解析甘肃省兰州一中2020┄2021学年高二下学期期中物理试卷

甘肃省兰州一中20２0┄２０21学年高二下学期期中物理试卷

一、单项选择题(本题共有6小题,每小题４分，共２4分）

１．(4分）一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴匀速转动，当线圈通过中性面时，以下说法错误的是()

A．ﻩ通过线圈的磁通量变化率达到最大值 Ｂ.ﻩ通过线圈的磁通量达到最大值 Ｃ．ﻩ线圈平面与磁感线方向垂直 Ｄ.ﻩ线圈中的感应电动势为零

2．(4分)在如图所示的电路中,a、b为两个完全相同的灯泡,L为自感系数较大而电阻不能忽略的线圈，Ｅ为电源,S为开关．关于两灯泡点亮和熄灭的下列说法正确的是（)

A．ﻩ合上开关，a先亮，ｂ后亮;稳定后a、b一样亮 B.ﻩ合上开关,ｂ先亮，a后亮；稳定后ｂ比a更亮一些 C． 断开开关,a逐渐熄灭、b先变得更亮后再与a同时熄灭 ﻩD．

３.（4分）如图甲所示，一个圆形线圈的匝数ｎ=１00，线圈面积S＝２00cm2,线圈的电阻r=1Ω,线圈外接一个阻值R＝4Ω的电阻,把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应强度随时间变化规律如图已所示．下列说法中正确的是(）

断开开关，b逐渐熄灭、a先变得更亮后再与ｂ同时熄灭

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ﻩA.ﻩ线圈中的感应电流方向为顺时针方向 B. 电阻R两端的电压随时间均匀增大 ﻩC. 线圈电阻r消耗的功率为4×10﹣4Ｗ D. 前4s内通过R的电荷量为4×10﹣4C

4．（4分)一个电热器接在10V的直流电源上，消耗的功率是P；当把它接在一个正弦式交变电源上时，消耗的功率是，则该交变电压的峰值是(） A. ５ Ｖ

５.(4分)如图所示,金属棒ab置于水平放置的金属导体框架cdef上,棒ab与框架接触良好．从某一时刻开始,给这个空间施加一个斜向上的匀强磁场，并且磁场均匀增加，ab棒仍静止，在磁场均匀增加的过程中，关于ab棒受到的摩擦力，下列说法正确的是（)

B．12ﻩ V

C. 7．1 V

Ｄ. 10 V

ﻩA.ﻩ摩擦力大小不变,方向向右 ﻩC． 向左

6．(４分)如图所示,边长为2l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个边长为l的正方形金属导线框所在平面与磁场方向垂直,导线框和虚线框的对角线共线，每条边的材

B. 摩擦力变大，方向向右

摩擦力变大,方向向左ﻩD．ﻩ摩擦力变小，方向

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料均相同.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进入磁场,直到整个导线框离开磁场区域.导线框中的感应电流i(取逆时针方向为正）、导线框受到的安培力Ｆ(取向左为正)、导线框中电功率的瞬时值Ｐ以及通过导体横截面的电荷量q随时间变化的关系正确的是(）

ﻩA． B. C.

D．

ﻩ

二、多项选择题(本题共有4小题，每小题4分,共16分.每小题给出的四个选项中,有多个选项正确，全部选对的得４分,有漏选的得２分,有错选或不选的得0分)

7．(４分）如图所示,Rt为热敏电阻，R1为光敏电阻,Ｒ２和Ｒ3均为定值电阻,电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表，现发现电压表示数增大,可能的原因是（）

A． 热敏电阻温度升高,其他条件不变 Ｂ．

热敏电阻温度降低，其他条件不变

C． 光照减弱,其他条件不变 D．ﻩ光照增强,其他条件不变

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８．（4分）如图所示，理想变压器的原线圈接u＝11０00ｓin100πt(V）的交变电压,副线圈通过电阻r=６Ω的导线对“２20V/880W”的电器RL供电，该电器正常工作.由此可知（）

A. 原、副线圈的匝数比为5０:1 B． 交变电压的频率为50Ｈｚ ﻩC.ﻩ副线圈中电流的有效值为4 Ａ ﻩD．ﻩ变压器的输入功率为880 W

9.（4分）图中T是绕有两组线圈的闭合铁心,线圈的绕向如图所示，D是理想的二极管，金属棒ａb可在两条平行的金属导轨上沿导轨滑行,磁场方向垂直纸面向里．若电流计G中有电流通过，则ab棒的运动可能是()

ﻩA.ﻩ向左匀速运动ﻩB． C. 向左匀加速运动ﻩＤ.

