阶段检测（五）电磁感应与交变电流（综合训练）（全国通用）2027年高考物理一轮复习讲练测

阶段检测（五）电磁感应与交变电流 （考试时间：100分钟 试卷满分：90分） 注意事项： 1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。 2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 第Ⅰ卷(选择题，共48分) 一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分。在每个小题给出的四个选项中，第1～8小题，只有一个选项符合题意；第9～12小题，有多个选项符合题意，全部选对的得4分，选对而不全的得2分，错选或不选的得0分) 1．“碰一下·支付”被广泛应用于各类线下消费场所，其原理如图所示。手机背面的NFC线圈发出变化的磁场，当手机靠近支付标签时，标签内的铜线圈接收到信息，经过芯片处理后将反馈信息传送给手机，即可快速完成支付。下列说法正确的是（     ） A．NFC线圈通入的是恒定直流电 B．若手机靠近标签后静止，则标签内的芯片无法工作 C．若穿过铜线圈的磁场增强，铜线圈有缩小的趋势 D．若穿过铜线圈的磁场增强，铜线圈的电动势将增大 2．如图所示，交流发电机中的线圈ABCD绕轴沿逆时针方向匀速转动，产生的电动势随时间变化的规律为，线圈内阻不计，，A为理想交流电流表。下列说法正确的是（     ） A．该交流电的频率为100Hz B．线圈转到图示位置时，产生的电动势最大 C．电流表的示数为1A D．电阻R上的电流方向每秒钟改变50次 3．如图甲，一粗细均匀的闭合金属圆环，用绝缘细线悬挂在竖直平面内。圆环的上半部分处在方向垂直圆环向里的有界匀强磁场中，磁场磁感应强度随时间的变化关系如图乙所示。已知圆环半径 ，单位长度的电阻为 ，则（　　） A．时，穿过圆环的磁通量为 B．时，圆环所受安培力大小为 C． 内，通过圆环导体某横截面的电量为 D．圆环中的感应电流方向为顺时针，且环有扩张趋势 4．如图，两个完全相同的灯泡的电阻值与R相等，线圈自感系数很大，且直流电阻值也为R。闭合开关瞬间均发光，电路稳定后断开开关，则（　　） A．闭合开关瞬间，的亮度相同 B．闭合开关后，逐渐变暗、逐渐变亮 C．断开开关瞬间，线圈中的电流方向与断开前相反 D．断开开关后，闪亮后熄灭，立即熄灭 5．如图所示，两根等高光滑的圆弧轨道，半径为、间距为，轨道电阻不计。在轨道顶端连有一阻值为的电阻，整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为，现有一根长度稍大于、电阻不计的金属棒从轨道最低位置开始，在拉力作用下以初速度向右沿轨道做匀速圆周运动至处，则该过程中（　　） A．通过的电流方向为由 B．上产生的热量为 C．流过的电量为 D．流过的电量为 6．如图所示，abcd是位于竖直平面内用粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框，它的下方有一个垂直纸面向里的匀强磁场，MN、PQ为磁场的上下水平边界，两边界间的距离与正方形的边长均为L，线框从某一高度开始下落，恰好能匀速进入磁场。不计空气阻力，以bc边进入磁场时为起点，在线框通过磁场的过程中，线框中的感应电流i、bc两点间的电势差、线框所受的安培力F、线框产生的焦耳热Q分别随下落高度h的变化关系错误的是（　　） A． B． C． D． 7．如图（a）所示，单匝矩形线圈的左半部分位于具有理想边界（图中虚线）的匀强磁场中，绕中轴线按图示方向匀速转动产生交流电，与磁场边界重合。图（b）所示是一种理想自耦变压器示意图，线圈绕在一个圆环形的铁芯上，是可转动的滑动触头，端与滑动变阻器串联后，接入图（a）中线圈产生的交流电。输出端接灯泡和滑动变阻器为滑动变阻器的滑片。当开关闭合，处于如图所示的位置时，灯泡L能正常发光。下列说法正确的是（　　） A．若保持和不变，仅将向左移动，灯泡将变亮 B．若将移至最右端，仅顺时针转动，灯泡亮度可能保持不变 C．图（a）线圈运动一周内一半时间有电流，一半时间无电流 D．线圈匀速转动的频率小于自耦变压器输出端交流电的频率 8．如图所示，固定在水平面上的半径为的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场。长为阻值为的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直导电转轴上，随轴以角速度匀速转动。在圆环的点和电刷间接有阻值为的电阻和电容为、板间距为的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为，不计其它电阻和摩擦，下列说法正确的是（　　） A．金属棒两端的电压为 B．电容器所带的电荷量为 C．电阻消耗的电功率为 D．微粒的电荷量与质量之比为 9．