精品解析：北京市东直门中学2023-2024学年高二下学期3月阶段性考试（选考）物理试题

北京市东直门中学2023-2024学年度第二学期3月阶段性考试 高二物理（选考） 2024.3 考试时间：90分钟 总分100分 班级________________ 姓名________________ 学号________________ 第一部分（选择题） 一、单选题 1. 以下单位与电压单位相同的是（　　）。 A. B. C. D. 2. 闭合线圈放在磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，因磁场变化而发生电磁感应现象，则(　　) A. 穿过线圈的磁通量越大，产生的感应电动势越大 B. 穿过线圈的磁通量变化量越大，产生的感应电动势越大 C. 穿过线圈的磁通量变化率越大，产生的感应电动势越大 D. 穿过线圈的磁感线条数越多，产生的感应电动势越大 3. 自然界的电、热和磁等现象是相互联系的，许多物理学家为探寻它们之间的联系做出了卓越的贡献，以下说法不符合史实的是（　　） A. 奥斯特发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的联系 B. 伏特发现了电流热效应的规律，定性地给出了电能和热能之间的转化关系 C. 法拉第发现了电磁感应现象，进一步完善了电与磁现象的内在联系 D. 法拉第提出了场的概念，并用电场线和磁感线形象地描述电场和磁场 4. 在长直通电导线附近放置一矩形线圈，开始时线圈与导线处在同一平面内，线圈中的ac、bd边与导线平行，如图．当线圈做下列运动时不能产生感应电流的是（ ） A. 线框向右匀速运动 B. 线框垂直纸面向里运动 C. 线框以ac边为轴转动 D. 线框平面以直导线为轴转动 5. 如图所示，A、B都是很轻的铝环，分别吊在绝缘细杆的两端，杆可绕竖直轴在水平面内转动，环A是闭合的，环B是断开的．若用磁铁分别靠近这两个圆环，则下面说法正确的是( 　) A. 图中磁铁N极接近A环时，A环被吸引，而后被推开 B. 图中磁铁N极远离A环时，A环被排斥，而后随磁铁运动 C. 用磁铁的任意一磁极接近A环时，A环均被排斥 D. 用磁铁N极接近B环时，B环被推斥，远离磁铁运动 6. 一长直铁芯上绕有一固定线圈M，铁芯右端与一木质圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合金属环N，N可在木质圆柱上无摩擦移动．M连接在如图所示的电路中，其中R为滑线变阻器，和为直流电源，S为单刀双掷开关．下列情况中，可观测到N向左运动的是( ) A. 在S断开的情况下，S向a闭合的瞬间 B. 在S断开的情况下，S向b闭合的瞬间 C. 在S已向a闭合的情况下，将R的滑动头向c端移动时 D. 在S已向a闭合的情况下，将R的滑动头向d端移动时 7. 如图甲所示，20匝的线圈两端M、N与一个电压表相连，线圈内有指向纸内方向的磁场，线圈中的磁通量在按图乙所示规律变化，不计线圈电阻。下列说法正确的是（　　） A. 电压表的正接线柱接线圈的M端 B. 线圈中产生的感生电场沿顺时针方向 C. 线圈中磁通量的变化率为1.5Wb/s D. 电压表的读数为8V 8. 如图所示，在空间中存在两个相邻的、磁感应强度大小相等、方向相反的有界匀强磁场，其宽度均为L。现将宽度也为L的矩形闭合线圈，从图中所示位置垂直于磁场方向匀速拉过磁场区域，则在该过程中，下列选项中能正确反映线圈中所产生的感应电流或其所受的安培力随时间变化的图像是（ ） A. B. C. D. 9. 如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置，小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块（ ） A. 在P和Q中都做自由落体运动 B. 在两个下落过程中的机械能都守恒 C. 在P中的下落时间比在Q中的长 D. 落至底部时在P中的速度比在Q中的大 10. 如图所示，闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从图示位置匀速拉出匀强磁场。若第一次用0.3s时间拉出，外力所做的功为，通过导线截面的电量为；第二次用0.9s时间拉出，外力所做的功为，通过导线截面的电量为，则（　　） A. ， B. ， C. ， D. ， 11. 如图所示，MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计，ab是一根与导轨垂直且始终与导轨接触良好的金属杆，开始时，将开关S断开，让杆ab由静止开始自由下落，过段时间后，再将S闭合，若从S闭合开始计时，则金属杆ab的速度v随时间t变化的图象不可能是（　　） A. B. C. D. 12. 