
一、選擇題(1~5題為單項(xiàng)選擇題,6~8題為多項(xiàng)選擇題)
1.如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置中用于研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是( )
2.[2022·新鄉(xiāng)一模]如圖所示,在范圍足夠大的空間存在一個(gè)磁場(chǎng),磁感線呈輻射狀分布,其中磁感線O豎直向上,磁場(chǎng)中豎直固定一個(gè)輕質(zhì)彈簧.在距離彈簧某一高度處,將一個(gè)金屬圓盤(pán)由靜止釋放,圓盤(pán)下落的過(guò)程中盤(pán)面始終保持水平,且圓盤(pán)的中軸線始終與彈簧的軸線、磁感線O重合.從圓盤(pán)開(kāi)始下落,到彈簧被壓縮至最短的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是( )
A.在圓盤(pán)內(nèi)磁通量不變
B.從上往下看,在圓盤(pán)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻臏u流
C.在接觸彈簧之前,圓盤(pán)做自由落體運(yùn)動(dòng)
D.圓盤(pán)的重力勢(shì)能減少量等于彈簧彈性勢(shì)能的增加量
3.某同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)室的器材組裝了如圖甲、乙所示的兩電路,電刷接觸良好且電阻均忽略不計(jì).圖甲電路使用互感變壓器,原副線圈匝數(shù)比為1∶2,乙電路使用自耦變壓器,兩變壓器均看成理想變壓器.圖甲、乙電路的線框處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小、線框、二極管、燈泡均相同.兩線框以相同角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是( )
A.僅閉合K1、K4,甲、乙兩電路均能實(shí)現(xiàn)二極管交替閃爍
B.僅閉合K2、K5,L1和L4兩燈泡亮度相同
C.僅閉合K3,由于變壓器匝數(shù)比為1∶2,所以甲電路中三個(gè)燈泡亮度相同
D.僅閉合K6,將原線圈滑片向上移動(dòng),燈泡L4變亮
4.[2022·河北衡水聯(lián)考]如圖甲所示,絕緣水平桌面上水平放置著一單匝硬質(zhì)金屬線框,空間存在垂直于桌面、大小按圖乙所示規(guī)律變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng),t=0時(shí)刻磁場(chǎng)方向垂直于桌面向下,虛線MN為磁場(chǎng)邊界.在0~t2時(shí)間內(nèi)金屬線框始終靜止,則線框所受的摩擦力(以向右為正方向)隨時(shí)間變化的圖象正確的是( )
5.[2021·北京模擬]如圖所示,在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,水平U型導(dǎo)體框左端連接一阻值為R的電阻,質(zhì)量為m、電阻為r的導(dǎo)體棒ab置于導(dǎo)體框上.不計(jì)導(dǎo)體框的電阻、導(dǎo)體棒與框間的摩擦.a(chǎn)b以水平向右的初速度v0開(kāi)始運(yùn)動(dòng),最終停在導(dǎo)體框上.在此過(guò)程中( )
A.導(dǎo)體棒做勻減速直線運(yùn)動(dòng)
B.導(dǎo)體棒中感應(yīng)電流的方向?yàn)閍→b
C.電阻R消耗的總電能為 eq \f(mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(0)) R,2(R+r))
D.導(dǎo)體棒克服安培力做的總功小于 eq \f(1,2) mv eq \\al(\s\up11(2),\s\d4(0))
6.從電子槍打出的電子流并不完全沿直線運(yùn)動(dòng),而是有微小角度的散射,為了使顯示器圖象清晰,需要通過(guò)電子透鏡對(duì)電子流進(jìn)行聚焦處理,正好在屏幕上匯聚形成一個(gè)亮點(diǎn).如圖甲所示,密繞線圈的玻璃管是一種利用磁場(chǎng)進(jìn)行匯聚的電子透鏡,又稱(chēng)為磁場(chǎng)透鏡.如圖乙所示為其內(nèi)部原理圖,玻璃管的管長(zhǎng)為L(zhǎng),管內(nèi)直徑為D,管內(nèi)存在沿軸線方向向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng).電子流中的電子在與軸線成微小角度θ的頂角范圍內(nèi)從軸線左端的O點(diǎn)射入磁場(chǎng),電子速率均為v0,調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小,可以使電子重新匯聚到軸線右端與熒光屏的交點(diǎn)P.已知電子的電荷量大小為e,質(zhì)量為m,當(dāng)角度θ非常小時(shí)滿(mǎn)足cs θ=1,sin θ=θ,若要使電子流中的電子均能匯聚到P點(diǎn),下列說(shuō)法正確的是( )
A.磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)滿(mǎn)足B= eq \f(2nπmv0,eL) (n為合適的整數(shù))
B.磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)滿(mǎn)足B= eq \f(nπmv0,eL) (n為合適的整數(shù))
C.管內(nèi)直徑應(yīng)滿(mǎn)足D≥ eq \f(2θL,π)
D.管內(nèi)直徑應(yīng)滿(mǎn)足D≥ eq \f(θL,π)
7.如圖所示,光滑水平面上存在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向里.質(zhì)量為m、邊長(zhǎng)為a的正方形線框ABCD斜向穿進(jìn)磁場(chǎng),當(dāng)AC剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)線框的速度大小為v,方向與磁場(chǎng)邊界所成夾角為45°.若線框的總電阻為R,則( )