1０.(４分）如图(a)所示,在光滑水平面上用恒力F拉质量为1kg的单匝均匀正方形铜线框,在1位置以速度v０=3m／s进入匀强磁场时开始计时ｔ=0，此时线框中感应电动势为１V,在t＝3s时刻线框到达2位置并开始离开匀强磁场．此过程中线框的v﹣ｔ图象如图(b)所示，那么（)

向右匀速运动 向右匀减速运动

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A.ﻩ恒力Ｆ的大小为1.０ N

ﻩB.ﻩｔ=0时，线框右侧的边两端M、Ｎ间电压为0.７5 V C.ﻩ线框完全离开磁场的位置3的瞬时速度为２ m/s ﻩD.ﻩ线框完全离开磁场的位置３的瞬时速度为1 m／s

三、填空题(本题共有４小题,每空2分，共16分)

11.（4分)一个2００匝、面积为20cm2的线圈,放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成30°角,若磁感应强度在0.0５s内由０.１T均匀增加到０.5T.在此过程中穿过线圈的磁通量的变化是 Wb;线圈产生的感应电动势的大小是 V．

1２．（４分）2021年法国科学家阿尔贝•费尔和德国科学家彼得•格林贝格尔由于发现巨磁电阻（GMR）效应而荣获了诺贝尔物理学奖．如图是利用GMR设计的磁铁矿探测仪原理示意图,图中GMR在外磁场作用下，电阻会发生大幅度减小.若存在磁铁矿，则指示灯(填“亮”或“不亮”）；若要提高该探测仪的灵敏度，则电阻R应（填“调大”或“调小”）.

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13.(４分）如图所示,理想变压器的原.副线圈匝数之比为n1:n2＝４：1，原线圈回路中的电阻Ａ与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等．a、ｂ端加一交流电压后，两电阻消耗的电功率之比ＰA:PB=；两电阻两端的电压之比ＵA：UB＝.

14.（4分)如图所示,在光滑绝缘的水平面上,一边长为1０cｍ、电阻为1Ω、质量为0.1kg的正方形金属线框aｂcｄ以

m/ｓ的速度向一有界磁场滑去，磁场方向与线框平面垂直,

磁感应强度大小为0．５T,当线框全部进入磁场时,线框中已放出了1．8J的热量.则当线框ab边刚出磁场的瞬间，线框速度大小为m/ｓ；线框中电流的瞬时功率为W.

四、计算题（本题共4小题，共４4分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分）

15．(10分)矩形线框abｃｄ的边长分别为l１、l2,可绕它的一条对称轴ＯO′转动,线框电阻为Ｒ，转动角速度为ω．匀强磁场的磁感应强度为Ｂ，方向与OＯ′垂直，初位置时线圈平面与Ｂ平行,如图所示.

（1）以图示位置为零时刻,写出现框中感应电动势的瞬时值表达式. （2)由图示位置转过９0°的过程中,通过线框截面的电荷量是多少?

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１6.(10分）如图所示，足够长平行金属导轨倾斜放置,倾角为３7°,宽度为0.5m,电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，电阻为１Ω．一导体棒MN垂直于导轨放置，质量为0.2kｇ,接入电路的电阻为１Ω，两端与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数为0.5.在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为0.8Ｔ.将导体棒MN由静止释放，运动一段时间后，小灯泡稳定发光，求此后导体棒ＭN的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为是多少？(重力加速度g取10m/s2,ｓin37°=0.６)

１７.（１２分)如图所示，为演示远距离输电的装置，理想变压B1、Ｂ2的变压比分别为1:4和５:1，交流电源的内阻r＝1Ω，三只灯泡的规格均为“6V 1W”，输电线总电阻为10Ω.若三只灯泡都正常发光，则交变电源的电动势E为多大?

1８.（1２分)如图（a)所示,间距为l、电阻不计的光滑导轨固定在倾角为θ的斜面上．在区域I内有方向垂直于斜面的匀强磁场，磁感应强度为B;在区域Ⅱ内有垂直于面向下的匀强磁场,其磁感应强度Ｂt的大小随时间t变化的规律如图（b）所示.t=0时刻在轨道上端的金属

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细棒ab从如图位置由静止开始沿导轨下滑,同时下端的另一金属细棒ｃd在位于区域I内的导轨上由静止释放.在ａｂ棒运动到区域Ⅱ的下边界EＦ处之前,cd棒始终静止不动,两棒均与导轨接触良好.已知cd棒的质量为m、电阻为R，aｂ棒的质量、阻值均未知，区域Ⅱ沿斜面的长度为2l，在t=tx时刻（ｔx未知）ab棒恰进入区域Ⅱ,重力加速度为g．求: (1)通过cd棒电流的方向和区域I内磁场的方向; (2）当ａb棒在区域Ⅱ内运动时cd棒消耗的电功率; （３)aｂ棒开始下滑的位置离EＦ的距离;

(4)ab棒开始下滑至EF的过程中回路中产生的热量．

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参与试题解析

一、单项选择题（本题共有6小题,每小题4分，共２４分）

１．（4分)一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴匀速转动，当线圈通过中性面时,以下说法错误的是（）

A． 通过线圈的磁通量变化率达到最大值 B．ﻩ通过线圈的磁通量达到最大值 C．ﻩ线圈平面与磁感线方向垂直

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ﻩD．ﻩ线圈中的感应电动势为零

考点:ﻩ交流发电机及其产生正弦式电流的原理. 专题: 交流电专题．

分析:ﻩ矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,线圈中产生正弦式电流.在中性面时，线圈与磁场垂直,磁通量最大,感应电动势为零.线圈每通过中性面一次,电流方向改变一次．

解答： 解：AB、在中性面时，线圈与磁场垂直，磁通量最大.在中性面时，没有边切割磁感线，感应电动势为零,通过线圈的磁通量变化率为零.故ＢCD正确，Ａ错误. 本题选错误的，故选:A

点评:ﻩ本题考查正弦式电流产生原理的理解能力，抓住两个特殊位置的特点:线圈与磁场垂直时，磁通量最大，感应电动势为零；线圈与磁场平行时,磁通量为零，感应电动势最大.

