场的变化情况可能是下列选项中的( )
解析：选D.由题意可知，安培力的方向向右，根据左手定则，可知：感应电流的方向由B到A，再由右手定则可知，当垂直向外的磁场在增加时，会产生由B到A的感应电流，由法拉第电磁感应定律，结合闭合电路欧姆定律，则安培力的表达式F＝Beq \f(ΔB,Δt)eq \f(SL,R)，因安培力的大小不变，则Beq \f(ΔB,Δt)是定值，若磁场B增大，则eq \f(ΔB,Δt)减小，若磁场B减小，则eq \f(ΔB,Δt)增大，故D正确，A、B、C错误．
5．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
解析：选B.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eq \f(ΔB,Δt)＝k，根据法拉第电磁感应定律可知E＝neq \f(ΔΦ,Δt)＝neq \f(ΔB,Δt)l2，则eq \f(Ea,Eb)＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,1)))2＝eq \f(9,1)，选项B正确；根据I＝eq \f(E,R)＝eq \f(E,ρ\f(4nl,S′))＝eq \f(n\f(ΔB,Δt)l2S′,4ρnl)＝eq \f(klS′,4ρ)∝l，故a、b线圈中感应电流之比为3∶1，选项C错误；电功率P＝IE＝eq \f(klS′,4ρ)·neq \f(ΔB,Δt)l2＝eq \f(nk2l3S′,4ρ)∝l3，故a、b线圈中电功率之比为27∶1，选项D错误；故选B.
6．如图所示是法拉第做成的世界上第一台发电机模型的原理图．将铜盘放在磁场中，让磁感线垂直穿过铜盘；图中a、b导线与铜盘的中轴线处在同一竖直平面内；转动铜盘，就可以使闭合电路获得电流．若图中铜盘半径为L，匀强磁场的磁感应强度为B，回路总电阻为R，从上往下看逆时针匀速转动铜盘的角速度为ω.则下列说法正确的是( )
A．回路中有大小和方向周期性变化的电流
B．回路中电流大小恒定，且等于eq \f(BL2ω,2R)
C．回路中电流方向不变，且从b导线流进灯泡，再从a导线流向旋转的铜盘
D．若将匀强磁场改为仍然垂直穿过铜盘的正弦变化的磁场，不转动铜盘，灯泡中一定有电流流过
解析：选BC.据题意，当盘转动后，由右手定则可以确定电流流向盘的中心，从b端流出到达a端，故选项A错误；所产生的电动势大小为：E＝BLv＝BLeq \f(Lω,2)，则产生的电流大小为：I＝eq \f(E,R)＝eq \f(BL2ω,2R)，故B选项正确；根据右手定则判断电流方向，电流为b到a，所以C正确；如果将匀强磁场改成变化的磁场，铜盘不转动的话，没有导体切割磁场，回路中不会产生感应电流，故D选项错误．
7．如图所示的电路中，电感L的自感系数很大，电阻可忽略，D为理想二极管，则下列说法正确的有( )
A．当S闭合时，L1立即变亮，L2逐渐变亮
B．当S闭合时，L1一直不亮，L2逐渐变亮
C．当S断开时，L2立即熄灭
D．当S 断开时，L1突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭
解析：选BD.当S闭合时，因二极管加上了反向电压，故二极管截止，L1一直不亮；通过线圈的电流增加，感应电动势阻碍电流增加，故使得L2逐渐变亮，选项B正确，A错误；当S断开时，由于线圈自感电动势阻碍电流的减小，故通过L的电流要在L2－L1－D－L之中形成新的回路，故L1突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭，选项C错误，D正确；故选B、D.
