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2019-2020年高二人教版物理選修3-2練習(xí)冊(cè)：特色專題訓(xùn)練1含答案 一、選擇題(本題共10小題，每小題4分，共40分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意，有的有多個(gè)選項(xiàng)符合題意，全部選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，選錯(cuò)或不答的得0分) 1．如圖Z11所示，將一個(gè)矩形線圈ABCD放在一個(gè)勻強(qiáng)磁場中，線圈平面平行于磁感線，則下列情況中，線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生的是(　　) 圖Z11 A．當(dāng)矩形線圈做平行于磁感線的平動(dòng)時(shí) B．當(dāng)矩形線圈做垂直于磁感線的平動(dòng)時(shí) C．當(dāng)矩形線圈繞AB邊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) D．當(dāng)矩形線圈繞BC邊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 2．(多選)在如圖Z12所示的電路中，電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻r不能忽略．R1和R2是兩個(gè)定值電阻，L是一個(gè)自感系數(shù)較大的線圈．開關(guān)S原來是斷開的，從閉合開關(guān)S到電路中電流達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間內(nèi)，通過R1的電流I1和通過R2的電流I2的變化情況分別是(　　) 圖Z12 A．I1開始較大，而后逐漸變小 B．I1開始很小，而后逐漸變大 C．I2開始很小，而后逐漸變大 D．I2開始較大，而后逐漸變小 3．如圖Z13所示，光滑絕緣水平面上有一個(gè)矩形線圈沿水平方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，線圈全部進(jìn)入磁場區(qū)域時(shí)，其動(dòng)能恰好等于它在磁場外面時(shí)的一半，設(shè)磁場寬度大于線圈寬度，那么(　　) 圖Z13 A．線圈恰好在剛離開磁場的地方停下 B．線圈在磁場中某位置停下 C．線圈在未完全離開磁場時(shí)即已停下 D．線圈完全離開磁場以后仍能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，不會(huì)停下來 4．(多選)如圖Z14所示，先后以恒定的速度v1和v2把一個(gè)正方形線圈水平拉出有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域，且v1＝2v2，則在先后兩種情況下(　　) 圖Z14 A．線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢之比E1∶E2＝2∶1 B．線圈中的感應(yīng)電流之比I1∶I2＝1∶2 C．線圈中產(chǎn)生的熱量之比Q1∶Q2＝1∶4 D．通過線圈某截面的電荷量之比q1∶q2＝1∶1 5．(多選)如圖Z15所示，在垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場區(qū)域中有一個(gè)用均勻?qū)Ь€制成的單匝直角三角形線框．現(xiàn)用外力使線框以恒定的速度v沿垂直于磁場的方向向右運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中線框的AB邊始終與磁場的右邊界平行．已知AB＝BC＝l，線框的總電阻為R.則線框離開磁場的過程中(　　) 圖Z15 A．線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間均勻增大 B．通過線框截面的電荷量為 C．線框所受外力的最大值為 D．線框的熱功率與時(shí)間成正比 6．(多選)如圖Z16所示，豎直平面內(nèi)的虛線上方有一個(gè)勻強(qiáng)磁場，從虛線下方豎直上拋一個(gè)正方形線圈，線圈越過虛線進(jìn)入磁場，最后又落回原處，運(yùn)動(dòng)過程中線圈平面保持在豎直平面內(nèi)，不計(jì)空氣阻力，則(　　) 圖Z16 A．上升過程中克服安培力做的功大于下降過程中克服安培力做的功 B．上升過程中克服安培力做的功等于下降過程中克服安培力做的功 C．上升過程中克服重力做功的平均功率大于下降過程中重力做功的平均功率 D．