如图所示，abcd为水平放置的平行“”形光滑金属导轨，间距为l，导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨电阻不计。已知金属杆MN倾斜放置，与导轨成θ角，单位长度的电阻为r，保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)。则（　　） A. 电路中感应电动势的大小为 B. 电路中感应电流的大小为 C. 金属杆所受安培力大小为 D. 金属杆的发热功率为 13. 如图所示，MN和PQ是电阻不计的平行金属导轨，其间距为l，导轨弯曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑连接。金属导轨右端接一个阻值为R的定值电阻。平直部分导轨左边区域有宽度为d、方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。质量为m、接入电路的电阻也为R的金属棒从高度为h处由静止释放，到达磁场右边界处恰好停止。已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为μ，金属棒与导轨垂直且接触良好，重力加速度为g。金属棒穿过磁场区域的过程中（　　） A. 流过金属棒的最大电流为 B. 通过金属棒的电荷量为 C. 克服安培力所做的功为mgh D. 金属棒产生的焦耳热为mg（h－μd） 14. 现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。上图为侧视图，下图为真空室的俯视图，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。已知电子的电荷量为e，电子做圆周运动的轨道半径为r，若图甲中磁场B随时间t按（B0、k均为正常数）规律变化，形成涡旋电场的电场线是一系列同心圆，单个圆上形成的电场场强大小处处相等。将一个半径为r的闭合环形导体置于相同半径的电场线位置处，闭合环形导体的电阻为R，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势。下列说法正确的是（ ） A. 为使电子加速，当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流的大小应该减小 B. 电子的加速度大小为 C. 环形导体中感应电流大小 D. 电子在圆形轨道中加速一周过程中，电子获得的动能 第二部分（非选择题） 二、实验题 15. 法拉第发现电磁感应现象的实验装置的示意图如图所示，软铁环两侧分别绕两个线圈，左侧线圈为闭合回路，在其中一段导线下方附近放置一小磁针，小磁针静止时N极指向北方如图所示，右侧线圈与电池、电键相连。 (1)先闭合电键k1，再闭合电键k2，你将看到小磁针______； A．仍然在原来位置静止不动 B．抖动后又回到原来位置静止 C．抖动后停在N极指向东方位置 D．抖动后停在N极指向西方位置 (2)通过归纳得出产生感应电流的条件是______； (3)闭合电键k1和k2，稳定后，再断开电键k1，你将看到小磁针______。 A．仍然在原来位置静止不动 B．抖动后又回到原来位置静止 C．抖动后停在N极指向东方位置 D．抖动后停在N极指向西方位置 16. 为探究影响感应电流方向的因素，同学们做了如下的实验。 （1）小明同学用如图甲的实验装置“探究影响感应电流方向的因素”，所用电流表指针偏转方向与电流方向间的关系为：当电流从“+”接线柱流入电流表时，指针向右偏转。 ①将条形磁铁按如图甲方式S极向下匀速插入螺线管时，发现电流表的指针向右偏转。螺线管的绕线方向如图乙所示。请在图乙中标出螺线管中的感应电流方向。________ ②经分析可得出结论：当穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向________（填“相同”或“相反”）。 ③接上面的①，将条形磁铁从螺线管中抽出时，电流表的指针向________（填“左”或“右”）偏转。 ④关于该实验，下列说法正确的是________ A．必须保证磁体匀速运动，灵敏电流计指针才会向右偏转 B．将磁体向下插入或向上抽出的速度越大，灵敏电流计指针偏转幅度越小 C．将磁体的N、S极对调，并将其向上抽出，灵敏电流计指针仍向右偏转 D．将磁体的N、S极对调，并将其向下插入，灵敏电流计指针仍向右偏转 （2）小宁同学用如图所示的器材研究感应电流的方向。 ①在给出的实物图中，用笔线代替导线将实验仪器连成完整的实验电路。