（北京專用）2020版高考物理總復習 第十二章 全章闖關檢測（含解析）

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1、全章闖關檢測 一、選擇題 1.在電磁學的發(fā)展過程中,許多科學家做出了貢獻。下列說法正確的是(　　) A.奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應;法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象 B.麥克斯韋預言了電磁波;楞次用實驗證實了電磁波的存在 C.庫侖發(fā)現(xiàn)了點電荷的相互作用規(guī)律并通過油滴實驗測定了元電荷的數(shù)值 D.安培發(fā)現(xiàn)了磁場對運動電荷的作用規(guī)律;洛倫茲發(fā)現(xiàn)了磁場對電流的作用規(guī)律 答案　A　赫茲用實驗證實了電磁波的存在,B錯;通過油滴實驗測定了元電荷的數(shù)值的科學家是密立根,C錯;安培發(fā)現(xiàn)了磁場對電流的作用規(guī)律,洛倫茲發(fā)現(xiàn)了磁場對運動電荷的作用規(guī)律,D錯。 2.如圖所示,導線框abcd與通電直導線在同一平面內(nèi),

2、兩者彼此絕緣,直導線通有恒定電流并通過ad和bc的中點,當線框向右運動的瞬間,則(　　) A.線框中有感應電流,且按順時針方向 B.線框中有感應電流,且按逆時針方向 C.線框中有感應電流,但方向難以判斷 D.由于穿過線框的磁通量為零,所以線框中沒有感應電流 答案　B　由安培定則可判知通電直導線周圍磁場如圖所示。當ab導線向右做切割磁感線運動時,由右手定則判斷感應電流為a→b,同理可判斷cd導線中的感應電流方向為c→d,ad、bc兩邊不做切割磁感線運動,所以整個線框中的感應電流是逆時針方向的。 3.插有鐵芯的線圈(電阻不能忽略)直立在水平桌面上,鐵芯上套一鋁環(huán),線圈與電源、

3、開關相連。以下說法中正確的是(　　) A.閉合開關的瞬間鋁環(huán)跳起,開關閉合后再斷開的瞬間鋁環(huán)又跳起 B.閉合開關的瞬間鋁環(huán)不跳起,開關閉合后再斷開的瞬間鋁環(huán)也不跳起 C.閉合開關的瞬間鋁環(huán)不跳起,開關閉合后再斷開的瞬間鋁環(huán)跳起 D.閉合開關的瞬間鋁環(huán)跳起,開關閉合后再斷開的瞬間鋁環(huán)不跳起 答案　D　閉合開關瞬間,鋁環(huán)中的磁通量增大,鋁環(huán)要遠離磁場,以阻礙磁通量的增大,故會跳起,而閉合開關后再斷開的瞬間,鋁環(huán)中的磁通量減少,鋁環(huán)有靠近磁場的趨勢,以阻礙這種減小,故不會跳起,即D正確。 4.在如圖所示的電路中,A1和A2是兩個相同的燈泡,線圈L的自感系數(shù)足夠大,電阻可以忽略不計。下

4、列說法中正確的是(　　) A.合上開關S時,A2先亮,A1后亮,最后一樣亮 B.斷開開關S時,A1和A2都會立即熄滅 C.斷開開關S時,A2閃亮一下再熄滅 D.斷開開關S時,流過A2的電流方向向右 答案　A　合上開關S時,線圈L中產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流增大,并且阻礙作用逐漸變小直至為零,故A2先亮,A1后亮,最后一樣亮,選項A正確;斷開開關S時,線圈L中產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流減小,因電路穩(wěn)定時通過A1和A2的電流大小相等,故斷開開關S時,A1和A2都逐漸熄滅,流過A2的電流方向向左,選項B、C、D都錯誤。 5.邊長為a的閉合金屬正三角形框架,完全處于垂直于框架平面的勻強磁場

