2019-2020年高三物理一輪復(fù)習(xí)備考 第十三單元電磁感應(yīng) 新人教版.doc

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2019-2020年高三物理一輪復(fù)習(xí)備考 第十三單元電磁感應(yīng) 新人教版 選擇題部分共13小題。在每小題給出的四個選項(xiàng)中,1~8小題只有一個選項(xiàng)正確,9~13小題有多個選項(xiàng)正確;全部選對的得4分,選不全的得2分,有選錯或不答的得0分。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.假如有一宇航員登上火星后,利用手邊的一只靈敏電流表和一個小線圈,想探測一下火星表面是否有磁場,則下列說法正確的是 A.直接將電流表放于火星表面,看是否有示數(shù)來判斷磁場的有無 B.將電流表與線圈組成閉合回路,使線圈沿某一方向運(yùn)動,如果電流表無示數(shù),則可判斷火星表面無磁場 C.將電流表與線圈組成閉合回路,使線圈沿某一方向運(yùn)動,如果電流表有示數(shù),則可判斷火星表面有磁場 D.將電流表與線圈組成閉合回路,使線圈在某一平面內(nèi)沿各個方向運(yùn)動,如果電流表無示數(shù),則可判斷火星表面無磁場 解析:電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件是:穿過閉合回路的磁通量發(fā)生改變時,回路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生,選項(xiàng)A中,即使有一個恒定的磁場,也不會有示數(shù),選項(xiàng)A錯;同理,將電流表與線圈組成回路,使線圈沿某一方向運(yùn)動,如電流表無示數(shù),也不能判斷出沒有磁場,選項(xiàng)B錯;電流表有示數(shù)則說明一定有磁場,選項(xiàng)C對;將電流表與線圈組成閉合回路,使線圈在某一個與磁場平行的平面內(nèi)沿各個方向運(yùn)動,也不會有示數(shù),選項(xiàng)D錯。 答案:C 2.如圖所示,有一條形磁鐵和一閉合線圈,現(xiàn)將條形磁鐵的N極朝下,沿線圈的軸線向下靠近線圈(但未插入線圈內(nèi)部),下列說法中正確的是 A.線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相同,磁鐵與線圈相互排斥 B.線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相同,磁鐵與線圈相互吸引 C.線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相反,磁鐵與線圈相互排斥 D.線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相反,磁鐵與線圈相互吸引 解析:條形磁鐵靠近閉合線圈時,線圈中的磁通量增加,根據(jù)楞次定律可得,線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭的方向相同,磁鐵與線圈相互排斥,選項(xiàng)A對。 答案:A 3.將N匝閉合線圈放入一磁場中,線圈平面與磁場方向垂直,現(xiàn)讓磁場均勻變化,關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流,下列表述中正確的是 A.感應(yīng)電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān) B.穿過線圈的磁通量越大,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大 C.穿過線圈的磁通量變化越快,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大 D.感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同 解析:由法拉第電磁感應(yīng)定律E=n知,感應(yīng)電動勢的大小與線圈匝數(shù)有關(guān),選項(xiàng)A錯;感應(yīng)電動勢的大小正比于,與磁通量的大小無直接關(guān)系,選項(xiàng)B錯、C對;根據(jù)楞次定律知,感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化,即“增反減同”,選項(xiàng)D錯。 答案:C 4.