湖北剩门龙高2016高考物理一轮测试9pdf

第九章测试
一、选择题(40分)：1－3题只有一项符合题目要求，4－10题有多项符合题目要求．
1．(原创题)如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图．炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉上面的铁质(或钢质)锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便起到加热物体的作用从而煮食．因为电磁炉是以电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用．以下说法正确的是()
A．最好使用铝锅或铜锅
B．最好使用平底不锈钢锅或铁锅
C．最好使用陶瓷锅或耐热玻璃锅
D．在电磁炉与铁锅之间放一层白纸后无法加热
解析选用陶瓷锅或耐热玻璃锅无法形成涡流，C选项错误；A、B选项中均能形成涡流，铜和铝的电阻率小，电热少，效率低，相对来说选用平底不锈钢锅或铁锅为最佳，A选项错误，B选项正确；由于线圈产生的磁场能穿透白纸到达锅底，在铁锅中产生涡流，能够加热，D选项错误．答案B
设置目的在新情境下考查涡流、及涡流形成的因素
2．(2014·山东青岛)物理学家们长期以来一直试图用实验证实自然界中存在磁单极子，“磁单极子”是指只有S极或N极的磁性物质，其磁感线分布类似于点电荷的电场线分布．如图所示的实验就是用于检测磁单极子的实验之一，abcd为用超导材料围成的闭合回路，该回路放在装置中，可认为不受周围其他磁场的作用．设想有一个S极磁单极子沿abcd的轴线从左向右穿过超导回路，那么在回路中可能发生的现象是()
A．回路中无感应电流
B．回路中形成持续的abcda流向的感应电流
C．回路中形成持续的adcba流向的感应电流
D．回路中形成先abcda流向后adcba流向的感应电流
解析若S磁单极子穿过超导线圈的过程中，当磁单极子靠近线圈时，穿过线圈中磁通量增加，且磁场方向从右向左，所以由楞次定律可知，感应磁场方向从左向右，再由右手螺旋定则可确定感应电流方向abcda；当磁单极子远离线圈时，穿过线圈中磁通量减小，且磁场方向从左向右，所以由楞次定律可知，感应磁场方向从左向右，再由右手螺旋定则可确定感应电流方向abcda.因此线圈中产生的感应电流方向不
变，B选项正确，其他选项错误．
答案B
设置目的考查右手螺旋定则、楞次定律，及磁单极子的特征．同时注意磁体外部的感应线是从N极射出，射向S极．
3．(2014·江苏镇江)如图所示，闭合矩形金属线圈abcd从一定高度自由下落进入一有界匀强磁场．bc 边刚进入磁场时，线圈受到的安培力恰好等于其重力．已知磁场宽度和ab边长度相等．能反映bc边开始进入磁场到ad边刚出磁场的过程中，线圈中感应电流随时间变化规律的图像是(以逆时针方向为电流的正方向)()
解析根据题设条件，作出如图所示的三个特殊的位置，由于线圈受到的安培力等于其重力，而磁场宽度和ab边长相等，即线圈进场和出场都做匀速运动．从位置1到位置2，bc边切割磁感线，根据右手定则，可知电流沿逆时针方向，大小恒定；从位置2到位置3，ad边切割磁感线，根据右手定则，可知电流沿顺时针方向，大小恒定，B项正确．
答案B
设置目的考查部分导体切割磁感线、安培力、重力关系(线圈受到的安培力恰好等于其重力”条件下的感应电流与时间关系图像)
4．(2015·河北唐山)如图甲所示，水平放置的平行金属导轨连接一个平行板电容器C和电阻R，导体棒MN放在导轨上且接触良好，整个装置放于垂直导轨平面的磁场中，磁感应强度B的变化情况如图乙所示(图示磁感应强度方向为正)，MN始终保持静止，则0－t2时间()
A．电容器C的电荷量大小始终没变
B．电容器C的a板先带正电后带负电
C．MN所受安培力的大小始终没变
D．MN所受安培力的方向先向右后向左