2.(4分)在如图所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡,L为自感系数较大而电阻不能忽略的线圈，Ｅ为电源,S为开关.关于两灯泡点亮和熄灭的下列说法正确的是（）

ﻩＡ. 合上开关，a先亮，b后亮;稳定后a、b一样亮 ﻩＢ. 合上开关，b先亮，a后亮；稳定后b比ａ更亮一些 ﻩC. 断开开关，a逐渐熄灭、b先变得更亮后再与a同时熄灭 ﻩD.ﻩ断开开关,b逐渐熄灭、a先变得更亮后再与b同时熄灭

考点:ﻩ自感现象和自感系数．

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分析:ﻩ对于线圈来讲通直流阻交流,通低频率交流阻高频率交流.

解答:ﻩ解:A、由于a、b为两个完全相同的灯泡,当开关接通瞬间，b灯泡立刻发光,而a灯泡由于线圈的自感现象，导致灯泡渐渐变亮，由于两灯泡并联,L的电阻不能忽略，所以稳定后b比ａ更亮一些，故Ａ错误，B正确；

Ｃ、当开关断开瞬间,两灯泡串联，由线圈产生瞬间电压提供电流,导致两灯泡同时熄灭，而且亮度相同,故CD均错误． 故选:B.

点评： 线圈的自感系数越大，频率越高时,感抗越高.同时线圈有阻碍电流的变化,注意的是灯泡会更亮的原因是电流变大的缘故．

３.(４分）如图甲所示,一个圆形线圈的匝数n=100，线圈面积S=２00cm2,线圈的电阻ｒ=1Ω，线圈外接一个阻值R=4Ω的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应强度随时间变化规律如图已所示．下列说法中正确的是()

Ａ. 线圈中的感应电流方向为顺时针方向 ﻩB. 电阻R两端的电压随时间均匀增大 ﻩC．

线圈电阻r消耗的功率为4×10﹣4Ｗ

D. 前４s内通过R的电荷量为４×10﹣4C

考点: 法拉第电磁感应定律;闭合电路的欧姆定律． 专题： 电磁感应与电路结合.

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分析: 线圈平面垂直处于匀强磁场中，当磁感应强度随着时间均匀变化时,线圈中的磁通量发生变化,从而导致出现感应电动势，产生感应电流.由楞次定律可确定感应电流方向,由法拉第电磁感应定律可求出感应电动势大小，运用功率与电量的表达式，从而即可求解.

解答：ﻩ解:A、由图可知,穿过线圈的磁通量变大，由楞次定律可得：线圈产生的感应电流逆时针,故Ａ错误．

B、根据法拉第电磁感应定律，可知，磁通量的变化率恒定，所以电动势恒定,则电阻两端的电压恒定，故B错误；

Ｃ、由法拉第电磁感应定律：E=Ｎ

=

N=10０×

×0．０2V=0.1V，由,所以线圈电阻r消耗的功率

闭合电路欧姆定律，可知电路中的电流为P=I2Ｒ=0.022×１Ｗ＝4×10﹣４W,故C正确;

Ｄ、前4s内通过R的电荷量Q=It＝0.０2×４C=０.0８C,故D错误; 故选Ｃ

点评：ﻩ考查楞次定律来判定感应电流方向，由法拉第电磁感应定律来求出感应电动势大小.当然本题还可求出电路的电流大小,及电阻消耗的功率．同时磁通量变化的线圈相当于电源.

4.(4分）一个电热器接在1０V的直流电源上,消耗的功率是P；当把它接在一个正弦式交变电源上时，消耗的功率是，则该交变电压的峰值是（) ﻩＡ.5ﻩ V

考点：ﻩ正弦式电流的最大值和有效值、周期和频率． 专题：ﻩ交流电专题.

分析:ﻩ正弦波形交流电的电压有效值等于最大值的

倍,根据功率表达式P=

列式求解.

B. １2 VﻩC.

7．1 V

D． 10 V

解答:ﻩ解:个电热器接在1０V的直流电源上,消耗的功率是Ｐ，有:

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P=

…①

当把它接到一正弦波形交流电源上时,设最大值为Uｍ，则：

…②

联立①②解得： Uｍ=５故选:Ｃ.

点评：ﻩ本题关键是明确交流电的有效值是根据电流的热效应规定的，然后根据电功率公式P=UI和欧姆定律公式I=列式求解.