上升過程中克服重力做功的平均功率等于下降過程中重力做功的平均功率 7．(多選)如圖Z17所示，不計(jì)電阻的平行金屬導(dǎo)軌ab、cd豎直放置，上端接有電阻R，ef是一根電阻可不計(jì)的水平放置的導(dǎo)體棒，質(zhì)量為m，棒的兩端分別與ab、cd保持良好接觸，且能沿導(dǎo)軌無摩擦下滑，整個(gè)裝置放在與導(dǎo)軌垂直的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)導(dǎo)體棒ef由靜止下滑一段時(shí)間后閉合開關(guān)S，則S閉合后(　　) 圖Z17 A．導(dǎo)體棒ef的加速度可能大于g B．導(dǎo)體棒ef的加速度一定小于g C．導(dǎo)體棒ef最終的速度隨S閉合時(shí)刻的不同而不同 D．導(dǎo)體棒ef的機(jī)械能與回路內(nèi)產(chǎn)生的熱量之和一定守恒 8．圖Z18中電感線圈L的直流電阻為RL，小燈泡的電阻為R，小量程電流表G1、G2的內(nèi)阻不計(jì)．當(dāng)開關(guān)S閉合且電流達(dá)到穩(wěn)定后，電流表G1、G2的指針均偏向右側(cè)(電流表的零刻度在表盤的中央)，則當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，下列說法中正確的是(　　) 圖Z18 A．G1、G2的指針都立即回到零點(diǎn) B．G1緩慢回到零點(diǎn)，G2立即左偏，然后緩慢回到零點(diǎn) C．G1立即回到零點(diǎn)，G2緩慢回到零點(diǎn) D．G2立即回到零點(diǎn)，G1緩慢回到零點(diǎn) 9．閉合矩形導(dǎo)線框的質(zhì)量可以忽略不計(jì)，將它從如圖Z19所示的位置向右勻速拉出勻強(qiáng)磁場．若第一次用0.3 s將其拉出，外力所做的功為W1，通過導(dǎo)線框橫截面的電荷量為q1；第二次用0.9 s將其拉出，外力所做的功為W2，通過導(dǎo)線框橫截面的電荷量為q2.則(　　) 圖Z19 A．W1W2，q1＝q2 　　D．W1>W2，q1>q2 10．如圖Z110所示，在虛線空間內(nèi)有一對(duì)彼此平行的金屬導(dǎo)軌，間距為L，與水平面的夾角為θ，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，在虛線空間內(nèi)同時(shí)分布著垂直于導(dǎo)軌平面向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場．導(dǎo)軌的下端接定值電阻R，上端通過導(dǎo)線與一對(duì)豎直放置的平行金屬板相連接，兩板間距為d，其間固定著一根光滑絕緣直桿，它與水平面的夾角也為θ，桿上套著一個(gè)帶電小球．當(dāng)一根電阻也為R的光滑導(dǎo)體棒ab沿導(dǎo)軌以速度v勻速下滑時(shí)，小球恰好靜止在絕緣直桿上．則小球的電性及其比荷分別為(　　) 圖Z110 A．帶正電， 　　B．帶正電， C．帶負(fù)電， 　　D．帶負(fù)電， 第Ⅱ卷(非選擇題　共60分) 二、實(shí)驗(yàn)題(本題共15分) 11．圖Z111是探究法拉第電磁感應(yīng)定律的實(shí)驗(yàn)裝置，在傳送帶上固定一塊條形磁鐵，讓傳送帶勻速運(yùn)動(dòng)． 圖Z111 實(shí)驗(yàn)器材：可成倍數(shù)控制速度的同步電動(dòng)機(jī)；同步帶(上表面固定一塊條形磁鐵)；線圈(連接到微電壓傳感器上)；處理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)(已連接傳感器)等． 實(shí)驗(yàn)方案：用同一個(gè)線圈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(即匝數(shù)n一定、線圈面積一定)，使同步電動(dòng)機(jī)的速度成倍數(shù)地變化；每次磁鐵穿過線圈時(shí)，傳感器將采集的數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理． (1)使同步電動(dòng)機(jī)的速度成倍數(shù)地變化，目的是成倍數(shù)地改變________________________________________________________________________． A．磁通量的變化量ΔΦ　　B．磁鐵穿過線圈的時(shí)間Δt (2)若傳送帶以速度v勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，計(jì)算機(jī)上顯示的電壓波形如圖Z112甲所示，則計(jì)算機(jī)上顯示的電壓波形為圖乙時(shí)，傳送帶的速度為______；計(jì)算機(jī)上顯示的電壓波形為丙圖時(shí)，傳送帶的速度為________． 