河南省南阳市第一中学2020学年高二物理上学期第三次月考试题（含解析） 17页

河南省南阳市第一中学2020学年高二上学期第三次月考 ‎ 一、选择题（每题4分，共48分）‎ ‎1. 某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律，当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流计的感应电流的方向是 A. a→G→b B. 先a→G→b，后b→G→a C. b→G→a D. 先b→G→a，后a→G→b ‎【答案】D 磁铁向下串出线圈，穿过线圈的磁场方向向下，磁通量减小，根据楞次定律可知，回路中产生顺时针方向的电流，通过检流计的电流方向a→G→b ‎2. 如图所示，通电螺线管置于闭合金属环a的轴线上，当螺线管中电流I减小时 A. 环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的减小 B. 环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的减小 C. 环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的增大 D. 环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的增大 ‎【答案】A ‎【解析】当螺线管中通过的电流逐渐变小时，电流产生的磁场逐渐变弱，故穿过金属环a的磁通量变小，根据楞次定律可知，为阻碍原磁通量变小，金属环a有收缩的趋势，故A正确，BCD错误。‎ ‎3. 一长直铁芯上绕有一固定线圈M，铁芯右端与一木质圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合金属环N，N可在木质圆柱上无摩擦移动，M连接在如图所示的电路中，其中R为滑动变阻器，和为直流电源，S为单刀双掷开关，下列情况中，可观测到N向左运动的是 A. 在S断开的情况下，S向a闭合的瞬间 B. 在S断开的情况下，S向b闭合的瞬间 C. 在S已向a闭合的情况下，将R的滑动头向c端移动时 D. 在S已向a闭合的情况下，将R的滑动头向d端移动时 ‎【答案】C ‎【解析】试题分析：由楞次定律的第二种描述：“来拒去留”可知要使N向左运动，通过N的磁通量应减小；而A、B中由断开到闭合过程中磁通量均增大，故AB错误；‎ 若将移动滑动头，则向c端移动时，滑动变阻器接入电阻增大，则电路中电流减小，磁通量减小，故会使N左移，故C正确；‎ 而D中向d移动时，滑动变阻器接入电阻减小时，故电路中电流增大，磁场增大，故会使N右移，故D错误；‎ 故选C 考点：楞次定律；‎ 点评：楞次定律有两种描述：“增反减同”和“来拒去留”，后者判断导体的运动更有效，应学会应用．‎ 视频 ‎4. 在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡和分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R，闭合开关S后，调整R，使和发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I，然后断开S，若时刻再闭合S，则在前后的一小段时间内，正确反映流过的电流、流过的电流随时间t变化的图像是 A. B. C. D. ‎ ‎【答案】B ‎【解析】由于小灯泡L1与电感线圈串联，断开S后再闭合，流过L1的电流从无到有（即增大），电感线圈对电流有阻碍作用，所以流过灯泡L1的电流从0开始逐渐增大，最终达到I，故A错误，B正确；由于小灯泡L2与滑动变阻器串联，断开S后再闭合，立即有电流通过L2，当I1电流逐渐增大时，流过L2的电流逐渐减小，最终减到I，故CD错误。所以B正确，ACD错误。‎ ‎5. 