5、中,現(xiàn)把框架勻速拉出磁場,如圖所示,則選項圖中電動勢、外力、外力功率與位移圖像規(guī)律與這一過程相符合的是(　　) 答案　B　框架勻速拉出過程中,有效長度l均勻增加,由E=Blv知,電動勢均勻變大,A錯、B對;因勻速運動,則F外力=F安=BIl=B2l2vR,故外力F外隨位移x的增大而非線性增大,C錯;外力功率P=F外力v,v恒定不變,故P也隨位移x的增大而非線性增大,D錯。 6.如圖所示,正方形線圈兩端接在電容器a、b兩極板上,勻強磁場豎直向上穿過線圈,此時電容器a、b兩極板不帶電。當磁場隨時間均勻增強時,下列說法中正確的是(　　) A.電容器a極板帶正電,且所帶電荷量逐漸增大

6、 B.電容器a極板帶負電,且所帶電荷量逐漸增大 C.電容器a極板帶正電,且所帶電荷量保持不變 D.電容器a極板帶負電,且所帶電荷量保持不變 答案　D　磁場均勻變化產(chǎn)生恒定的感應電動勢,故由Q=CU知,電容器極板所帶電荷量不變,A、B均不正確;利用楞次定律可以判斷b極板帶正電,a極板帶正電,故C錯誤,D正確。 7.如圖所示,ab是一個可以繞垂直于紙面的軸O轉(zhuǎn)動的閉合矩形導體線圈,滑動變阻器R的滑片P向右滑動過程中,線圈ab將(　　) A.靜止不動 B.順時針轉(zhuǎn)動 C.逆時針轉(zhuǎn)動 D.發(fā)生轉(zhuǎn)動,但因電源的極性不明,無法確定轉(zhuǎn)動方向 答案　B　當P向右滑動時,電路總電阻減小,

7、電路中的電流是增大的,兩磁鐵間的磁場增強,通過閉合導體線圈的磁通量增大,線圈中產(chǎn)生感應電流,受到磁場力而發(fā)生轉(zhuǎn)動,“轉(zhuǎn)動”是結(jié)果,反抗原因是“磁通量增大”,因此轉(zhuǎn)動后應使穿過線圈的磁通量減小,故應沿順時針轉(zhuǎn)動。故應選B。 8.在光滑的水平面上方,有兩個磁感應強度大小均為B,方向相反的水平勻強磁場,如圖所示。PQ為兩個磁場的邊界,磁場范圍足夠大。一個邊長為a、質(zhì)量為m、電阻為R的金屬正方形線框,以速度v垂直磁場方向從如圖實線位置開始向右運動,當線框運動到分別有一半面積在兩個磁場中時,線框的速度為v/2,則下列說法正確的是(　　) A.此過程中通過線框截面的電荷量為2Ba2R B.此時線

8、框的加速度為B2a2v2mR C.此過程中回路產(chǎn)生的電能為2mv2 D.此時線框中的電功率為B2a2v2R 答案　D　對此過程,由能量守恒定律可得,回路產(chǎn)生的電能E=12mv2-12m×14v2=38mv2,選項C錯誤;線圈磁通量的變化ΔΦ=Ba2,則由電流定義和歐姆定律可得q=ΔΦR=Ba2R,選項A錯誤;此時線框產(chǎn)生的電流I=2Bav2R=BavR,由牛頓第二定律和安培力公式可得加速度a1=2BIam=2B2a2vmR,選項B錯誤;由電功率定義可得P=I2R=B2a2v2R,選項D正確。 9.如圖所示,abcd是一個質(zhì)量為m,邊長為L的正方形金屬線框。如從圖示位置自由下落,在下落h

9、后進入磁感應強度為B的磁場,恰好做勻速直線運動,該磁場的寬度也為L。在這個磁場的正下方h+L處還有一個未知磁場,金屬線框abcd在穿過這個磁場時也恰好做勻速直線運動,那么下列說法正確的是(　　) A.未知磁場的磁感應強度是2B B.未知磁場的磁感應強度是2B C.線框在穿過這兩個磁場的過程中產(chǎn)生的電能為4mgL D.線框在穿過這兩個磁場的過程中產(chǎn)生的電能為2mgL 答案　C　設線圈剛進入第一個磁場時速度大小為v1,那么mgh=12mv12,v1=2gh。設線圈剛進入第二個磁場時速度大小為v2,那么v22-v12=2gh,v2=2v1。根據(jù)題意還可得到,mg=B2L2v1R, m