５．（4分)如图所示,金属棒ab置于水平放置的金属导体框架cdef上，棒ａｂ与框架接触良好.从某一时刻开始，给这个空间施加一个斜向上的匀强磁场，并且磁场均匀增加,ab棒仍静止，在磁场均匀增加的过程中，关于ab棒受到的摩擦力,下列说法正确的是（)

V＝7．1Ｖ

ﻩA. 摩擦力大小不变,方向向右 ﻩＣ．ﻩ摩擦力变大，方向向左

考点:ﻩ共点力平衡的条件及其应用；安培力． 专题： 共点力作用下物体平衡专题．

分析： 磁感应强度均匀增大，穿过回路的磁通量均匀增大,回路中产生恒定的电流,安培力F=BＩL，分析安培力的变化,由平衡条件即可判断摩擦力的变化.

B． 摩擦力变大,方向向右 D．ﻩ摩擦力变小，方向向左

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解答:ﻩ解：磁感应强度均匀增大，穿过回路的磁通量均匀增大,根据法拉第电磁感应定律得知,回路中产生恒定的电动势，感应电流I也恒定不变，aｂ棒所受的安培力： F=BIL,可知安培力F均匀增大；

根据楞次定律，磁通量增大，产生顺时针方向的感应电流；根据左手定则，ａb棒上的安培力的方向左下方，如图（从前向后看)．水平方向的分量：Fx=BIL•sinθ

磁场均匀增加，aｂ棒仍静止，所以aｂ棒受力平衡,在水平方向上静摩擦力与安培力沿水平方向的分量大小相等，方向相反,即f＝Ｆｘ，所以静摩擦力的方向是水平向右.故Ｂ正确,AＣD均错误．,金属棒ab始终保持静止，则摩擦力也均匀增大 故选:B

点评:ﻩ本题关键根据法拉第电磁感应定律分析感应电动势如何变化，即可判断感应电流和安培力的变化.

6．（4分）如图所示，边长为2l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场,一个边长为l的正方形金属导线框所在平面与磁场方向垂直,导线框和虚线框的对角线共线,每条边的材料均相同.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进入磁场,直到整个导线框离开磁场区域.导线框中的感应电流i(取逆时针方向为正)、导线框受到的安培力F(取向左为正)、导线框中电功率的瞬时值P以及通过导体横截面的电荷量q随时间变化的关系正确的是（）

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Ａ． B． ﻩ

Ｃ.

ﻩD.ﻩﻩ

考点: 导体切割磁感线时的感应电动势；安培力. 专题：ﻩ电磁感应与电路结合.

分析：ﻩ根据感应电流大小和方向，将选项逐一代入，检查是否符合题意来选择; 根据F=BＩL,结合电流,即可求解； 因P=Ｉ2R,从而确定P与t的关系; 根据q=

=

,即可求解.

解答： 解：A、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，导线框完全进入磁场后，没有感应电流产生,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Ａ正确． B、当完全进入磁场后,没有感应电流，则不存在安培力，故B错误; C、根据P=I2R，结合A选项分析,可知,功率P不是恒定，故C错误． Ｄ、根据q＝故选：A.

点评:ﻩ本题采用的是排除法.做选择题常用方法有直判法、排除法、代入法、特殊值法、图象法等等．

=

,可知q与ｔ不是成正比，故D错误.

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二、多项选择题（本题共有4小题,每小题4分,共１6分．每小题给出的四个选项中，有多个选项正确，全部选对的得4分,有漏选的得2分，有错选或不选的得0分)

7.(4分)如图所示，Rｔ为热敏电阻，R1为光敏电阻,R2和Ｒ3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r,V为理想电压表,现发现电压表示数增大,可能的原因是(）

ﻩＡ. 热敏电阻温度升高，其他条件不变 ﻩＢ．ﻩ热敏电阻温度降低，其他条件不变 ﻩC. 光照减弱,其他条件不变 ﻩD. 光照增强,其他条件不变

考点:ﻩ闭合电路的欧姆定律. 专题:ﻩ恒定电流专题．

分析:ﻩ首先读懂电路图，知道电压表的示数为R3两端的电压,据此判断分析；也可逐项分析，看那个选项引起电压表示数增大．

解答：ﻩ解：ＡB、当热敏电阻温度升高,电路的总电阻减小，干路电流增大,内电压增大,路段电压减小,所以光敏电阻两端的端电压减小,即通过的电流减小,而总电流增大，所以通过热敏电阻的电流增大,即电压表的示数增大；同理分析当热敏电阻降低,电压表的示数减小，故A正确,B错误；

CD、当光照减弱时,光敏电阻增大，电路的总电阻增大，干路电流减小，内电压减小，两端电压增大,光敏电阻两端的电压减小，通过的电流减小,而而总电流增大,所以通过热敏电阻所

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在的支路电流增大,即电压表的示数增大；同理分析当光照增强,电压表的示数减小，故C正确，D错误． 故选：ＡC.