8．如图所示，两根光滑、足够长的平行金属导轨固定在水平面上．滑动变阻器接入电路的电阻值为R(最大阻值足够大)，导轨的宽度L＝0.5 m，空间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度的大小B＝1 T．内阻r＝1 Ω的金属杆在F＝5 N的水平恒力作用下由静止开始运动．经过一段时间后，金属杆的速度达到最大速度vm，不计导轨电阻，则有( )
A．R越小，vm越大
B．金属杆的最大速度大于或等于20 m/s
C．在金属杆达到最大速度之前，恒力F所做的功等于电路中消耗的电能
D．金属杆达到最大速度后，金属杆中电荷沿杆长度方向定向移动的平均速率ve与恒力F成正比
解析：选BD.当导体棒达到最大速度时满足F＝F安；则F＝Beq \f(BLvm,r＋R)L，解得vm＝eq \f(Fr＋R,B2L2)，可知R越大，vm越大，选项A错误；金属杆的最大速度vm＝eq \f(Fr＋R,B2L2)＝eq \f(5×1＋R,12×0.52)＝20(1＋R)m/s，则金属杆的最大速度大于或等于20 m/s，选项B正确；在金属杆达到最大速度之前，恒力F所做的功等于电路中消耗的电能与导体棒动能增量之和，选项C错误；金属杆达到最大速度后导体棒中的电流I＝eq \f(F,BL)，则I＝neSve，则ve＝eq \f(I,neS)＝eq \f(F,BLneS)，故金属杆达到最大速度后，金属杆中电荷沿杆长度方向定向移动的平均速率ve与恒力F成正比，选项D正确；故选B、D.
二、非选择题(共4小题， 52分)
9．(12分)很多人喜欢到健身房骑车锻炼，某同学根据所学知识设计了一个发电测速装置，如图所示．自行车后轮置于垂直车身平面向里的匀强磁场中，后轮圆形金属盘在磁场中转动时，可等效成一导体棒绕圆盘中心O转动．已知磁感应强度B＝0.5 T，圆盘半径l＝0.3 m，圆盘电阻不计．导线通过电刷分别与后轮外边缘和圆心O相连，导线两端a、b间接一阻值R＝10 Ω的小灯泡．后轮匀速转动时，用电压表测得a、b间电压U＝0.6 V.
(1)与a连接的是电压表的正接线柱还是负接线柱？
(2)圆盘匀速转动10分钟，则此过程中产生了多少电能 ?
(3)自行车车轮边缘线速度是多少？
解析：(1)根据右手定则，轮子边缘点是等效电源的负极，则a点接电压表的负接线柱
(2)根据焦耳定律Q＝eq \f(U2,R)t
代入数据得Q＝21.6 J
(3)由U＝E＝eq \f(1,2)Bl2ω得v＝lω＝8 m/s
答案：(1)负 (2)Q＝21.6 J (3)v＝8 m/s
10．(12分)如图所示，平行光滑U形导轨倾斜放置，倾角θ＝30°，导轨间的距离L＝1.0 m，电阻R＝R1＝3.0 Ω，电容器电容C＝2×10－8F，导轨电阻不计，匀强磁场的方向垂直于导轨平面向上，磁感应强度B＝2.0 T，质量m＝0.4 kg，电阻r＝1.0 Ω的金属棒ab垂直置于导轨上，现用沿轨道平面且垂直于金属棒的大小F＝5.0 N的恒力，使金属棒ab从静止起沿导轨向上滑行，求：
(1)金属棒ab达到匀速运动时的速度大小(g＝10 m/s2 )；
(2)金属棒ab从静止开始到匀速运动的过程中通过电阻R1的电荷量．
解析：(1)当金属棒匀速运动时，由力的平衡条件得：F＝mgsin 30°＋BIL求得：I＝1.5 A.
由闭合电路欧姆定律得：I＝eq \f(E,R＋r)＝eq \f(BLv,R＋r)
联立以上方程解得金属棒匀速运动的速度大小为：
v＝3 m/s.
(2)当金属棒匀速运动时，电容器两端的电压
U＝IR＝4.5 V
电容器极板上聚集的电荷量Q＝CU＝9×10－8 C，
所以通过R1的电荷量Q′＝Q＝9×10－8C
答案：(1)v＝3 m/s (2)9×10－8 C
11．(12分)如图所示，水平放置的三条光滑平行金属导轨a，b，c，相距均为d＝1 m，导轨ac间横跨一质量为m＝1 kg的金属棒MN，棒与导轨始终良好接触．棒的总电阻r＝2 Ω，导轨的电阻忽略不计. 在导轨bc间接一电阻为R＝2 Ω的灯泡，导轨ac间接一理想电压表．整个装置放在磁感应强度B＝2 T匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向下．现对棒MN施加一水平向右的拉力F，使棒从静止开始运动，已知施加的水平外力功率恒定，经过t＝1 s时间棒达到稳定时速度3 m/s.试求：
(1)金属棒达到稳定时施加水平恒力F为多大？水平外力F的功率为多少？
(2)金属棒达到稳定时电压表的读数为多少？
(3)此过程中灯泡产生的热量是多少？
解析：(1)当F＝F安时，金属棒速度达到稳定，
则F安＝BId
I＝eq \f(Bdv,R＋\f(r,2))，联立得F＝4 N，P＝Fv＝12 W.
