最新精编 北京大学附属中学河南分校2016届高三物理上学期周测试卷16

考查范围：电磁感应部分一、选择题(本题共10小题，每题4分，共40分．有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)1．如图所示，一个半径为L 的半圆形硬导体AB 以速度v 在水平U 型框架上向右匀速滑动，匀强磁场的磁感应强度为B ，回路电阻为R 0，半圆形硬导体AB 的电阻为r ，其余电阻不计，则半圆形导体AB 切割磁感线产生的感应电动势大小及A 、B 之间的电势差分别为( )A ．BLv BLvR 0R 0＋rB ．B πLv B πLvR 0R 0＋rC ．2BLv 2BLvR 0R 0＋rD ．2BLv 2BLv2．某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下，大小为4.5×10－5T ．一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸，河宽100 m ，该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过．设落潮时，海水自西向东流，流速为2 m/s.下列说法正确的是( )A ．河北岸的电势较高B ．河南岸的电势较高C ．电压表记录的电压为9 mVD ．电压表记录的电压为5 mV3．在匀强磁场中，有一个接有电容器的单匝导线回路，如图所示，已知C ＝30 μF ，L 1＝5 cm ，L 2＝8 cm ，磁场以5×10－2T/s 的速率增加，则( )A ．电容器上极板带正电，带电荷量为6×10－5CB ．电容器上极板带负电，带电荷量为6×10－5CC ．电容器上极板带正电，带电荷量为6×10－9CD ．电容器上极板带负电，带电荷量为6×10－9C4．如下图所示，正方形线圈abcd 位于纸面内，边长为L ，匝数为N ，线圈内接有阻值为R 的电阻，过ab 中点和cd 中点的连线OO ′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁场的磁感应强度为B .当线圈绕OO ′转过90°时，通过电阻R 的电荷量为( )A.BL 22RB.NBL 22RC.BL 2RD.NBL 2R5．如图所示，E 为电池，L 是电阻可忽略不计、自感系数足够大的线圈，D 1、D 2是两个规格相同且额定电压足够大的灯泡，S 是控制电路的开关．对于这个电路，下列说法正确的是( )A ．刚闭合开关S 的瞬间，通过D 1、D 2的电流大小相等B ．刚闭合开关S 的瞬间，通过D 1、D 2的电流大小不相等C ．闭合开关S 待电路达到稳定，D 1熄灭，D 2比原来更亮D ．闭合开关S 待电路达到稳定，再将S 断开瞬间，D 2立即熄灭，D 1闪亮一下再熄灭6．如图，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与磁场边缘重合；磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里，磁感应强度大小为B 0.使该线框从静止开始绕过圆心O 、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周，在线框中产生感应电流．现使线框保持图中所示位置，磁感应强度大小随时间线性变化．为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的变化率ΔBΔt的大小应为( ) A.4ωB 0π B.2ωB 0π C.ωB 0π D.ωB 02π7．半径为a 右端开小口的导体圆环和长为2a 的导体直杆，单位长度电阻均为R 0.圆环水平固定放置，整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B .杆在圆环上以速度v 平行于直径CD 向右做匀速直线运动，杆始终有两点与圆环良好接触，从圆环中心O 开始，杆的位置由θ确定，如右图所示，则( )A ．θ＝0时，杆产生的电动势为 2BavB ．θ＝π3时，杆产生的电动势为3BavC ．θ＝0时，杆受的安培力大小为2B 2avπ＋2 R 0D ．θ＝π3时，杆受的安培力大小为3B 2av5π＋3 R 08．