青海省西宁市海湖中学2019-2020学年高二下学期第一阶段考试物理试题 13页

西宁市海湖中学 2019---2020 学年第二学期第一次阶段考试 高二年级物理试卷 一、选择题（本题共 10 小题，每小题 4 分，共计 40 分。1~7 题为单选题，8~10 题为多选题，全选对的得 4 分，选对不全的得 2 分，选择有错或不选的得 0 分）。 1.图中能产生感应电流的是（　　） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 【详解】A． 线圈是不闭合的，不能产生感应电流。故 A 错误； B． 线框的面积增大，穿过线框的磁通量增大，能够产生感应电流。故 B 正确； C． 由于直导线在线圈的直径的上方，所以穿过线圈的磁通量等于 0，电流增大，线圈的磁通 量仍然是 0．故 C 错误； D． 线圈整体垂直于磁场运动，线圈的磁通量始终是最大，没有发生变化，没有感应电流。 故 D 错误。 故选 B。 2.关于感应电动势大小的正确表述是（ ） A. 穿过某导体框的磁通量为零时，该导体框中的感应电动势一定为零 B. 穿过某导体框的磁通量越大，该导体框中的感应电动势一定越大 C. 穿过某导体框的磁通量变化量越大，该导体框中的感应电动势一定越大 D. 穿过某导体框的磁通量变化越快，该导体框中的感应电动势一定越大 【答案】D 【解析】 【详解】根据法拉第电磁感应定律 得感应电动势的大小跟磁通量的变化率成正比． A．穿过导体框的磁通量为零的瞬间，但 可能很大，产生的感应电动势可能很大，也可 能很小，故 A 错误； B．磁通量越大，是 大，但 及 ，则不一定大，故 B 错误； C．磁通量变化越大，即 大，由于不知磁通量的变化时间，故 不一定越大，故 C 错 误； D．磁通量变化的快慢用 ，表示磁通量变化得快，则 比值就大，根据法拉第电磁感 应定律有产生的感应电动势就越大，故 D 正确． 故选 D。 点睛：磁通量 ，磁通量的变化 ，磁通量的变化率是磁通量的变化和所 用时间的比值 ，法拉第电磁感应定律告诉我们感应电动势的大小跟磁通量的变化率成正 比，正确理解磁通量、磁通量的变化和磁通量的变化率是解决本题的关键． 3.如图所示，粗糙水平桌面上有一矩形导体线圈，当一竖直放置的条形磁场从线圈中线 AB 正 上方等高快速经过时线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力及在水平方向运动趋势的正确 判断是（　　） A. 支持力先变大后变小，运动趋势向左 B 支持力先变大后变小，运动趋势向右 C. 支持力先变小后变大，运动趋势向左 D 支持力先变小后变大，运动趋势向右 【答案】B 【解析】 【详解】当磁铁向右运动靠近时，线圈中的磁通量增大，根据楞次定律的第二种描述“来拒 E n t ∆Φ= ∆ t Φ∆ ∆ Φ ∆Φ t Φ∆ ∆ ∆Φ t Φ∆ ∆ t Φ∆ ∆ t Φ∆ ∆ BSΦ = 2 1 ∆Φ = Φ − Φ t Φ∆ ∆ 去留”，可知，线圈有向下和向右的趋势，故线圈受到的支持力增大，同时运动趋势向右，同 理，当向右运动远离时，则线圈中的磁通量减小，根据楞次定律的第二种描述：“来拒去 留”，可知，线圈有向上和向右的趋势，故线圈受到的支持力减小，同时运动趋势向右，故ACD 错误，B 正确。 故选 B。 4.如图所示是一多匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的感应电动势的图 象，根据图象可知 A. 此感应电动势的瞬时表达式为 e=200sin(0.02t)V B. 此感应电动势的解时表达式为 e=200sin(50πt)V C. t=0.01s 时，穿过线圈的磁通量为零 D. t=0.02s 时，穿过线圈的磁通量的变化率为零 【答案】D 【解析】 AB、由图象知周期 T=0.02s，所以频率 f=50Hz，由图象知电动势最大值为 200V，角速度为 ，所以感应电动势的瞬时表达式为 e=200sin100πt，故 AB 错误； C、t=0.01 s 时，感应电动势为零，则穿过线圈的磁通量最大，故 C 错误； D、t=0.02 s 时，感应电动为零，则穿过线圈的磁通量的变化率也为零，故 D 正确； 故选 D． 【点睛】从图象得出电动势最大值、周期，从而算出频率、角速度，进而得出感应电动势的 瞬时表达式；当磁通量最大时电动势为零，磁通量为零时电动势最大． 5.如图所示，矩形线圈 abcd 在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴 P1 和 P2 以相同的角 速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时(　　) 2 1000.02 π π= A. 