某研究性学习小组的同学设计的电梯坠落的应急安全装置如图所示， 在电梯挂厢上安装永久磁铁，并在电梯的井壁上铺设线圈，这样可以在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。关于该装置，下列说法正确的是（　　） A．当电梯坠落至永久磁铁在线圈A、B之间时，闭合线圈A、B中的电流方向相同 B．当电梯坠落至永久磁铁在线圈A、B之间时，闭合线圈A、B中的电流方向相反 C．当电梯坠落至永久磁铁在线圈A、B之间时，闭合线圈A、B均对电梯的下落起阻碍作用 D．当电梯坠落至永久磁铁在线圈B下方时，闭合线圈A、B不再对电梯的下落起阻碍作用 10．如图所示，某小型水电站通过升压变压器、高压输电线路和降压变压器将产生的电能输送给5km外的用户，水电站输出电压为400V，高压输电线路的阻值为1Ω/km，输电总功率为20kW，用户端电压为220V。两变压器均为理想变压器，的匝数比为1∶5。下列说法正确的是（     ） A．的输出电压为2000V B．的匝数比 C．高压输电线上的电流为5A D．高压输电线上损失的电功率为2kW 11．光滑绝缘水平面上有宽度为的匀强磁场区域，磁感应强度方向垂直水平面向下、大小为。单匝正方形金属线框的质量为、电阻为、边长为。给线框一水平向右、垂直于磁场边界的初速度，线框边恰好离开磁场区域，线框运动过程中边始终与磁场边界平行，下列说法正确的是（     ） A．线框进入磁场区域过程，通过线框的电流沿方向 B．线框进入磁场区域过程，通过线框的电荷量为 C．线框的初速度大小为 D．线框进入磁场区域与离开磁场区域过程，克服安培力做功之比为4∶1 12．如图所示，水平放置的光滑固定金属导轨，左、右两侧分别接有定值电阻，阻值均为。两虚线间存在垂直导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B。某时刻导体棒AB以水平向右的初速度从磁场左边界进入磁场，到达磁场右边界时速度为。已知导轨的宽度为L，导体棒的长度为L、质量为m、电阻为，不计导轨的电阻，导体棒在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好。下列说法正确的是（　　） A．通过左侧电阻的电流方向为从a到b B．导体棒刚进入磁场时的加速度大小为 C．整个过程中左侧电阻产生的焦耳热为 D．整个过程中通过左侧电阻的电荷量为 第Ⅱ卷(非选择题，共52分) 2、 填空题(本题共2小题，共14分) 13．（6分）某实验小组在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中，使用的实验器材如下： ①多用电表②电流计③保护电阻④导线⑤螺线管⑥条形磁铁 (1)首先探究灵敏电流计指针摆动方向与电流方向的关系，某同学选用多用电表的___________（选填“电阻”“直流电流”“直流电压”“交流电压”）挡，对灵敏电流计进行测试，首先将灵敏电流计___________（选填“串联”或“并联”）保护电阻后，将多用电表的黑表笔接灵敏电流计的正接线柱、红表笔接灵敏电流计的负接线柱，发现指针向左偏转； (2)如图所示，若要使电流计的指针向右偏转，下列可行的是___________； A．螺线管不动，条形磁铁在螺线管中静止不动 B．螺线管不动，条形磁铁 N极向下，匀速插入螺线管 C．螺线管不动，条形磁铁S极向下，快速插入螺线管 D．螺线管不动，条形磁铁S极向下，快速拔出螺线管 (3)通过第（2）问的探究可知，电流计的偏转方向与下列哪些因素有关___________； A．条形磁铁的磁极方向 B．条形磁铁的运动方向 C．条形磁铁的运动快慢 14．（8分）某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。 (1)下列实验器材必须要用的有________（选填字母代号）。 A．干电池组 B．学生电源 C．多用电表 D．直流电压表 E．滑动变阻器 F．条形磁体 G．可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈） (2)下列说法正确的是______（选填字母代号）。 A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数 B．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数 C．测量电压时，先用最大量程挡位试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量 D．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈 (3)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是：_________________。 