点评: 本题的关键是知道光敏电阻和热敏电阻随温度和光照改变电阻的变化，灵活应用闭合电路的欧姆定律和各支路的电压和电流的变化关系．

8．（４分)如图所示，理想变压器的原线圈接u=1１00０ｓin１0０πｔ（V）的交变电压，副线圈通过电阻r=６Ω的导线对“22０Ｖ/８80Ｗ”的电器RＬ供电,该电器正常工作．由此可知(）

Ａ. 原、副线圈的匝数比为５0：１ ﻩB． 交变电压的频率为5０Hｚ C. 副线圈中电流的有效值为4 A ﻩD．ﻩ变压器的输入功率为880 W

考点: 变压器的构造和原理;正弦式电流的最大值和有效值、周期和频率. 专题：ﻩ交流电专题.

分析：ﻩ根据瞬时值的表达式可以求得输出电压的有效值、周期和频率等，再根据电压与匝数成正比即可求得结论

解答： 解：A、输入电压的最大值为１1000 V,有效值为的额定电压为220 V,所以原副线圈的匝数比为B、由输入电压的表达式知，ｆ=

Hz=50 Hｚ,故B正确;

＝5５００，故A错误;

Ｖ，用电器

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C、副线圈中的电流与用电器中的电流相同，I＝

＝４ A，故C正确;

D、变压器的输出功率为用电器的功率和导线电阻损耗的功率之和，大于880 Ｗ,所以变压器的输入功率大于880 W，故Ｄ错误． 故选:ＢＣ

点评: 掌握住理想变压器的电压、电流之间的关系，最大值和有效值之间的关系即可解决本题

9．（４分)图中Ｔ是绕有两组线圈的闭合铁心，线圈的绕向如图所示，D是理想的二极管，金属棒ab可在两条平行的金属导轨上沿导轨滑行，磁场方向垂直纸面向里．若电流计G中有电流通过，则aｂ棒的运动可能是()

A.ﻩ向左匀速运动 C. 向左匀加速运动

考点:ﻩ变压器的构造和原理. 专题： 交流电专题．

分析: 解答这类问题的思路是：根据aｂ棒切割磁感线产生感应电流,在右边线圈中产生变化磁场，产生的变化的磁场在左边线圈中产生感应电流,根据楞次定律判断感应电流方向和磁场变化之间的关系. 解答:

解：A、Ｂ、棒若做匀速移动，ab棒产生稳定的感应电动势，在右边的回路中产

B. 向右匀速运动 D.ﻩ向右匀减速运动

生稳定的感应电流,则右边线圈中产生稳定的磁场，在左边线圈中不产生感应电流,故A、B错误;

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C、导体棒向左加速移动，根据右手定则，感应电流逐渐增大，感应电流的方向由ａ到b，根据右手螺旋定则，在右边线圈中产生从上到下的磁场，则在左侧线框中产生从下到上的磁场且不断增强,根据楞次定律，通过电流计的电流方向上到下,正好正向通过二极管,故Ｃ正确; D、导体棒向右匀减速移动,根据右手定则,感应电流逐渐减小，感应电流的方向由b到a，根据右手螺旋定则,在右边线圈中产生从上到下的磁场，则在左侧线框中产生从下到上的磁场且不断减弱,根据楞次定律,通过电流计的电流方向上到下，正好能通过二极管,故D正确； 故选:ＣD．

点评: 解决本题的关键掌握右手定则和楞次定律判定感应电流的方向,该题涉及知识点较多,是考查学生综合应用知识的好题.

10．（４分)如图(ａ）所示,在光滑水平面上用恒力F拉质量为1ｋg的单匝均匀正方形铜线框,在1位置以速度ｖ0=3ｍ／s进入匀强磁场时开始计时t＝０,此时线框中感应电动势为1V，在t=3ｓ时刻线框到达２位置并开始离开匀强磁场.此过程中线框的ｖ﹣t图象如图(b)所示，那么()

ﻩＡ． Ｂ．

恒力F的大小为1.0 N

ｔ=0时，线框右侧的边两端M、Ｎ间电压为0.75 Ｖ

ﻩC．ﻩ线框完全离开磁场的位置3的瞬时速度为2 ｍ/s ﻩＤ. 线框完全离开磁场的位置3的瞬时速度为1 m/s

考点: 导体切割磁感线时的感应电动势.

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专题: 电磁感应与电路结合.