线圈绕 P1 转动时的电流等于绕 P2 转动时的电流 B. 线圈绕 P1 转动时的电动势小于绕 P2 转动时的电动势 C. 线圈绕 P1 和 P2 转动时电流的方向相同，都是 a→b→c→d D. 线圈绕 P1 转动时 dc 边受到的安培力大于绕 P2 转动时 dc 边受到的安培力 【答案】A 【解析】 【详解】AB．根据 E=BωS 可知，无论线圈绕轴 P1 和 P2 转动，则产生的感应电动势均相等， 故感应电流相等，故 A 正确，B 错误； C．由楞次定律可知，线线圈绕 P1 和 P2 转动时电流的方向相同，都是 a→d→c→b→a，故 C 错误； D．由于线圈 P1 转动时线圈中的感应电流等于绕 P2 转动时线圈中得电流，故根据 F=BLI 可知，线圈绕 P1 转动时 dc 边受到的安培力等于绕 P2 转动时 dc 边受到的安培力，故 D 错误。 故选 A。 6.闭合线框 abcd，自某高度自由下落时穿过一个有界的匀强磁场，当它经过如图所示的三个位 置时，感应电流的方向判断正确的是（ ） A. 经过Ⅰ时，a→d→c→b→a B. 经过Ⅱ时，a→b→c→d→a C. 经过Ⅱ时，a→d→c→b→a D. 经过Ⅲ时，a→d→c→b→a 【答案】D 【解析】 【详解】A、经过Ⅰ时，向里的磁通量增加，根据楞次定律则感应电流磁场方向向外，由右手 定则判断感应电流方向为 a→b→c→d→a，故 A 错误； BC、经过Ⅱ时，磁通量不变，则感应电流为 0，故 BC 错误； D、经过Ⅲ时，向里的磁通量减少，根据楞次定律感应电流的磁场方向向里，由右手定则判断 感应电流方向为 a→d→c→b→a，故 D 正确． 7.如图所示电路中，L 是一电阻可忽略不计的电感线圈，a、b 为 L 上的左右两端点，A、B、C 为完全相同的三个灯泡，原来电键 K 是闭合的，三个灯泡均在发光．某时刻将电键 K 打开， 则下列说法正确的是( ) A. a 点电势高于 b 点，A 灯闪亮后缓慢熄灭 B. b 点电势高于 a 点，B、C 灯闪亮后缓慢熄灭 C. a 点电势高于 b 点，B、C 灯闪亮后缓慢熄灭 D. b 点电势高于 a 点，B、C 灯不会闪亮只是缓慢熄灭 【答案】B 【解析】 电键 K 闭合稳定时，电感线圈支路的总电阻较 B、C 灯支路电阻小，故流过 A 灯的电流 I1 大于 流过 B、C 灯的电流 I2．且电流方向由 a 到 b，a 点电势高于 b 点．当电键 K 打开，由于与电源 断开，但电感线圈会产生自感现象，相当于电源，b 点电势高于 a 点，阻碍流过 A 灯的电流减 小，瞬间流过 B、C 灯支路的电流为 I1＞I2．故 B、C 灯闪亮一下后再缓慢熄灭，故 B 正确． 8.下列说法中正确的是 　　 A. 电动机应用了“自感”对交流电的阻碍作用 B. 电磁灶应用了“涡流”的加热原理 C. 日光灯启动时利用了“自感”所产生的高压 D. 电磁流量计应用了“涡流”所产生的电磁阻尼作用 【答案】BC ( ) 【解析】 【详解】A.电动机应用了线圈在磁场中受到安培力转动，A 错误； B.电磁灶里面的线圈中变化的电流，产生变化的磁场，从而形成涡流，根据电流的热效应进 行加热，B 正确； C.日光灯启动时利用了“自感”所产生的高压，C 正确； D.电磁流量计应用了电荷在复合场中受到电场力和洛伦兹力平衡，从而得出液体的流速，D 错 误． 故选 BC。 9.如图所示，垂直纸面的正方形匀强磁场区域内有一处于纸面内的正方形导体框 abcd，现将导 体框分别向右以速度 v 和向左以速度 3v 匀速拉出磁场，则在这两个过程中（　　） A. 导体框中的感应电流方向相反 B 安培力对导体框做功相同 C. 导体框 ad 边两端电势差相同 D. 通过导体框截面的电量相同 【答案】CD 【解析】 【详解】A．导体框移出磁场时，根据楞次定律可知感应电流方向均为逆时针方向，故 A 错误； B．设磁感应强度为 B，线框边长为 L，电阻为 R，则 又 得到 则 2 2 2 2E B L vQ t tR R = = vt L= 2 3B L vW Q R = = 当速度为 时安培力做功多，故 B 错误； C．向左移出磁场时，ad 电势差 向右移出磁场时，ad 电势差 故 C 正确； D．根据感应电荷量 由于线框拉出磁场，磁通量的变化量 相等，则通过导体框截面的电量相同，故 D 正确。 故选 CD。 10.如图所示，某发电站的电能输送示意图，输电线总电阻为 r，升压变压器原副线圈匝数分别 为 n1、n2，降压变压器原副线圈匝数分别为 n3、n4，两变压器均为理想变压器．若发电机的输 出电压与负载的额定电压刚好相等，要使负载正常工作，下列判断正确的是 A. B. C. 