解析磁感应强度均匀变化，产生恒定电动势，电容器C的电荷量大小始终没变，A选项正确，B选项错误；由于磁感应强度变化，MN所受安培力的大小变化，MN所受安培力的方向先向右后向左，C选项错误，D选项正确．
答案AD
设置目的考查法拉第电磁感应定律、含容电路
5．(2014·北京顺义区)如图所示，铝质的圆筒形管竖直立在水平桌面上，一条形磁铁从铝管的正上方由静止开始下落，然后从管内下落到水平桌面上．已知磁铁下落过程中不与管壁接触，不计空气阻力，下列判断正确的是()
A．磁铁在整个下落过程中做自由落体运动
B．磁铁在管内下落过程中机械能守恒
C．磁铁在管内下落过程中，铝管对桌面的压力大于铝管的重力
D．磁铁在下落过程中动能的增加量小于其重力势能的减少量
解析磁铁在铝管中运动的过程中，铝管的磁通量发生变化，产生感应电流，磁铁受到向上的安培力的阻碍，铝管中产生热能，所以磁铁的机械能不守恒，磁铁做的是非自由落体运动，A、B选项错误；可将铝管看成无限多个闭合圆环，磁铁在整个下落过程中，由楞次定律知磁铁下方的和上方的线圈都对磁铁有向上的安培力，即铝管受到的安培力向下，则铝管对桌面的压力大于铝管的重力，C选项正确；磁铁在整个下落过程中，除重力做功外，还有安培力做负功，导致减小的重力势能，部分转化动能外，还有产生内能．所以根据能量转化和守恒定律可知：磁铁在下落过程中动能的增加量小于其重力势能的减少量．D 选项正确．
答案CD
设置目的考查法拉第电磁感应定律、楞次定律、能量转化与守恒定律
6．(2015·河南长葛市)如图所示的甲、乙两个电路，电感线圈的自感系数足够大，且直流电阻非常小但不可忽略，闭合开关S，待电路达到稳定后，灯泡均能发光．现将开关S断开，这两个电路中灯泡亮度的变化情况可能是()
A．甲电路中灯泡将渐渐变暗
B ．甲电路中灯泡将先变得更亮，然后渐渐变暗
C ．乙电路中灯泡将渐渐变暗
D ．乙电路中灯泡将先变得更亮，然后渐渐变暗解析
S 断开，电感线圈L 产生自感，阻碍原电流的变化，L 相当于新回路的电源，甲图中流过灯泡
的电流在I 灯＝I L 的基础上逐渐减小，甲灯泡会逐渐变暗，A 选项正确；乙图中，电流在I L 的基础上逐渐减小，若I L ＞I 灯，则会发现乙灯泡先闪亮后熄灭，D 选项正确．
答案
AD
设置目的
考查断电自感、灯泡能否闪亮的条件
7．(2014·湖北宜昌)如图所示，两条平行虚线之间存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，虚线间的距离为l ，金属圆环的直径也是l ，圆环从左边界进入磁场，以垂直于磁场边界的恒定速度v 穿过磁场区域．则下列说法正确的是(
)
A ．感应电动势的大小先增大后减小再增大再减小
B ．感应电流的方向先逆时针后顺时针
C ．金属圆环受到的安培力先向左后向右
D ．进入磁场时感应电动势平均值
E －＝1
2πBl v
解析
在圆环进入磁场的过程中，通过圆环的磁通量逐渐增大，根据楞次定律，可知感应电流的方向
为逆时针方向，感应电动势E ＝Bl v ，有效长度先增大后减小，所以感应电动势先增大后减小，同理可以判断出磁场时的情况，A 、B 选项正确；根据左手定则可以判断，进入磁场和出磁场时受到的安培力都向左，C 选项错误；进入磁场时感应电动势平均值E －＝ΔΦΔt ＝B ·14
πl 2
l
v
＝14πBl v ，D 选项错误．
答案AB
设置目的
考查楞次定律、电磁阻尼
8．(2015·福建龙岩)矩形线圈abcd ，长ab ＝20cm ，宽bc ＝10cm ，匝数n ＝200，线圈回路总电阻R ＝5Ω.整个线圈平面内均有垂直于线圈平面的匀强磁场穿过．若匀强磁场的磁感应强度B 随时间t 的变化规律如图所示，则(
)
A ．线圈回路中感应电动势随时间均匀变化
B ．线圈回路中产生的感应电流为0.4A
C ．当t ＝0.3s 时，线圈的ab 边所受的安培力大小为0.016N
D ．在1min 内线圈回路产生的焦耳热为48J 解析