A.線框穿進(jìn)磁場(chǎng)過(guò)程中,框中電流的方向?yàn)锳BCD
B.AC剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)線框中感應(yīng)電流為 eq \f(\r(2)Bav,R)
C.AC剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)線框所受安培力大小為 eq \f(\r(2)B2a2v,R)
D.此時(shí)CD兩端電壓為 eq \f(1,2) Bav
8.如圖所示,兩光滑圓形導(dǎo)軌固定在水平面內(nèi),圓心均為O點(diǎn),半徑分別為r1=0.2 m,r2=0.1 m,兩導(dǎo)軌通過(guò)導(dǎo)線與阻值R=2 Ω的電阻相連,一長(zhǎng)為r1的導(dǎo)體棒與兩圓形導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)體棒一端固定在O點(diǎn)且以角速度ω=100 rad/s順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng),兩圓形導(dǎo)軌所在區(qū)域存在方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng),不計(jì)導(dǎo)軌及導(dǎo)體棒的電阻,下列說(shuō)法正確的是( )
A.通過(guò)電阻的電流方向?yàn)閎到a
B.一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)電阻的電荷量為0.03π C
C.導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為4 V
D.當(dāng)r2減小而其他條件不變時(shí),電阻中產(chǎn)生的焦耳熱減小
二、非選擇題
9.[2021·湖北卷模擬]如圖(a)所示,兩根不計(jì)電阻、間距為L(zhǎng)的足夠長(zhǎng)平行光滑金屬導(dǎo)軌,豎直固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.導(dǎo)軌上端串聯(lián)非線性電子元件Z和阻值為R的電阻.元件Z的U - I圖象如圖(b)所示,當(dāng)流過(guò)元件Z的電流大于或等于I0時(shí),電壓穩(wěn)定為Um.質(zhì)量為m、不計(jì)電阻的金屬棒可沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)中金屬棒始終水平且與導(dǎo)軌保持良好接觸.忽略空氣阻力及回路中的電流對(duì)原磁場(chǎng)的影響,重力加速度大小為g.為了方便計(jì)算,取I0= eq \f(mg,4BL) ,Um= eq \f(mgR,2BL) .以下計(jì)算結(jié)果只能選用m、g、B、L、R表示.
(1)閉合開(kāi)關(guān)S,由靜止釋放金屬棒,求金屬棒下落的最大速度v1;
(2)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S,由靜止釋放金屬棒,求金屬棒下落的最大速度v2;
(3)先閉合開(kāi)關(guān)S,由靜止釋放金屬棒,金屬棒達(dá)到最大速度后,再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S.忽略回路中電流突變的時(shí)間,求S斷開(kāi)瞬間金屬棒的加速度大小a.
10.[2022·四川成都市質(zhì)檢]間距為l的兩平行金屬導(dǎo)軌由水平部分和傾斜部分平滑連接而成,如圖所示.傾角為θ的導(dǎo)軌處于大小為B1、方向垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)間Ⅰ中,水平導(dǎo)軌上的無(wú)磁場(chǎng)區(qū)間靜止放置一質(zhì)量為3m的“聯(lián)動(dòng)雙桿”(金屬桿cd和ef用長(zhǎng)度為L(zhǎng)的剛性絕緣桿連接而成),在“聯(lián)動(dòng)雙桿”右側(cè)存在大小為B2,方向垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)間Ⅱ,其長(zhǎng)度大于L.質(zhì)量為m,長(zhǎng)為l的金屬桿ab,從傾斜軌道上端由靜止釋放,達(dá)到勻速后進(jìn)入水平導(dǎo)軌(無(wú)能量損失),桿ab與“聯(lián)動(dòng)雙桿”發(fā)生碰撞后桿ab和cd合在一起形成“聯(lián)動(dòng)三桿”,之后“聯(lián)動(dòng)三桿”繼續(xù)沿水平導(dǎo)軌進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)間Ⅱ并從中滑出.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,桿ab、cd和ef均與導(dǎo)軌接觸良好,且保持與導(dǎo)軌垂直.已知桿ab、cd和ef的電阻均為R=0.02 Ω,m=0.1 kg,l=0.5 m,L=0.3 m,θ=30°,B1=0.1 T,B2=0.2 T,g=10 m/s2,不計(jì)摩擦阻力和導(dǎo)軌電阻,忽略磁場(chǎng)邊界效應(yīng),求:
(1)桿ab在傾斜導(dǎo)軌上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度v0;
(2)“聯(lián)動(dòng)三桿”完全進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)間Ⅱ前瞬間,ef間的電勢(shì)差Uef;
(3)“聯(lián)動(dòng)三桿”滑過(guò)磁場(chǎng)區(qū)間Ⅱ時(shí),ef桿上產(chǎn)生的焦耳熱Qef.
