1、1第六章 电磁感应和交变电流本试卷分第 卷(选择题)和第 卷(非选择题)两部分 .第 卷 40分,第 卷 60分,共100分,考试时间 90分钟 .第 卷 (选择题 共 40分)一、选择题(本题共 10小题,每小题 4分,共 40分 .17小题只有一个选项符合题意,8 10小题有多个选项符合题意,全部选对的得 4分,选对但不全的得 2分,选错或不答的得 0分)在电磁感应现象中,下列说法中正确的是 ( )A.感应电流的磁场总是跟原来的磁场方向相反B.闭合导线框放在变化的磁场中一定能产生感应电流C.闭合导线框在匀强磁场中做切割磁感线运动时,一定能产生感应电流D.感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的磁通
2、量的变化如图 T-1所示,两个条形磁铁呈“V”字形放置,将一根绕有多匝线圈的软铁棒置于 N、S极之间.线圈与灵敏电流计通过开关相连 .以下几种说法中正确的是 ( )图 T-1A.保持两个磁铁与软铁棒三者的相对位置不变,只要闭合开关,电路中就会产生持续的感应电流B.保持两个磁铁与软铁棒三者的相对位置不变,开关闭合的瞬时,电路中会产生感应电流C.在开关保持闭合的情况下,将软铁棒从两磁极间移开的瞬时,电路中会产生感应电流D.在开关保持闭合的情况下,移开左侧或右侧磁铁的瞬时,电路中不会产生感应电流中国已投产运行的 1000kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程 .假设甲、乙两地原来用 500kV
3、的超高压输电,在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1000kV特高压输电,不考虑其他因素的影响,则 ( )A.输电电流变为原来的 2倍B.输电线上降落的电压将变为原来的122C.输电线上降落的电压将变为原来的 2倍D.输电线上损耗的电功率将变为原来的12如图 T-2所示,一个金属圆环水平放置在竖直向上的匀强磁场中,能使圆环中产生感应电流的做法是 ( )图 T-2A.使匀强磁场均匀减弱B.保持圆环水平并在磁场中上下移动C.保持圆环水平并在磁场中左右移动D.保持圆环水平并使圆环绕过圆心的竖直轴转动如图 T-3所示,半径为 R的圆形导线环对心、匀速穿过半径也为 R的圆形匀强磁场区域,关
4、于导线环中的感应电流随时间的变化关系,图 T-4中(以逆时针方向的电流为正)最符合实际的是 ( )图 T-3A B C D图 T-4在某交流电路中,有一个正在工作的理想变压器,如图 T-5所示,它的原线圈的匝数n1=600匝,副线圈的匝数 n2=120匝 .交流电源的电动势 e=311sin100 t(V)(不考虑其内阻),电压表和电流表对电路的影响可忽略不计,原线圈串联一个额定电流为 0.2A的保险丝,副线圈接有电阻 R.为保证保险丝不被烧断,则 ( )3图 T-5A.副线圈电路消耗的电功率不能超过 31WB.副线圈中电流的最大值不能超过 1AC.副线圈电路中的电阻 R的阻值不能小于 44D
5、.副线圈电路中电压表的读数为 62V如图 T-6所示,边长为 L、匝数为 N的正方形闭合线圈 abcd绕对称轴 OO匀速转动,角速度为 . 空间中只有 OO左侧存在垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为 B.若闭合线圈的总电阻为 R,则 ( )图 T-6A.线圈中感应电动势的有效值为 NBL222B.线圈中感应电动势的最大值为 NBL212C.在转动一圈的过程中,线圈中有一半时间没有电流D.当线圈转到图中所示位置时,穿过线圈的磁通量为 NBL2122017湖北武昌高二检测如图 T-7所示为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器 .升压变压器 T1的原、副线圈匝数之比为 n1n 2=1 10,
6、在 T1的原线圈两端接入一正弦交流电,输电线的总电阻为 2r=2,降压变压器 T2的原、副线圈匝数之比为 n3n 4=10 1.若T2的“用电设备”两端的电压为 U4=200V且“用电设备”消耗的电功率为 10kW,不考虑其他因素的影响,则 ( )图 T-7A.T1的副线圈两端电压的最大值为 2010 V2B.T2的原线圈两端的电压为 2000VC.输电线上损失的电功率为 50WD.T1的原线圈输入的电功率为 10kW4图 T-8在如图 T-8所示的电路中, L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈,L 1、L 2和 L3是三个完全相同的灯泡, E是内阻不计的电源 .在 t=0时刻,闭合开关
