高中创新设计物理教科版32综合检测BWord文件下载.docx
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=n
,由楞次定律和右手螺旋定则可判断b点电势高于a点电势,因磁场均匀变化,所以感应电动势恒定,因此a、b两点电势差恒为φa-φb=-n
,选项C正确.
3.在图3中,L为电阻很小的线圈,G1和G2为内阻可不计、零点在表盘中央的电流计.当开关K处于闭合状态时,两表的指针皆偏向右方.那么,当开关K断开时,将出现( )
图3
A.G1和G2的指针都立即回到零点
B.G1的指针立即回到零点,而G2的指针缓慢地回到零点
C.G1的指针缓慢地回到零点,而G2的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零点
D.G1的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零点,而G2的指针缓慢地回到零点
4.如图4所示的电路中,电源电压u=311sin(100πt)V,A、B间接有“220V,440W”的电暖宝、“220V,220W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝,下列说法正确的是( )
图4
A.交流电压表的示数为311V
B.电路要正常工作,保险丝的额定电流不能小于3
A
C.电暖宝发热的功率是抽油烟机发热功率的2倍
D.抽油烟机1min消耗的电能为1.32×
104J
解析 由交变电压的表达式可知,交变电压的有效值U=
≈220V,所以交流电压表的示数为有效值220V,A错误;
电路正常工作时,通过保险丝的电流为I=
+
=3A<
3
A,B错误;
若是纯电阻电路,电暖宝的功率是抽油烟机功率的2倍,但抽油烟机消耗的电能主要转化为机械能,产生的热量很少,电暖宝的热功率大于抽油烟机热功率的2倍,C错误;
抽油烟机1min消耗的电能为W=P2t=220×
60J=1.32×
104J,D正确.
5.如图5所示,矩形线圈abcd的面积为S,匝数为N,线圈电阻为R,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ω匀速转动(P1与ab边重合,P2过ad边的中点),从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转过90°
的过程中,绕P1及P2轴转动产生的交变电流的大小、通过线圈的电荷量及线圈中产生的热量分别为I1、q1、Q1及I2、q2、Q2,则下列判断正确的是( )
图5
A.线圈绕P1和P2轴转动时电流的方向相同,都是a→b→c→d→a
B.q1>
q2
C.I1=I2
D.Q1<
Q2
解析 绕P1、P2轴转动时电流的方向相同,但电流的方向为a→d→c→b→a,选项A错误;
电荷量q=
,与绕哪个轴转动没有关系,选项B错误;
线圈分别绕两轴转动时产生的电动势相同,所以电流相同,产生的热量也相同,选项C正确,选项D错误.
6.如图6所示,甲图中两导轨不平行,而乙图中两导轨平行,其余物理条件都相同,金属棒MN正在导轨上向右匀速运动,在金属棒运动过程中,将观察到( )
图6
A.L1、L2都发光,只是亮度不同
B.L1、L2都不发光
C.L2发光,L1不发光
D.L1发光,L2不发光
解析 甲图右侧线圈中感应电动势的大小时刻变化,乙图右侧线圈中感应电动势恒定.据变压器只能改变交变电压可知L1发光,L2不发光.
二、多项选择题(本大题共4小题,每小题5分,共20分.在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全部选对得5分,选对但不全的得3分,有选错或不答的得0分)
7.目前中国南极考察队队员正在地球南极考察,设想考察队队员在地球南极附近水平面上驾驶一辆冰车向前行进时,由于地磁场作用,冰车两端会有电势差,设驾驶员的左方电势为U1,右方电势为U2,则下列说法正确的是( )
A.向着南极点行进时,U1比U2高
B.背着南极点行进时,U1比U2低
C.在水平冰面上转圈时,U1比U2高
D.无论怎样在水平冰面上行进,U1总是低于U2
解析 在南极附近,地磁场磁感线的方向都是向上的,向着南极点行进或者背着南极点行进时,冰车切割磁感线,由右手定则可知,驾驶员右方电势高于左方电势;
不管冰车怎样在水平冰面上行进,依据右手定则可判定,驾驶员右方电势总是高于左方电势.故B、D正确.