(2)设电压表的读数为U，则有U＝Bdv＋UL
UL＝eq \f(Bdv,R＋\f(r,2))R，代入数据得U＝10 V.
(3)设小灯泡和金属棒产生的热量分别为Q1、Q2，根据焦耳定律得知：eq \f(Q1,Q2)＝eq \f(R,\f(r,2)).
由功能关系得：Pt＝Q1＋Q2＋eq \f(1,2)mv2，代入数据得Q1＝5 J.
答案：(1)F＝4 N P＝12 W (2)U＝10 V
(3)Q1＝5 J
12．(16分)如图甲所示，斜面的倾角α＝30°，在斜面上放置一矩形线框abcd，ab边的边长L1＝1 m，bc边的边长L2＝0.6 m，线框的质量m＝1 kg，线框的电阻R＝ 0.1 Ω，线框受到沿斜面向上的恒力F的作用，已知F＝15 N，线框与斜面间的动摩擦因数μ＝eq \f(\r(3),3).线框的边ab∥ef∥gh，斜面的efhg区域有垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度B随时间t的变化情况如图乙的B－t图象所示，时间t是从线框由静止开始运动起计时的．如果线框从静止开始运动，进入磁场最初一段时间是匀速的，ef线和gh线的距离x＝5.1 m，取g＝10 m/s2.求：
(1)线框进入磁场前的加速度a；
(2)线框进入磁场时匀速运动的速度v；
(3)在丙图中画出线框从静止开始运动直至ab边运动到gh线过程的v－t图象；
(4)线框从静止开始运动直至ab边运动到gh线的过程中产生的焦耳热Q.
解析：(1)线框进入磁场前，线框受到线框的重力、拉力F、斜面的支持力和斜面对线框的摩擦力作用，由牛顿第二定律：F－mgsin α－μmgcs α＝ma
得线框进入磁场前的加速度a＝5 m/s2.
(2)因为线框进入磁场的最初一段时间做匀速运动，ab边进入磁场切割磁感线，产生的电动势E1＝BL1v
形成的感应电流I1＝eq \f(E1,R)
受到沿斜面向下的恒定的安培力F安＝BI1L1
线框受力平衡，有F＝mgsin α＋μmgcs α＋F安
此时磁感应强度必恒定不变B＝0.5 T，
代入数据解得v＝2 m/s.
(3)线框abcd进入磁场前做匀加速直线运动，进入磁场前的运动时间
t1＝eq \f(v,a)＝0.4 s
进入磁场过程中线框做匀速运动的时间t2＝eq \f(L2,v)＝0.3 s.
线框完全进入磁场后至运动到gh线，线框受力情况与进入磁场前相同，仍做匀加速直线运动，所以该阶段的加速度大小仍为a＝5 m/s2，该过程有x－l2＝vt3＋eq \f(1,2)ateq \\al(2,3)，解得t3＝1 s
线框从静止开始运动直至ab边运动到gh线过程的v－t图象如图；
(4)线框整体进入磁场后，ab边运动到gh线的过程中，线框中有感应电流的时间
t4＝t1＋t2＋t3－0.9 s＝0.8 s
E2＝eq \f(ΔB·S,Δt)＝eq \f(0.5×0.6,2.1－0.9) V＝0.25 V
此过程产生的焦耳热Q2＝eq \f(E\\al(2,2),R)t4＝0.5 J.
线框匀速进入磁场过程中产生的焦耳热Q1＝Ieq \\al(2,1)Rt2＝3 J
线框从静止开始运动直至ab边运动到gh线的过程中产生的焦耳热Q＝Q1＋Q2＝3.5 J
答案：(1)5 m/s2 (2)2 m/s (3)如图 (4)3.5 J