7、S,电路稳定后在 t1时刻断开开关 S.规定以电路稳定时流过 L1、L 2的电流方向为正方向,分别用 I1、 I2表示流过 L1和 L2的电流,则图 T-9中能定性地描述电流 I1、 I2随时间 t变化关系的是 ( )A B C D图 T-9如图 T-10甲所示,在方向竖直向下、磁感应强度为 B的匀强磁场中,沿水平面固定一个V字形金属框架 CAD,已知 A= ,导体棒 EF在框架上从 A点开始在垂直于 EF的外力作用下以速度 v匀速向右平移,使导体棒和框架始终构成等腰三角形闭合回路 .已知框架和导体棒的材料及横截面积均相同,其单位长度的电阻均为 R,框架和导体棒均足够长,导体棒运动过程中始终与
8、磁场方向垂直,且与框架接触良好 .图乙中关于回路中的电流 I和消耗的电功率P随时间 t变化关系的四个图像可能正确的是 ( )图 T-10第 卷(非选择题 共 60分)二、实验题(本题共 2小题,11 题 6分,12 题 9分,共 15分)图 T-11为“研究电磁感应现象”的实验的实物连接图,实验表明:当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,闭合电路中就会产生感应电流 .将线圈 L1插入线圈 L2中,闭合开关 S.之后能使线圈 L2中产生的感应电流的磁场方向与线圈 L1中磁场方向相同的实验操作是 (填对应数字编号) . 5图 T-11 在线圈 L1中插入铁芯 拔出线圈 L1 使滑动变阻器连入电路的阻值
9、变大 断开开关 S有一个教学用的可拆变压器,如图 T-12甲所示,它有两个用相同材料制成的导线绕制的线圈 A、 B,线圈外部还可以绕线 .(1)某同学用同一多用电表的欧姆“ 1”挡先后测量了 A、 B两线圈的电阻值,指针分别对应图乙中的 a、 b位置,则 A线圈的电阻为 ,由此可推断 (选填“ A”或“B”)线圈的匝数较多 . 甲 乙图 T-12(2)如果把它看作理想变压器,现要测量 A线圈的匝数,提供的器材有:一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源 .请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量,并用字母表示): . A线圈的匝数为 nA= (用所测物理量符号表示) . 三、计算题(本题
10、共 4小题,13 题 10分,14 题 10分,15 题 12分,16 题 13分,共 45分 .解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分)6如图 T-13所示,一台模型发电机的电枢是矩形导线框 abcd,其中 ab、 cd边长为l1=0.4m,ad、 bc边长为 l2=0.2m,导线框的匝数 n=100匝,它处在磁感应强度 B=0.2T、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中,导线框绕垂直于磁场方向的 OO轴匀速转动 .当开关 S断开时,电压表的示数为 10 V;当开关 S闭合时,外电路上标有“10V 10W”的灯泡 L恰好正2常发光 .(1)求导线框 abcd在磁场
11、中转动的角速度 .(2)开关 S闭合后,求导线框从图示位置转过 = 60的过程中通过灯泡 L的电荷量 .图 T-13如图 T-14甲所示,理想变压器的原线圈通有正弦式交变电流,副线圈接有三个电阻和一个电容器 .已知 R1=R3=20, R2=40,原、副线圈的匝数之比为 10 1,原线圈的输入功率P=35W,通过电阻 R1的正弦式交变电流如图乙所示 .求:(1)原线圈的输入电压的有效值;(2)电阻 R2消耗的电功率;(3)流过电容器 C的电流 .7图 T-142017山东德州一中期中如图 T-15所示,粗糙斜面的倾角 = 37,半径 r=0.5m的圆形区域内存在着方向垂直于斜面向下的匀强磁场