实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V 1 1600 400 12.1 2.90 2 800 400 10.2 4.95 3 400 200 11.9 5.92 (4)如图，当左侧线圈“0”“16”间接入12 V交变电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出的电压可能是________。 A．6 V B．4.3 V C．2.1 V 3、 计算题(本题共4小题，共38分。要有必要的文字说明和演算步骤。有数值计算的要注明单位) 15．（8分）如图甲所示，光滑平行足够长金属导轨与水平面间的夹角，C、D为导轨底端，其间连接阻值为2Ω的定值电阻R。一导体棒a垂直放在该导轨上，电阻，长度等于导轨宽度。PQCD区域内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B的大小随时间变化的规律如图乙所示，已知该区域面积。时，将导体棒a由静止释放，时进入磁场区域，并恰好做匀速直线运动，重力加速度g取10m/s2，不计导轨电阻与空气阻力。求： (1)导体棒释放的初始位置NM与PQ之间的距离； (2)导体棒刚进入磁场时，电阻R两端的电压； (3)第1s内电路产生的总内能Q。 16．（8分）如图所示，交流发电机的矩形金属线圈ab边和cd边的长度，bc边和ad边的长度，匝数匝，线圈的总电阻，线圈位于磁感应强度的匀强磁场中。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环K、L（集流环）焊接在一起，并通过导线与阻值的定值电阻连接。初始状态时线圈平面与磁场方向平行，现使线圈绕bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴以角速度匀速转动。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。从线圈经过图示位置开始计时，求： (1)电阻R两端电压的最大值； (2)维持线圈匀速转动1圈，回路中产生的焦耳热Q（取3.14，保留三位有效数字）； (3)ab边所受安培力F大小随时间t变化的函数关系式。 17．（10分）如图，两光滑平行金属导轨间距为L，质量为m的金属杆MN静止垂直跨在导轨上，且与导轨接触良好，导轨左端接有一个电容为C的电容器和电动势为E、内阻为r的直流电源。整个装置处于垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B。导轨和金属杆的电阻均不计。 (1)若开关打到1，与电源连接，求金属杆运动稳定时的速度。 (2)若开关打到2，与不带电的电容器连接，并给金属杆MN向右的初速度v0 ，求金属杆运动稳定时的速度。 (3)若开关打到2，与不带电的电容器连接，给金属杆MN施加水平向右的恒力F，求金属棒运动的速度随时间变化的规律。 18．（12分）如图所示，两平行光滑长直金属导轨水平放置，间距L=1m。MNQP区域有匀强磁场，磁感应强度大小B=0.5T，方向竖直向下。初始时刻，磁场外的金属杆a以初速度v0=3m/s向右运动，磁场内的细金属杆b处于静止状态。两金属杆与导轨接触良好且运动过程中始终与导轨垂直。若两杆在磁场内运动时未发生相撞，且当b刚好离开磁场边界PQ时，金属杆a的速度为2m/s。已知：两杆的质量均为m=1kg，在导轨间的a、b电阻Ra=1Ω，Rb=1Ω。感应电流产生的磁场及导轨的电阻忽略不计。 (1)求金属杆a刚进入磁场时，a杆两端的电压； (2)求从a进入磁场到b刚离开磁场的过程中，通过金属杆b的电荷量q以及金属杆b产生的内能； (3)若从a开始进入磁场到a离开磁场的整个过程中，系统由于电磁感应产生的总焦耳热为Q总=3J。求a刚进入磁场时a、b间距与b刚离开磁场时a、b间距之比。 8 / 14 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 阶段检测（五）电磁感应与交变电流 （考试时间：100分钟 试卷满分：90分） 注意事项： 1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。 2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 第Ⅰ卷(选择题，共48分) 一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分。在每个小题给出的四个选项中，第1～8小题，只有一个选项符合题意；第9～12小题，有多个选项符合题意，全部选对的得4分，选对而不全的得2分，错选或不选的得0分) 1．“碰一下·支付”被广泛应用于各类线下消费场所，其原理如图所示。手机背面的NFC线圈发出变化的磁场，当手机靠近支付标签时，标签内的铜线圈接收到信息，经过芯片处理后将反馈信息传送给手机，即可快速完成支付。下列说法正确的是（     ） A．NFC线圈通入的是恒定直流电 B．若手机靠近标签后静止，则标签内的芯片无法工作 C．若穿过铜线圈的磁场增强，铜线圈有缩小的趋势 D．