新课标高三物理第九章 综合能力测试卷

第九章综合能力测试卷[时间90分钟满分100分]一、选择题(本题包括10小题，共50分，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5分，选对但不全的得2分，有选错的得0分．)1．关于电磁感应现象，下列说法中正确的是()A．闭合线圈放在变化的磁场中，必然有感应电流产生B．穿过闭合线圈的磁通量变化时，线圈中有感应电流C．闭合线圈在匀强磁场中垂直磁感线运动，必然产生感应电流D．穿过闭合电路的磁感线条数发生变化时，电路中有感应电流解析穿过闭合线圈的磁通量发生变化，线圈中有感应电流产生，选项C错误；若线圈平面与磁场平行，则磁通量始终为零，选项A错误、B、D正确．答案BD2．如图所示，一金属弯杆处在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，已知ab＝bc＝L，当它以速度v向右平动时，a、c两点间的电势差为()A．BL v B．BL v sinθC．BL v cosθD．BL v(l＋sinθ)答案 B3．如图所示，正方形金属框四条边电阻相等，匀强磁场垂直线框平面且刚好充满整个线框，现以相同的速率分别沿甲、乙、丙、丁四个方向将线框拉出磁场．欲使a、b两点间的电势差最大，则拉力应沿()A．甲方向B．乙方向C．丙方向D．丁方向解析以相同的速率分别沿甲、乙、丙、丁四个方向将线框拉出磁场，回路中产生的电动势E大小相同，电流I大小相同；当沿丁方向将线框拉出磁场时，ab边切割磁感线，ab相当于电源，由电路的知识可知此时ab 间电势差为I×3R(R为每边的电阻)，这也是a、b两点间电势差的最大值，即D项正确．答案 D4．图中电感线圈L的直流电阻为R L，小灯泡的电阻为R，小量程电流表G1、G2的内阻不计．当开关S闭合稳定后，电流表G1、G2的指针均偏向右侧(电流表的零刻度在表盘的中央)，则当开关S断开时，下列说法中正确的是()A．G1、G2的指针都立即回到零点B．G1缓慢回到零点，G2立即左偏，偏后缓慢回到零点C．G1立即回到零点，G2缓慢回到零点D．G2立即回到零点，G1缓慢回到零点解析S闭合且稳定时，通过含电流表G1、G2的两条支路的电流均由左向右，断开S，L中产生自感电动势，由“增反减同”可知，自感电动势E自的方向一定与原电流方向相同，等效电路如图所示，显然，断开S后，在E自的作用下，上图回路中将继续形成沿顺时针方向的电流，这时流经含有电流表G2支路的电流方向已变为由右向左了．由于这段时间E自是逐渐减小的，故电流也是逐渐减小的，综上所述选B.答案 B5．(图像信息题)如图甲所示，两个垂直纸面的匀强磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B，磁场区域的宽度均为a，一正三角形(高为a)导线框ABC从图示位置沿图示方向匀速穿过两磁场区域，以逆时针方向为电流的正方向，在图乙中感应电流I与线框移动距离x的关系图像正确的是()解析分三个过程进行分析，线框进入磁场时，磁通量增加，由楞次定律，感应电流为逆时针，当线框进入另一磁场过程中，穿过线框的磁通量有两个方向，垂直纸面向里的磁通量减少，垂直纸面向外的磁通量增加．由楞次定律可知．感应磁场方向向里，感应电流为顺时针．磁通量的变化率不均匀，是在增加的，所以感应电流的大小增加．当线框从右侧磁场穿出过程中，磁通量减少且变化率增加，由楞次定律知电流方向为逆时针．故C对，本题采用排除法比较简便、快捷．首先排除B项，再排除D 项，最后排除A.答案 C6．(2011·合肥高三第一次教学质量检测)一个刚性矩形铜制线圈从高处自由下落，进入一水平的匀强磁场区域，然后穿出磁场区域继续下落，如图所示，则()A．若线圈进入磁场过程是匀速运动，则离开磁场过程一定是匀速运动B．若线圈进入磁场过程是加速运动，则离开磁场过程一定是加速运动C．若线圈进入磁场过程是减速运动，则离开磁场过程一定是减速运动D．若线圈进入磁场过程是减速运动，则离开磁场过程一定是加速运动解析若线圈匀速进入磁场，则mg＝F安，全部进入后不再受安培力，在重力作用下加速运动，则出磁场时F安>mg，不会匀速，A错误．进入时加速，说明F安<mg，完全进入后，线圈加速运动，F安可能大于mg，也可能等于mg，还可能小于mg，故不一定加速穿出，B错；若线圈进入磁场时减速，则F安>mg，完全进入后再加速，使得F安一定大于mg，则穿出时必定减速，C正确，D错误．答案 C7.如图所示，用粗细相同的铜丝做成边长分别为L和2L的两只闭合线框a和b，以相同的速度从磁感应强度为B的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外，不考虑线框的动能变化，若外力对环做的功分别为W a、W b，则W a∶W b为()A．