甲 　 　　　　　　乙　　　　　　　　　　　　　　　　　丙 圖Z112 　 (3)本實(shí)驗(yàn)直接得到的結(jié)論是：感應(yīng)電動(dòng)勢的大小跟磁鐵穿過線圈的時(shí)間Δt__________．考慮到線圈的匝數(shù)n、線圈面積以及磁鐵的磁性不變，由此得到更一般的結(jié)論是__________________________________． 三、計(jì)算題(本題共4小題，12題10分，13題11分，14題11分，15題13分，共45分．解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案的不能得分) 12．面積S＝0.2 m2、匝數(shù)n＝100匝的圓形線圈，處在如圖Z113所示的勻強(qiáng)磁場內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的規(guī)律是B＝0.02t (T)．電阻R與電容器并聯(lián)后接在線圈兩端，電阻R＝3 Ω，電容C＝30 μF，線圈電阻r＝1 Ω.求： (1)通過R的電流的大小和方向； (2)電容器所帶的電荷量． 圖Z113 13．如圖Z114所示，水平放置的長直平行金屬導(dǎo)軌PQ、MN相距l(xiāng)＝0.4 m，導(dǎo)軌左邊接有阻值為R ＝3 Ω的定值電阻，在導(dǎo)軌上放置一根金屬棒ab，其質(zhì)量為0.01 kg，電阻為0.2 Ω，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B ＝0.5 T的豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，不計(jì)摩擦，當(dāng)金屬棒在外力作用下以v＝4 m/s的速度勻速向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，求： (1)金屬棒ab中感應(yīng)電流的大小和方向； (2)外力的功率； (3)撤去外力后，金屬棒最終會(huì)停下來，求此過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量． 圖Z114 14．如圖Z115所示，兩條平行的光滑固定金屬軌道MN、PQ與水平面的夾角為θ，間距為d.空間存在勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于軌道平面向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，P、M間所接電阻的阻值為R.質(zhì)量為m的金屬桿ab水平放置在軌道上，其接入電路的電阻為r.現(xiàn)將ab由靜止釋放，當(dāng)它沿軌道下滑距離x時(shí)，達(dá)到最大速度．若軌道足夠長且電阻不計(jì)，重力加速度為g.求： (1)金屬桿ab運(yùn)動(dòng)的最大速度； (2)金屬桿ab運(yùn)動(dòng)的加速度為gsin θ時(shí)，電阻R上的電功率； (3)金屬桿ab從靜止到具有最大速度的過程中，克服安培力所做的功． 圖Z115 15．如圖Z116甲所示，在光滑、絕緣的水平面上，虛線MN的右側(cè)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝2 T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場，MN的左側(cè)有一個(gè)質(zhì)量m＝0.1 kg、bc邊的長度L1＝0.2 m、總電阻R＝2 Ω的矩形線圈abcd.t＝0時(shí)，用恒定拉力F拉線圈，使其由靜止開始向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過1 s，線圈的bc邊到達(dá)磁場邊界MN，此時(shí)立即將拉力F改為變力，又經(jīng)過1 s，線圈恰好完全進(jìn)入磁場．整個(gè)運(yùn)動(dòng)的過程中，線圈中的感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖像如圖乙所示．求： (1)線圈bc邊剛進(jìn)入磁場時(shí)的速度v0和線圈在第1 s內(nèi)運(yùn)動(dòng)的距離x； (2)線圈ab邊的長度L2； (3)線圈ad邊剛進(jìn)入磁場時(shí)拉力的功率． 圖Z116 參考答案 特色專題訓(xùn)練(一) 1．