若穿过铜线圈的磁场增强，铜线圈的电动势将增大 【答案】C 【详解】A．NFC支付原理是电磁感应，需要变化的磁场，恒定直流电产生恒定磁场，穿过线圈的磁通量不变，无法产生感应电流，故A错误； B．手机静止时，若NFC线圈中通入变化的电流，仍产生变化的磁场，穿过标签线圈的磁通量变化，产生感应电动势，芯片可以工作，故B错误； C．若穿过铜线圈的磁场增强，磁通量增大，根据楞次定律，感应电流的效果要阻碍磁通量的增大，线圈有缩小面积的趋势，故C正确； D．根据法拉第电磁感应定律，感应电动势取决于磁通量的变化率，磁场增强不代表磁通量变化率增大，故D错误。 故选C。 2．如图所示，交流发电机中的线圈ABCD绕轴沿逆时针方向匀速转动，产生的电动势随时间变化的规律为，线圈内阻不计，，A为理想交流电流表。下列说法正确的是（     ） A．该交流电的频率为100Hz B．线圈转到图示位置时，产生的电动势最大 C．电流表的示数为1A D．电阻R上的电流方向每秒钟改变50次 【答案】B 【详解】A．根据电动势的表达式可知 该交流电的频率为 A错误； B．线圈转到图示位置时，磁场与线圈平面平行，磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大，B正确； C．根据电动势的表达式可知电动势的最大值为10V，电流最大值为1A，电流表测量的是有效值为，C错误。 D． 每个周期电流方向改变两次，所以电阻上的电流方向每秒钟改变100次，D错误； 故选B。 3．如图甲，一粗细均匀的闭合金属圆环，用绝缘细线悬挂在竖直平面内。圆环的上半部分处在方向垂直圆环向里的有界匀强磁场中，磁场磁感应强度随时间的变化关系如图乙所示。已知圆环半径 ，单位长度的电阻为 ，则（　　） A．时，穿过圆环的磁通量为 B．时，圆环所受安培力大小为 C． 内，通过圆环导体某横截面的电量为 D．圆环中的感应电流方向为顺时针，且环有扩张趋势 【答案】B 【详解】A．由乙图可知， 时，所以穿过圆环的磁通量为 代入数据得 ，故A错误； B．圆环产生的感应电动势为 线圈电阻为 故线圈中电流为 故 时，圆环所受安培力大小为： ，故B正确； C．根据法拉第电磁感应定律有：， 电量表达式，联立代入解得 ，故C错误； D．由楞次定律可知，圆环中的感应电流方向为逆时针，且环有收缩的趋势，故D错误。 故选B。 4．如图，两个完全相同的灯泡的电阻值与R相等，线圈自感系数很大，且直流电阻值也为R。闭合开关瞬间均发光，电路稳定后断开开关，则（　　） A．闭合开关瞬间，的亮度相同 B．闭合开关后，逐渐变暗、逐渐变亮 C．断开开关瞬间，线圈中的电流方向与断开前相反 D．断开开关后，闪亮后熄灭，立即熄灭 【答案】B 【详解】A．闭合开关瞬间，由于线圈的自感作用，线圈产生方向相反的感应电流，以阻碍原电流的增大，故回路中大部分的电流流过，而与电阻R并联，则流过的电流比流过的电流较少，故比更暗，亮度不一样，故A错误； B．闭合开关后，电路稳定，线圈不再产生感应电流，阻碍作用逐渐减小，且电阻也为R，故线圈的电流增大，最终与的电流相同，即的电流减小，故逐渐变暗，因阻碍作用逐渐减小，故回路中的总电流增大，与电阻R并联，且电阻相等，故流过的电流逐渐变大，故逐渐变亮，故B正确； C．断开开关瞬间，流过线圈中的电流逐渐减小，根据楞次定律，可知线圈产生与原电流方向相同的感应电流，以阻碍原电流减小，故线圈中的电流方向与断开前相同，故C错误； D．断开开关前，电路稳定时，的电阻和线圈的直流电阻相同，故流过的电流与流过线圈的电流相同，故断开开关后，线圈产生感应电流，以阻碍原电流的减小，即从原电流的基础上开始逐渐减小，所以不会闪亮后再熄灭，而是逐渐熄灭，所在回路没有感应电流，所以立即熄灭，故D错误。 故选B。 5．如图所示，两根等高光滑的圆弧轨道，半径为、间距为，轨道电阻不计。在轨道顶端连有一阻值为的电阻，整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为，现有一根长度稍大于、电阻不计的金属棒从轨道最低位置开始，在拉力作用下以初速度向右沿轨道做匀速圆周运动至处，则该过程中（　　） A．通过的电流方向为由 B．上产生的热量为 C．流过的电量为 D．流过的电量为 【答案】D 【详解】A．由右手定则可知，流过的电流方向为，故A错误； B．棒以恒定速率做匀速圆周运动，速度大小不变，但方向时刻改变。棒切割磁感线的有效速度是垂直于磁场（竖直方向）的分量。从到，设速度方向与水平方向夹角为，速度水平分量为 感应电动势瞬时值，则回路产生余弦式感应电流，感应电动势的最大值，有效值 运动时间，则热量，故B错误； CD．由法拉第电磁感应定律和电流定义，磁通量变化量，平均感应电流 流过的电荷量，故C错误，D正确。 故选D。 6．如图所示，abcd是位于竖直平面内用粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框，它的下方有一个垂直纸面向里的匀强磁场，MN、PQ为磁场的上下水平边界，两边界间的距离与正方形的边长均为L，线框从某一高度开始下落，恰好能匀速进入磁场。