單元質(zhì)量評(píng)估(十) 電磁感應(yīng)
1.解析:選項(xiàng)A是用來(lái)探究影響安培力的大小因素的實(shí)驗(yàn).選項(xiàng)B是研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn),觀察導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)是否會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.選項(xiàng)C是用來(lái)探究安培力的方向與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn).選項(xiàng)D是奧斯特實(shí)驗(yàn),證明通電導(dǎo)線周?chē)嬖诖艌?chǎng).
答案:B
2.解析:圓盤(pán)下落過(guò)程中,S不變,磁感線變密,故磁通量增大,故A錯(cuò)誤;根據(jù)楞次定律可知,感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向豎直向下,由右手定則可知:自上而下看,圓盤(pán)會(huì)產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻臏u旋電流,故B正確;根據(jù)楞次定律,接觸彈簧之前,除重力外,下落過(guò)程中圓盤(pán)會(huì)受到向上的阻礙磁通量增大的力,故C錯(cuò)誤;根據(jù)能量守恒定律可知,接觸彈簧下落過(guò)程中,圓盤(pán)的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能、圓盤(pán)的動(dòng)能以及因渦流效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)能,故D錯(cuò)誤.故選B.
答案:B
3.解析:僅閉合K1、K4,圖甲電路能實(shí)現(xiàn)二極管的交替閃爍,圖乙中線框連接著轉(zhuǎn)換器,回路中電流方向不變,A錯(cuò)誤;兩線框以相同角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的電壓的有效值相同,僅閉合開(kāi)關(guān)K2、K5時(shí),分析甲、乙電路可知,L1和L4兩燈泡亮度相同,B正確;僅閉合K3,設(shè)流過(guò)L2的電流為I,流過(guò)副線圈的電流為2I,根據(jù)變壓器的電流與匝數(shù)成反比可知,圖甲原線圈中的電流為4I,所以L1比L2、L3亮,C錯(cuò)誤;僅閉合K6,將圖乙原線圈滑片向上移動(dòng),原線圈匝數(shù)增大,副線圈匝數(shù)不變,由變壓器的工作原理可知,副線圈的輸出電壓減小,副線圈中電流減小,所以原線圈中電流減小,L4變暗,D錯(cuò)誤.
答案:B
4.解析:結(jié)合B - t圖象,由楞次定律可知線框中感應(yīng)電流方向一直為順時(shí)針?lè)较?,根?jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得E= eq \f(ΔB,Δt) S,又由閉合電路歐姆定律得I= eq \f(E,R) = eq \f(ΔBS,ΔtR) ,則0~t2時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電流的方向和大小均不變,根據(jù)左手定則可知,在0~t1時(shí)間內(nèi),安培力方向向左,故線框所受的摩擦力方向向右,在t1時(shí)刻,磁場(chǎng)方向反向,則安培力方向反向,摩擦力方向也反向,由F=BIL可知安培力的大小隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小的變化而變化,選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤,C正確.
答案:C
5.解析:由右手定則可知,導(dǎo)體棒中感應(yīng)電流的方向?yàn)閎→a,B錯(cuò)誤;由左手定則可知,安培力方向向左,導(dǎo)體棒的速度逐漸變小,故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)逐漸變小,感應(yīng)電流逐漸變小,導(dǎo)體棒受到的安培力逐漸變小,加速度逐漸變小,故A錯(cuò)誤;由能量守恒定律可知,總電阻消耗的總電能為 eq \f(1,2) mv eq \\al(\s\up11(2),\s\d4(0)) ,故電阻R消耗的總電能為 eq \f(mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(0)) R,2(R+r)) ,C正確;由動(dòng)能定理可知,導(dǎo)體棒克服安培力做的總功等于 eq \f(1,2) mv eq \\al(\s\up11(2),\s\d4(0)) ,D錯(cuò)誤.