分析: 图b为速度﹣时间图象，斜率表示加速度，t=0时，线框右侧边MＮ的两端电压为外电压.在ｔ=１﹣3ｓ内,线框做匀加速运动,没有感应电流，线框不受安培力，由牛顿第二定律可求出恒力F.因为t＝0时刻和t=3s时刻线框的速度相等,进入磁场和穿出磁场的过程中受力情况相同，故在位置3时的速度与t=２s时刻的速度相等

解答：ﻩ解：A．在t=1﹣3s内,线框做匀加速运动，没有感应电流,线框不受安培力，则有 Ｆ=ma，由速度﹣时间图象的斜率表示加速度,求得 ａ=Ａ错误;

Ｂ．t＝0时,线框右侧边MN的两端电压为外电压,总的感应电动势为:E=Bav0=1V，外电压U外＝E＝0.7５V.故B正确;

C.D由b图象看出,在ｔ=3s时刻线框到达2位置开始离开匀强磁场时与线框进入时速度相同，则线框出磁场与进磁场运动情况完全相同,则知线框完全离开磁场的瞬间位置3速度与t=２s时刻的速度相等，即为2m/s.故Ｃ正确，D错误． 故选：BＣ

点评:ﻩ本题要抓住速度﹣时间图象的斜率表示加速度.根据加速度的变化判断物体的受力情况.还注意分析线框出磁场与进磁场运动情况的关系，就能正确解答．

三、填空题（本题共有4小题,每空２分，共16分）

11．(４分）一个200匝、面积为20cm２的线圈，放在磁场中,磁场的方向与线圈平面成３０°角，若磁感应强度在0．０５s内由0．1T均匀增加到0.5Ｔ.在此过程中穿过线圈的磁通量的变化是4×10﹣４ Ｗｂ；线圈产生的感应电动势的大小是1．6 V．

考点：ﻩ正弦式电流的最大值和有效值、周期和频率．

=0.５m/ｓ2,则得F=0.5Ｎ．故

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专题:ﻩ交流电专题．

分析: 穿过线圈的磁通量发生变化，导致线圈中产生感应电动势,从而出现感应电流．由法拉第电磁感应定律可得感应电动势的大小．

解答： 解：圆线圈在匀强磁场中,现让磁感强度在0.０5s内由０.1T均匀地增加到０.5T. 所以穿过线圈的磁通量变化量是：△∅=∅2﹣∅1=(B2﹣B1)S•sin3０°=4×10﹣4Wb 而磁通量变化率为:

=

=8×１0﹣３Wb/s =2００×8×10﹣3V＝１.6V；

则线圈中感应电动势大小为:E=N故答案为:4×10﹣４，1．6．

点评:ﻩ感应电动势的大小与磁通量的变化率有关，而与磁通量变化及磁通量没有关系．由此求出则是平均感应电动势，而瞬时感应电动势则由E＝ＢＬＶ，式中L是有效长度,V是切割磁感线的速度．

12.(4分)20２1年法国科学家阿尔贝•费尔和德国科学家彼得•格林贝格尔由于发现巨磁电阻(GＭR)效应而荣获了诺贝尔物理学奖.如图是利用ＧMR设计的磁铁矿探测仪原理示意图，图中GＭＲ在外磁场作用下,电阻会发生大幅度减小.若存在磁铁矿,则指示灯亮(填“亮”或“不亮”);若要提高该探测仪的灵敏度,则电阻R应调大(填“调大”或“调小”).

考点： 简单的逻辑电路.

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分析: ＧMR在外磁场作用下,电阻会大幅度减小，从而导致非门电路输入端电势变化,输出端也发生变化，最终使指示灯发光．

解答：ﻩ解：图中GMR在外磁场作用下，电阻会大幅度减小，从而使A端的电势变高，则Y端的电势变低，导致指示灯发光．故可探测此处有磁铁矿.当将电阻调大时，若遇到磁场，GＭR电阻减小,导致Ａ端的电势很快达到高势，使指示灯点亮．从而提高该探测仪的灵敏度． 故答案为：亮; 调大．

点评: 巧用ＧＭR去感知看不见的磁场,通过宏观指示灯发光来体现.可称为“转换法”

１３．（４分）如图所示,理想变压器的原．副线圈匝数之比为n1：n2=4：1，原线圈回路中的电阻Ａ与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等.ａ、b端加一交流电压后，两电阻消耗的电功率之比PA：PB=１:16;两电阻两端的电压之比UＡ：ＵB=１：４．

考点: 变压器的构造和原理. 专题:ﻩ交流电专题．

分析: 变压器原副线圈电流与匝数成反比,求出电流之比,根据电阻消耗的功率P＝I2R,电阻两端的电压Ｕ＝ＩR即可求解． 解答:

解:根据变压器原副线圈电流与匝数成反比得:

电阻消耗的功率P=I2R，所以两电阻消耗的电功率之比PA：PＢ=1：１6 电阻两端的电压U=IR,所以两电阻两端的电压之比ＵA:UＢ=1:4 故答案为：1:16 1:4

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点评: 本题主要考查变压器的知识,要能对变压器的最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底理解.

1４.(４分）如图所示,在光滑绝缘的水平面上，一边长为10ｃｍ、电阻为1Ω、质量为0.1kｇ的正方形金属线框abcd以

ｍ/s的速度向一有界磁场滑去，磁场方向与线框平面垂

直,磁感应强度大小为０.5T,当线框全部进入磁场时,线框中已放出了1.８J的热量.则当线框ａb边刚出磁场的瞬间,线框速度大小为６ｍ/s；线框中电流的瞬时功率为0.0９W．

考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;闭合电路的欧姆定律;电磁感应中的能量转化. 专题: 电磁感应——功能问题．

分析： 线框进入磁场时克服安培力做功，线框的动能转化为焦耳热，线框完全进入磁场后,穿过线框的磁场不变，不产生感应电流,线框不受安培力作用，线框做匀速直线运动,aｂ边刚出磁场时的速度等于线框完全进入磁场时的速度，由能量守恒定律可以求出线框的速度；由电功率公式可以求出电流的瞬时功率.