不计空气阻力，以bc边进入磁场时为起点，在线框通过磁场的过程中，线框中的感应电流i、bc两点间的电势差、线框所受的安培力F、线框产生的焦耳热Q分别随下落高度h的变化关系错误的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．线圈匀速进入磁场，则出离磁场时也是匀速，根据 可知进入和出离磁场时电流大小不变，电流方向相反，则图像A正确，不符合题意； B．线圈进入磁场时，则bc两点间的电势差 且b端电势高；出离磁场时 也是b端为正，则图像B正确，不符合题意； C．线圈进入磁场和出离磁场时安培力均为F=BIL 大小相等，但是方向相同均向上，图像C错误，符合题意； D．线框产生的焦耳热 可知焦耳热与下落的高度成正比关系，图像D正确，不符合题意。 故选C。 7．如图（a）所示，单匝矩形线圈的左半部分位于具有理想边界（图中虚线）的匀强磁场中，绕中轴线按图示方向匀速转动产生交流电，与磁场边界重合。图（b）所示是一种理想自耦变压器示意图，线圈绕在一个圆环形的铁芯上，是可转动的滑动触头，端与滑动变阻器串联后，接入图（a）中线圈产生的交流电。输出端接灯泡和滑动变阻器为滑动变阻器的滑片。当开关闭合，处于如图所示的位置时，灯泡L能正常发光。下列说法正确的是（　　） A．若保持和不变，仅将向左移动，灯泡将变亮 B．若将移至最右端，仅顺时针转动，灯泡亮度可能保持不变 C．图（a）线圈运动一周内一半时间有电流，一半时间无电流 D．线圈匀速转动的频率小于自耦变压器输出端交流电的频率 【答案】A 【详解】A．若仅将向左移动，滑动变阻器的接入电阻变小，变压器输入端的电压增大，导致流过灯泡的电流变大，所以将变亮，故A正确； B．若将移至最右端，则原线圈电压不变，仅顺时针转动，副线圈匝数减小，根据可知，副线圈电压减小，灯泡亮度变暗，故B错误； C．图（a）线圈运动一周内，总是有线框切割磁感线，线框中一直有电流，故C错误； D．原、副线圈交流电的频率相同，线圈匀速转动的频率等于原、副线圈交流电的频率，故D错误； 故选A。 8．如图所示，固定在水平面上的半径为的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场。长为阻值为的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直导电转轴上，随轴以角速度匀速转动。在圆环的点和电刷间接有阻值为的电阻和电容为、板间距为的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为，不计其它电阻和摩擦，下列说法正确的是（　　） A．金属棒两端的电压为 B．电容器所带的电荷量为 C．电阻消耗的电功率为 D．微粒的电荷量与质量之比为 【答案】B 【详解】A．由题意可知，金属棒旋转切割磁感线产生的电动势为 则金属棒两端的电压为，故A错误； B．电容器所带的电荷量为，故B正确； C．电阻消耗的电功率为，故C错误； D．平行板电容器间的电场强度为 微粒的电场力等于重力 解得，故D错误。 故选B。 9．某研究性学习小组的同学设计的电梯坠落的应急安全装置如图所示， 在电梯挂厢上安装永久磁铁，并在电梯的井壁上铺设线圈，这样可以在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。关于该装置，下列说法正确的是（　　） A．当电梯坠落至永久磁铁在线圈A、B之间时，闭合线圈A、B中的电流方向相同 B．当电梯坠落至永久磁铁在线圈A、B之间时，闭合线圈A、B中的电流方向相反 C．当电梯坠落至永久磁铁在线圈A、B之间时，闭合线圈A、B均对电梯的下落起阻碍作用 D．当电梯坠落至永久磁铁在线圈B下方时，闭合线圈A、B不再对电梯的下落起阻碍作用 【答案】BC 【详解】AB．根据楞次定律，当电梯坠落时，磁铁在线圈A中产生向上的磁场减弱，故线圈A中会产生逆时针电流（俯视），磁铁在线圈B中产生向上的磁场增强，则B中产生顺时针电流（俯视），则A和B中电流方向相反，故A错误，B正确； CD．若电梯突然坠落，线圈内的磁通量发生变化，将在两个线圈中产生感应电流，两个线圈的感应电流都会有来句去留的效果阻碍磁铁的相对运动，但不能阻止磁铁的运动，可起到应急避险作用，故C正确，D错误。 故选BC。 10．如图所示，某小型水电站通过升压变压器、高压输电线路和降压变压器将产生的电能输送给5km外的用户，水电站输出电压为400V，高压输电线路的阻值为1Ω/km，输电总功率为20kW，用户端电压为220V。两变压器均为理想变压器，的匝数比为1∶5。下列说法正确的是（     ） A．的输出电压为2000V B．的匝数比 C．高压输电线上的电流为5A D．高压输电线上损失的电功率为2kW 【答案】AB 【详解】A．根据变压器电压与匝数比关系，可得 解得的输出电压为，故A正确； C．高压输电线上的电流为，故C错误； D．高压输电线的总电阻 高压输电线上损失的电功率为，故D错误； B．