由E ＝n ΔΦΔt ＝nS ΔB Δt 可知，由于线圈中磁感应强度的变化率ΔB Δt ＝
20－5×10
－2
0.3
T/s ＝0.5T/s 为常
数，则回路中感应电动势为E ＝n
ΔΦΔt ＝2V ，且恒定不变，A 选项错误；回路中感应电流的大小为I ＝E
R
＝0.4A ，B 选项正确；当t ＝0.3s 时，磁感应强度B ＝0.2T ，则安培力为F ＝nBIl ＝200×0.2×0.4×0.2N ＝3.2N ，C 选项错误；1min 内线圈回路产生的焦耳热为Q ＝I 2Rt ＝0.42×5×60J ＝48J ，D 选项正确．
答案
BD
设置目的
考查法拉第电磁感应定律、安培力、焦耳热
9．(2014·上海虹口区)如图所示，在光滑的水平地面上，有两个磁感应强度大小均为B 、方向相反的水平匀强磁场，PQ 为两个磁场的竖直分界线，磁场范围足够大．一个半径为l 、质量为m 、电阻为R 的金属圆环垂直磁场方向，以速度v 从位置Ⅰ开始向右运动，当圆环运动到位置Ⅱ(环直径刚好与分界线PQ 重合)时，圆环的速度为1
2
v ，则下列说法正确的是(
)
A ．圆环运动到位置Ⅱ时电功率为
B 2l 2v 2
R
B ．圆环运动到位置Ⅱ时加速度为
4B 2l 2v mR
C ．圆环从位置Ⅰ运动到位置Ⅱ的过程中，通过圆环截面的电荷量为
πBl 2
R D ．圆环从位置Ⅰ运动到位置Ⅱ的过程中，回路产生的电能为3
8
m v 2
解析
圆环到达位置Ⅱ时回路中电流为I ＝2B ×2l ×1
2v R
＝2Bl v R ，此时的电功率应为P ＝I 2R ＝4B 2l 2v 2
R ，A
选项错误；由牛顿第二定律，可得2BI ×2l ＝ma ，可得a ＝
8B 2l 2v
mR
，B 选项错误；由能量守恒定律，可得1
2m v 2
＝E 电＋12m (12v )2，解得E 电＝38m v 2，D 选项正确；由q ＝B ΔS R ＝πBl 2
R
，C 选项正确．
答案
CD
设置目的
考查等效电路、法拉第电磁感应定律、功能关系
10．(2015·北京西城区)两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L ，底端接阻值为R 的电阻．将质量为m 的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B 的匀强磁场垂直，如图所示．除电阻R 外其余电阻不计．现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则(
)
A ．释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度g
B ．金属棒向下运动时，流过电阻R 的电流方向为a →b
C ．金属棒的速度为v 时，所受的安培力大小为F ＝
B 2L 2v R D ．电阻R 上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少解析
以棒为研究对象，设当棒下落距离为x 时，速度为v ，有mg －kx －
B 2L 2v R
＝ma ；由此可得，下
落之初加速度为g ，A 选项正确；由右手定则判断得出，棒下落时，流过R 的电流方向为b →a ，B 选项错误；由能的转化与守恒，可得当棒下落x 时，有mgx －Q R －E p ＝1
2
m v 2，D 选项错误．
答案
AC
设置目的
考查电磁阻尼、能量守恒、牛顿运动定律、综合分析能力
二、实验题(10分)
11．在研究电磁感应现象的实验中所用器材如图所示．它们是：①电流表；②直流电源；③带铁芯的线圈A ；④线圈B ；⑤开关；⑥滑动变阻器(用来控制电流以改变磁场强弱)．
(1)试按实验的要求在实物图上连接(图中已连好一根导线)．
(2)若连接滑动变阻器的两根导线接在接线柱C 和D 上，而在开关刚刚闭合时电流表指针右偏，则开关闭合后滑动变阻器的滑动触头向接线柱C 移动时，电流表指针将________(填“左偏”“右偏”或“不偏”)．