某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路，检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象，虽经多次重负，仍未见老师演示时出现小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因，你认为最由可能造成小灯泡未闪亮的原因是 A. 电源的内阻较大 B. 小灯泡电阻偏大 C. 线圈电阻偏大 D. 线圈的自感系数较大 ‎【答案】C ‎【解析】A、开关断开开关时，灯泡能否发生闪亮，取决于灯泡的电流有没有增大，与电源的内阻无关，A错误；‎ B、若小灯泡电阻偏大，稳定时流过灯泡的电流小于线圈的电流，断开开关时，根据楞次定律，流过灯泡的电流从线圈原来的电流逐渐减小，灯泡将发生闪亮现象，B错误；‎ C、线圈电阻偏大，稳定时流过灯泡的电流大于线圈的电流，断开开关时，根据楞次定律，流过灯泡的电流从线圈原来的电流逐渐减小，灯泡不发生闪亮现象，C正确；‎ D、线圈的自感系数较大，产生的自感电动势较大，但不能改变稳定时灯泡和线圈中电流的大小，D错误；‎ 故选C。‎ 视频 ‎6. 如图所示，线圈内有理想边界的磁场，开关闭合，当磁感应强度均匀减小时，有一带电微粒静止于水平放置的平行板电容器中间，若线圈的匝数为n，平行板电容器的板间距离为d，粒子的质量为m，带电荷量为q，线圈面积为S，则下列判断中正确的是 A. 带电微粒带负电 B. 线圈内磁感应强度的变化率为 C. 当下极板向上移动时，带电微粒将向上运动 D. 当开关断开时，带电微粒将做自由落体运动 ‎【答案】BC ‎【解析】由于磁感应强度均匀减小，由楞次定律可知电容器下极板带正电，带电微粒静止，说明其受到的电场力向上，所以带电微粒带正电，故A错误；根据平衡条件可得，电动势为，联立可得：，故B正确；当下极板向上移动时，两极板间距减小，场强为：可知场强变大，则，故带电微粒将向上加速运动，故C正确；开关断开时，电容器两极板间电压不变，故带电微粒仍静止，故D错误。所以BC正确，AD错误。‎ ‎7. 如图甲所示，光滑导轨水平放置在斜向下且与水平方向夹角为60°的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示（规定斜向下为正方向），导体棒ab垂直导轨放置，除了电阻R的阻值外，其余电阻不计，导体棒ab在水平外力作用下始终处于静止状态，规定a→b的方向为电流的正方向，水平向右的方向为外力的正方向，则在0~t时间内，能正确反映流过导体棒ab的电流i和导体棒ab所受水平外力F随时间t变化的图像的是 A. B. C. D. ‎ ‎【答案】D ‎【解析】试题分析：由法拉第电磁感应定律，则有：，由图乙知，的变化率不变，即保持不变，则感应电动势保持不变，电路中电流不变；根据楞次定律判断得知中感应电流沿，为负值，故A错误，B也错误；由安培力可知，电路中安培力随的变化而变化，当为负值时，根据楞次定律判断可知a中感应电流从到，安培力的方向垂直于磁感线斜向右下方，如图所示，根据平衡条件可知，水平外力水平向左，为负，大小为；同理，为正值时，水平外力水平向右，为正，大小为，故C错误，D正确。‎ 考点：法拉第电磁感应定律、楞次定律 ‎【名师点睛】由法拉第电磁感应定律可分析电路中的电动势，则可分析电路中的电流，根据楞次定律判断感应电流的方向；由安培力公式可得出安培力的表达式，则可得出正确的图象。对于图象问题，关键要熟练运用法拉第电磁感应定律、安培力、左手定则等规律，得到物理量的表达式，再研究图象的意义．可定性判断与定量、排除法和直判法相结合的方法进行解答。‎ ‎8. 