1∶4 B．1∶2C．1∶1 D．不能确定解析匀速拉出线框时，F外＝F安，故W外＝W安＝BIL·L＝B2L3v R又L b＝2L a，R b＝2R a，则W a∶W b＝1∶4.答案 A8．如图所示，ab、cd是固定在竖直平面内的足够长的金属框架，除电阻R外其余电阻不计；ef为一金属杆，与ab、cd接触良好且没有摩擦．下滑时ef始终处于水平状态，整个装置处在垂直框面的匀强磁场中，ef从静止下滑一段时间后，闭合开关S，则()A．闭合开关时ef的加速度一定小于gB．闭合开关时ef的加速度可能等于gC．闭合开关的时刻不同，ef最终的速度不同D．闭合开关的时刻不同，ef最终的速度相同解析闭合开关时速度为v，则BIL－mg＝ma，即B2L2vR－mg＝ma由此式可知，B正确，最终F安＝mg，则v一定，D正确．答案BD9.(2011·广东深圳一调)如图中两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为l，磁场方向垂直纸面向里．abcd是位于纸面内的梯形线圈，ad 与bc间的距离也为l.t＝0时刻，bc边与磁场区域边界重合．现令线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域．取沿a→b→c→d→a的感应电流为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流i随时间t变化的图线可能是()解析梯形线圈以恒定的速度v穿过磁场的过程中，先是bc边切割磁感线，由右手定则可判定电流方向为a→d→c→b→a；并且在线圈运动过程中，其切割磁感线的有效长度越来越长，所以感应电动势越来越大．当ad边进入磁场时，由右手定则可判定电流方向为a→b→c→d→a，线圈切割磁感线的有效长度仍然是越来越长，则感应电动势也越来越大，感应电流越来越大，B正确．答案 B10．如图所示，平行金属导轨与水平面成θ角，导轨与固定电阻R1和R2相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面．有一导体棒ab，质量为m，导体棒的电阻与固定电阻R1和R2的阻值均相等，与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒ab沿导轨向上滑动，当上滑的速度为v时，受到安培力的大小为F，此时()A．电阻R1消耗的热功率为F v/3B．电阻R2消耗的热功率为F v/6C．整个装置因摩擦而消耗的热功率为μmg v cosθD．整个装置消耗的机械功率为(F＋μmg cosθ)v解析由法拉第电磁感应定律得E＝BL v，回路总电流I＝E/1.5 R，安培力F＝BIL，所以电阻R1的功率P1＝(0.5I)2R＝F v/6，B选项正确．由于摩擦力F阻＝μmg cosθ，故因摩擦而消耗的热功率为μmg v cosθ.整个装置消耗的机械功率为(F＋μmg cosθ)v.答案BCD二、论述计算题(本大题含4小题，共50分，解答时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．)11．(12分)如图所示，直角三角形导线框abc 固定在匀强磁场中，ab 是一段长为l 1＝0.6 m 、单位长度电阻为r ＝3 Ω/m 的均匀导线，ac 和bc 的电阻可不计，bc 长度为l 2＝0.3 m ．磁场的磁感应强度为B ＝0.5 T ，方向垂直纸面向里．现有一段长度为L ＝0.3 m 、单位长度电阻也为r ＝3 Ω/m 的均匀导体杆MN 架在导线框上，开始时紧靠a 点，然后沿ab 方向以恒定速度v ＝1.2 m/s 向b 端滑动，滑动中始终与bc 平行并与导线框保持良好接触．求：(1)导线框中有感应电流的时间是多长？(2)当导体杆MN 滑到ab 中点时，导线bc 中的电流是多少？方向如何？(3)导体杆MN 自a 点滑到ab 中点过程中，回路中感应电动势的平均值． 解析 (1)导线框中有感应电流的时间为t ＝l 1v ＝0.61.2s ＝0.5 s (2)当MN 滑到ab 中点时，有R 外＝0.3×32 Ω＝0.45 Ω r 内＝0.32×3 Ω＝0.45 Ω，R 总＝0.9 ΩE＝12BL v＝12×0.5×0.3×1.2 V＝0.09 VI＝ER总＝0.090.9A＝0.1 AI bc＝12I＝12×0.1 A＝0.05 A方向为b→c.(3)回路中感应电动势的平均值为E＝ΔΦΔt＝B·ΔSΔt＝B×12×l12×L2l12v＝0.045 V答案(1)0.5 s(2)0.05 A b→c(3)0.045 V12．