________ ②将线圈A插入线圈B中，闭合开关S瞬间，发现电流计指针右偏，则保持开关闭合，以下操作中也能使电流计右偏的是________ A．插入铁芯 B．拔出线圈A C．将滑动变阻器的滑片向左移动 D．将滑动变阻器的滑片向右移动 （3）小齐设计了一种延时继电器：如图2所示是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A和电源连接，线圈B与直导线ab构成一个闭合回路。弹簧K与衔铁D相连，D的右端触头C连接工作电路（未画出）。开关S闭合状态下，工作电路处于导通状态。S断开瞬间，延时功能启动，此时直导线ab中电流方向为________（填写“a到b”或“b到a”）。 三、计算题 17. 如图所示，在光滑水平面上有一边长为L的单匝正方形闭合导体线框abcd，处于磁感应强度为B的有界匀强磁场中，其ab边与磁场的右边界重合，线框由同种粗细均匀的导线制成，它的总电阻为R；现将线框以恒定速度水平向右匀速拉出磁场，此过程中保持线框平面与磁感线垂直，拉力在线框平面内且与ab边垂直，bc边始终与磁场的右边界保持垂直，求线框被拉出磁场的过程中 （1）线框内电流大小； （2）cd两端的电压； （3）线框中产生热量． 18. 如图所示，间距为L的光滑导轨竖直固定在绝缘地面上，导轨顶端连接定值电阻R，质量为m、电阻忽略不计的金属杆垂直接触导轨，磁感应强度大小为B的匀强磁场与导轨所在的竖直面垂直。使金属杆从静止开始下落，同时受到竖直向下的恒定拉力F的作用，当下落高度为h时速度达到稳定。重力加速度大小为g，金属杆在运动的过程中始终与垂直导轨垂直且接触良好，金属棒有足够大的下落空间，导轨电阻不计，求： （1）金属杆稳定时的速度大小； （2）金属杆从开始运动到速度稳定的过程中电阻R上产生的热量； （3）金属杆从开始运动到速度稳定的过程所需的时间。 19. 如图所示，MN、PQ为足够长的平行金属导轨．间距，导轨平面与水平面间夹角，N、Q间连接一个电阻，匀强磁场垂直于导轨平面向上，磁感应强度。将一根质量的金属棒放在导轨的ab位置，金属棒及导轨的电阻不计。现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好。已知金属棒与导轨间的动摩擦因数，当金属棒滑至处时，其速度大小开始保持不变，位置cd与ab之间的距离。已知， ，。求： （）金属棒沿导轨开始下滑时的加速度大小； （）金属棒达到cd处的速度大小； （）金属棒由位置ab运动到cd的过程中，电阻R产生的热量。 20. 如图所示，固定于水平桌面上足够长的两平行导轨PQ、MN，间距为，P、M两端接有一只理想电压表，整个装置处于竖直向下的磁感强度的匀强磁场中，电阻均为，质量分别为和的两金属棒，平行地搁在光滑导轨上，现固定棒，使棒在水平恒力的作用下，由静止开始作加速运动。试求： （1）当V表读数为时，棒的加速度多大？ （2）棒能达到的最大速度； （3）若在棒L2达时撤去外力F，并同时释放棒L1，求棒L2达稳定时速度值； （4）若固定L1，当棒的速度为，且离开棒距离为S（m）的同时，撤去恒力F，为保持棒作匀速运动，可以采用将B从原值（）逐渐减小的方法，则磁感强度B应怎样随时间变化（写出B与时间t的关系式）？ 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 北京市东直门中学2023-2024学年度第二学期3月阶段性考试 高二物理（选考） 2024.3 考试时间：90分钟 总分100分 班级________________ 姓名________________ 学号________________ 第一部分（选择题） 一、单选题 1. 以下单位与电压单位相同的是（　　）。 A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】由电磁感应定律公式可得 A正确，BCD错误。 故选A。 2. 闭合线圈放在磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，因磁场变化而发生电磁感应现象，则(　　) A. 穿过线圈的磁通量越大，产生的感应电动势越大 B. 穿过线圈的磁通量变化量越大，产生的感应电动势越大 C. 穿过线圈的磁通量变化率越大，产生的感应电动势越大 D. 穿过线圈的磁感线条数越多，产生的感应电动势越大 【答案】C 【解析】 详解】由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势 即感应电动势与线圈匝数有关；同时可知，感应电动势与磁通量的变化率有关，磁通量变化越快，感应电动势越大，穿过线圈的磁通量大，但若所用的时间长，则电动势可能小，穿过线圈的磁感线条数越多，产生的感应电动势不一定越大，故ABD错误，C正确； 故选C。 