如圖甲所示,A和B是兩個完全相同的小燈泡,L是自感系數(shù)很大、直流電阻為零的線圈,某時刻閉合開關(guān)S,通過A、B兩燈泡中的電流IA、IB隨時間t變化的圖象是圖乙中的 甲　　　　　　　　　　　　　　　　　　乙　　　　　　　　 解析:L是自感系數(shù)很大、直流電阻為零的線圈,當(dāng)閉合開關(guān)S時,電流先從燈泡B所在支路流過,最后自感線圈把燈泡B短路,流過燈泡A的電流逐漸增大至穩(wěn)定,流過燈泡B的電流最后減小到零,故選項(xiàng)A對。 答案:A 5.如圖所示,半徑為r的金屬圓盤處于垂直于盤面的勻強(qiáng)磁場B中,使金屬盤繞中心軸以角速度ω沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動,電燈燈絲的電阻恒為R,金屬圓盤的電阻不計(jì),則通過燈泡的電流的方向和大小分別是 A.由a到燈到b,I= B.由b到燈到a,I= C.由a到燈到b,I= D.由b到燈到a,I= 解析:金屬圓盤在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,可以等效為無數(shù)根長為r的導(dǎo)體棒繞圓盤中心做勻速圓周運(yùn)動,其產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小E=,由右手定則可知其方向由外指向圓心,故通過電阻R的電流I=,方向由b到燈到a,選項(xiàng)D對。 答案:D 6.如圖所示,用粗細(xì)相同的銅絲做成邊長分別為L和3L的兩只閉合線框a和b,現(xiàn)將兩線框分別以va、vb的速度從磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場區(qū)域中勻速地拉到磁場外,若va=2vb,則外力對線框做的功Wa、Wb之比為 A.1∶3 B.2∶9 C.2∶1 D.2∶3 解析:因?yàn)榫€框做勻速直線運(yùn)動,根據(jù)能量守恒可知,外力做的功等于產(chǎn)生的電能,而產(chǎn)生的電能又全部轉(zhuǎn)化為焦耳熱,由W=Q==,所以==,B正確。 答案:B 7.如圖所示,邊長為L、質(zhì)量為m的正方形導(dǎo)線框,從距磁場H=高處自由下落,其下邊ab進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后,線圈開始做減速運(yùn)動,直到其上邊cd剛剛穿出磁場時,速度減為ab邊進(jìn)入磁場時的三分之一,磁場的寬度也為L,空氣阻力不計(jì),則線框穿越勻強(qiáng)磁場的過程中產(chǎn)生的焦耳熱為 A. B.2mgL C. D. 解析:設(shè)線框剛進(jìn)入磁場時的速度為v1,剛穿出磁場時的速度v2=;線框自開始進(jìn)入磁場到完全穿出磁場共下落高度為2L。由題意,有m=mgH,m+mg2L=m+Q,聯(lián)立解得Q=mg(2L+H)=mgL,A正確。 答案:A 8.L形的光滑金屬軌道AOC,AO沿豎直方向,OC沿水平方向,PQ是如圖所示地放在導(dǎo)軌上的一根金屬直桿,直桿從圖示位置由靜止開始在重力作用下運(yùn)動,運(yùn)動過程中Q端始終在OC上?？臻g存在著垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場,則在PQ桿滑動的過程中,下列判斷正確的是 A.感應(yīng)電流的方向始終是由P→Q, PQ所受安培力的方向垂直桿向左 B.感應(yīng)電流的方向先是由P→Q,后是由Q→P,PQ所受安培力的方向先垂直于桿向左,后垂直于桿向右 C.感應(yīng)電流的方向始終是由Q→P, PQ所受安培力的方向垂直桿向右 D.感應(yīng)電流的方向先是由Q→P,后是由P→Q,PQ所受安培力的方向先垂直于桿向右,后垂直于桿向左 解析:在PQ桿滑動的過程中,桿與導(dǎo)軌所圍成的三角形面積先增大后減小,三角形POQ內(nèi)的磁通量先增大后減小,由楞次定律可判斷感應(yīng)電流的方向先是由P→Q,后是由Q→P;再由PQ中的電流方向及左手定則可判斷PQ所受安培力的方向先垂直于桿向左,后垂直于桿向右。選項(xiàng)B對。 答案:B 9.在物理學(xué)的發(fā)展過程中,許多物理學(xué)家的科學(xué)發(fā)現(xiàn)推動了人類社會的進(jìn)步,人類社會的進(jìn)步又促進(jìn)了物理學(xué)的發(fā)展。下列敘述中正確的是 A.電磁感應(yīng)現(xiàn)象是洛倫茲最先發(fā)現(xiàn)的 B.電動機(jī)可以利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 C.奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng) D.