12、.一个匝数 n=10匝的刚性正方形线框 abcd通过松弛的柔软导线与一个额定功率 P=1.25W的小灯泡 A相连,圆形磁场的一条直径恰好过线框 bc边 .已知线框质量 m=2kg,总电阻 R0=1.25,边长 L2r,与斜面间的动摩擦因数= 0.5.从 t=0时起,磁场的磁感应强度按 B=2- t(T)的规律变化 .开始时线框静止在斜面上,在2线框运动前,灯泡始终正常发光 .设最大静摩擦力等于滑动摩擦力, g取 10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8.求:(1)线框不动时回路中的感应电动势 E;(2)小灯泡正常发光时的电阻 R;(3)线框保持不动的时间内小灯泡产生的热量 Q.图
13、T-158如图 T-16所示,两根足够长的光滑平行金属导轨 MN、 PQ间距 l=0.5m,其电阻不计,两导轨构成的平面与水平面成 30角 .完全相同的两金属棒 ab、 cd分别垂直于导轨放置,金属棒两端都与导轨良好接触,已知每根金属棒的质量为 0.02kg,电阻为 0.1 .整个装置处在方9向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度 B=0.2T.在平行于导轨向上的恒力 F作用下,金属棒 ab沿导轨向上匀速运动,而金属棒 cd恰好能保持静止 .g取 10m/s2,求:(1)通过金属棒 cd的电流 I的大小和方向;(2)金属棒 ab受到的力 F的大小;(3)金属棒 cd每产生 Q=0.1J的
14、热量时力 F做的功 W.图 T-16101.D 解析根据楞次定律,感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化 .若原来的磁场减弱,则感应电流的磁场方向与原来的磁场方向相同;若原来的磁场增强,则感应电流的磁场方向与原来的磁场方向相反,选项 A错误,选项 D正确 .产生感应电流的条件是穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,如果磁场的强弱在变化,但闭合导线框平行磁场方向放入磁场,则磁通量不变化( = 0),不能产生感应电流,选项 B错误 .若闭合导线框完全在匀强磁场中,则线框平动时,穿过线框的磁通量不变,不能产生感应电流,选项 C错误 .2.C 解析产生感应电流的条件是穿过闭合导体回路的磁通量发生
15、变化 .当保持两个磁铁与软铁棒三者的相对位置不变时,磁通量不变,即使闭合开关也不会形成感应电流,选项A、B 错误;在开关保持闭合的情况下,无论移动软铁棒还是移动磁铁的瞬间,磁通量都是变化的,电路中都能产生感应电流,选项 C正确,选项 D错误 .3.B 解析根据输送电功率 P 输 =U 输 I 输 ,因 P 输 不变,故当 U 输 变为原来的 2倍时, I 输 变为原来的 ,选项 A错误;输电线上降落的电压 U 降 =I 输 R,所以当输电电流变为原来的 时,输电12 12线上降落的电压也变为原来的 ,选项 B正确,选项 C错误;输电线上损耗的电功率 P 损 = R,12 I2输所以当输电电流变
16、为原来的 时,输电线上损耗的电功率将变为原来的 ,选项 D错误 .12 144.A 解析根据穿过闭合导体回路的磁通量变化产生感应电流这一条件,能使圆环中产生感应电流的做法是使匀强磁场均匀减弱,选项 A正确 .5.C 解析由 E=BLv可得,当导线环进入磁场时,有效切割长度在变大,产生的感应电动势变大,但变化率越来越小,由楞次定律可判断,这时电流的方向与规定的正方向相同;当导线环出磁场时,有效切割长度变小,但变化率越来越大,由楞次定律可判断,这时电流的方向与规定的正方向相反 .综上所述,选项 C正确 .116.C 解析由 = 得 U2=44V,选项 D错误;由 = ,I10 .2A,得 I21A
17、,所以副线圈电路消耗U1U2n1n2 I1I2n2n1的电功率 P2=U2I244W,选项 A错误;副线圈中电流的最大值 Im= A,选项 B错误;由 R= 得2U22P2R44,选项 C正确 .7.B 解析感应电动势的最大值 Em= NBL2 ,有效值 E= = NBL2 ,选项 A错误,选项 B正12 Em2 24确;在转动的过程中,线圈始终有一半在磁场中运动,故线圈中始终有电流通过,选项 C错误;在图中所示位置时,穿过线圈的磁通量为 BL2,选项 D错误 .128.ABC 解析由题可知 U4=200V,根据 = 可得, U3=2000V,根据 U3I3=U4I4=10kW可得, I3=5