【点评】感应电动势取决于穿过线圈的磁通量的变化快慢，在理解该定律时要注意区分磁通量、磁通量的变化量及磁通量变化率三者间区别及联第． 3. 自然界的电、热和磁等现象是相互联系的，许多物理学家为探寻它们之间的联系做出了卓越的贡献，以下说法不符合史实的是（　　） A. 奥斯特发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的联系 B. 伏特发现了电流热效应的规律，定性地给出了电能和热能之间的转化关系 C. 法拉第发现了电磁感应现象，进一步完善了电与磁现象的内在联系 D. 法拉第提出了场的概念，并用电场线和磁感线形象地描述电场和磁场 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】A．1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的联系，选项A正确； B．焦耳发现了电流热效应的规律，定性地给出了电能和热能之间的转化关系，选项B错误； C．1831年，英国科学家法拉第发现了电磁感应现象，揭示了磁现象与电现象之间的联系，选项C正确； D．英国物理学家法拉第引入了“电场”和“磁场”的概念，并用画电场线和磁感线的方法来描述电场和磁场，为经典电磁学理论的建立奠定了基础，选项D正确。 本题选不符合物理学史的，故选B。 【点睛】本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要注意记忆，这是考试内容之一。 4. 在长直通电导线附近放置一矩形线圈，开始时线圈与导线处在同一平面内，线圈中的ac、bd边与导线平行，如图．当线圈做下列运动时不能产生感应电流的是（ ） A. 线框向右匀速运动 B. 线框垂直纸面向里运动 C. 线框以ac边为轴转动 D. 线框平面以直导线为轴转动 【答案】D 【解析】 【详解】A. 当线框向右匀速运动时，穿过线圈的磁通量减小，则线圈中产生感应电流，不符合题意，故A错误； B. 当线框垂直纸面向里运动，穿过线圈的磁通量减小，则线圈中产生感应电流，不符合题意，故B错误； C. 线框以ac边为轴转动，穿过线圈的磁通量减小，则线圈中产生感应电流，不符合题意，故C错误； D. 线框平面以直导线为轴转动，线框中的磁通量没有发生变化，故不会产生感应电流，故D正确． 故选D. 5. 如图所示，A、B都是很轻的铝环，分别吊在绝缘细杆的两端，杆可绕竖直轴在水平面内转动，环A是闭合的，环B是断开的．若用磁铁分别靠近这两个圆环，则下面说法正确的是( 　) A. 图中磁铁N极接近A环时，A环被吸引，而后被推开 B. 图中磁铁N极远离A环时，A环被排斥，而后随磁铁运动 C. 用磁铁的任意一磁极接近A环时，A环均被排斥 D. 用磁铁N极接近B环时，B环被推斥，远离磁铁运动 【答案】C 【解析】 【详解】当磁铁N极靠近时，导致圆环A的磁通量变大，从而由楞次定律可得圆环A的感应电流，又处于磁场中，则受到的安培力作用，使它远离磁铁，即被推开；故A错误；磁铁N极远离A环时，圆环A的磁通量变小，从而由楞次定律可得圆环A的感应电流，又处于磁场中，则受到的安培力作用，使它随磁铁运动；故B错误；当磁铁的任意一磁极靠近时，导致圆环A的磁通量变大，从而由楞次定律可得圆环A的感应电流，使A环被排斥，故C正确； 对于圆环B，当磁铁的靠近时，虽磁通量变大，有感应电动势，但由于不闭合，所以没有感应电流，则不受安培力作用．所以对于圆环B，无论靠近还是远离，都不会有远离与吸引等现象，故D错误；故选C. 【点睛】本题也可以直接使用楞次定律的推论解答．从楞次定律相对运动角度可得“来拒去留”；即近则斥，远则吸． 6. 一长直铁芯上绕有一固定线圈M，铁芯右端与一木质圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合金属环N，N可在木质圆柱上无摩擦移动．M连接在如图所示的电路中，其中R为滑线变阻器，和为直流电源，S为单刀双掷开关．下列情况中，可观测到N向左运动的是( ) A. 在S断开的情况下，S向a闭合的瞬间 B. 在S断开的情况下，S向b闭合的瞬间 C. 在S已向a闭合的情况下，将R的滑动头向c端移动时 D. 在S已向a闭合的情况下，将R的滑动头向d端移动时 【答案】C 【解析】 【详解】试题分析：由楞次定律的第二种描述：“来拒去留”可知要使N向左运动，通过N的磁通量应减小；而A、B中由断开到闭合过程中磁通量均增大，故AB错误； 若将移动滑动头，则向c端移动时，滑动变阻器接入电阻增大，则电路中电流减小，磁通量减小，故会使N左移，故C正确； 而D中向d移动时，滑动变阻器接入电阻减小时，故电路中电流增大，磁场增大，故会使N右移，故D错误； 故选C 考点：楞次定律； 点评：楞次定律有两种描述：“增反减同”和“来拒去留”，后者判断导体的运动更有效，应学会应用． 