法拉第發(fā)現(xiàn)了利用磁場產(chǎn)生電流的條件和規(guī)律 解析:電磁感應(yīng)現(xiàn)象最先是由法拉第發(fā)現(xiàn)的,奧斯特則是電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)者,選項(xiàng)A錯,C、D對;電動機(jī)是利用電流在磁場中受磁場力作用而將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的,選項(xiàng)B錯。 答案:CD 10.如圖所示,有一正三角形鋁框abc處在水平向外的非勻強(qiáng)磁場中,場中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度By=,y為該點(diǎn)到地面的距離,c為常數(shù),B0為一定值。鋁框平面與磁場垂直,底邊bc水平(空氣阻力不計(jì)),將鋁框由靜止釋放,在鋁框下落到地面前的過程中 A.鋁框回路中的磁通量變大,有順時針方向的感應(yīng)電流產(chǎn)生 B.回路中的感應(yīng)電流沿順時針方向,底邊bc兩端間的電勢差為0 C.鋁框下落的加速度大小一定小于重力加速度g D.底邊bc受到的安培力向上,折線bac受到的安培力向下,鋁框下落時的加速度大小可能等于g 解析:在鋁框下落過程中,y減小,由By=知鋁框中的磁通量增加,根據(jù)楞次定律,有順時針方向的感應(yīng)電流產(chǎn)生,選項(xiàng)A對;由右手定則知b端電勢高于c端電勢,選項(xiàng)B錯;由楞次定律的推論知鋁框受到的安培力向上,選項(xiàng)C對、D錯。 答案:AC 11.如圖所示,繞有線圈的鐵芯直立在水平桌面上,鐵芯上套著一個輕質(zhì)鋁環(huán),線圈與電源、開關(guān)S相連,線圈上端與電源正極相連,則 A.閉合開關(guān)S的瞬間,鋁環(huán)向上跳起來 B.若保持開關(guān)S閉合,則鋁環(huán)停留在某一高度 C.若保持開關(guān)S閉合,則鋁環(huán)跳起到某一高度后將回落 D.如果電源的正、負(fù)極對調(diào),觀察到的現(xiàn)象不變 解析:開關(guān)S閉合瞬間,線圈中電流從無到有,并產(chǎn)生磁場,由楞次定律知,鋁環(huán)中將產(chǎn)生感應(yīng)電流,電流的磁場方向與線圈中磁場的方向相反,鋁環(huán)向上跳起,選項(xiàng)A對;待線圈中電流穩(wěn)定后,磁場強(qiáng)弱不再變化,鋁環(huán)中感應(yīng)電流消失,鋁環(huán)落下,選項(xiàng)B錯誤、C正確;此實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象與線圈中電流的方向無關(guān),選項(xiàng)D對。 答案:ACD 12.如圖所示,一間距為d的平行金屬導(dǎo)軌,右端接有阻值為R的電阻,整個裝置放入豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中,導(dǎo)軌平面與磁場垂直。一質(zhì)量為m(質(zhì)量分布均勻)的導(dǎo)體桿ab垂直于導(dǎo)軌放置,且與兩導(dǎo)軌保持良好接觸,桿與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ?，F(xiàn)桿在水平向左、垂直于桿的恒力F的作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌運(yùn)動,運(yùn)動了L時,速度恰好達(dá)到最大(運(yùn)動過程中桿始終與導(dǎo)軌保持垂直)。設(shè)桿接入電路中的電阻為r,導(dǎo)軌電阻不計(jì),重力加速度大小為g。則此過程 A.桿的速度最大值為 B.流過電阻R的電荷量為 C.恒力F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動能的變化量 D.恒力F做的功與安培力做的功之和大于桿動能的變化量 解析:當(dāng)桿達(dá)到最大速度vm時,有F-μmg-=0得vm=,選項(xiàng)A正確;由公式q===,選項(xiàng)B錯誤;在棒從開始運(yùn)動到達(dá)到最大速度的過程中,有WF+Wf+W安=ΔEk,其中Wf=-μmg,W安=-Q,Q為回路中的焦耳熱,恒力F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動能的變化量與回路產(chǎn)生的焦耳熱之和,C錯;恒力F做的功與安培力做的功之和等于桿動能的變化量與克服摩擦力做的功之和,D正確。 答案:AD 13.