答案:C
6.解析:電子射入磁場(chǎng)后將其初速度分解,則水平方向的分速度為vx=v0cs θ=v0,豎直方向的分速度為vy=v0sin θ=θv0,則電子在水平方向以vx做勻速直線運(yùn)動(dòng),在豎直方向以線速度vy做勻速圓周運(yùn)動(dòng),欲使電子能匯聚到P點(diǎn),則電子運(yùn)動(dòng)到熒光屏?xí)r需轉(zhuǎn)動(dòng)n個(gè)完整的圓周,電子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),由洛倫茲力提供向心力有evyB=m eq \f(v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(y)) ,R) ,又T= eq \f(2πR,vy) ,整理得電子的運(yùn)動(dòng)周期為T(mén)= eq \f(2πm,eB) ,由以上分析可知應(yīng)滿(mǎn)足 eq \f(L,vx) =nT,整理得B= eq \f(2nπmv0,eL) (n為合適的整數(shù)),A正確,B錯(cuò)誤;電子在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,不能與玻璃管的上下兩壁發(fā)生碰撞,即電子在豎直方向上做圓周運(yùn)動(dòng)的最大直徑應(yīng)小于等于 eq \f(D,2) ,又電子在豎直方向上做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為r= eq \f(mvy,eB) = eq \f(θL,2nπ) ,當(dāng)n=1時(shí)電子的軌跡半徑最大,則2r1≤ eq \f(D,2) ,聯(lián)立解得D≥ eq \f(2θL,π) ,C正確,D錯(cuò)誤.
答案:AC
7.解析:線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中穿過(guò)線框的磁通量增大,由楞次定律可知,感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,則感應(yīng)電流的方向?yàn)锳→B→C→D→A,A正確;AC剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),CD邊切割磁感線,AD邊不切割磁感線,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=Bav,則線框中感應(yīng)電流為I= eq \f(E,R) = eq \f(Bav,R) ,故CD兩端的電壓為U=I× eq \f(3,4) R= eq \f(3,4) Bav,B、D錯(cuò)誤;AC剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),線框的CD邊受到的安培力的方向與v的方向相反,AD邊受到的安培力的方向垂直于AD邊向下,它們的大小都是F=BIa,由幾何關(guān)系可以看出,AD邊與CD邊受到的安培力的方向相互垂直,所以AC剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)線框所受安培力為AD邊與CD邊受到的安培力的矢量和,即F合= eq \r(2) F= eq \f(\r(2)B2a2v,R) ,C正確.
答案:AC
8.解析:由右手定則可知,通過(guò)電阻的電流方向?yàn)閍到b,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;導(dǎo)軌間導(dǎo)體棒在Δt時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積ΔS=(πr eq \\al(\s\up11(2),\s\d4(1)) -πr eq \\al(\s\up11(2),\s\d4(2)) )· eq \f(ωΔt,2π) =(r eq \\al(\s\up11(2),\s\d4(1)) -r eq \\al(\s\up11(2),\s\d4(2)) ) eq \f(ωΔt,2) ,由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,導(dǎo)軌間導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E= eq \f(ΔΦ,Δt) = eq \f(BΔS,Δt) = eq \f(1,2) B(r eq \\al(\s\up11(2),\s\d4(1)) -r eq \\al(\s\up11(2),\s\d4(2)) )ω= eq \f(1,2) ×2×(0.22-0.12)×100 V=3 V,通過(guò)電阻R的電流I= eq \f(E,R) = eq \f(3,2) A=1.5 A,一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)電阻R的電荷量Q=IT=1.5 A× eq \f(2π,ω) =0.03π C,選項(xiàng)B正確;導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E′=Br1 eq \x\t(v′) =Br1 eq \f(0+ωr1,2) =4 V,選項(xiàng)C正確;當(dāng)r2減小而其他條件不變時(shí),導(dǎo)軌間導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E″=BL eq \(v,\s\up6(-)) = eq \f(1,2) B(r eq \\al(\s\up11(2),\s\d4(1)) -r eq \\al(\s\up11(2),\s\d4(2)) )ω變大,通過(guò)電阻的電流增大,電阻中產(chǎn)生的焦耳熱增大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
答案:BC
9.解析:(1)閉合開(kāi)關(guān)S,金屬棒下落的過(guò)程中受豎直向下的重力、豎直向上的安培力作用,當(dāng)重力與安培力大小相等時(shí),金屬棒的加速度為零,速度最大,則mg=BI1L
由法拉第電磁感應(yīng)定律得
E1=BLv1
由歐姆定律得I1= eq \f(E1,R)
解得v1= eq \f(mgR,B2L2)
(2)由第(1)問(wèn)得I1= eq \f(mg,BL)
由于I0
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