7. 如图甲所示，20匝的线圈两端M、N与一个电压表相连，线圈内有指向纸内方向的磁场，线圈中的磁通量在按图乙所示规律变化，不计线圈电阻。下列说法正确的是（　　） A. 电压表的正接线柱接线圈的M端 B. 线圈中产生的感生电场沿顺时针方向 C. 线圈中磁通量的变化率为1.5Wb/s D. 电压表的读数为8V 【答案】A 【解析】 【详解】A．由楞次定律可得感应电流的方向为逆时针，则端比端的电势高，所以电压表的正接线柱接M端，故A正确； B．线圈中磁通量均匀增加，线圈中产生感应电流，感应电流的磁场方向垂直纸面向外，由楞次定律可得，线圈中产生的感生电场沿逆时针方向。故B错误； C．线圈中磁通量的变化率 故C错误； D．根据法拉第电磁感应定律 所以电压表的读数为，故D错误。 故选A。 8. 如图所示，在空间中存在两个相邻的、磁感应强度大小相等、方向相反的有界匀强磁场，其宽度均为L。现将宽度也为L的矩形闭合线圈，从图中所示位置垂直于磁场方向匀速拉过磁场区域，则在该过程中，下列选项中能正确反映线圈中所产生的感应电流或其所受的安培力随时间变化的图像是（ ） A. B. C. D. 【答案】BD 【解析】 【详解】线圈进入磁场，在进入磁场的过程中感应电动势 感应电流 方向为逆时针方向，安培力的大小 根据左手定则，可知安培力方向水平向左。 在的过程中，感应电动势 感应电流 方向为顺时针方向；安培力的大小 根据左手定则，知安培力方向水平向左。 在的过程中，感应电流的大小和方向与均相同，安培力的大小和方向也相同，故AC错误，BD正确。 故选BD。 9. 如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置，小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块（ ） A. 在P和Q中都做自由落体运动 B. 在两个下落过程中的机械能都守恒 C. 在P中的下落时间比在Q中的长 D. 落至底部时在P中的速度比在Q中的大 【答案】C 【解析】 【详解】试题分析：当小磁块在光滑的铜管P下落时，由于穿过铜管的磁通量变化，导致铜管产生感应电流，因磁场，从而产生安培阻力，而对于塑料管内小磁块没有任何阻力，在做自由落体运动，故A错误；由A选项分析可知，在铜管的小磁块机械能不守恒，而在塑料管的小磁块机械能守恒，故B错误；在铜管中小磁块受到安培阻力，则在P中的下落时间比在Q中的长，故C正确；根据动能定理可知，因安培阻力，导致产生热能，则至底部时在P中的速度比在Q中的小，故D错误．故选C． 考点：电磁感应 10. 如图所示，闭合导线框质量可以忽略不计，将它从图示位置匀速拉出匀强磁场。若第一次用0.3s时间拉出，外力所做的功为，通过导线截面的电量为；第二次用0.9s时间拉出，外力所做的功为，通过导线截面的电量为，则（　　） A. ， B. ， C. ， D. ， 【答案】C 【解析】 【详解】第一次用0.3s时间拉出，第二次用0.9s时间拉出，两次速度比为3:1，由 两次感应电动势比为，根据 可知两次感应电流比为，由于 两次安培力比为3:1，由于匀速拉出匀强磁场，所以外力比为3:1，根据功的定义 所以 根据电量 感应电流 平均比感应电动势 联立可得 所以 故选C。 11. 如图所示，MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计，ab是一根与导轨垂直且始终与导轨接触良好的金属杆，开始时，将开关S断开，让杆ab由静止开始自由下落，过段时间后，再将S闭合，若从S闭合开始计时，则金属杆ab的速度v随时间t变化的图象不可能是（　　） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 【详解】A．闭合开关时，若重力与安培力相等，即 金属杆做匀速直线运动。故A正确，不符合题意； BC．若安培力小于重力，则加速度的方向向下，做加速运动，加速运动的过程中，安培力增大，则加速度减小，做加速度逐渐减小的加速运动，当重力与安培力相等时，做匀速直线运动。故B错误，符合题意，C正确，不符合题意； D．若安培力大于重力，则加速度的方向向上，做减速运动，减速运动的过程中，安培力减小，做加速度逐渐减小的减速运动，当重力与安培力相等时，做匀速直线运动。故D正确，不符合题意。 故选B。 12. 