在如圖所示的虛線框內(nèi)有勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間變化,半徑為r、匝數(shù)為n的圓形線圈有一半處在磁場中,磁場方向垂直于線圈平面,此時線圈的發(fā)熱功率恒為P。下列說法正確的是 A.若只將線圈全部置于磁場中,則線圈的發(fā)熱功率變?yōu)?P B.若只將線圈的半徑增大到原來的2倍,仍保持線圈有一半面積在磁場中,則線圈的發(fā)熱功率變?yōu)?P C.若只將線圈的匝數(shù)增大到原來的2倍,則線圈的發(fā)熱功率變?yōu)?P D.若將線圈全部置于磁場中,同時將線圈的半徑減小到原來的,則線圈的發(fā)熱功率變?yōu)? 解析:設(shè)線圈在磁場中的面積為SB,導(dǎo)線的橫截面積為S,則感應(yīng)電動勢E=nSB,線圈的發(fā)熱功率P=,其中R=ρ,聯(lián)立得P=()2,若只將線圈全部置于磁場中,則SB2=4,P=4P,A錯;若只將線圈的半徑增大到原來的2倍,則SB2=16,r=2r,則P=8P,B錯;若n=2n,則P=2P,C正確;若將線圈全部置于磁場中,同時將線圈的半徑減小到原來的,則SB2=4[π()2]2=,r=r,而同時線圈全部放入磁場中,則P=P,D正確。 答案:CD 第Ⅱ卷　(非選擇題　共48分) 非選擇題部分共4小題。解答題應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟,只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的題,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。 14.(10分)如圖所示,均勻磁場中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導(dǎo)線框,線框電阻為R,半圓弧的半徑為r,半圓弧直徑與磁場邊緣重合;磁場方向垂直于半圓面(紙面)向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0。使該線框從靜止開始繞過圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動180。 (1)求線框在轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。 (2)求在線框轉(zhuǎn)動過程中,通過線框某一截面的電荷量。 (3)現(xiàn)使線框保持圖中所示位置不變,使磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時間線性變化。為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動180過程中同樣大小的電流,求磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化率。 解:(1)當(dāng)線框繞過圓心O的轉(zhuǎn)動軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時,由于導(dǎo)線框在磁場中的面積的變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 E====B0ωr2。　(2分) (2)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流I==　(1分) 線框運(yùn)動的時間t==　 (1分) 通過線框某一截面的電荷量q=It=?！?2分) (3)當(dāng)線圈不動,磁感應(yīng)強(qiáng)度變化時,線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為: E===πr2　(2分) 因?yàn)橐a(chǎn)生同樣大小的電流,即E=E 可得=?！?(2分) 甲 15.(12分)如圖甲所示,一只橫截面積S=0.11 m2、匝數(shù)為100匝的閉合線圈放在平行于線圈軸線的勻強(qiáng)磁場中,線圈的總電阻R=1.1 Ω。該勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示。求: (1)從0到0.2 s時間內(nèi)以及從0.2 s到0.3 s時間內(nèi)回路中的感應(yīng)電動勢。 (2)從0到0.3 s時間內(nèi),通過該線圈任意一個橫截面的電荷量q。 (3)在0到0.3 s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的焦耳熱Q。 