10、g=Bx2L2v2R,整理可得出Bx=22B,A、B兩項均錯。穿過兩個磁場時都做勻速運動,把減少的重力勢能都轉(zhuǎn)化為電能,所以在穿過這兩個磁場的過程中產(chǎn)生的電能為4mgL,C項正確、D項錯。 10.某?？萍夹〗M的同學設計了一個傳送帶測速儀,測速原理如圖所示。在傳送帶一端的下方固定有間距為L、長度為d的平行金屬電極。電極間充滿磁感應強度為B、方向垂直傳送帶平面(紙面)向里、有理想邊界的勻強磁場,且電極之間接有理想電壓表和電阻R,傳送帶背面固定有若干根間距為d的平行細金屬條,其電阻均為r,傳送帶運行過程中始終僅有一根金屬條處于磁場中,且金屬條與電極接觸良好。當傳送帶以一定的速度勻速運動時,電壓表的

11、示數(shù)為U。則下列說法中正確的是　(　　) A.傳送帶勻速運動的速率為UBL B.電阻R產(chǎn)生焦耳熱的功率為U2R+r C.金屬條經(jīng)過磁場區(qū)域受到的安培力大小為BUdR+r D.每根金屬條經(jīng)過磁場區(qū)域的全過程中克服安培力做功為BLUdR 答案　D　由題意可知金屬條在磁場中切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢E=BLv,回路中的電流I=ER+r=UR,故v=(R+rR)·UBL,A錯誤;電阻R產(chǎn)生焦耳熱的功率P=U2R,故B錯誤;金屬條經(jīng)過磁場區(qū)域所受安培力F=BLUR,故C錯誤;每根金屬條經(jīng)過磁場區(qū)域的全過程中克服安培力做功W克=Fd=BLUdR,D正確。 二、非選擇題 11.如圖所示,質(zhì)

12、量m1=0.1 kg,電阻R1=0.3 Ω,長度l=0.4 m 的導體棒ab橫放在U形金屬框架上?？蚣苜|(zhì)量m2=0.2 kg,放在絕緣水平面上,與水平面間的動摩擦因數(shù) μ=0.2。相距0.4 m的MM'、NN'相互平行,電阻不計且足夠長。電阻R2=0.1 Ω的MN垂直于MM'。整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中,磁感應強度B=0.5 T。垂直于ab施加F=2 N的水平恒力,ab從靜止開始無摩擦地運動,始終與MM'、NN'保持良好接觸。當ab運動到某處時,框架開始運動。設框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,g取10 m/s2。 (1)求框架開始運動時ab速度v的大小; (2)從ab開始運

13、動到框架開始運動的過程中,MN上產(chǎn)生的熱量Q=0.1 J,求該過程ab位移x的大小。 答案　(1)6 m/s　(2)1.1 m 解析　(1)ab棒對框架的壓力F1=m1g 框架受水平面的支持力FN=m2g+F1 依題意,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,則框架受到最大靜摩擦力F2=μFN ab中的感應電動勢E=Blv MN中電流I=ER1+R2 MN受到的安培力F安=IlB 框架開始運動時F安=F2 由上述各式代入數(shù)據(jù)解得v=6 m/s (2)閉合回路中產(chǎn)生的總熱量Q總=R1+R2R2Q 由能量守恒定律,得Fx=12m1v2+Q總 代入數(shù)據(jù)解得x=1.1 m 12.經(jīng)典

14、物理學認為,金屬的電阻源于定向運動的自由電子與金屬離子的碰撞。已知元電荷為e。如圖所示,求當金屬棒向下運動達到穩(wěn)定狀態(tài)時,棒中金屬離子對一個自由電子沿棒方向的平均作用力大小。 答案　見解析 解析　方法一:當金屬棒向下運動達到穩(wěn)定狀態(tài)時mg=Fm 其中Fm=B2L2vmR+r 解得vm=mgR+rB2L2 沿棒方向,棒中自由電子受到洛倫茲力evmB、電場力eE和金屬離子對它的平均作用力f作用。因為棒中電流恒定,所以自由電子沿棒的運動可視為勻速運動。 則f+eE=evmB 又E=UL U=BLvmR+r·R 解得f=emgrBL2 方法二:當金屬棒向下運動達到穩(wěn)定狀態(tài)時