如图所示，abcd为水平放置的平行“”形光滑金属导轨，间距为l，导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨电阻不计。已知金属杆MN倾斜放置，与导轨成θ角，单位长度的电阻为r，保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)。则（　　） A. 电路中感应电动势的大小为 B. 电路中感应电流的大小为 C. 金属杆所受安培力的大小为 D. 金属杆的发热功率为 【答案】B 【解析】 【详解】A．导体棒切割磁感线产生感应电动势为 故A错误； B．感应电流的大小为 故B正确； C．所受的安培力为 故C错误； D．金属杆的热功率 故D错误。 故选B。 13. 如图所示，MN和PQ是电阻不计的平行金属导轨，其间距为l，导轨弯曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑连接。金属导轨右端接一个阻值为R的定值电阻。平直部分导轨左边区域有宽度为d、方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。质量为m、接入电路的电阻也为R的金属棒从高度为h处由静止释放，到达磁场右边界处恰好停止。已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为μ，金属棒与导轨垂直且接触良好，重力加速度为g。金属棒穿过磁场区域的过程中（　　） A. 流过金属棒的最大电流为 B. 通过金属棒的电荷量为 C. 克服安培力所做的功为mgh D. 金属棒产生的焦耳热为mg（h－μd） 【答案】D 【解析】 【详解】A．金属棒沿弯曲部分下滑过程中，机械能守恒，由机械能守恒定律，得 mgh＝mv2 金属棒到达平直部分时的速度 v＝ 金属棒到达平直部分后做减速运动，刚到达平直部分时的速度最大，最大感应电动势 E＝Blv 最大感应电流 故A错误； B．通过金属棒的电荷量 故B错误； C．金属棒在整个运动过程中，由动能定理得 mgh－W安－μmgd＝0－0 克服安培力做的功 W安＝mgh－μmgd 故C错误； D．克服安培力做的功转化为焦耳热，定值电阻与金属棒的电阻相等，通过它们的电流相等，则金属棒产生的焦耳热 Q′＝Q＝W安＝mg（h－μd） 故D正确。 故选D。 14. 现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。上图为侧视图，下图为真空室的俯视图，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。已知电子的电荷量为e，电子做圆周运动的轨道半径为r，若图甲中磁场B随时间t按（B0、k均为正常数）规律变化，形成涡旋电场的电场线是一系列同心圆，单个圆上形成的电场场强大小处处相等。将一个半径为r的闭合环形导体置于相同半径的电场线位置处，闭合环形导体的电阻为R，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势。下列说法正确的是（ ） A. 为使电子加速，当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流的大小应该减小 B. 电子的加速度大小为 C. 环形导体中感应电流大小为 D. 电子在圆形轨道中加速一周的过程中，电子获得的动能 【答案】D 【解析】 【详解】A．当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电磁铁磁场竖直向上，电流的大小减小时，根据楞次定律，感应电流的磁场方向向上，电场方向为逆时针，电子所受电场力的方向为顺时针，电子做减速运动，A错误； B．根据法拉第电磁感应定律得 根据题意得 感应电场大小为 电子的加速度为 解得 B错误； C．环形导体中感应电流大小为 解得 C错误； D．电子在圆形轨道中加速一周的过程中，根据动能定理得 解得电子获得的动能为 D正确。 故选D。 第二部分（非选择题） 二、实验题 15. 法拉第发现电磁感应现象的实验装置的示意图如图所示，软铁环两侧分别绕两个线圈，左侧线圈为闭合回路，在其中一段导线下方附近放置一小磁针，小磁针静止时N极指向北方如图所示，右侧线圈与电池、电键相连。 (1)先闭合电键k1，再闭合电键k2，你将看到小磁针______； A．仍然在原来位置静止不动 B．抖动后又回到原来位置静止 C．抖动后停在N极指向东方位置 D．抖动后停在N极指向西方位置 (2)通过归纳得出产生感应电流的条件是______； (3)闭合电键k1和k2，稳定后，再断开电键k1，你将看到小磁针______。 A．仍然在原来位置静止不动 B．抖动后又回到原来位置静止 C．