升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率 D. 升压变压器的输出电流等于降压变 压器的输入电流 【答案】BD 【解析】 由变压器的电压比与匝数之比的关系得： ， ；因为线路电压损失，即U2＞ U3，由题意 U1=U4，所以 ，选项 A 错误，B 正确；因是理想变压器，则其输入功率 与输出功率相等，但由于电线电阻功率损失，所以升压变压器的输出功率大于降压变压器的 W v∝ 3v 1 1 334 4U BL v BLv= ⋅ = 2 3 4U BLv= q R ∆Φ= ∆Φ 32 1 4 nn n n = 32 1 4 nn n n > 2 2 1 1 U n U n ＝ 3 3 4 4 U n U n ＝ 32 1 4 nn n n > 输入功率．故 C 错误．升压变压器的输出电流等于降压变压器的输入电流，故 D 正确；故选 BD． 点睛：理想变压器的输入功率与输出功率相等，且没有漏磁现象．远距离输电，由于导线通 电发热导致能量损失，所以通过提高输送电压，从而实现降低电损． 二、填空题（每空 2 分，共 12 分） 11.一个有 10 匝的闭合导体线圈，若在 0.01s 内，通过线圈的磁通量是由 0.04Wb 均匀地减小 到零，则在这段时间内线圈产生的感应电动势 E＝_________． 【答案】40V 【解析】 【详解】根据法拉第电磁感应定律可得 12.如图所示，放在通电螺线管内部中央处的小磁针，静止时 N 极指向右端，则电源的 a 端为 _____极（填“正”或“负”），螺线管的 c 端为_____极．（填“N”或“S”） 【答案】 (1). 正 (2). S 【解析】 【详解】[1][2]螺线管内部的磁场方向水平向右，根据安培定则，知螺线管中的电流从左侧流 进，右侧流出，实验 a 端为电源的正极．内部的磁场由 S 指向 N，实验 c 端为 S 极或南极。 13.两个电流随时间的变化关系如图甲、乙所示，把它们通入相同的电阻中，则甲、乙两图的 电流有效值之比 I 甲:I 乙=_______。 【答案】 【解析】 【详解】[1]甲图中交变电流的有效值 0.0410 400.01E n V Vt ∆Φ= = × =∆ 1: 2 乙图中交变电流的有效值 故交流电的有效值之比为 14.如图所示，两条平行金属导轨 ab、cd 置于磁感应强度 B=0.5T 的匀强磁场中，两导轨间的 距离 l=0.6m，导轨间连有电阻 R．金属杆 MN 垂直置于导轨上，且与轨道接触良好，现使金 属杆 MN 沿两条导轨向右匀速运动，产生的感应电动势为 3V．由此可知，金属杆 MN 滑动的 速度大小为 m/s；通过电阻 R 的电流方向为 （填“a R c”或“c R a”）． 【答案】10m/s；cRa 【解析】 【 详 解 】 根 据 电 磁 感 应 定 律 ， 可 得 导 体 棒 垂 直 切 割 磁 感 线 产 生 的 感 应 电 动 势 为 ： ，解得速度为： ，根据安培右手定则，磁感线穿 过右手手心，大拇指指向导体棒运动方向，四指所指即电流方向，据此判断感应电流从 M 流 向 N，导体棒相当于电源，M 为负极，N 为正极，所以流过电阻 R 的电流方向为 cRa。 三、实验题（每空 2 分，共 10 分） 15.一同学用如图所示装置研究感应电流方向与引起感应电流的磁场变化的关系。已知电流从 接线柱 a 流入电流表时，电流表指针右偏，实验时原磁场方向、磁铁运动情况及电流表指针 均记录在下表中。 (1)由实验 1、3 得出的结论是：穿过闭合回路的磁通量______（填“增加”、“减少”）时，感 m 10 A 5 2A 2 2 II = = = 10AI′ = 5 2:10=1: 2 0.5 0.6 3E BLv T m v v= = × × = 10 /v m s= 应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向______（填“相同”、“相反”）； (2)由实验 2、4 得出的结论是：穿过闭合回路的磁通量______（填“增加”、“减少”）时，感 应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向______（填“相同”、“相反”）； (3)由实验 1、2、3、4 得出的结论是：_________________。 【答案】 (1). 增加 (2). 相反 (3). 减少 (4). 相同 (5). 