如图所示，相距为L 的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为θ，上端接有定值电阻R ，匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B .将质量为m 的导体棒由静止释放，当速度达到v 时开始匀速运动，此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力，并保持拉力的功率恒为P ，导体棒最终以2v 的速度匀速运动．导体棒始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨和导体棒的电阻，重力加速度为g .下列选项正确的是( )A. P ＝2mgv sin θB. P ＝3mgv sin θ C ．当导体棒速度达到v 2时加速度大小为g2sin θD ．在速度达到2v 以后匀速运动的过程中，R 上产生的焦耳热等于拉力所做的功 9．如图所示，在两个沿竖直方向的匀强磁场中，分别放入两个完全一样的水平金属圆盘a 和b ，它们可以绕竖直轴自由转动，用导线把它们相连．当圆盘a 转动时( )A ．圆盘b 总是与a 沿相同方向转动B ．圆盘b 总是与a 沿相反方向转动C ．若B 1、B 2同向，则a 、b 转向相同D ．若B 1、B 2反向，则a 、b 转向相同10.如图所示，光滑绝缘水平面上，有一矩形线圈冲入一匀强磁场，线圈全部进入磁场区域时，其动能恰好等于它在磁场外面时的一半，设磁场宽度大于线圈宽度，那么( )A ．线圈恰好在刚离开磁场的地方停下B ．线圈在磁场中某位置停下C ．线圈在未完全离开磁场时即已停下D ．线圈完全离开磁场以后仍能继续运动，不会停下来 二、填空题(本题共2小题，每题8分，共16分) 11.如图所示，半径为r 的金属圆环绕通过直径的轴OO ′以角速度ω匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B ，以金属环的平面与磁场方向重合时开始计时，求在转动30°角的过程中，环中产生的感应电动势为________．12.一个边长为10 cm 的正方形金属线框置于匀强磁场中，线框匝数n ＝100，线框平面与磁场垂直，电阻为20 Ω.磁感应强度随时间变化的图象如图所示．则在一个周期内线框产生的热量为________ J.三、计算题(本题共4小题，13、14题各10分，15、16题各12分，共44分，计算时必须有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)13.轻质细线吊着一质量为m ＝0.32 kg 、边长为L ＝0.8 m 、匝数n ＝10的正方形线圈，总电阻为r ＝1 Ω.边长为L2的正方形磁场区域对称分布在线圈下边的两侧，如图甲所示，磁场方向垂直纸面向里，大小随时间变化如图乙所示，从t ＝0开始经t 0时间细线开始松弛，取g ＝10 m/s 2.求：(1)在前t 0时间内线圈中产生的电动势； (2)在前t 0时间内线圈的电功率； (3) t 0的值．14．(2011·浙江理综)如下图甲所示，在水平面上固定有长为L ＝2 m 、宽为d ＝1 m 的金属“U”型导轨，在“U”型导轨右侧l ＝0.5 m 范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间变化规律如下图乙所示．在t ＝0时刻，质量为m ＝0.1 kg 的导体棒以v 0＝1 m/s 的初速度从导轨的左端开始向右运动，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ＝0.1，导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ＝0.1Ω/m ，不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响(取g ＝10 m/s 2)．(1)通过计算分析4 s 内导体棒的运动情况；(2)计算4 s 内回路中电流的大小，并判断电流方向； (3)计算4 s 内回路产生的焦耳热． 15． (2012·天津理综)如图所示，一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距l ＝0.5 m ，左端接有阻值R ＝0.3 Ω的电阻．