抖动后停在N极指向东方位置 D．抖动后停在N极指向西方位置 【答案】 ①. B ②. 闭合回路的磁通量发生变化 ③. A 【解析】 【分析】理解感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化。 【详解】(1)[1] 先闭合电键k1，再闭合电键k2，右侧回路中电流增大，磁通量增大，通过软铁环传导磁感线，使左侧回路中磁通量也增大，产生感应电流，小磁针受到电流产生磁场作用偏转抖动，当电路稳定后，无感应电流，小磁针又不偏转，回到原位置； (2)[2] 通过上一步的分析可知产生感应电流的条件是闭合回路的磁通量发生变化； (3)[3] 闭合电键k1和k2，稳定后，小磁针已回到原位置，再断开电键k1，没有产生感应电流，小磁针仍然在原来位置静止不动。 16. 为探究影响感应电流方向的因素，同学们做了如下的实验。 （1）小明同学用如图甲的实验装置“探究影响感应电流方向的因素”，所用电流表指针偏转方向与电流方向间的关系为：当电流从“+”接线柱流入电流表时，指针向右偏转。 ①将条形磁铁按如图甲方式S极向下匀速插入螺线管时，发现电流表的指针向右偏转。螺线管的绕线方向如图乙所示。请在图乙中标出螺线管中的感应电流方向。________ ②经分析可得出结论：当穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向________（填“相同”或“相反”）。 ③接上面的①，将条形磁铁从螺线管中抽出时，电流表的指针向________（填“左”或“右”）偏转。 ④关于该实验，下列说法正确的是________ A．必须保证磁体匀速运动，灵敏电流计指针才会向右偏转 B．将磁体向下插入或向上抽出的速度越大，灵敏电流计指针偏转幅度越小 C．将磁体N、S极对调，并将其向上抽出，灵敏电流计指针仍向右偏转 D．将磁体的N、S极对调，并将其向下插入，灵敏电流计指针仍向右偏转 （2）小宁同学用如图所示的器材研究感应电流的方向。 ①在给出的实物图中，用笔线代替导线将实验仪器连成完整的实验电路。________ ②将线圈A插入线圈B中，闭合开关S瞬间，发现电流计指针右偏，则保持开关闭合，以下操作中也能使电流计右偏的是________ A．插入铁芯 B．拔出线圈A C．将滑动变阻器的滑片向左移动 D．将滑动变阻器的滑片向右移动 （3）小齐设计了一种延时继电器：如图2所示是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A和电源连接，线圈B与直导线ab构成一个闭合回路。弹簧K与衔铁D相连，D的右端触头C连接工作电路（未画出）。开关S闭合状态下，工作电路处于导通状态。S断开瞬间，延时功能启动，此时直导线ab中电流方向为________（填写“a到b”或“b到a”）。 【答案】（1） ① ②. 相反 ③. 左 ④. C （2） ①. ②. AC##CA （3）b到a 【解析】 【小问1详解】 ①[1] 将条形磁铁按如图甲方式S极向下匀速插入螺线管时，发现电流表的指针向右偏转，表明电流从“+”接线柱流入电流表，则螺线管中的感应电流方向从B到A，感应电流的方向如图所示； ②[2] 将条形磁铁按如图甲方式S极向下匀速插入螺线管时，条形磁铁的磁场方向向上，线圈的磁通量增加，感应电流磁场的方向向下，与条形磁铁的磁场方向相反，所以可得出结论：当穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向相反。 ③[3]接上面的①，将条形磁铁从螺线管中抽出时，穿过线圈的磁通量减少，感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向相同，线圈中感应电流的方向从A到B，电流从“+”接线柱流出电流表，电流表的指针向左偏转。 ④[4] A．磁体变速运动，线圈的磁通量也能发生变化，也能产生感应电流，灵敏电流计指针也能向右偏转，A错误； B．将磁体向下插入或向上抽出的速度越大，穿过线圈的磁通量变化率越大，感应电流越大，灵敏电流计指针偏转幅度越大，B错误； C．将磁体的N、S极对调，并将其向上抽出，根据楞次定律，线圈中感应电流的方向仍然是从B到A，灵敏电流计指针仍向右偏转，C正确； D．将磁体的N、S极对调，并将其向下插入，根据楞次定律，线圈中感应电流的方向是从A到B，灵敏电流计指针向左偏转，D错误。 故选C。 【小问2详解】 ①[1]实验仪器连成完整的实验电路如图所示； ②[2]将线圈A插入线圈B中，闭合开关S瞬间，发现电流计指针右偏，表明当线圈B的磁通量增加时，电流计指针右偏。 A．插入铁芯，线圈B的磁通量增加，电流计指针右偏，A正确； B．