乙 解:(1)從t=0到t=0.2 s時間內(nèi),由圖乙可知:=0.5 T/s 由法拉第電磁感應(yīng)定律可知回路中的電動勢E1=n==5.5 V　 (2分) 從t=0.2 s到t=0.3 s時間內(nèi),由圖可知:=1 T/s 由法拉第電磁感應(yīng)定律,可知回路中的電動勢E2=n==11 V?！?(2分) (2)從t=0到t=0.2 s時間內(nèi),電路中的電流I1==5 A　 (1分) 這段時間內(nèi)通過線圈的電荷量q1=I1Δt1=1 C　 (1分) 從t=0.2 s到t=0.3 s時間內(nèi),電路中的電流 I2==10 A　 (1分) 這段時間內(nèi)通過線圈的電荷量q2=I2Δt2=1 C　(1分) 從t=0到t=0.3 s時間內(nèi),通過該線圈任意一個橫截面的電荷量q=q1+q2=2 C?！?1分) (3)從t=0到t=0.2 s時間內(nèi),電路中產(chǎn)生的熱量Q1=Rt1=5.5 J　 (1分) 從t=0.2 s到t=0.3 s時間內(nèi),電路中產(chǎn)生的熱量為Q2=Rt2=11 J　(1分) 則Q=Q1+Q2=16.5 J。　 (1分) 16.(12分)如圖所示,光滑的平行金屬導(dǎo)軌電阻可忽略,兩導(dǎo)軌間距離L=0.75 m,導(dǎo)軌傾角α=30,導(dǎo)軌上端接一阻值R=2.5 Ω的電阻,整個裝置處于垂直軌道平面向上的勻強(qiáng)磁場中。阻值r=0.5 Ω、質(zhì)量m=0.2 kg的金屬棒與軌道垂直且接觸良好,其從軌道上端ab處由靜止開始下滑,當(dāng)金屬棒沿導(dǎo)軌下滑距離s=1.2 m時,速度達(dá)到最大值vm=3 m/s。重力加速度g=10 m/s2,求: (1)金屬棒開始運(yùn)動時的加速度大小。 (2)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。 (3)金屬棒沿導(dǎo)軌下滑距離為s的過程中,電阻R上產(chǎn)生的電熱。 解:(1)設(shè)金屬棒開始運(yùn)動時的加速度大小為a,由牛頓第二定律有mgsin α=ma　(2分) 解得a=gsin α=5 m/s2?！?(1分) (2)設(shè)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,則金屬棒達(dá)到最大速度時產(chǎn)生的電動勢 E=BLvm　(1分) 回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流I=　(1分) 金屬棒所受安培力F=BIL　 (1分) cd棒所受合外力為零時,下滑的速度達(dá)到最大,則: F=mgsin α　(1分) 解得B== T?！?(1分) (3)設(shè)電阻R上產(chǎn)生的電熱為Q,整個電路產(chǎn)生的電熱為Q總,則: mgssin α=m+Q總　(2分) Q=Q總　(1分) 解得:Q=(mgssin α-m)=0.25 J?！?1分) 17.(14分)如圖所示,電阻不計(jì)且足夠長的U形金屬框架放置在絕緣水平面上,框架與水平面間的動摩擦因數(shù)為μ,框架的寬度為L、質(zhì)量為m1;質(zhì)量為m2、電阻為R的均勻?qū)w棒ab垂直放在框架上,整個裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B?，F(xiàn)對導(dǎo)體棒施加一水平恒力F,使棒從靜止開始無摩擦地運(yùn)動,當(dāng)棒的運(yùn)動速度達(dá)到某值時,框架開始運(yùn)動。棒與框架接觸良好,框架與水平面間的最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等,重力加速度為g。 (1)求框架剛開始運(yùn)動時棒的速度v應(yīng)滿足的條件。 (2)求欲使框架運(yùn)動,所施加的水平恒力F的范圍。 (3)若施加于棒的水平恒力為F1,棒從靜止開始運(yùn)動距離為s、速度為v時框架開始運(yùn)動,求此過程中回路中產(chǎn)生的熱量Q。 解:(1)框架開始運(yùn)動時,MN邊所受安培力的大小大于其所受的最大靜摩擦力,故有: F安>μ(m1+m2)g,F安=BIL,E=BLv,I=　 (4分) 解得v>?！?2分) (2)框架開始運(yùn)動時,MN邊所受安培力的大小大于其所受的最大靜摩擦力,設(shè)此時加在ab上的恒力為F,則有F>μ(m1+m2)g。　(4分) (3)根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,F1做功消耗外界能量,轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體棒ab的動能和回路中產(chǎn)生的熱量,有F1s=m2v2+Q　(2分) 解得Q=F1s-m2v2。　(2分)