15、單位時間內(nèi)機械能減少P=mgvm 金屬棒生熱功率Pr =rR+rP 回路中的電流I=BLvmR+r 設棒的橫截面積為S,棒中單位體積的自由電子數(shù)為n,棒中自由電子定向運動的速度為v,金屬離子對自由電子的平均作用力為f 則Pr=nSLfv I=neSv 所以f=emgrBL2 13.如圖,水平面(紙面)內(nèi)間距為l的平行金屬導軌間接一電阻,質(zhì)量為m、長度為l的金屬桿置于導軌上。t=0時,金屬桿在水平向右、大小為F的恒定拉力作用下由靜止開始運動。t0時刻,金屬桿進入磁感應強度大小為B、方向垂直于紙面向里的勻強磁場區(qū)域,且在磁場中恰好能保持勻速運動。桿與導軌的電阻均忽略不計,兩者始終保持

16、垂直且接觸良好,兩者之間的動摩擦因數(shù)為μ。重力加速度大小為g。求: (1)金屬桿在磁場中運動時產(chǎn)生的電動勢的大小; (2)電阻的阻值。 答案　(1)Blt0Fm-μg　(2)B2l2t0m 解析　(1)設金屬桿進入磁場前的加速度大小為a,由牛頓第二定律得 ma=F-μmg 設金屬桿到達磁場左邊界時的速度為v,由運動學公式有 v=at0 當金屬桿以速度v在磁場中運動時,由法拉第電磁感應定律,桿中的電動勢為 E=Blv 聯(lián)立可得 E=Blt0Fm-μg (2)設金屬桿在磁場區(qū)域中勻速運動時,金屬桿中的電流為I,根據(jù)歐姆定律 I=ER 式中R為電阻的阻值。金屬桿所受的

17、安培力為 f=BlI 因金屬桿做勻速運動,由牛頓運動定律得 F-μmg-f=0 聯(lián)立得 R=B2l2t0m 14.光滑平行的金屬導軌MN和PQ,間距L=1.0 m,與水平面之間的夾角α=30°,勻強磁場磁感應強度B=2.0 T,方向垂直于導軌平面向上,M、P間接有阻值R=2.0 Ω的電阻,其他電阻不計,質(zhì)量m=2.0 kg的金屬桿ab垂直導軌放置,如圖甲所示。用恒力F沿導軌平面向上拉金屬桿ab,由靜止開始運動,v-t圖像如圖乙所示,g取10 m/s2,導軌足夠長。求: (1)恒力F的大小; (2)金屬桿速度為2.0 m/s時的加速度大小; (3)根據(jù)v-t圖像估算在前0.8

18、s內(nèi)電阻上產(chǎn)生的熱量。 甲 乙 答案　(1)18 N　(2)2.0 m/s2　(3)4.12 J 解析　(1)對金屬桿受力分析如圖所示。 由v-t圖像可知導軌最后勻速運動且vmax=4 m/s 即F=mg sin 30°+F安 F安=BIL I=BLvmaxR 解得F=B2L2vmaxR+mg sin 30°=18 N (2)對金屬桿由牛頓第二定律得 F-mg sin 30°-F安=ma a=F-mgsin30°-B2L2vRm=2.0 m/s2 (3)由v-t圖像知:0.8 s內(nèi)位移即為0~0.8 s內(nèi)圖線與t軸所包圍的小方格面積的和,小方格的個數(shù)約為2