8.电阻为1Ω的单匝矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动,产生的交变电动势随时间变化的图像如图7所示,现把此交变电动势加在电阻为9Ω的电热丝上,下列判断正确的是( )
图7
A.线圈转动的角速度为100rad/s
B.在0~0.005s时间内,通过电阻的电荷量为
C
C.电热丝两端的电压为180V
D.电热丝的发热功率为1800W
解析 由题图可知T=0.02s,ω=
=100πrad/s,A错误.在0~0.005s内,由Um=nBSω,得BS=
Wb,q=
=
C,B正确.电热丝两端电压U=
·
=90
V,C错误.电热丝的发热功率P=
W=1800W,D正确.
9.某发电站用11kV的交变电压输电,输送功率一定,输电线的总电阻为R,现若用变压器将电压升高到330kV送电,下面选项正确的是( )
A.因I=
所以输电线上的电流增为原来的30倍
B.因I=
所以输电线上的电流减为原来的
C.因P=
,所以输电线上损失的功率为原来的900倍
D.若要使输电线上损失的功率不变,可将输电线的半径减为原来的
解析 输送功率P=UI一定,电压升高后,电流变为原来的
,A错误,B正确;
P损=I2R,损失的功率变为原来的(
)2=
,C错误;
输电线的半径变为原来的
,根据公式R=ρ
,电阻变为原来的900倍,P损=I2R,输电线上损失的功率保持不变,D正确.
10.如图8所示,平行金属导轨与水平面间夹角为θ,导轨电阻不计,与阻值为R的定值电阻相连,磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过导轨平面.有一质量为m、长为l的导体棒从ab位置(ab与导轨垂直)获得平行斜面的大小为v的初速度向上运动,最远到达a′b′的位置,滑行的距离为x,导体棒的电阻也为R,与导轨之间的动摩擦因数为μ,则( )
图8
A.上滑过程中导体棒受到的最大安培力为
B.上滑过程中安培力、滑动摩擦力和重力对导体棒做的总功为
C.上滑过程中电流做功产生的热量为
-mgx(sinθ+μcosθ)
D.上滑过程中导体棒损失的机械能为
-mgxsinθ
解析 上滑过程中导体棒在初始位置所受的安培力最大,即F=BIl=B
l=
,所以选项A错误;
上滑过程中由动能定理可得安培力、滑动摩擦力和重力对导体棒做的总功为W安培力+W摩擦力+WG=ΔEk=-
mv2,选项B错误;
上滑过程中电流做功产生的热量等于克服安培力所做的功,选项C正确;
由能量守恒定律可判断D正确.
三、填空题(共2小题,共10分)
11.(4分)如图9所示,图甲为热敏电阻的R—t图像,图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路,继电器线圈的电阻为100Ω.当线圈的电流大于或等于20mA时,继电器的衔铁被吸合.为继电器线圈供电的电池的电动势E=9.0V,内阻可以不计.图中的“电源”是恒温箱加热器的电源.则:
图9
(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(填“A、B端”或“C、D端”).
(2)如果要使恒温箱内的温度保持50℃,可变电阻R′的阻值应调节为________Ω.
解析
(1)恒温箱内的加热器应接在A、B端.当线圈中的电流较小时,继电器的衔铁在上方,恒温箱的加热器处于工作状态,恒温箱内温度升高.
(2)随着恒温箱内温度升高,热敏电阻R的阻值变小,则线圈中的电流变大,当线圈中的电流大于或等于20mA时,继电器的衔铁被吸到下方来,则恒温箱加热器与电源断开,加热器停止工作,恒温箱内温度降低.随着恒温箱内温度降低,热敏电阻R的阻值变大,则线圈中的电流变小,当线圈中的电流小于20mA时,继电器的衔铁又被释放到上方,则恒温箱加热器又开始工作,这样就可以使恒温箱内保持在某一温度.要使恒温箱内的温度保持50℃,即50℃时线圈内的电流为20mA.由闭合电路的欧姆定律得I=
,r为继电器的电阻.由题图甲可知,50℃时热敏电阻R的阻值为90Ω,所以R′=
-R-r=260Ω.
12.(6分)如图10甲所示,调压器装置可视为理想变压器,负载电路中R=55Ω,
、
分别为理想电流表和理想电压表,若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压,电压表的示数为110V,则电流表
的示数为________A,
的示数为____________A,原线圈中电流的瞬时值表达式为:
____________________.
图10
13.(10分)在拆装某种大型电磁设备的过程中,需将设备内部的处于匀强磁场中的线圈先闭合,然后再提升直至离开磁场.操作时通过手摇轮轴A和定滑轮O来提升线圈.假设该线圈可简化为水平长为L、上下宽度为d的矩形线圈,其匝数为n,总质量为M,总电阻为R,如图11所示.开始时线圈的上边缘与有界磁场的上边缘平齐.转动手摇轮轴A,在时间t内把线圈从图示位置匀速向上拉出磁场.此过程中,通过线圈中每匝导线横截面的电荷量为q,求:
图11
(1)磁场的磁感应强度;
(2)在转动轮轴时,人至少需做多少功?