感应电流的磁场总是 阻碍引起感应电流的磁通量的变化 【解析】 【详解】(1)[1][2]由表中信息可知，在实验 1、3 中，磁铁插入线圈，穿过线圈的磁通量增加， 而穿过线圈的磁场方向相反，感应电流方向相反，感应电流磁场方向与原磁场方向相反，由 此可知：穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反。 (2)[3][4]由表中实验信息可知，在实验 2、4 中，穿过线圈的磁通量减小，磁场方向相反，感 应电流方向相反，感应电流磁场方向与原磁场方向相同，由此可知：穿过闭合回路的磁通量 减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。 (3)[5]综合分析 4 次实验可知：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 四.计算题（共 3 小题,共 38 分） 16.如图甲所示，水平面内间距为 L=0.5M 的平行金属导轨，左端连接一阻值为 R= 的电阻， 右端 MN 和 PQ 之间存在宽度为 d=2cm 的竖直方向的磁场，磁感应强度随时间变化规律如乙 图所示，(取竖直向下为正方向)，t=0 时刻，导体棒 ab 在水平恒力 F 的作用下由静止开始向右 运动，已知导体棒的质量为 m=0.1kg，阻值 r= ，导体棒与导轨间的摩擦因数 =0.2，不计 其它电阻，取 g=10m·s-2。 (1)求 0~2s 内通过电阻 R 的电流； (2)若 F=0.5N，在 t=3s 时导体棒恰好进入磁场，求此时导体棒两端 电压。 【答案】(1)电流为零；(2)1.2V 【解析】 【详解】(1)0∼2 秒内变化的磁场不在回路中，则通过电阻 R 的电流为零。 的 20Ω 1Ω µ (2)0∼3 秒导体棒在磁场外做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可知 导体棒刚进入磁场时的速度为 导体棒刚进入磁场时的电动势为 此时电阻 R 和导体棒串联，电路中的电流为 此时棒两端的电压为 解得 17.如图所示，矩形线圈 abcd 的匝数为 N=50 匝，线圈 ab 的边长为 L1=0.2m，bc 的边长为 L2=0.25m，在磁感应强度为 B=0.4T 的匀强磁场中，绕垂直于磁感线且通过线圈中线的 OO′轴 匀速转动，转动的角速度 ω=100 rad/s，若线圈自身电阻为 r=1Ω，负载电阻 R=9Ω．试求： （1）穿过线圈平面 最大磁通量 Φm； （2）线圈在图示位置（线圈平面与磁感线平行）时，感应电动势 e 的大小； （3）1min 时间内电阻 R 上产生的焦耳热 Q 的大小． 【答案】（1）0.02Wb （2）100 V （3）5.4×104 J 【解析】 【详解】（1）穿过线圈平面的最大磁通量 的 F mg maµ− = v at= 2E BLv= 2EI R r = + 2U E Ir= − 1.2VU = 2 2 1 2 0.4 0.2 0.25Wb 0.02Wbm BS BL LΦ = = = × × = （2）感应电动势的最大值 Em=NBωS=NBL1L2ω=50×0.4×0.2×0.25×100 V=100 V 线圈在图示位置时电动势达到最大值，此时感应电动势的值为 100 V. （3）电动势的有效值为 E= =100V 电流有效值为 I= = A=10A 电阻 R 上产生的热量为 Q=I2Rt=102 ×9×60=5.4×104 J 点睛：线框在匀强磁场中匀速转动，产生正弦式交变电流．而对于电表读数、求产生的热量 均由交变电的有效值来确定，而涉及到耐压值时，则由最大值来确定．而通过某一电量时， 则用平均值来求． 18.风力发电作为新型环保新能源，近几年来得到了快速发展。如图是所建的风车阵。如果风 车阵中发电机总输出功率为 100kW，输出电压是 250V，先后经过升压变压器和降压变压器传 输到用户，设输电线的总电阻为 。若要求输电线中因发热而损失的功率为输送功率的 4%，试求： (1)输电线上的电压损失为多少？ (2)输电线路中设置的升压变压器的原、副线圈的匝数比为多少？ (3)用户得到的电能使多少盏“220V，40W”的灯泡正常发光？ 【答案】(1)200V；(2)1:20；(3)2400 盏 【解析】 【详解】(1)损失的功率为 2 2 2 2 mE E R r+ 100 9 1+ 10Ω 解得 损失的电压为 (2)升压变压器副线圈的电压为 升压变压器的匝数之比为 (3)用户得到的功率 灯泡正常发光的个数为 0.04 4000WP P∆ = = 2 2P I r∆ = 2 20AI = 2 200VU I r∆ = = 2 5000VPU I ′ = = 1 2 1 20 n U n U = =′ ( )1 0.04 96kWP P= − =用 2400PN P = =用 灯 盏