C　[解析] 當(dāng)線圈平行于磁感線或垂直于磁感線平移時(shí)，線圈中的磁通量為零且無變化，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生；當(dāng)線圈繞BC邊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過線圈的磁通量沒有發(fā)生變化，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生；只有當(dāng)線圈繞AB邊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過線圈的磁通量才會(huì)發(fā)生變化，線圈中才會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生．所以，只有選項(xiàng)C正確． 2．AC　[解析] 閉合開關(guān)S時(shí)，由于L是一個(gè)自感系數(shù)較大的線圈，產(chǎn)生反向的自感電動(dòng)勢阻礙電流的變化，所以開始時(shí)I2很小而I1較大，隨著電流逐漸達(dá)到穩(wěn)定，I2開始逐漸變大，I1逐漸減?。蔬x項(xiàng)A、C正確． 3．D　[解析] 線圈進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈受安培力作用做減速運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能減少．同理，線圈離開勻強(qiáng)磁場時(shí)，動(dòng)能也減少，進(jìn)、出時(shí)減少的動(dòng)能都等于克服安培力做的功．由于進(jìn)入磁場時(shí)線圈的速度大，故感應(yīng)電流大，安培力大，克服安培力做的功也多，減少的動(dòng)能也多．線圈離開磁場的過程中，損失的動(dòng)能少于它未進(jìn)入磁場時(shí)動(dòng)能的一半，因此線圈離開磁場后仍能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)．選項(xiàng)D正確． 4．AD　[解析] 根據(jù)E＝BLv∝v以及v1＝2v2可知，選項(xiàng)A正確；因?yàn)镮＝∝E，所以I1∶I2＝2∶1，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；線圈中產(chǎn)生的熱量Q＝I2Rt＝t＝＝∝v，所以Q1∶Q2＝2∶1，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)q＝可知，選項(xiàng)D正確． 5．AB　[解析] 三角形線框向外勻速運(yùn)動(dòng)的過程中，由于切割磁感線的有效長度L＝vt，所以線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小E＝BLv＝Bv2t，故選項(xiàng)A正確；線框離開磁場的過程中，通過線框的電荷量Q＝IΔt＝Δt＝，選項(xiàng)B正確；當(dāng)線框恰好剛要完全離開磁場時(shí)，線框切割磁感線的有效長度最大，為l，則F＝BIl＝，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；線框的熱功率為P＝Fv＝BIvtv＝，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 6．AC　[解析] 線圈上升過程中在減速，下降過程中，運(yùn)動(dòng)情況比較復(fù)雜，有加速、減速或勻速等，把上升過程看作反向的加速，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)運(yùn)動(dòng)到同一位置時(shí)，線圈的速度都比下降過程中相應(yīng)的速度要大，可以得出結(jié)論：上升過程中克服安培力做功多，選項(xiàng)A正確；上升過程時(shí)間短，故克服重力做功的平均功率大于下降過程中重力做功的平均功率，選項(xiàng)C正確． 7．AD　[解析] 開關(guān)S閉合前，導(dǎo)體棒只受重力而加速下滑．閉合開關(guān)時(shí)有一定的初速度v0，若此時(shí)F安>mg，則F安－mg＝ma.若F安W2；又由于導(dǎo)線框兩次被拉出的過程中，磁通量的變化量相等，即ΔΦ1＝ΔΦ2，由q＝It＝t＝t＝＝得q1＝q2.故選項(xiàng)C正確． 10．B　[解析] 導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為BLv，所以U＝BLv，對(duì)小球由平衡條件有＝mgtan θ，聯(lián)立解得＝，由右手定則可知，通過導(dǎo)體棒的電流方向?yàn)閎→a，故左側(cè)金屬板帶正電，小球帶正電，選項(xiàng)B正確． 