一质量m ＝0.1 kg ，电阻r ＝0.1 Ω的金属棒MN 放置在导轨上，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B ＝0.4 T ．棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以a ＝2 m/s 2的加速度做匀加速运动，当棒的位移x ＝9 m 时撤去外力，棒继续运动一段距离后停下来，已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q 1:Q 2＝2:1.导轨足够长且电阻不计，棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触．求：(1)棒在匀加速运动过程中，通过电阻R 的电荷量q ； (2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q 2； (3)外力做的功W F .16．如下图甲所示，不计电阻的平行金属导轨竖直放置，导轨间距为L ＝1 m ，上端接有电阻R ＝3 Ω，虚线OO ′下方是垂直于导轨平面的匀强磁场．现将质量m ＝0.1 kg 、电阻r ＝1 Ω的金属杆ab 从OO ′上方某处垂直导轨由静止释放，杆下落过程中始终与导轨保持良好接触，杆下落过程中的v －t 图象如下图乙所示．(取g ＝10 m/s 2)求：(1)磁感应强度B ；(2)杆在磁场中下落0.1 s 过程中电阻R 产生的热量．参考答案：1、解析：根据E ＝BLv ，感应电动势2BLv ，AB 间的电势差U ＝ER 0R 0＋r，C 项正确． 答案：C2、解析：由E ＝BLv ＝(4.5×10－5×100×2)V＝9×10－3V ＝9 mV ，可知电压表记录的电压为9 mV ，选项C 正确，D 错误；从上往下看，画出水流切割磁感线示意图如图所示，据右手定则可知北岸电势高，选项A 正确，B 错误．答案：AC3、解析：电容器两极板间的电势差U 等于感应电动势E ，由法拉第电磁感应定律，可得E ＝ΔB Δt·L 1L 2＝2×10－4V ，电容器的带电荷量Q ＝CU ＝CE ＝6×10－9C ，再由楞次定律可知上极板的电势高，带正电，C 项正确．答案：C4、解析：初状态时，通过线圈的磁通量为Φ1＝BL 22，当线圈转过90°时，通过线圈的磁通量为0，由q ＝ΔΦR 可得通过电阻R 的电量为BL22R.答案：A5、解析：由于线圈的电阻可忽略不计、自感系数足够大，在开关闭合的瞬间线圈的阻碍作用很大，线圈中的电流为零，所以通过D 1、D 2的电流大小相等，A 正确，B 错误．闭合开关S 待电路达到稳定时线圈短路，D 1中电流为零，回路电阻减小，D 2比原来更亮，C 正确．闭合开关S 待电路达到稳定，再将S 断开瞬间，D 2立即熄灭，线圈和D 1形成回路，D 1闪亮一下再熄灭，故A 、C 、D 正确．答案：ACD6、解析：线框转动过程中，等效于长度为半径R 的导体棒绕O 点转动切割磁感线，v ＝R 2·ω，其产生的感应电动势E ＝B 0·R ·v ＝B 0R 2ω2；线框静止不动时，根据法拉第电磁感应定律可知线框产生的感应电动势为E ′＝ΔB Δt ·πR 22.根据题意有E ＝E ′，可得ΔBΔt＝ωB 0π，选项C 正确． 答案：C7、解析：θ＝0时，杆在CD 位置，产生的电动势为E ＝B ·2av ＝2Bav ，通过杆的电流为I ＝2Bav πaR 0＋2aR 0＝2Bv πR 0＋2R 0，杆受到的安培力为F ＝BI ·2a ＝4B 2avπR 0＋2R 0，选项A 正确，C错误；θ＝π3时，杆切割的有效长度为a ，产生的电动势为E ＝Bav ，电路的总电阻为R ＝(2π－π3)aR 0＋aR 0＝53πaR 0＋aR 0，通过杆的电流为I ＝Bav R ＝3Bv 5π＋3 R 0，杆受到的安培力为F ＝BIa ＝3B 2av5π＋3 R 0，选项B 错误、D 正确．答案：AD8、解析：当导体棒以速度v 匀速运动时，沿斜面方向有mg sin θ＝B 2L 2vR；当导体棒以2v 匀速运动时，沿斜面方向F ＋mg sin θ＝2B 2L 2vR，故F ＝mg sin θ，此时拉力F 的功率P ＝F ×2v＝2mgv sin θ，选项A 正确，B 错误；当导体棒的速度达到v 2时，沿斜面方向mg sin θ－B 2L 2v2R ＝ma ，解得a ＝12g sin θ，选项C 正确；导体棒的速度达到2v 以后，拉力与重力的合力做的功等于R 上产生的焦耳热，选项D 错误．