高压输电线上损失的电压为 的输入电压为 的匝数比，故B正确。故选AB。 11．光滑绝缘水平面上有宽度为的匀强磁场区域，磁感应强度方向垂直水平面向下、大小为。单匝正方形金属线框的质量为、电阻为、边长为。给线框一水平向右、垂直于磁场边界的初速度，线框边恰好离开磁场区域，线框运动过程中边始终与磁场边界平行，下列说法正确的是（     ） A．线框进入磁场区域过程，通过线框的电流沿方向 B．线框进入磁场区域过程，通过线框的电荷量为 C．线框的初速度大小为 D．线框进入磁场区域与离开磁场区域过程，克服安培力做功之比为4∶1 【答案】AC 【详解】A．根据楞次定律可知，线框进入磁场区域过程，通过线框的电流沿方向，A正确； B．线框进入磁场区域的过程，通过线框的电荷量，B错误； C．设线框的初速度为，线框进入磁场区域，由动量定理有 同理离开磁场区域有联立可得，C正确； D．由上述分析可得，根据动能定理可知，线框进入磁场区域和离开磁场区域，克服安培力做功之比等于动能减少量之比，即，D错误。故选AC。 12．如图所示，水平放置的光滑固定金属导轨，左、右两侧分别接有定值电阻，阻值均为。两虚线间存在垂直导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B。某时刻导体棒AB以水平向右的初速度从磁场左边界进入磁场，到达磁场右边界时速度为。已知导轨的宽度为L，导体棒的长度为L、质量为m、电阻为，不计导轨的电阻，导体棒在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好。下列说法正确的是（　　） A．通过左侧电阻的电流方向为从a到b B．导体棒刚进入磁场时的加速度大小为 C．整个过程中左侧电阻产生的焦耳热为 D．整个过程中通过左侧电阻的电荷量为 【答案】BC 【详解】A．磁场方向垂直纸面向里，导体棒向右运动时，正电荷所受洛伦兹力沿导体棒向上，因此棒中感应电流由B流向A，左侧电阻中的电流由b流向a，故A错误； BC．导体棒切割磁感线产生动生电动势，由动生电动势公式得。左右两侧电阻并联，外电路等效电阻为。导体棒总电流为 两侧电阻电流相等，所以左侧电阻电流为 安培力方向向左。取向右为正方向，由牛顿第二定律得 导体棒刚进入磁场时，代入初速度得 整个过程中无外力对导体棒做功，导体棒动能的减少量全部转化为各电阻产生的焦耳热，因此各电阻产生的总焦耳热为 左、右两侧电阻中的电流相等，导体棒中的电流为每侧电流的2倍，所以三者焦耳热之比为 左侧电阻焦耳热为，故BC正确； D．对导体棒应用动量定理得 可得电路总电荷量 因左侧电阻的电流为电路总电流的，故通过左侧电阻的电荷量，故D错误。 故选BC。 第Ⅱ卷(非选择题，共52分) 2、 填空题(本题共2小题，共14分) 13．（6分）某实验小组在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中，使用的实验器材如下： ①多用电表②电流计③保护电阻④导线⑤螺线管⑥条形磁铁 (1)首先探究灵敏电流计指针摆动方向与电流方向的关系，某同学选用多用电表的___________（选填“电阻”“直流电流”“直流电压”“交流电压”）挡，对灵敏电流计进行测试，首先将灵敏电流计___________（选填“串联”或“并联”）保护电阻后，将多用电表的黑表笔接灵敏电流计的正接线柱、红表笔接灵敏电流计的负接线柱，发现指针向左偏转； (2)如图所示，若要使电流计的指针向右偏转，下列可行的是___________； A．螺线管不动，条形磁铁在螺线管中静止不动 B．螺线管不动，条形磁铁 N极向下，匀速插入螺线管 C．螺线管不动，条形磁铁S极向下，快速插入螺线管 D．螺线管不动，条形磁铁S极向下，快速拔出螺线管 (3)通过第（2）问的探究可知，电流计的偏转方向与下列哪些因素有关___________； A．条形磁铁的磁极方向 B．条形磁铁的运动方向 C．条形磁铁的运动快慢 【答案】(1) 电阻 串联 (2)BD (3)AB 【详解】（1）[1][2]首先探究灵敏电流计指针摆动方向与电流方向的关系，由于多用电表的电阻挡里面有电源，所以应选用多用电表的电阻挡，对灵敏电流计进行测试，首先将灵敏电流计串联保护电阻后，将多用电表的黑表笔接灵敏电流计的正接线柱、红表笔接灵敏电流计的负接线柱，发现指针向左偏转。 （2）将多用电表的黑表笔接灵敏电流计的正接线柱、红表笔接灵敏电流计的负接线柱，发现指针向左偏转，由于多用电表的黑表笔连接电源的正极，则电流从灵敏电流计的正接线柱流入时，指针向左偏转。 A．螺线管不动，条形磁铁在螺线管中静止不动，穿过线圈的磁通量不变，不会产生感应电流，故A错误； B．螺线管不动，条形磁铁 N极向下，匀速插入螺线管，穿过线圈的磁通量向下增加，根据楞次定律结合安培定则可知，线圈产生的感应电流从灵敏电流计的负接线柱流入，则指针向右偏转，故B正确； C．螺线管不动，条形磁铁S极向下，快速插入螺线管，穿过线圈的磁通量向上增加，根据楞次定律结合安培定则可知，线圈产生的感应电流从灵敏电流计的正接线柱流入，则指针向左偏转，故C错误； D．