11．(1)B　(2)2v　4v　(3)成反比　感應(yīng)電動(dòng)勢的大小跟磁鐵穿過線圈的磁通量的變化率成正比 [解析] (1)傳送帶的速度越大，磁鐵穿過線圈的時(shí)間越短，所以改變電動(dòng)機(jī)的速度就改變了磁鐵穿過線圈的時(shí)間Δt；由于線圈面積不變，條形磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，所以磁通量的改變量ΔΦ不變． (2)從圖中可以看出，甲的最高電壓是0.5 V，乙的最高電壓是1.0 V，丙的最高電壓是2.0 V，所以，傳送帶的速度應(yīng)該分別是v、2v和4v. (3)本實(shí)驗(yàn)通過控制電動(dòng)機(jī)的速度，直接改變的是磁鐵穿過線圈的時(shí)間Δt，所以直接的結(jié)論是感應(yīng)電動(dòng)勢的大小跟磁鐵穿過線圈的時(shí)間Δt成反比．由于線圈面積不變，條形磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，即ΔΦ不變，所以可得出感應(yīng)電動(dòng)勢E的大小跟磁鐵穿過線圈的磁通量的變化率成正比的結(jié)論． 12．(1)0.1 A　方向?yàn)閎→a　(2)910－6 C [解析] (1)通過圓形線圈的磁通量Φ變大，由楞次定律和安培定則知，線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，所以通過R的電流方向?yàn)橛蒪到a.由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為E＝＝＝1000.20.02 V＝0.4 V， 由閉合電路的歐姆定律可知，通過R的電流為I＝＝ A＝0.1 A. (2)電容器兩端的電壓等于電阻R兩端的電壓，即UC＝UR＝IR＝0.13 V＝0.3 V， 電容器所帶的電荷量為Q＝CUC＝3010－60.3 C＝910－6 C. 13．(1)0.25 A　方向?yàn)閍→b　(2)0.2 W　(3)0.075 J [解析] (1)由右手定則可知，金屬棒中的電流方向?yàn)閍→b 感應(yīng)電動(dòng)勢E＝Blv＝0.50.44 V＝0.8 V 由閉合電路的歐姆定律得I＝＝ A＝0.25 A. (2)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)金屬棒受到的安培力 F安＝BIl ＝0.50.250.4 N＝0.05 N， 則 F外＝F安＝0.05 N， 功率 P＝F外v＝0.054 W＝0.2 W. (3)由能量守恒定律可知，金屬棒的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電路中產(chǎn)生的熱量，即Q＝ΔEk＝mv2＝0.08 J， 故電阻R上產(chǎn)生的熱量為QR＝Q＝0.075 J. 14．(1)　(2)R (3)mgxsin θ－ [解析] (1)當(dāng)桿達(dá)到最大速度時(shí)安培力F＝mgsin θ， 安培力F＝BId，其中感應(yīng)電流I＝， 感應(yīng)電動(dòng)勢E＝Bdvm， 聯(lián)立解得最大速度vm＝. (2)當(dāng)ab運(yùn)動(dòng)的加速度為gsin θ時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律，有 mgsin θ－BI′d＝mgsin θ， 電阻R上的電功率P＝I′2R， 解得P＝R. (3)金屬桿從靜止到具有最大速度的過程中根據(jù)動(dòng)能定理得 mgxsin θ－WF＝mv－0， 解得WF＝mgxsin θ－. 15．(1)0.5 m/s　0.25 m　(2)1 m　(3)0.33 W [解析] (1)t1＝1 s時(shí)，線圈的bc邊剛進(jìn)入磁場，感應(yīng)電動(dòng)勢 E1＝BL1v0 感應(yīng)電流I1＝ 由圖中可讀出I1＝0.1 A 聯(lián)立解得v0＝0.5 m/s 故線圈在第1 s內(nèi)的位移x＝t1＝0.25 m. (2)線圈在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流I＝，由圖乙可知，電流隨時(shí)間均勻增大，故線圈在磁場中做勻加速運(yùn)動(dòng)． t2＝2 s時(shí)，感應(yīng)電流I2＝＝0.3 A 解得線圈的速度v2＝1.5 m/s 故線圈ab邊的長度L2＝(t2－t1)＝1 m. (3)線圈在磁場中運(yùn)動(dòng)的加速度a＝＝1 m/s2 線圈ad邊剛進(jìn)入磁場時(shí)，有F－BI2L1＝ma 解得拉力F＝0.22 N 故拉力的功率P＝Fv2＝0.33 W.