解答： 解:在线框开始进入磁场直到ab边刚出磁场过程中， 由能量守恒定律可得:mv０2=ｍv2+Q,解得v＝6ｍ/s; 此时感应电动势E=BLｖ，感应电流Ｉ＝，电流的瞬时功率: P=I２Ｒ=

=0.０9W;

故答案为：6;0.09.

点评： 线框进入磁场过程中动能转化为焦耳热，应用能量守恒定律、电功率公式即可正确解题.

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四、计算题(本题共4小题，共4４分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分）

1５．（10分）矩形线框abcd的边长分别为l1、l2，可绕它的一条对称轴OO′转动,线框电阻为R,转动角速度为ω.匀强磁场的磁感应强度为Ｂ，方向与ＯＯ′垂直,初位置时线圈平面与B平行，如图所示.

（1）以图示位置为零时刻,写出现框中感应电动势的瞬时值表达式. （2）由图示位置转过９0°的过程中，通过线框截面的电荷量是多少？

考点: 法拉第电磁感应定律． 专题： 电磁感应与电路结合．

分析:ﻩ(１）根据Ｅm＝nＢＳω求出感应电动势的峰值,从中性面开始计时,瞬时电动势e＝Emsiｎωｔ.

（2）根据法拉第电磁感应定律求出平均感应电动势,从而得出平均感应电流，根据q=t求出通过电阻R的电荷量.

解答:ﻩ解：（1)电动势的峰值为:Eｍ=BSω=Bl1l2ω； 所以从垂直中性面开始计时,有:e=Emcosωｔ=Ｂｌ1l2ωcosωt; (２)q=Iｔ＝

t=

；

在转动９0°的过程中磁通量的变化量为:△Φ=BＳ＝Bｌ1l２； 得:q=

;

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答：（１）写出从图示位置开始转动过程中感应电动势的瞬时值的表达式e=Bl1ｌ2ωcｏsωｔ．

（２）从图示位置开始,线圈转过9０°的过程中通过电阻Ｒ的电荷量

；

点评: 解决本题的关键掌握线圈转动产生电动势的瞬时表达式，以及知道电动势峰值的公式．

1６.(10分）如图所示，足够长平行金属导轨倾斜放置，倾角为3７°，宽度为0．5m,电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，电阻为1Ω.一导体棒ＭN垂直于导轨放置,质量为0.2kg,接入电路的电阻为1Ω,两端与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数为0.5.在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为0.8Ｔ．将导体棒MN由静止释放，运动一段时间后,小灯泡稳定发光,求此后导体棒ＭN的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为是多少？(重力加速度g取1０ｍ/s２，sin３7°=0.6）

考点：ﻩ导体切割磁感线时的感应电动势;闭合电路的欧姆定律；电磁感应中的能量转化． 专题:ﻩ电磁感应——功能问题. 分析:

导体棒MN先向下做加速运动,后当导体棒所受合力为零时,导体棒做匀速直线运动,

达到稳定状态，灯泡发光也稳定.由平衡条件可以求出导体棒MN匀速运动的速度;由E=BＬｖ求出导体棒产生的感应电动势，然后由闭合电路欧姆定律及电功率公式求出灯泡消耗的功率． 解答:

解:小灯泡稳定发光时，导体棒MN做匀速运动，所受合力为零，在沿斜面方向上，

根据平衡条件得：

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ｍgsin37°=μmgcos３7°+IＬB 则得:I=又 I=联立得:v=

=

ｍ/s=５m/ｓ

闭合回路的总功率为 P=

＝

W=2W

小灯泡和导体棒MN的电阻相等，消耗的功率相等，则小灯泡消耗的电功率为:Ｐ灯＝Ｐ=１W

答:此后导体棒MN的运动速度为5m／ｓ,小灯泡消耗的电功率是1W．

点评： 本题关键抓住感应电流与安培力的关系以及与速度的关系,由平衡条件即可求出导体棒的速度,正确应用欧姆定律及电功率公式即可求出灯泡功率．

17．（1２分）如图所示,为演示远距离输电的装置，理想变压B1、B２的变压比分别为１:4和5:１，交流电源的内阻r=１Ω,三只灯泡的规格均为“6V １W”，输电线总电阻为10Ω.若三只灯泡都正常发光，则交变电源的电动势E为多大?

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考点： 远距离输电． 专题： 交流电专题.