拔出线圈A，线圈B的磁通量减少，电流计指针左偏，B错误； C．将滑动变阻器的滑片向左移动，滑动变阻器的阻值减小，线圈A回路的电流增大，线圈B的磁通量增大，电流计的指针右偏，C正确； D．将滑动变阻器的滑片向右移动，滑动变阻器的阻值增大，线圈A回路的电流减小，线圈B的磁通量减小，电流计的指针左偏，D错误。 故选AC。 【小问3详解】 S断开瞬间，根据楞次定律可知，线圈B中感应电流产生的磁场方向向上，则此时直导线ab中电流方向为b到a。 三、计算题 17. 如图所示，在光滑水平面上有一边长为L的单匝正方形闭合导体线框abcd，处于磁感应强度为B的有界匀强磁场中，其ab边与磁场的右边界重合，线框由同种粗细均匀的导线制成，它的总电阻为R；现将线框以恒定速度水平向右匀速拉出磁场，此过程中保持线框平面与磁感线垂直，拉力在线框平面内且与ab边垂直，bc边始终与磁场的右边界保持垂直，求线框被拉出磁场的过程中 （1）线框内的电流大小； （2）cd两端的电压； （3）线框中产生的热量． 【答案】（1）；（2）；（3） 【解析】 【分析】（1）根据E=BLv求出感应电动势的大小，再根据闭合电路欧姆定律求出感应电流的大小． （2）根据欧姆定律求出c、d两点的电压大小． （3）求出线框被拉出磁场的时间，根据Q=I2Rt求出线框产生的焦耳热． 【详解】（1）由于ad边切割磁感线产生的电动势为 E=BLv 所以通过线框的电流为 （2）由串联电阻的分压规律得c、d两端电压为 （3）线框被拉出磁场所需时间 线框中产生的焦耳热 Q=I2Rt= 【点睛】本题是电磁感应与电路的综合，考查了导体切割产生的感应电动势公式，闭合电路欧姆定律等知识． 18. 如图所示，间距为L的光滑导轨竖直固定在绝缘地面上，导轨顶端连接定值电阻R，质量为m、电阻忽略不计的金属杆垂直接触导轨，磁感应强度大小为B的匀强磁场与导轨所在的竖直面垂直。使金属杆从静止开始下落，同时受到竖直向下的恒定拉力F的作用，当下落高度为h时速度达到稳定。重力加速度大小为g，金属杆在运动的过程中始终与垂直导轨垂直且接触良好，金属棒有足够大的下落空间，导轨电阻不计，求： （1）金属杆稳定时的速度大小； （2）金属杆从开始运动到速度稳定的过程中电阻R上产生的热量； （3）金属杆从开始运动到速度稳定的过程所需的时间。 【答案】（1）；（2）；（3） 【解析】 【详解】（1）金属杆从静止开始下落，设稳定时的速度为，则有 ，， 竖直方向由受力平衡可得 联立解得 （2）金属杆从开始下落直到稳定时下落的高度为，根据功能关系可得产生的热量为 解得 （3）金属杆从开始运动到速度稳定的过程，根据动量定理可得 又 联立解得 19. 如图所示，MN、PQ为足够长的平行金属导轨．间距，导轨平面与水平面间夹角，N、Q间连接一个电阻，匀强磁场垂直于导轨平面向上，磁感应强度。将一根质量的金属棒放在导轨的ab位置，金属棒及导轨的电阻不计。现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好。已知金属棒与导轨间的动摩擦因数，当金属棒滑至处时，其速度大小开始保持不变，位置cd与ab之间的距离。已知， ，。求： （）金属棒沿导轨开始下滑时的加速度大小； （）金属棒达到cd处的速度大小； （）金属棒由位置ab运动到cd的过程中，电阻R产生的热量。 【答案】（1）；（2）；（3） 【解析】 【详解】（）设金属杆的加速度大小，则 解得 （）设金属棒达到位置时速度大小为v，电流为，金属棒受力平衡，有 解得 （）设金属棒从运动到的过程中，电阻上产生的热量为，由能量守恒，有 解得 20. 如图所示，固定于水平桌面上足够长的两平行导轨PQ、MN，间距为，P、M两端接有一只理想电压表，整个装置处于竖直向下的磁感强度的匀强磁场中，电阻均为，质量分别为和的两金属棒，平行地搁在光滑导轨上，现固定棒，使棒在水平恒力的作用下，由静止开始作加速运动。试求： （1）当V表读数为时，棒的加速度多大？ （2）棒能达到的最大速度； （3）若在棒L2达时撤去外力F，并同时释放棒L1，求棒L2达稳定时速度值； （4）若固定L1，当棒的速度为，且离开棒距离为S（m）的同时，撤去恒力F，为保持棒作匀速运动，可以采用将B从原值（）逐渐减小的方法，则磁感强度B应怎样随时间变化（写出B与时间t的关系式）？ 【答案】（1）（2）（3）（4） 【解析】 【详解】（1）和串联，则电流为 受到的安培力 则棒的加速度为 （2）设的最大速度，则有 解得 （3）撤去F后，两棒达到共速时，L2达稳定的速度 则有 （4）要使棒L2保持匀速运动，必须使回路中的磁通量保持不变，设撤去F时磁感应强度为B，则有 得 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$