螺线管不动，条形磁铁S极向下，快速拔出螺线管，穿过线圈的磁通量向上减少，根据楞次定律结合安培定则可知，线圈产生的感应电流从灵敏电流计的负接线柱流入，则指针向右偏转，故D正确。 故选BD。 （3）通过第（2）问的探究可知，电流计的偏转方向与条形磁铁的磁极方向、条形磁铁的运动方向有关。 故选AB。 14．（8分）某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。 (1)下列实验器材必须要用的有________（选填字母代号）。 A．干电池组 B．学生电源 C．多用电表 D．直流电压表 E．滑动变阻器 F．条形磁体 G．可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈） (2)下列说法正确的是______（选填字母代号）。 A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数 B．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数 C．测量电压时，先用最大量程挡位试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量 D．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈 (3)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是：_________________。 实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V 1 1600 400 12.1 2.90 2 800 400 10.2 4.95 3 400 200 11.9 5.92 (4)如图，当左侧线圈“0”“16”间接入12 V交变电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出的电压可能是________。 A．6 V B．4.3 V C．2.1 V 【答案】(1)BCG (2)BC (3)在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即 (4)C 【详解】（1）实验中，必须要用学生电源提供交流电；学生电源本身可以调节电压，无需滑动变阻器；需要用多用电表测量交流电压；本实验不需要用条形磁体，须用可拆变压器来进行实验；综上所述，需要的实验器材为B、C、G。 故选BCG。 （2）A．为确保实验安全，应该使输出电压小于输入电压，则实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误； B．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，进而测得副线圈电压，找出相应关系，故B正确； C．为了保护电表，测量副线圈电压时，先用最大量程挡位试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故C正确； D．变压器的工作原理是电磁感应现象，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到传递磁场能的作用，不是靠铁芯导电来传输电能，故D错误。 故选BC。 （3）通过数据分析可得，在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即。 （4）当左侧线圈“0”“16”间接入12V交变电压时，设左侧线圈的匝数为16n，右侧线圈接“0”“4”接线柱时，右侧线圈的匝数为4n，其中n为某一个常数；理想变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系为：，如果是理想变压器，则“0”“4”接线柱间输出的电压是3V，实验中考虑到漏磁、绕组导线中产生的焦耳热等因素，所以“0”“4”接线柱间输出的电压要小于3V。故选C。 3、 计算题(本题共4小题，共38分。要有必要的文字说明和演算步骤。有数值计算的要注明单位) 15．（8分）如图甲所示，光滑平行足够长金属导轨与水平面间的夹角，C、D为导轨底端，其间连接阻值为2Ω的定值电阻R。一导体棒a垂直放在该导轨上，电阻，长度等于导轨宽度。PQCD区域内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B的大小随时间变化的规律如图乙所示，已知该区域面积。时，将导体棒a由静止释放，时进入磁场区域，并恰好做匀速直线运动，重力加速度g取10m/s2，不计导轨电阻与空气阻力。求： (1)导体棒释放的初始位置NM与PQ之间的距离； (2)导体棒刚进入磁场时，电阻R两端的电压； (3)第1s内电路产生的总内能Q。 