分析：ﻩ根据灯泡正常发光求出通过每个灯泡的电流,从而得出降压变压器副线圈的电流，根据原副线圈电流之比等于匝数之反比求出输电线上的电流,结合输电线的电阻求出输电线上损失的电压．根据降压变压器的输出电压求出输入电压,结合电压损失得出升压变压器副线圈的电压，结合电压之比等于匝数之比得出交流电源的输出电压．再由闭合电路欧姆定律求解即可．

解答： 解：由灯泡功率可知:P灯=U灯I灯 解得：I灯＝

=A

三个灯泡并联，所以降压变压器线圈的电流：Ｉ4=３I灯=0．5A， 设输电线中的电流I3,则有:解得:I3=

=

=

=×0．5A=０．1A．

输电线上损失的电压:U损=I损R线=0.１×10Ｖ=1Ｖ 降压变压器原线圈的电压为Ｕ3，副线圈的电压为:U4=4V, 则有：

=

=5，

解得:U3=30Ｖ.

升压变压器副线圈的电压为:U２=Ｕ3+U损=31V. 设升压变压器原线圈的电压为U1，则有：

=

=，

得：Ｕ１=７．75V．

升压变压器原线圈的电流为I1，则得：

=

=

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得:I1=0.４Ａ

交变电源的电动势为:Ｅ＝U1+I1r=７.75Ｖ+0.4×1V=8．1５V 答：交变电源的电动势为8.15V.

点评:ﻩ解决本题的关键知道：1、原副线圈的电流、电压与匝数之比的关系，2、升压变压器的输出电压、降压变压器的输入电压和电压损失的关系．并能灵活运用.

１8.(12分)如图(a）所示，间距为l、电阻不计的光滑导轨固定在倾角为θ的斜面上．在区域I内有方向垂直于斜面的匀强磁场，磁感应强度为B;在区域Ⅱ内有垂直于面向下的匀强磁场,其磁感应强度Ｂt的大小随时间t变化的规律如图（b）所示.t=0时刻在轨道上端的金属细棒ａb从如图位置由静止开始沿导轨下滑,同时下端的另一金属细棒cd在位于区域Ｉ内的导轨上由静止释放．在ab棒运动到区域Ⅱ的下边界EF处之前,cｄ棒始终静止不动,两棒均与导轨接触良好．已知cd棒的质量为ｍ、电阻为R,ab棒的质量、阻值均未知，区域Ⅱ沿斜面的长度为２l,在t=tx时刻(tx未知)ａb棒恰进入区域Ⅱ，重力加速度为g．求： （1)通过ｃｄ棒电流的方向和区域I内磁场的方向； (2）当ａｂ棒在区域Ⅱ内运动时cd棒消耗的电功率； (3)aｂ棒开始下滑的位置离EF的距离;

(4）ab棒开始下滑至ＥF的过程中回路中产生的热量．

考点： 导体切割磁感线时的感应电动势;电功、电功率．

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专题:ﻩ电磁感应与电路结合.

分析:ﻩ（1)根据右手定则判断出aｂ棒中的电流方向，从而得出通过ｃd棒中的电流方向,根据cd棒处于静止，通过安培力的方向，根据左手定则判断出区域Ｉ内磁场的方向. (2）对ｃｄ棒，根据平衡求出感应电流的大小，根据Ｐ=I２R求出当ａb棒在区域Ⅱ内运动时cｄ棒消耗的电功率.

(3）棒aｂ进入II区域前后回路中的电动势不变,即磁场变化产生电动势与导体切割磁感线产生电动势相等,据此求出导体棒进入IＩ时速度大小，然后根据导体棒匀加速下滑的特点即可求出结果．

(4)回路中电流恒定，根据Q=EIt可求出结果. 解答:

解：(1）通过cd棒的电流方向 ｄ→c

区域I内磁场方向为垂直于斜面向上

(2)对cd棒,F安=ＢIl＝mｇsｉnθ所以通过cd棒的电流大小I=当ａb棒在区域II内运动时cd棒消耗的电功率P=I2R＝

．

(3)aｂ棒在到达区域II前做匀加速直线运动,a==ｇsinθ

cd棒始终静止不动,ab棒在到达区域Ⅱ前、后，回路中产生的感应电动势不变,则ab棒在区域Ⅱ中一定做匀速直线运动 可得；

＝Blvt，

=Blgsｉnθtx,所以ｔx＝

ａｂ棒在区域II中做匀速直线运动的速度ｖt＝

则ab棒开始下滑的位置离EF的距离h=atx2+２l＝3 ｌ （4)ａb棒在区域II中运动的时间ｔ2=

=

ab棒从开始下滑至ＥF的总时间t=tx＋t2=2 Ｅ=Blvt=Bｌ

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ａｂ棒从开始下滑至EＦ的过程中闭合回路中产生的热量：Ｑ=EIt=4mglsiｎθ 答：（1）通过cd棒的电流方向 d→c，区域I内磁场方向为垂直于斜面向上． (2)当ａb棒在区域Ⅱ内运动时ｃd棒消耗的电功率为

.

(3)ab棒开始下滑的位置离ＥＦ的距离为3l.

（4）ab棒开始下滑至EF的过程中回路中产生的热量为Bl

.

点评: 解决这类问题的关键是弄清电路结构，正确分析电路中的电流以及安培力的变化情况.