如图所示，圆环a和圆环b的半径之比为2：1，两环用同样粗细，同种材料制成的导线连成闭合回路，连接两环的导线电阻不计，匀强磁场的磁感应强度变化率恒定，则在a、b环分别单独置于磁场中的两种情况下，M、N两点的电势差之比为 A. 4：1 B. 1：4 C. 2：1 D. 1：2‎ ‎【答案】C ‎【解析】试题分析：a环与b环的半径之比为2:1，故周长之比为2:1，由电阻定律知电阻之比为2:1,；M、N两点间电势差大小为路端电压，；由法拉第电磁感应定律，磁感应强度的变化率相同，得，故两次电压的比为,C对。‎ 考点：法拉第电磁感应定律、路端电压。‎ ‎【名师点睛】法拉第电磁感应定律 ‎(1)内容：感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比．‎ ‎(2)公式：E＝n，其中n为线圈匝数．‎ ‎(3)感应电流与感应电动势的关系：遵守闭合电路欧姆定律，即I＝．‎ ‎9.‎ ‎ 如图所示，边长为2l的正方形虚线框内有垂直纸面向里的匀强磁场，一个边长为l的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直，导线框的一条对角线和虚线框的一条对角线恰好在同一直线上．从t=0开始，使导线框从图示位置开始以恒定速度沿对角线方向移动进入磁场，直到整个导线框离开磁场区域．用I表示导线框中的感应电流（逆时针方向为正），则下列表示I-t关系的图线中，正确的是 A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】D ‎【解析】导线框完全进入磁场后，没有感应电流产生，故AB错误；进入和穿出磁场过程，线框有效切割长度变化，感应电动势和感应电流在变化，故C错误；线框进入磁场过程，有效切割长度L均匀增大，感应电动势E均匀增大，感应电流I均匀增大．穿出磁场过程，有效切割长度L均匀减小，感应电动势E均匀减小，感应电流I均匀减小，两个过程电流方向相反，故D正确．‎ ‎10. 如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计，匀强磁场与导轨平面垂直，阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置．t=0时，将开关S由1掷到2．Q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度．下列图象正确的是 A. B. C. D. ‎ ‎【答案】ABC ‎【解析】本题考查安培定律和电磁感应定律的问题，将形状S由1掷到2，是电容器放电的过程，棒中有了电流就会受到向右的安培力的作用，光滑导轨上安培力提供加速度a，，所以D图正确，‎ 视频 ‎11. 如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和不等于 A. 棒的机械能增加量 B. 棒的动能增加量 C. 棒的重力势能增加量 D. 电阻R上放出的热量 ‎【答案】BCD ‎【解析】试题分析：棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，F做正功，安培力做负功，重力做负功，动能增大．根据动能定理分析力F做的功与安培力做的功的代数和．‎ 解：A、棒受重力G、拉力F和安培力FA的作用．由动能定理：WF+WG+W安=△EK 得WF+W安=△EK+mgh 即力F做的功与安培力做功的代数和等于机械能的增加量．故A正确．‎ B、由动能定理，动能增量等于合力的功．合力的功等于力F做的功、安培力的功与重力的功代数和．故B错误．‎ C、棒克服重力做功等于棒的重力势能增加量．故C错误．‎ D、棒克服安培力做功等于电阻R上放出的热量．故D错误 故选A ‎【点评】本题运用功能关系分析实际问题．对于动能定理理解要到位：合力对物体做功等于物体动能的增量，哪些力对物体做功，分析时不能遗漏．‎ 视频 ‎12. 如图所示是磁悬浮列车运行原理模型，两根平行绝缘直导轨间距为L，宽度相同的磁场磁感应强度，方向相反，并且以速度v同时沿直导轨向右匀速运动．