解析
开关闭合时，电流表指针向右偏，说明B 中磁通量增加时，产生的感应电流使指针向右偏．而
如图接法，当滑动触头向C 移动时，A 回路中电流减小，通过B 回路的磁通量减少，此时产生感应电流与开关闭合时相反，故指针向左偏．
答案
连接电路如图所示
左偏
设置目的考查产生感应电流的条件、实验连接的2个独立电路
三、计算题(50分)
12．(14分)如图所示，竖直放置的光滑平行金属导轨MN 、PQ 相距L ，在M 点和P 点间接一个阻值为R 的电阻，在两导轨间OO 1O 1′O ′矩形区域内有垂直导轨平面向里、宽为d 的匀强磁场，磁感应强度为B .一质量为m ，电阻为r 的导体棒ab 垂直搁在导轨上，与磁场上边界相距d 0.现使ab 棒由静止开始释放，棒ab 在离开磁场前已经做匀速直线运动(棒ab 与导轨始终保持良好的电接触，且下落过程中始终保持水平，导轨电阻不计)．求：
(1)棒ab 在离开磁场下边界时的速度；
(2)棒ab 在通过磁场区的过程中产生的焦耳热；(3)试分析讨论ab 棒在磁场中可能出现的运动情况．解析
(1)设ab 棒离开磁场边界前做匀速运动的速度为v ，产生的电动势为E ＝BL v ，电路中电流I ＝
E R ＋r ，对ab 棒，由平衡条件，得mg －BIL ＝0，解得v ＝mg (R ＋r )
B 2L 2
(2)由能量守恒定律，得mg (d 0＋d )＝E 电＋1
2
m v 2
解得E 电＝mg (d 0＋d )－
m 3g 2(R ＋r )2
2B 4L 4E 棒电＝r R ＋r [mg (d 0＋d )－m 3g 2(R ＋r )2
2B 4L 4
]
(3)设棒刚进入磁场时的速度为v 0，由mgd 0＝12m v 20，得v 0＝2gd 0
棒在磁场中匀速时速度为v ＝mg (R ＋r )
B 2L 2
，则
①当v 0＝v ，即d 0＝m 2g (R ＋r )2
2B 4L 4时，棒进入磁场后做匀速直线运动．
②当v 0<v ，即d 0<
m 2g (R ＋r )2
2B 4L 4
时，棒进入磁场后做先加速后匀速直线运动．
③当v 0＞v ，即d 0＞m 2g (R ＋r )2
2B 4L 4
时，棒进入磁场后做先减速后匀速直线运动．
安培力就是电流在磁场中受到的力，因此安培力的功就是电流的功，安培力的功率就是电流的功率．答案
(1)mg (R ＋r )B 2L 2
(2)E 棒电＝r R ＋r [mg (d 0＋d )－m 3g 2(R ＋r )2
2B 4L 4]
(3)见解析设置目的
考查导体切割磁感线的运动及能量问题
13．(6分)(2014·天津和平区)如图所示，水平放置的导体框架，宽L ＝0.50m ，接有电阻R ＝0.20Ω，匀强磁场垂直框架平面向里，磁感应强度B ＝0.40T ．一导体棒ab 垂直框边跨放在框架上，并能无摩擦地在框架上滑动，框架和导体ab 的电阻均不计．当ab 以v ＝4.0m/s 的速度向右匀速滑动时，求：
(1)ab 棒中产生的感应电动势大小；
(2)维持导体棒ab 做匀速运动的外力F 的大小．解析
(1)感应电动势E ＝Bl v ＝0.4×0.5×4V ＝0.8V
(2)导体棒ab 做匀速运动，安培力与外力相等F ＝BIL ＝B 2L 2v
R
＝0.8N
答案(1)0.8V (2)0.8N
设置目的考查在平面上的导体切割磁感线的动生电动势、安培力、力的平衡