18、A,n3n4U3U4则 U2=U3+2rI3=2010V,最大值为 U2=2010 V,故选项 A、B 正确;输电线上损失的电功率2 2为 P=2r =50W,故选项 C正确;根据能量守恒定律可知, T1的原线圈输入的电功率为I23P= P+10kW=10.05kW,故选项 D错误 .9.BC 解析闭合开关 S,流过 L1的电流逐渐增大,流过 L2的电流瞬间增大为最大;电路稳定时, I1I2,电流方向均是正方向; t1时刻断开开关 S后,L 1、L 2和 L3形成闭合回路,流过 L1的电流方向不变,大小逐渐减小,流过 L2的电流方向反向,即发生突变,其大小也突然增大到I1m,并从 I1m逐渐减
19、小到零 .选项 B、C 正确 .10.AD 解析设导体棒切割磁感线的有效长度为 l,则感应电动势 E=Blv,回路的总电阻 R总 =Rl(1+csc ),回路中的电流 I= = ,显然,电流 I的大小恒定,选项 A正确,选项 B2 ER总 BvR(1+csc2)错误;在 t时刻, l=2vttan t,所以 R 总 =Rl(1+csc ) l t,电功率 P=I2R 总 R 总 t,选项2 2C错误,选项 D正确 .11.解析根据楞次定律可知,当原磁场减弱时,线圈 L2中产生的感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,因为拔出线圈、使滑动变阻器连入电路的阻值变大以及断开开关都能够使原磁场减弱,所以
20、正确 .12.(1)24 A(2) 用绝缘导线在变压器的铁芯上绕制 n匝线圈; 将 A线圈与低压交流电源相连接; 用多用电表的交流电压挡分别测量 A线圈两端的输入电压 UA和绕制的线圈两端的输出电压 U n(也可用其他方法,只要合理即可)UAU1213.(1)12.5rad/s (2) C225解析(1)开关 S断开时,电压表的示数为 10 V,可知电动势的最大值2Em= 10 V=20V,由 Em=nBS 得 = = rad/s=12.5rad/s.2 2EmnBS 201000.20.40.2(2)开关 S闭合后, UL=10V,PL=10W,I= =1A,所以 R 总 = =10 PLU
21、L EI 2q=n =n = C. R总 Bl1l2-Bl1l2cosR总 22514.(1)200V (2)10W (3)0.25A解析(1)通过电阻 R1的电流的有效值 I1= A=1A22电阻 R1两端的电压有效值 U1=I1R1=120V=20V所以原线圈的输入电压的有效值 U= U1=1020V=200V.n1n2(2)流过电阻 R2的电流 I2= = A=0.5AU1R22040电阻 R2消耗的电功率 P2= R2=0.5240W=10W.I22(3)原线圈的输入电流 I= = A=0.175APU35200副线圈的输出电流 I= I=100.175A=1.75An1n2通过电容器
22、的电流 I3=I-I1-I2=1.75A-1A-0.5A=0.25A.15.(1)2.5V (2)1.25 (3)3.14J解析(1)由法拉第电磁感应定律得 E=n =n r2=10 0.52V=2.5V. t B t 12 2 12(2)小灯泡正常发光,有 P=I2R由闭合电路欧姆定律得E=I(R0+R)故 P= R(ER0+R)2解得 R=1.25 .(3)对线框 bc边处于磁场中的部分受力分析如图所示,当线框恰好要运动时,设磁场的磁感应强度大小为 B,由平衡条件有13mgsin=F 安 +f=F 安 +mg cosF 安 =nBI2r解得 B=0.4T线框在斜面上可保持静止的时间 t=
23、s= s2-0.42 45小灯泡产生的热量 Q=Pt=1.25 J=J3 .14J.4516.(1)1A 方向由 d到 c (2)0.2N (3)0.4J解析(1)金属棒 cd受到的安培力 Fcd=BIl金属棒 cd保持静止,则 Fcd=mgsin30解得 I=1A由左手定则可判断,通过金属棒 cd的电流 I的方向由 d到 c.(2)金属棒 ab与金属棒 cd受到的安培力大小相等,即 Fab=Fcd对金属棒 ab,由共点力平衡条件得F=mgsin30+BIl解得 F=0.2N.(3)设在时间 t内金属棒 cd产生 Q=0.1J的热量,由焦耳定律可得 Q=I2Rt设金属棒 ab运动的速度大小为 v,则产生的感应电动势 E=Blv由闭合电路的欧姆定律得 I=E2R金属棒 ab沿导轨的位移 x=vt力 F做的功 W=Fx联立解得 W=0.4J.14