答案：AC9、解析：当圆盘a 转动时，由于切割磁感线而产生感应电流，该电流流入b 盘中，在磁场中由于安培力作用b 盘会转动，但若不知B 1、B 2的方向关系，则b 盘与a 盘的转向关系将无法确定，故A 、B 错．设B 1、B 2都向上，a 盘逆时针转动时，由右手定则可判电流方向为a →a ′→b →b ′→a ，b 盘受力由左手定则可判为顺时针方向，故C 错，同理可得D 正确．答案：D10、解析：线圈冲入匀强磁场时，产生感应电流，线圈受安培力作用做减速运动，动能也减少．同理，线圈冲出匀强磁场时，动能减少，进、出时减少的动能都等于克服安培力做的功．由于进入时的速度大，故感应电流大，安培力大，安培力做的功也多，减少的动能也多，线圈离开磁场过程中，损失动能少于它在磁场外面时动能的一半，因此线圈离开磁场仍继续运动．答案：D11、解析：ΔΦ＝Φ2－Φ1＝BS sin30°－0＝12B πr 2.又Δt ＝θω＝π/6ω＝π/(6ω)所以E ＝ΔΦΔt ＝12B πr 2π/ 6ω ＝3B ωr 2.答案：3B ωr 212、解析：由题图可知，线框中穿过均匀变化的磁场，变化周期T ＝4 s ．根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律，线框中产生的感应电动势E ＝nS ΔBΔt，感应电流I ＝E R ＝100×10－220A ＝5×10－2A ，在一个周期内产生的热量Q ＝I 2RT ＝(5×10－2)2×20×4 J＝0.2 J. 答案：0.213、解析：(1)由法拉第电磁感应定律得E ＝n ΔΦΔt ＝n ×12×(L 2)2ΔB Δt ＝10×12×(0.82)2×0.5 V＝0.4 V.(2)I ＝Er＝0.4 A ，P ＝I 2r ＝0.16 W.(3)分析线圈受力可知，当细线松弛时有：F 安＝nBt 0I L 2＝mg ，I ＝ErBt 0＝2mgr nEL＝2 T由图象知：Bt 0＝1＋0.5t 0(T)，解得t 0＝2 s. 答案：(1)0.4 V (2)0.16 W (3)2 s14、解析：(1)导体棒先在无磁场区域做匀减速运动，有－μmg ＝ma v t ＝v 0＋at x ＝v 0t ＋12at 2代入数据解得t ＝1 s ，x ＝0.5 m ，导体棒没有进入磁场区域．导体棒在1 s 末已停止运动，以后一直保持静止，离左端位置仍为x ＝0.5 m. (2)前2 s 磁通量不变，回路电动势和电流分别为 E ＝0，I ＝0后2 s 回路产生的电动势为 E ＝ΔΦΔt ＝ld ΔB Δt＝0.1 V回路的总长度为5 m ，因此回路的总电阻为 R ＝5λ＝0.5 Ω 电流为I ＝ER＝0.2 A 根据楞次定律，在回路中的电流方向是顺时针方向． (3)前2 s 电流为零，后2 s 有恒定电流，焦耳热为 Q ＝I 2Rt ＝0.04 J.答案：(1)见解析 (2)0.2 A 沿顺时针方向 (3)0.04 J15、解析：(1)设棒匀加速运动的时间为Δt ，回路的磁通量变化量为ΔΦ，回路中的平均感应电动势为E ，由法拉第电磁感应定律得E ＝ΔΦΔt ① 其中ΔΦ＝Blx ②设回路中的平均电流为I ，由闭合电路的欧姆定律得I ＝E R ＋r③则通过电阻R 的电荷量为q ＝I Δt ④联立①②③④式，代入数据得 q ＝4.5 C ⑤(2)设撤去外力时棒的速度为v ，对棒的匀加速运动过程，由运动学公式得 v 2＝2ax ⑥设棒在撤去外力后的运动过程中安培力做功为W ，由动能定理得W ＝0－12mv 2⑦撤去外力后回路中产生的焦耳热 Q 2＝－W ⑧联立⑥⑦⑧式，代入数据得 Q 2＝1.8 J ⑨(3)由题意知，撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q 1:Q 2＝2:1，可得 Q 1＝3.6 J ⑩在棒运动的整个过程中，由功能关系可知 W F ＝Q 1＋Q 2⑪ 由⑨⑩⑪式得 W F ＝5.4 J ⑫答案：(1)4.5 C (2)1.8 J (3)5.4 J 16、解析：(1)由图象知，杆自由下落0.1 s 进入磁场后以v ＝1.0 m/s 做匀速运动．产生的电动势E ＝BLv杆中的电流I ＝ER ＋r杆所受安培力F 安＝BIL 由平衡条件得mg ＝F 安 解得B ＝2 T(2)电阻R 产生的热量Q ＝I 2Rt ＝0.075 J答案：(1) 2 T (2)0.075 J。