【答案】(1)0.625m (2)1.2V (3)3.2J 【详解】（1）在时间内，金属棒在磁场区域之外，其受到重力以及导轨的支持力，对金属棒进行受力分析，有 导体棒经过0.5s从NM位置到PQ位置，所以有 解得 （2）进入磁场时刻速度 根据电磁感应定律，闭合电路欧姆定律，回路电流 R两端电压（路端电压） 解得 （3）在，磁场的磁感应强度发生变化，有 由于图像的斜率，所以该过程电路中的感应电动势不变，则电路中的电流为恒定电流，有 电路中产生的热量为 在过程中，磁场的磁感应强度不变，金属棒切割磁感线，则由之前分析可知，电路中电流为，该过程电路中的热量为 第1s内电路产生的总热量为 16．（8分）如图所示，交流发电机的矩形金属线圈ab边和cd边的长度，bc边和ad边的长度，匝数匝，线圈的总电阻，线圈位于磁感应强度的匀强磁场中。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环K、L（集流环）焊接在一起，并通过导线与阻值的定值电阻连接。初始状态时线圈平面与磁场方向平行，现使线圈绕bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴以角速度匀速转动。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。从线圈经过图示位置开始计时，求： (1)电阻R两端电压的最大值； (2)维持线圈匀速转动1圈，回路中产生的焦耳热Q（取3.14，保留三位有效数字）； (3)ab边所受安培力F大小随时间t变化的函数关系式。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）线圈转动过程中产生的感应电动势最大值为 根据闭合电路的欧姆定律可得：电阻两端电压的最大值为 （2）线圈转动一周所需时间 线圈产生的感应电动势的有效值为 转动一周回路中产生的热量 故维持线圈匀速转动1圈，所需外力做的功 （3）回路中电流的最大值为 故形成的电流的瞬时值 边所受安培力 17．（10分）如图，两光滑平行金属导轨间距为L，质量为m的金属杆MN静止垂直跨在导轨上，且与导轨接触良好，导轨左端接有一个电容为C的电容器和电动势为E、内阻为r的直流电源。整个装置处于垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B。导轨和金属杆的电阻均不计。 (1)若开关打到1，与电源连接，求金属杆运动稳定时的速度。 (2)若开关打到2，与不带电的电容器连接，并给金属杆MN向右的初速度v0 ，求金属杆运动稳定时的速度。 (3)若开关打到2，与不带电的电容器连接，给金属杆MN施加水平向右的恒力F，求金属棒运动的速度随时间变化的规律。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）金属杆运动稳定时，电源电动势与金属杆切割磁感线产生感应电动势等大，则 则金属杆运动稳定时的速度 （2）金属杆切割磁感线产生感应电动势，给电容器充电，稳定时，有 电容器充电 且有 对金属杆，由动量定理，有 联立，解得稳定速度 （3）金属杆运动产生感应电动势，同时给电容器充电，电流大小 电容器两端电压的变化 则 安培力大小 对金属杆，由牛顿第二定律，有 联立，解得加速度 其为恒定加速度，则金属杆做初速度为零的匀加速直线运动，速度随时间变化规律为 18．（12分）如图所示，两平行光滑长直金属导轨水平放置，间距L=1m。MNQP区域有匀强磁场，磁感应强度大小B=0.5T，方向竖直向下。初始时刻，磁场外的金属杆a以初速度v0=3m/s向右运动，磁场内的细金属杆b处于静止状态。两金属杆与导轨接触良好且运动过程中始终与导轨垂直。若两杆在磁场内运动时未发生相撞，且当b刚好离开磁场边界PQ时，金属杆a的速度为2m/s。已知：两杆的质量均为m=1kg，在导轨间的a、b电阻Ra=1Ω，Rb=1Ω。感应电流产生的磁场及导轨的电阻忽略不计。 (1)求金属杆a刚进入磁场时，a杆两端的电压； (2)求从a进入磁场到b刚离开磁场的过程中，通过金属杆b的电荷量q以及金属杆b产生的内能； (3)若从a开始进入磁场到a离开磁场的整个过程中，系统由于电磁感应产生的总焦耳热为Q总=3J。求a刚进入磁场时a、b间距与b刚离开磁场时a、b间距之比。 【答案】(1)0.75V (2)2C，1J (3) 【详解】（1）a刚进入磁场时，导体棒a切割磁感线产生感应电动势为 a两端的电压为 解得 （2）导体棒a在磁场运动时，导体棒a、b组成的系统，根据动量守恒定律可得 解得 对b，根据动量定理可得， 解得 a进入磁场到b刚离开磁场，根据能量守恒定律可得 金属杆b产生的内能为 解得 （3）当b离开磁场后，根据能量守恒定律可得 则b离开磁场时，a、b间距为x1，对导体棒a，有， 整理可得 a进入磁场到b刚好离开磁场时，设a、b间距变化∆x，则 则a刚进入磁场时，a、b间距x2，所以 8 / 14 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $