2019届高考物理复习练习：第9章 第3讲 电容器与电容 带电粒子在电场中的运动 Word版含解析

板块三 限时规范特训

　　时间：45分钟　满分：100分

一、选择题(本题共10小题，每小题7分，共70分。其中1～6为单选，7～10为多选)

1．如图所示，甲图中电容器的两个极板和电源的两极相连，乙图中电容器充电后断开电源。在电容器的两个极板间用相同的悬线分别吊起完全相同的小球，小球静止时悬线和竖直方向的夹角均为θ，将两图中的右极板向右平移时，下列说法正确的是(　　)

A．甲图中夹角减小，乙图中夹角增大

B．甲图中夹角减小，乙图中夹角不变

C．甲图中夹角不变，乙图中夹角不变

D．甲图中夹角减小，乙图中夹角减小

答案　B

解析　甲图中的电容器和电源相连，所以电容器两极板间的电压不变，当极板间的距离增大时，根据公式E＝可知，板间的电场强度减小，电场力减小，所以悬线和竖直方向的夹角将减小，C错误；当电容器充电后断开电源，电容器的极板所带的电荷量不变，根据平行板电容器的电容公式C＝，极板间的电压U＝＝，极板间的电场强度E＝＝，当两个极板电荷量不变，距离改变时，场强不变，故乙图中两极板间场强不变，电场力不变，夹角不变，A、D错误；综上分析，选项B正确。

2．[2016·商丘高三模拟]如图，一带电粒子从小孔A以一定的初速度射入平行板P和Q之间的真空区域，经偏转后打在Q板上如图所示的位置。在其他条件不变的情况下要使该粒子能从Q板上的小孔B射出，下列操作中可能实现的是(不计粒子重力)(　　)

A．保持开关S闭合，适当上移P极板

B．保持开关S闭合，适当左移P极板

C．先断开开关S，再适当上移P极板

D．先断开开关S，再适当左移P极板

答案　A

解析　如图，粒子在板间做类斜抛运动，将速度分解为水平方向vx和竖直方向vy。竖直方向：vy＝v0sinθ，加速度a＝，E为场强，设t为粒子上升到最高点所用时间，则t＝＝。水平方向位移x＝vx·2t＝2v0tcosθ。保持开关S闭合，电容器两板间电压U不变，适当上移P极板，两极板间的距离变大，根据E＝知场强变小，竖直方向运动时间变长，水平方向的位移x＝2v0tcosθ变大，该粒子可能从Q板的B孔射出，A正确；若左移P极板，不影响场强，仍落在原处，B错误；断开开关S，则电容器电量Q不变，适当上移P极板，由E＝知场强E不变，则粒子仍落到原处，C错误；断开开关S，若左移P极板，由E＝知S变小E变大，则粒子加速度a变大，上升到最高点所用时间t变小，则水平方向位移x变小，不能到达B孔，D错误。

3. [2018·陕西咸阳模拟]如图，一平行板电容器的两极板与一电压恒定的电源相连，极板水平放置，极板间距为d；在下极板上叠放一厚度为l的金属板，其上部空间有一带电粒子P静止在电容器中。当把金属板从电容器中快速抽出后，粒子P开始运动。重力加速度为g，粒子运动的加速度为(　　)

A. g B. g C. g D. g

答案　A

解析　抽出前，粒子受重力和电场力平衡，mg＝q，抽出后，根据牛顿第二定律，有mg－q＝ma，联立解得a＝g，A正确。

4．[2018·陕西渭南模拟]如图所示，平行板电容器板间电压为U，板间距为d，两板间为匀强电场，让质子流以初速度v0垂直电场射入，沿a轨迹落到下板的中央，现只改变其中一条件，让质子沿b轨迹落到下板边缘，则可以将(　　)

A．开关S断开

B．初速度变为

C．板间电压变为

D．竖直移动上板，使板间距变为2d

答案　C

解析　开关S断开，电容器极板电荷量不变，电容器电容不变，电容器两极板间电压不变，场强不变，质子所受电场力不变，加速度不变，所以仍落到下板的中央，A错误；将初速度变为一半，质子加速度不变，运动时间不变，质子的水平位移变为原来的一半，不可能到达下板边缘，B错误；当板间电压变为时，场强变为原来的，电场力变为原来的，加速度变为原来的，根据y＝at2知，时间为原来的2倍，由x＝v0t知水平位移为原来的2倍，所以能沿b轨迹落到下板边缘，C正确；竖直移动上板，使板间距变为2d，则板间场强变为原来的，电场力为原来的，加速度为原来的，根据y＝at2知，时间为原来的倍，水平位移为原来的倍，不能到达下板边缘，D错误。

5．[2018·吉林辽源五中模拟]如图所示，D为一理想二极管(正向电阻为0，反向电阻无穷大)，平行金属板M、N水平放置，两板之间有一带电微粒以速度v0沿图示方向做直线运动，当微粒运动到P点时，将M板迅速向上平移一小段距离，则此后微粒的运动情况是(　　)

A．沿轨迹①运动 B．沿轨迹②运动

C．沿轨迹③运动 D．沿轨迹④运动

答案　B

解析　当微粒运动到P点时，迅速将M板上移一小段距离，由于二极管反向电阻无穷大，两极板上电量不变，由电容的决定式C＝，定义式C＝得MN两板间电压升高，由E＝＝，知电场强度不变，粒子受到的电场力不变，微粒的运动方向不变，仍沿轨迹②做直线运动，故B正确，A、C、D错误。

6. 如图所示，电路可将声音信号转化为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的震动膜a构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接。若声源S做简谐运动，则(　　)

A．a振动过程中，a、b板间的电场强度不变

B．a振动过程中，a、b板所带电量不变

C．a振动过程中，电容器的电容不变

D．a向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器电容最大

答案　D

解析　金属板b在声波驱动下沿水平方向振动，两极板间的距离发生变化，两极板与电源相连，电势差恒定，两板间的场强发生变化，A错误；电容器的电容随两板间距离改变而改变，两板带电量随电容改变而改变，B、C错误；当距离最近时，电容最大，D正确。

7．如图所示，若在这个示波管的荧光屏上出现了一个亮斑P，那么示波管中的(　　)

A．极板X应带正电

B．极板X′应带正电

C．极板Y应带正电

D．极板Y′应带正电

答案　AC

解析　由电子枪发射出的电子带负电，所以P点的亮斑是由于极板X和Y带正电所形成的，故A、C正确。

8．[2016·山东日照质检]如图所示，无限大均匀带正电薄板竖直放置，其周围空间的电场可认为是匀强电场。光滑绝缘细管垂直于板穿过中间小孔，一个视为质点的带负电小球在细管内运动(细管绝缘且光滑)。以小孔为原点建立x轴，规定x轴正方向为加速度a、速度v的正方向，下图分别表示x轴上各点的电势φ，小球的加速度a、速度v和动能Ek随x的变化图象，其中正确的是(　　)

答案　AB

解析　在匀强电场中，沿电场线方向，电势均匀降低，A正确；带负电小球受电场力与场强方向相反，在匀强电场中受电场力不变，故加速度不变，所以在x<0区域内加速度方向为正方向，在x>0区域内为负方向，B正确；小球在原点的初速度为v0，经过任意一段位移x后的速度为v，由匀变速直线运动规律可知，v2－v＝2ax，所以v­x 图象不是直线，C错误；由动能定理有：Eqx＝Ek－mv，故Ek­x图象应为一次函数图象，D错误。

9. 三个电子从同一地点同时沿同一方向垂直进入偏转电场，出现如图所示的轨迹，则可以判断(　　)

A．它们在电场中运动时间相同

B．A、B在电场中运动时间相同，C先飞离电场

C．C进入电场时的速度最大，A最小

D．电场力对C做功最小

答案　BCD

解析　三电子在电场中运动的加速度a相同，在垂直于极板方向，yA＝yB>yC，由y＝at2知在电场中运动的时间tA＝tB>tC，A错误，B正确；B、C水平位移相同，tB>tC，故vC>vB，而A、B运动时间相同，但xA<xB，故vB>vA，故C进入电场的速度最大，A最小，C正确；电场力做功W＝Eqy，而yA＝yB>yC，故电场力对C做功最小，D正确。

10．如图甲所示，平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力)，两板间距离足够大。当两板间加上如图乙所示的交变电压后，在下图中，反映电子速度v、位移x和加速度a三个物理量随时间t的变化规律可能正确的是(　　)

答案　AD

解析　在平行金属板之间加上如题图乙所示的交变电压时，电子在平行金属板间所受的电场力大小不变，F＝，由牛顿第二定律F＝ma可知，电子的加速度大小不变，电子在第一个内向B板做匀加速直线运动，在第二个内向B板做匀减速直线运动，在第三个内反向做匀加速直线运动，在第四个内向A板做匀减速直线运动，所以a­t图象应如图D所示，v­t图象应如图A所示，A、D正确，C错误；又因匀变速直线运动位移x＝v0t＋at2，所以x­t图象应是曲线，B错误。

二、非选择题(本题共2小题，共30分)

11．[2017·衡水二模](15分)如图甲所示，两块水平平行放置的导电板，板距为d，大量电子(质量为m，电荷量为e)连续不断地从中点O沿与极板平行的OO′方向射入两板之间，当两板不带电时，这些电子通过两板之间的时间为3t0，当在两板间加如图乙所示的周期为2t0、幅值恒为U0的周期性电压时，所有的电子均能从两板间通过(不计重力)。

求这些电子穿过平行板时距OO′的最大距离和最小距离。

答案　　

解析　以电场力的方向为正方向，画出电子在t＝0、t＝t0时刻进入电场后，沿电场力方向的速度vy随时间变化的vy­t图象如图丙和丁所示

电场强度E＝

电子的加速度a＝＝

由图丙中vy1＝at0＝

vy2＝a×2t0＝

由图丙可得电子的最大侧移，即穿过平行板时距OO′的最大距离

ymax＝t0＋vy1t0＋t0＝

由图丁可得电子的最小侧移，即穿过平行板时距OO′的最小距离

ymin＝t0＋vy1t0＝。

12．[2016·北京高考](15分)如图所示，电子由静止开始经加速电场加速后，沿平行于板面的方向射入偏转电场，并从另一侧射出。已知电子质量为m，电荷量为e，加速电场电压为U0。偏转电场可看作匀强电场，极板间电压为U，极板长度为L，板间距为d。

(1)忽略电子所受重力，求电子射入偏转电场时的初速度v0和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离Δy；

(2)分析物理量的数量级，是解决物理问题的常用方法。在解决(1)问时忽略了电子所受重力，请利用下列数据分析说明其原因。已知U＝2.0×102 V，d＝4.0×10－2 m，m＝9.1×10－31 kg，e＝1.6×10－19 C，g＝10 m/s2；

(3)极板间既有静电场也有重力场。电势反映了静电场各点的能的性质，请写出电势φ的定义式。类比电势的定义方法，在重力场中建立“重力势”φG的概念，并简要说明电势和“重力势”的共同特点。

答案　(1)　

(2)见解析

(3)φ＝　电势φ和重力势φG都是反映场的能的性质的物理量，仅由场自身的因素决定。

解析　(1)根据动能定理可得：eU0＝mv

所以电子射入偏转电场时的初速度v0＝

在偏转电场中，电子的运动时间

Δt＝＝L

在偏转电场中，电子的加速度a＝。

偏转距离Δy＝a(Δt)2＝。

(2)考虑电子所受重力和电场力的数量级，有

重力G＝mg＝9.1×10－30 N

电场力F＝＝8×10－16 N

由于F≫G，因此不需要考虑电子所受的重力。

(3)电场中某点电势φ定义为电荷在该点的电势能Ep与电荷量q的比值，即φ＝，由于重力做功与路径无关，可以类比静电场电势的定义，将重力场中物体在某点的重力势能EG与其质量m的比值叫做“重力势”，即φG＝。

电势φ和“重力势”φG都是反映场的能的性质的物理量，仅由场自身的因素决定。

板块三 限时规范特训

　　时间：45分钟　满分：100分

一、选择题(本题共14小题，每小题6分，共84分。其中1～7为单选，8～14为多选)

1．如图所示，一水平放置的N匝矩形线框面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向斜向上，与水平面成30°角，现若使矩形框以左边的一条边为轴转到竖直的虚线位置，则此过程中磁通量的改变量的大小是(　　)

A. BS B. NBS

C. BS D. NBS

答案　C

解析　磁通量与匝数无关，Φ＝BS中，B与S必须垂直。初态Φ1＝Bsinθ·S，末态Φ2＝－Bcosθ·S，磁通量的变化量大小ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|BS(－cos30°－sin30°)|＝BS，所以应选C项。

2．如图所示，一圆形金属线圈放置在水平桌面上，匀强磁场垂直桌面竖直向下，过线圈上A点作切线OO′，OO′与线圈在同一平面上。在线圈以OO′为轴翻转180°的过程中，线圈中电流流向(　　)

A．始终由A→B→C→A

B．始终由A→C→B→A

C．先由A→C→B→A再由A→B→C→A

D．先由A→B→C→A再由A→C→B→A

答案　A

解析　原磁场的方向垂直纸面向下，以OO′为轴翻转90°的过程中，磁通量Φ减小，由楞次定律可知，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，垂直纸面向下，由安培定则可知，感应电流方向A→B→C→A；以OO′为轴再转90°的过程中，磁通量Φ变大，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，垂直纸面向上，由安培定则可知，感应电流方向A→B→C→A，所以A选项是正确的。

3．[2017·河北衡水模拟]线圈ab中的电流如图所示，设电流从a到b为正方向，那么在0～t0这段时间内，用丝线悬挂的铝环M中产生感应电流，从左向右看，它的方向是(　　)

A．顺时针 B．逆时针

C．先顺时针后逆时针 D．先逆时针后顺时针

答案　A

解析　根据题意可知，当电流从a流向b时，由右手螺旋定则可知，穿过线圈M的磁场水平向右，由于电流的减小，所以磁通量变小，根据楞次定律可得，铝环M的感应电流方向为顺时针(从左向右看)。后半段时间电流从b流向a，由右手螺旋定则可知，穿过铝环M的磁场水平向左，电流增大，则磁通量变大，根据楞次定律可知，感应电流方向为顺时针(从左向右看)，故电流方向不变，A正确。

4．[2016·石家庄质检]法拉第发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机。如图所示，紫铜做的圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中，圆盘圆心处固定一个摇柄，边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴，用导线将电刷与电流表连接起来形成回路。转动摇柄，使圆盘逆时针匀速转动，电流表的指针发生偏转。下列说法正确的是(　　)

A．回路中电流大小变化，方向不变

B．回路中电流大小不变，方向变化

C．回路中电流的大小和方向都周期性变化

D．回路中电流方向不变，从b导线流进电流表

答案　D

解析　圆盘在磁场中切割磁感线产生恒定的感应电动势E＝BωR2，由右手定则判断得a端为负极、b端为正极，所以只有D项正确。

5. [2017·山东青岛二模]如图所示，在光滑绝缘水平面上固定一通电直导线，其右侧有闭合圆形线圈，某时刻线圈获得一个如图所示的初速度v0，若通电导线足够长，无限长通电直导线周围某处磁场的磁感应强度大小为B＝k，则下列说法正确的是(　　)

A．线圈中产生沿顺时针方向的恒定电流

B．线圈中产生沿逆时针方向的恒定电流

C．线圈最终会以某一速度做匀速直线运动

D．线圈最终会停下来并保持静止

答案　C

解析　根据右手螺旋定则判断，线圈所处的磁场方向垂直纸面向里，根据题意可知，离导线越远，磁场越弱，线圈有远离直导线的速度，依据楞次定律可知，线圈中的感应电流方向沿顺时针方向，但由于磁场减弱，且动能有损失，速度减小，所以线圈产生的不是恒定电流，选项A、B错误；当线圈在该平面上以速度v0沿图示方向运动时，产生感应电流，将圆形线圈看作由无数小段直导线组成，根据左手定则知安培力合力方向垂直导线向左，使金属环在垂直导线方向做减速运动，当垂直导线方向的速度减为零，线圈沿导线方向运动，磁通量不变，无感应电流，合力为零，做匀速直线运动，选项C正确，D错误。

6．如图所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向下滑动，下列表述正确的是(　　)

A．线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流

B．穿过线圈a的磁通量变小

C．线圈a有扩张的趋势

D．线圈a对水平桌面的压力FN将增大

答案　D

解析　通过螺线管b的电流如图所示，根据右手螺旋定则判断出螺线管b所产生的磁场方向竖直向下，滑片P向下滑动，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电路电流增大，所产生的磁场的磁感应强度增强，根据楞次定律可知，线圈a中所产生的感应电流的磁场方向竖直向上，由右手螺旋定则可得线圈a中的电流方向为俯视逆时针方向，A错误；由于螺线管b中的电流增大，所产生的磁感应强度增强，线圈a中的磁通量变大，B错误；根据楞次定律可知，线圈a将阻碍磁通量的增大，因此，线圈a有缩小并远离的趋势，线圈a对水平桌面的压力将增大，C错误，D正确。

7. [2017·福建泉州期末]水平放置的光滑绝缘杆上挂有两个铜环M和N，通电密绕长螺线管穿过两环，如图所示，螺线管中部区域的管外磁场可以忽略，当变阻器滑动触头向左移动时，两环将(　　)

A．一起向左移动 B．一起向右移动

C．相互靠拢 D．相互分离

答案　C

解析　当滑动变阻器的滑动触头向左移动时，螺线管内部、外部的磁场均增加，穿过M、N两金属环的水平向右的磁通量增加，根据楞次定律，可以知道两环中有相同方向的电流，同方向电流相互吸引，故两环相靠近，所以C选项是正确的。

8．如图所示，倾角为α的斜面上放置着光滑导轨，金属棒KN置于导轨上，在以ab和cd为边界的区域内存在磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直导轨平面向上。在cd左侧的无磁场区域cdPM内有一半径很小的金属圆环L，圆环与导轨在同一平面内。当金属棒KN在重力作用下从磁场右边界ab处由静止开始向下运动后，则下列说法正确的是(　　)

A．圆环L有收缩趋势

B．圆环L有扩张趋势

C．圆环内产生的感应电流变小

D．圆环内产生的感应电流不变

答案　AC

解析　由于金属棒KN在重力的作用下向下运动，则KNMP回路中产生俯视逆时针方向的感应电流，则在圆环处产生垂直于轨道平面向上的磁场，随着金属棒向下加速运动，圆环的磁通量将增加，依据楞次定律可知，圆环将有收缩的趋势以阻碍圆环磁通量的增加；又由于a＝gsinα－，金属棒向下运动的加速度减小，磁通量的变化率减小，所以在圆环中产生的感应电流不断减小。故A、C正确。

9. [2017·宁夏中卫一模]右图是创意物理实验设计作品《小熊荡秋千》的示意图。两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒C、D固定在铁架台上，与两个铜线圈P、Q组成一闭合回路，两个磁性很强的条形磁铁如图放置。当用手左右摆动线圈P时，线圈Q也会跟着摆动，仿佛小熊在荡秋千。以下说法正确的是(　　)

A．P向右摆动的过程中，P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)

B．P向右摆动的过程中，Q也会向右摆动

C．P向右摆动的过程中，Q会向左摆动

D．若用手左右摆动Q，P会始终保持静止

答案　AB

解析　P向右摆动的过程中，穿过P线圈的磁通量减小，根据楞次定律，P中有顺时针方向的电流(从右向左看)，故A正确。根据电路连接可知Q下端的电流方向向外，根据左手定则，所受的安培力向右，则Q向右摆动。同理，用手左右摆动Q，P会左右摆动，故B正确，C、D错误。

10．等腰三角形线框abc与长直导线MN绝缘，且线框被导线分成面积相等的两部分，如图甲所示，MN中通有由N流向M的电流，电流强度随时间的变化如图乙所示，则关于线框中感应电流的判断正确的是(　　)

A．在任何时刻线框中都无感应电流

B．在t1时刻线框中有沿acba方向的感应电流

C．在t2时刻线框中有沿acba方向的感应电流

D．在t3时刻线框中有沿abca方向的感应电流

答案　BD

解析　穿过线框的磁通量垂直纸面向里，在t1时刻时，磁通量增加，在t2时刻时，磁通量不变，在t3时刻时，磁通量减少，根据楞次定律可得B、D正确。

11．如图所示，在赤道附近某中学实验室的水平桌面上，放置边长为L的正方形闭合导体线圈abcd，线圈的ab边沿南北方向，ad边沿东西方向。下列说法中正确的是(　　)

A．若使线圈向东平动，则a点的电势与b点的电势相同

B．若使线圈向北平动，则a点的电势比b点的电势低

C．若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→b→c→d→a

D．若以ad为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a

答案　AD

解析　在赤道附近的地磁场是平行地面由南指向北，当线圈不管向哪个方向平动，都没有感应电流产生，各点电势相同，因此A选项正确，B选项错误。以ab为轴转动，磁通量不变，也没有感应电流，C选项错误。以ad为轴向上翻转，磁通量增大，感应电流磁场方向由北指向南，由安培定则可知，感应电流的方向a→d→c→b→a，D选项正确。

12．如图是某电磁冲击钻的原理图，若突然发现钻头M向右运动，则可能是(　　)

A．开关S闭合瞬间

B．开关S由闭合到断开的瞬间

C．开关S是闭合的，滑动变阻器滑片P向左迅速滑动

D．开关S是闭合的，滑动变阻器滑片P向右迅速滑动

答案　AC

解析　当开关S闭合时，左线圈上有了电流，产生磁场，而对于右线圈来说，磁通量增加，由楞次定律可知，为了阻碍磁通量的增加，钻头M向右运动远离左边线圈，故A正确；当开关S由闭合到断开的瞬间，穿过右线圈的磁通量要减少，为了阻碍磁通量的减少，钻头M要向左运动靠近左边的线圈，故B错误；开关S闭合时，当滑动变阻器滑片P向左迅速滑动时，回路的电阻减小，回路的电流增大，产生的磁场增强，穿过右线圈的磁通量增大，为了阻碍磁通量的增加，钻头M向右运动远离左边线圈，故C正确；当滑动变阻器的滑片P向右迅速滑动时，回路的电阻增大，回路的电流减小，产生的磁场减弱，穿过右线圈的磁通量减少，为了阻碍磁通量的减少，钻头M向左运动靠近左边线圈，故D错误。

13．如图所示，若套在条形磁铁上的弹性金属导线圈Ⅰ突然缩小为线圈Ⅱ再下落到Ⅲ位置，则关于线圈的感应电流及其方向(从上往下看)是(　　)

A．从Ⅰ→Ⅱ有顺时针方向的感应电流

B．从Ⅰ→Ⅱ有逆时针方向的感应电流

C．从Ⅰ→Ⅲ有先逆时针后顺时针方向的感应电流

D．从Ⅱ→Ⅲ有逆时针方向的感应电流

答案　AD

解析　从Ⅰ突然缩小到Ⅱ，磁通量增大，原磁场方向竖直向上，由楞次定律可知，感应电流的磁场方向竖直向下，由安培定则可知，产生俯视顺时针方向的感应电流，A选项正确，B、C选项错误。从Ⅱ到Ⅲ，磁通量减小，感应电流的磁场方向竖直向上，由安培定则可知，感应电流的方向为俯视逆时针方向，所以D选项正确。

14．下图甲中bacd为导体做成的框架，其平面与水平面成θ角，质量为m的导体棒PQ与ab、cd接触良好，回路的电阻为R，整个装置放在垂直于框架平面的变化的磁场中，磁感应强度随时间的变化如图乙，导体棒PQ始终静止，在0～t1时间内(　　)

A．导体棒PQ所受安培力的方向始终沿轨道斜面向上

B．导体棒PQ所受安培力的方向始终沿轨道斜面向下

C．导体棒PQ受到的摩擦力可能一直增大

D．导体棒PQ受到的摩擦力可能先减小后增大

答案　CD

解析　在0～t1时间内，磁感应强度B先减小后反向增大，穿过PQca回路的磁通量先减小后反向增大，由楞次定律可知，当回路磁通量均匀减小时，产生恒定的感应电流，回路面积有扩大趋势，导体棒PQ受到的安培力沿轨道斜面向上，安培力的大小FA＝BIL＝IL(B0－kt)，随磁感应强度B的减小而减小，导体棒PQ受到的静摩擦力在t＝0时若沿斜面向下，则静摩擦力随B的减小而减小；在t＝0时若沿斜面向上，则静摩擦力随B的减小而增大。当磁感应强度B反向增大时，回路磁通量增大，回路面积有缩小的趋势，导体棒PQ受到的安培力沿斜面向下，且随磁感应强度B的增大而增大，导体棒PQ受到的静摩擦力Ff＝mgsinθ＋BIL也随之增大。因此安培力在磁感应强度B减小到0之前沿斜面向上，静摩擦力有可能沿斜面向上，也有可能沿斜面向下，选项A、B错误；而静摩擦力可能先减小后增大或者一直增大，选项C、D正确。

二、非选择题(本题共2小题，共16分)

15．(8分)如图，金属棒ab置于水平放置的U形光滑导轨上，在ef右侧存在有界匀强磁场B，磁场方向垂直导轨平面向下。在ef左侧的无磁场区域cdef内有一半径很小的金属圆环L，圆环与导轨在同一平面内。当金属棒ab在水平恒力F作用下从磁场左边界ef处由静止开始向右运动后，圆环L有________(选填“收缩”或“扩张”)趋势，圆环内产生的感应电流________(选填“变大”“变小”或“不变”)。

答案　收缩　变小

解析　ab在恒力作用下向右运动的过程中ab棒切割磁感线，在abdc回路中产生感应电流，则在圆环处产生了垂直纸面向外的磁场。感应电流的大小与ab棒的切割速度成正比，随着ab棒不断向右加速运动，穿过小圆环的磁通量不断增大，由楞次定律可知，小圆环有收缩的趋势。又由于ab棒速度不断增大感应电动势增大，回路中电流增大，金属棒受到向左的安培力增大，棒ab的加速度减小，磁通量的变化率减小，圆环中产生的感应电流不断减小，当恒力F等于安培力时，棒ab开始匀速运动，穿过圆环的磁通量不再变化，此时环内感应电流为零，所以环内有变小的电流。

16．(8分)某同学在学习了感应电流的产生条件和楞次定律之后，自己制作了一个手动手电筒。如图是手电筒的简单结构示意图，左右两端是两块完全相同的条形磁铁，中间是一根绝缘直杆，由绝缘细铜丝绕制的多匝环形线圈只可在直杆上自由滑动，线圈两端接一灯泡，晃动手电筒时线圈也来回滑动，灯泡就会发光，其中O点是两磁极连线的中点，a、b两点关于O点对称。

(1)试分析其工作原理；

(2)灯泡中的电流方向是否变化。

答案　(1)磁通量变，有感应电流　(2)变化

解析　(1)当晃动手电筒时，线圈来回滑动，线圈的磁通量有变化，就会产生感应电流，与线圈相连的灯泡就会发光。

(2)线圈所在处的原磁场方向水平向左，线圈在O点时磁通量最小，在向左或向右移动时，磁通量增大，在从一端经过O点向另一端移动时，磁通量先减小后增大，产生相反方向的感应电流，所以灯泡中的电流方向发生变化。

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