导轨上金属框ab边长为L，ab边长与磁场宽度相同，电阻为R，运动时受到的阻力为Ff，则金属框运动的最大速度表达式为 A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】C ‎【解析】由于磁场以速度v向右运动，当金属框稳定后以最大速度vm向右运动，此时金属框相对于磁场的运动速度为：v-vm，根据右手定则可以判断回路中产生的感应电动势E等于ad、bc边分别产生感应电动势之和可得：E=2BL（v-vm），根据欧姆定律可得，此时金属框中产生的感应电流为：，金属框的两条边ad和bc都受到安培力作用，ad和bc边处于的磁场方向相反，电流方向也相反，故它们所受安培力方向一致，故金属框受到的安培力大小：，当金属框速度最大时，安培力与摩擦力平衡，可得：F-Ff=0，解得，故C正确，ABD错误。‎ 三、计算题 ‎13. 均匀导线制成的单匝正方形闭合线框abcd，边长为L，总电阻为R，总质量为m，将其置于磁感应强度为B的垂直于纸面向里的匀强磁场上方某处，如图所示，线框由静止自由下落，线框平面保持在竖直平面内，且cd边始终与磁场的水平边界面平行，当cd边刚进入磁场时，线框的加速度恰好为零，求线框下落的高度h。‎ ‎【答案】‎ ‎...............‎ 根据动能定理可得线框进入磁场的速度：‎ 线框所受安培力：‎ 根据牛顿第二定律可得，当a=0时 联立解得：‎ 点睛：本题主要考查了线框进入磁场的问题，根据动能定理求出速度，再结合牛顿第二定律即可解题。‎ ‎14. 如图（a）所示，面积S=0.2m2、匝数n=630匝，总电阻r=1.0Ω的线圈处在变化的磁场中，磁感应强度B随时间t按图（b）所示规律变化，方向垂直线圈平面，图（a）中的传感器可看成一个纯电阻R，并标有“3V、0.9W”，滑动变阻器R0上标有“10Ω、1A”，试回答下列问题：‎ ‎（1）设磁场垂直纸面向外为正方向，试判断通过理想电流表的电流方向．‎ ‎（2）若滑动变阻器触头置于最左端，为了保证电路的安全，图（b）中的t0最小值是多少？‎ ‎【答案】（1）向右 （2）40s ‎【解析】试题分析：根据楞次定律，结合磁场的方向，即可求解；根据闭合电路的欧姆定律与法拉第电磁感应定律，即可求解。‎ ‎（1）根据楞次定律可知通过理想电流表的电流方向向右。‎ ‎（2）根据电阻与功率的关系，则传感器正常工作时的电阻为：‎ 由闭合电路欧姆定律，则有工作电流：‎ 由于滑动变阻器工作电流是1A，所以电路允许通过的最大电流为I=0.3A 滑动变阻器触头位于最左端时外电路的电阻为，故电源电动势的最大值 由法拉第电磁感应定律可得 带入数据解得：t0=40s 点睛：本题主要考查了次定律、闭合电路的欧姆定律、法拉第电磁感应定律的应用与理解，同时学会运用图象来分析求解即可。‎ ‎15. 如图所示，水平放置的平行轨道M、N间接有一阻值为R=0.128Ω的电阻，轨道宽为L=0.8m，轨道上搭一金属棒ab，其质量m=0.4kg，ab与轨道间动摩擦因数为0.5，除R外其余电阻不计，垂直于轨道的匀强磁场的磁感应强度为B=2T，ab在一电动机的牵引下由静止开始运动，经过t=2s，ab运动了1.2m，刚好达到最大速度．此过程中电动机的平均输出功率为8W，求：该过程中电阻R上消耗的电能．（g=10m/s2）‎ ‎【答案】13.472J ‎【解析】试题分析：当金属棒在下滑过程中，合外力为零时，速度最大，根据平衡求出金属棒的最大速度；利用动能定理求安培力做的功，根据能量守恒求出整个电路产生的热量，从而得出电阻R上产生的热量。‎ 当电动机提供的牵引力等于导体棒所受安培力与滑动摩擦力之和时，速度最大为vmax，‎ 由题意可知此时电动机输出功率最大，故有 解得：‎ 解得vmax=0.8m/s（负值舍去）‎ 全过程，由能的转化和守恒可得：‎ 带入数据解得：Q=13.472J 点睛：本题主要考查了力学和电磁学的综合题，综合运用了电磁感应定律、能量守恒定律以及共点力平衡问题，平时解题时要注意电阻R上产生的热量，是否等于全电路中的热量，即克服安培力做的功。