(不考虑摩擦影响)
解析
(1)设磁场的磁感应强度为B,在匀速提升过程中线圈运动速度v=
①
线圈中感应电动势E=nBLv②
产生的感应电流I=
③
通过导线横截面的电荷量q=It④
联立①②③④得B=
(2)匀速提升过程中,人要克服重力和安培力做功
即W=WG+W安⑤
又WG=Mgd⑥
W安=nBILd=n·
Ld=
⑦
联立⑤⑥⑦可得W=Mgd+
14.(10分)如图12所示为交流发电机示意图,匝数为n=100匝的矩形线圈,边长分别为10cm和20cm,内阻为5Ω,在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中绕OO′轴以50
rad/s的角速度匀速转动,线圈外部和20Ω的电阻R相连接.求:
图12
(1)S断开时,电压表的示数;
(2)开关S合上时,电压表和电流表的示数;
(3)通过电阻R的电流最大值是多少?
电阻R上所消耗的电功率是多少?
解析
(1)感应电动势的最大值
Em=nBSω=100×
0.5×
0.1×
0.2×
50
V=50
V
S断开时,电压表示数为电源电动势的有效值E=
=50V.
(2)当开关S合上时,由闭合电路欧姆定律得
I=
A=2A
U=IR=2×
20V=40V
故电压表的示数为40V,电流表的示数为2A.
(3)通过R的电流最大值Im=
I=2
A.
电阻R上所消耗的电功率P=UI=40×
2W=80W.
15.(12分)图13甲为一理想变压器,ab为原线圈,ce为副线圈,d为副线圈引出的一个接头,原线圈输入正弦式交变电压的u-t图像如图乙所示.若只在c、e间接一只Rce=400Ω的电阻,或只在d、e间接一只Rde=225Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80W.
图13
(1)请写出原线圈输入电压uab的瞬时值表达式.
(2)求只在c、e间接400Ω的电阻时,原线圈中的电流I1.
(3)求c、e和d、e间线圈的匝数比
.
(2)0.28A(或
A) (3)
解析
(1)由题图乙知ω=
=200πrad/s,
电压瞬时值uab=400sin(200πt)V.
(2)电压的有效值U1=200
V,理想变压器P1=P2,原线圈中的电流I1=
解得I1≈0.28A(或
A).
(3)设原线圈的匝数为n1,
,同理,
,
由题意知
联立解得
16.(14分)光滑的平行金属导轨长为L=2m,两导轨间距d=0.5m,轨道平面与水平面的夹角为θ=30°
,导轨上端接一个阻值为R=0.6Ω的电阻,导轨所在空间有垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁场的磁感应强度B=1T,如图14所示,一根质量m=0.5kg、电阻r=0.4Ω的金属棒ab垂直于导轨放在导轨最上端,且与导轨接触良好,其余部分电阻不计.已知棒ab从导轨最上端由静止开始下滑到最底端脱离导轨的过程中,电阻R上产生的热量Q1=0.6J,棒与导轨始终垂直,g取10m/s2,试求:
图14
(1)当棒的速度v=2m/s时,电阻R两端的电压;
(2)棒下滑到导轨最底端时速度的大小;
(3)棒下滑到导轨最底端时加速度a的大小.
解析
(1)当棒的速度v=2m/s时,棒中产生的感应电动势E=Bdv=1V,
此时电路中的电流I=
=1A,
所以电阻R两端的电压U=IR=0.6V.
(2)根据Q=I2Rt∝R可知,在棒下滑的整个过程中金属棒中产生的热量
Q2=
Q1=0.4J,
设棒到达导轨最底端时的速度为v2,根据能量守恒定律,有
mgLsinθ=
mv
+Q1+Q2,
解得v2=4m/s.
(3)棒到达导轨最底端时回路中产生的感应电流I2=
=2A,
根据牛顿Secord定律有mgsinθ-BI2d=ma,
联立解得a=3m/s2.
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