(11分)边长L＝0.1 m的正方形金属线框abcd，质量m＝0.1 kg，总电阻R＝0.02 Ω，从高为h＝0.2 m处自由下落(abcd始终在竖直平面内且ab水平)，线框下有一水平的有界匀强磁场，竖直宽度L＝0.1 m，磁感应强度B＝1.0 T，方向如图所示(取g＝10 m/s2)．求：(1)线框穿越磁场过程中发出的热；(2)全程通过a点截面的电荷量；(3)在坐标系中画出线框从开始下落到dc边穿出磁场的速度与时间的图像．解析(1)因为线框abcd进入磁场时，v 1＝2gh ＝2 m/s产生的电动势E ＝BL v 1＝0.2 V安培力F A ＝BIL ＝BL E R ＝1 NF A ＝mg ，故线框在磁场中匀速运动，由能量关系可知发出热量为 Q ＝mg 2L ＝0.1×10×2×0.1 J ＝0.2 J.(2)ab 边和cd 边切割磁感线产生的感应电流大小相等．I ＝E R ＝0.20.02A ＝10 A 穿过磁场的时间t ＝2L v ＝0.1 s则通过a 点电荷量q ＝It ＝1 C(3)由(1)可知，线框自由下落的时间t 1＝2hg ＝0.2 s.在磁场内做匀速运动v ＝v 1，时间t 2＝2L v 1＝0.1 s. 图像如下图所示．答案 (1)0.2 J (2)1 C (3)见解析13．(13分)(2010·天津理综)如图所示，质量m 1＝0.1 kg ，电阻R 1＝0.3 Ω，长度l ＝0.4 m 的导体棒ab 横放在U 型金属框架上，框架质量m 2＝0.2 kg ，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，相距0.4 m的MM′、NN′相互平行，电阻不计且足够长．电阻R2＝0.1 Ω的MN垂直于MM′.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.5 T．垂直于ab施加F＝2 N的水平恒力，ab从静止开始无摩擦地运动，始终与MM′、NN′保持良好接触，当ab运动到某处时，框架开始运动．设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2.(1)求框架开始运动时ab速度v的大小；(2)从ab开始运动到框架开始运动的过程中，MN上产生的热量Q＝0.1 J．求该过程ab位移x的大小．解析(1)ab对框架的压力F1＝m1g框架受水平面的支持力F N＝m2g＋F1依题意，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则框架受到最大的静摩擦力F2＝μF Nab中的感应电动势E＝Bl vMN中电流I＝ER1＋R2MN受到的安培力F安＝IlB框架开始运动时F安＝F2由上述各式代入数据解得v＝6 m/s(2)闭合回路中产生的总热量Q总＝R1＋R2 R2Q由能量守恒定律，得Fx ＝12m 1v 2＋Q 总 代入数据解得x ＝1.1 m答案 (1)6 m/s (2)1.1 m14．(14分)(2011·四川理综)如图所示，间距l ＝0.3 m 的平行金属导轨a 1b 1c 1和a 2b 2c 2分别固定在两个竖直面内．在水平面a 1b 1b 2a 2区域内和倾角θ＝37°的斜面c 1b 1b 2c 2区域内分别有磁感应强度B 1＝0.4 T 、方向竖直向上和B 2＝1 T 、方向垂直于斜面向上的匀强磁场．电阻R ＝0.3 Ω、质量m 1＝0.1 kg 、长为l 的相同导体杆K 、S 、Q 分别放置在导轨上，S 杆的两端固定在b 1、b 2点，K 、Q 杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好．一端系于K 杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿有质量m 2＝0.05 kg 的小环．已知小环以a ＝6 m/s 2的加速度沿绳下滑，K 杆保持静止，Q 杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F 作用下匀速运动．不计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长．取g ＝10 m/s 2，sin37 °＝0.6，cos 37°＝0.8.求：(1)小环所受摩擦力的大小；(2)Q 杆所受拉力的瞬时功率．解析 (1)设小环受到的摩擦力大小为F f ，由牛顿第二定律，有m 2g －F f ＝m 2a代入数据，得F f ＝0.2 N.(2)设通过K 杆的电流为I 1，K 杆受力平衡，有F f＝B1I1l设回路总电流为I，总电阻为R总，有I＝2I1R总＝3 2R设Q杆下滑速度大小为v，产生的感应电动势为E，有I＝E R总E＝B2l vF＝m1g sinθ＝B2Il拉力的瞬时功率为P＝F v联立以上方程解得P＝2 W 答案(1)0.2 N(2)2 W。