‎ ‎16. 光滑平行的金属导轨MN和PQ，间距L=1.0m，与水平面之间的夹角α=30°，匀强磁场磁感应强度B=2.0T，垂直与导轨平面向上，MP间接有阻值R=2.0Ω的电阻，其它电阻不计，质量m=2.0kg的金属杆ab垂直导轨放置，如图（a）所示．用恒力F沿导轨平面向上拉金属杆ab，由静止开始运动，v-t图象如图（b）所示．g=10m/s2，导轨足够长．求：‎ ‎（1）恒力F的大小；‎ ‎（2）金属杆速度为2.0m/s时的加速度大小；‎ ‎（3）根据v-t图象估算在前0.8s内电阻上产生的热量（已知在前0.8s内杆的位移为1.12m）．‎ ‎【答案】（1）18N （2）2.0m/s2 （3）4.12J ‎【解析】试题分析：由乙图看出，杆的最大速度为4m/s 时，杆做匀速直线运动，根据平衡条件可求出F；金属杆速度为2.0m/s时，求出安培力大小，由牛顿第二定律求解加速度大小；根据速度图象的“面积”大小等于位移，估算出前0.8s内杆的位移，估算时大于等于半格算一个，小于半格舍去．根据能的转化与守恒定律求解电阻R上产生的热量。‎ ‎（1）对金属杆受力分析如图所示：‎ v-t图像可知导轨最后匀速运动且vmax=4m/s 沿斜面方向：，‎ 安培力为：‎ 电流为：‎ 联立并带入数据解得：‎ ‎（2）对金属杆由牛顿第二定律可得：‎ 代入数据解得：‎ ‎（3）设在前0.5s内电阻上产生的热量为Q，‎ 则由功能关系可得：‎ 由v-t图像可知0.8s时速度为：v=2.2m/s，‎ 代入数据解得：‎ 点睛：本题主要考查了电磁感应与力学知识的综合，根据速度图象即可求出斜率等于加速度，“面积”等于位移辅助求解．估算位移时，采用近似的方法。‎ ‎17. 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B为0.5T，其方向垂直于倾角θ为30°的斜面向上，绝缘斜面上固定有“‎ ‎”形状的光滑金属导轨MPN（电阻忽略不计），MP和NP长度均为2.5m，MN连线水平，长为3m，以MN的中点O为原点，OP为x轴建立一维坐标系Ox，一根粗细均匀的金属杆CD，长度d为3m，质量m为1kg，电阻R为0.3Ω，在拉力F的作用下，从MN处以恒定速度v=1m/s在导轨上沿x轴正向运动（金属杆与导轨接触良好），g取10m/s2．‎ ‎（1）求金属杆CD运动过程中产生的感应电动势E及运动到x=0.8m处电势差UCD；‎ ‎（2）推导金属杆CD从MN处运动到P点过程中拉力F与位置坐标x的关系式；‎ ‎（3）求金属杆CD从MN处运动到P点的全过程产生的焦耳热．‎ ‎【答案】（1）-0.6v （2） （3）7.5J ‎【解析】试题分析：导体棒切割磁感线产生感应电动势，由几何关系求得x=0.8m处的电动势，由欧姆定律即可求得CD之间的电势差；感应电流大小与导体长度无关，则电流恒定，因而由电量表达式结合时间即可求解；当导体棒匀速运动，由有效长度可列出安培力大小关于向下运动位移的表达式，根据安培力与位移成线性关系，可利用安培力平均值来求出产生焦耳热。‎ ‎（1）金属杆CD在匀速运动中产生的感应电动势，（l=d），‎ 解得：E=1.5V（D点电势高）‎ 当x=0.8m时，金属杆在导轨教案的电势差为零，设此时杆在导轨外的长度为，则得，‎ 联立并带入数据解得：‎ 由楞次定律判断D点电势高，故CD两端电势差 ‎（2）杆在导轨间的长度l与位置x的关系是：，‎ 对应的电阻为 电流为：‎ 杆受安培力为：‎ 根据平均条件可得，‎ ‎（3）外力F所做的功等于F-x图线下所围成的面积，即 而杆的重力势能增加量，则有：‎ 故全过程产生的焦耳热 点睛：本题主要考查了法拉第电磁感应定律，闭合电路欧姆定律，共点力平衡条件及安培力表达式，要注意产生感应电流与导体棒有效长度无关，同时巧用安培力与位移成线性关系，由安培力平均值来求焦耳热。 ‎