19、8個,故 x=28×0.2×0.2 m=1.12 m 設在前0.8 s內(nèi)電阻上產(chǎn)生的熱量為Q,則由功能關系得Fx=Q+mgx sin α+12mv2 由v-t圖像知0.8 s時速度v=2.2 m/s 解得Q=Fx-mgx sin α-12mv2=4.12 J 15.在如圖甲所示的底面半徑為r的豎直圓柱形區(qū)域內(nèi),存在豎直向上的勻強磁場,磁感應強度大小隨時間的變化關系為B=kt(k>0且為常量)。 (1)將一由細導線構成的半徑為r、電阻為R0的導體圓環(huán)水平固定在上述磁場中,并使圓環(huán)中心與磁場區(qū)域的中心重合。求在T時間內(nèi)導體圓環(huán)產(chǎn)生的焦耳熱。 (2)上述導體圓環(huán)之所以會產(chǎn)生電流是因

20、為變化的磁場會在空間激發(fā)渦旋電場,該渦旋電場驅(qū)使導體內(nèi)的自由電荷定向移動,形成電流。如圖乙所示,變化的磁場產(chǎn)生的渦旋電場存在于磁場內(nèi)外的廣闊空間中,其電場線是在水平面內(nèi)的一系列沿順時針方向的同心圓(從上向下看),圓心與磁場區(qū)域的中心重合。在半徑為r的圓周上,渦旋電場的電場強度大小處處相等,并且可以用E渦=E2πr計算,其中E為由于磁場變化在半徑為r的導體圓環(huán)中產(chǎn)生的感生電動勢。如圖丙所示,在磁場區(qū)域的水平面內(nèi)固定一個內(nèi)壁光滑的絕緣環(huán)形真空細管道,其內(nèi)環(huán)半徑為r,管道中心與磁場區(qū)域的中心重合。由于細管道半徑遠遠小于r,因此細管道內(nèi)各處電場強度大小可視為相等。在某一時刻,將管道內(nèi)電荷量為q的帶正電

21、小球由靜止釋放(小球的直徑略小于真空細管道的直徑),小球受到切向的渦旋電場力的作用而運動,該力將改變小球速度的大小。該渦旋電場力與電場強度的關系和靜電力與電場強度的關系相同。假設小球在運動過程中其電荷量保持不變,忽略小球受到的重力、小球運動時激發(fā)的磁場以及相對論效應。 ①若小球由靜止經(jīng)過一段時間加速,獲得動能Em,求小球在這段時間內(nèi)在真空細管道內(nèi)運動的圈數(shù); ②若在真空細管道內(nèi)部空間加有方向豎直向上的恒定勻強磁場,小球開始運動后經(jīng)過時間t0,小球與環(huán)形真空細管道之間恰好沒有作用力,求在真空細管道內(nèi)部所加磁場的磁感應強度的大小。 答案　(1)Tπ2k2r4R0　(2)①Emkqπr2?、趉

22、t02 解析　(1)導體圓環(huán)內(nèi)的磁通量發(fā)生變化,將產(chǎn)生感生電動勢,根據(jù)法拉第電磁感應定律,感生電動勢 E=ΔΦΔt=SΔBΔt=πr2k 導體圓環(huán)內(nèi)感生電流I=ER0=kπr2R0 在T時間內(nèi)導體圓環(huán)產(chǎn)生的焦耳熱Q=I2R0T 解得Q=Tπ2k2r4R0 (2)①根據(jù)題意可知,磁場變化將在真空細管道處產(chǎn)生渦旋電場,該電場的電場強度 E渦=E2πr=kr2 小球在該電場中受到電場力的作用,電場力的大小F=E渦q=kqr2 電場力的方向與真空細管道相切,即與速度方向始終相同,小球?qū)患铀?動能變大。設小球由靜止到其動能為Em的過程中,小球運動的路程為s, 根據(jù)動能定理有Fs=Em 小球運動的圈數(shù)N=s2πr 解得N=Emkqπr2 ②小球的切向加速度大小為a=Fm=kqr2m 由于小球沿速度方向受到大小恒定的電場力,所以經(jīng)過時間t0, 小球的速度大小v滿足v=at0 小球沿管道做圓周運動,因為小球與管道之間沒有相互作用力,所以,小球受到的洛倫茲力提供小球的向心力,設所加磁場的磁感應強度為B0, 則有qvB0=mv2r 解得B0=kt02 14