14．(8分)(2015·安徽马鞍山市)如图所示，MN 、PQ 为间距L ＝0.5m 足够长的平行导轨，NQ ⊥MN ，导轨平面与水平面间的夹角θ＝37°，N 、Q 间连接一个R ＝5Ω的电阻．有一匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B 0＝1T ．将一根质量为m ＝0.05kg 的金属棒ab 紧靠NQ 放置在导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻均不计．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NQ 平行．已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ＝0.5，当金属棒滑行至cd 处时已经达到稳定速度，cd 距离NQ 为s ＝1m ．求：(g ＝10m/s 2，sin37°＝0.6，cos37°＝
0.8)
(1)当金属棒滑行至cd 处时回路中的电流多大？(2)金属棒达到的稳定速度是多大？解析
(1)“当金属棒滑行至cd 处时已经达到稳定速度”，达到稳定速度时，有F A ＝B 0IL ，将三维图
转化为二维图，受力分析可知mg sin θ＝F A ＋μmg cos θ，代入数据，解得I ＝0.2A
(2)E ＝B 0L v ，I ＝E R ，解得v ＝IR B 0L ＝0.2×5
1×0.5m/s ＝2m/s
答案
(1)0.2A
(2)2m/s
设置目的考查在斜面上的导体切割磁感线的电动势、电流、安培力、受力平衡与极值
15．(10分)(2014·福建)如图所示，某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道，管道的长为L 、宽为d 、高为h .上下两面是绝缘板，前后两侧面M 、N 是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S 和定值电阻R 相连．整个管道置于磁感应强度大小为B ，方向沿z 轴正方向的匀强磁场中．管道内始终充满电阻率为ρ的导电液体(有大量的正、负离子)，且开关闭合前后，液体在管道内进、出口两端压强差的作用下，均以恒定速率v 0沿x 轴正向流动，液体所受的摩擦阻力不变．调整矩形管道的宽和高，但保持其他量和矩形管道的横截面积S ＝dh 不变，求电阻R 可获得的最大功率P m 及相应的宽高比d
h
的值．
解析电阻R 获得的功率为P ＝I 2
R ＝(
Bd v 0R ＋ρ
d Lh
)R ＝(
BLS v 0LhR ＋ρd
)2R ；由于(LhR )·(ρd )＝ρSLR 为定值，故当
LhR ＝ρd 时，分母值最小，功率有极大值．当d h ＝LR
ρ时，电阻R 获得的最大功率为P m ＝(BLS v 0LhR ＋ρd
)2R ＝
(BLS v 02ρd )2ρd Lh ＝
LS v 20B 2
4ρ
答案
d h ＝LR
ρ
P m ＝
LS v 20B
24ρ
设置目的考查物理建模能力、综合分析能力、极值求解
学法指导
令y ＝LhR ＋ρd ＝LhR ＋ρS h ，y ′＝LR －ρS h 2＝0时，y 有极小值，即d h ＝LR
ρ时，P m ＝LS v 20B 24ρ
.
若用R ＝r 时输出功率有极大值是使用了一个二级结论而已．
16．(12分)有人设计了一种可测速的跑步机，测速原理如图所示．该机底面固定有间距为L 、长度为d 的平行金属电极，电极间充满磁感应强度为B 、方向垂直纸面向里的匀强磁场，且接有电压表和电阻R .绝缘橡胶带上镀有间距为d 的平行细金属条，磁场中始终仅有一根金属条，且与电极接触良好，不计金属电阻．若橡胶带匀速运动时，电压表读数为U ，求：
(1)橡胶带匀速运动的速率；(2)电阻R 消耗的电功率：
(3)一根金属条每次经过磁场区域克服安培力做的功．解析
(1)设电动势为E ，橡胶带运动速率为v ，由E ＝BL v ，由于不计金属电阻有E ＝U ，得v ＝
U
BL
(2)设电功率为P ，则P ＝
U 2R
(3)设电流为I ，安培力为F ，克服安培力做的功为W ，I ＝U R ，F ＝BIL ，W ＝Fd ，得W ＝
BLUd
R 答案
(1)U
BL
(2)U 2R
(3)BLUd R
设置目的考查物理建模能力、综合分析能力。