沪科版物理选修32 模块综合测评.docx
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沪科版物理选修32模块综合测评
模块综合测评
一、选择题(本题共12小题,共48分.在每小题给出的四个选项中,第1~8题只有一项符合题目要求,第9~12题有多项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分.)
图1
1.如图1所示,条形磁铁正上方放置一矩形线框,线框平面水平且与条形磁铁平行.则线框由N极端匀速平移到S极端的过程中,线框中的感应电流的情况是( )
A.线框中始终无感应电流
B.线框中始终有感应电流
C.线框中开始有感应电流,当线框运动到磁铁中部时无感应电流,过中部后又有感应电流
D.线框中开始无感应电流,当线框运动到磁铁中部时有感应电流,过中部后又无感应电流
【解析】 根据条形磁铁的磁场分布情况可知,线框在磁铁左端时,磁感线从线框下表面穿过;当运动到磁铁中央时,穿过线框的磁通量为零;当线框在磁铁右端时,磁感线从线框的上表面穿过,所以线框从磁铁上方匀速运动的过程中,穿过线框的磁通量发生变化,产生感应电流.
【答案】 B
2.如图2所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一水平放置的金属棒ab以水平初速度v0抛出,设在整个过程中棒的方向不变且不计空气阻力,则在金属棒运动过程中产生的感应电动势大小变化情况是( )
【导学号:
68312131】
图2
A.越来越大 B.越来越小
C.保持不变D.无法判断
【解析】 棒ab水平抛出后,其速度越来越大,但只有水平分速度v0切割磁感线产生电动势,故E=BLv0保持不变.
【答案】 C
3.如图3所示,均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置,当a绕O点在其所在平面内旋转时,b中产生顺时针方向的感应电流,且具有收缩趋势,由此可知,圆环a( )
【导学号:
68312132】
图3
A.顺时针加速旋转B.顺时针减速旋转
C.逆时针加速旋转D.逆时针减速旋转
【解析】 b中产生顺时针方向的感应电流,且有收缩趋势,由安培定则和楞次定律可知,感应电流的磁场向里,阻碍原磁场向里减小,说明环a中电流顺时针减小,选项B正确.
【答案】 B
4.通过一阻值R=100Ω的电阻的交变电流如图4所示,其周期为1s.电阻两端电压的有效值为( )
【导学号:
68312133】
图4
A.12VB.4
V
C.15VD.8
V
【解析】 根据图像,周期T=1s,设该交变电流电压的有效值为U,
0~0.4s的时间间隔为t=0.4s,
0.4~0.5s的时间间隔t2=0.1s,
根据电流的热效应,由
2(I
Rt1+I
Rt2)=
,
解得U=4
V,B正确.
【答案】 B
5.如图5所示,理想变压器的原线圈匝数为n1=1000匝,副线圈匝数n2=200匝,交变电源的电动势e=311sin314t(V),电阻R=88Ω,电流表和电压表对电路的影响忽略不计,下列结论正确的是( )
图5
A.电流的频率为50Hz
B.电流表A1的示数约为0.2A
C.电压表V1的示数为311V
D.电阻R的发热功率约为44W
【解析】 由瞬时电动势表达式可知电流频率为50Hz,电压有效值约为220V,副线圈电压有效值约为44V,算得副线圈电流有效值约为0.5A,故电阻R的热功率约为22W,算得原线圈电流有效值约为0.1A,故答案为A.
【答案】 A
6.如图6所示在虚线空间内有一对彼此平行的金属导轨,宽为l,与水平面的夹角为θ,导轨电阻不计,在虚线空间内分布着垂直导轨平面向上的磁感应强度为B的匀强磁场.导轨的下端接一定值电阻R,上端通过导线与一对竖直放置的平行金属板相连接,两板间距为d,其间固定着一光滑绝缘直杆,它与水平面也成θ角,杆上套一带电小球.当一电阻也为R的光滑导体棒ab沿导轨以速度v匀速下滑时,小球恰好静止在绝缘直杆上.则由此可以判断小球的电性并能求出其比荷为( )
图6
A.正电荷,
B.正电荷,
C.负电荷,
D.负电荷,
【解析】 杆切割磁感线产生的感应电动势为Blv,所以U=
,对球:
=mgtanθ,联立得,
=
,故选B正确.
【答案】 B
7.如图7所示,匀强磁场存在于虚线框内,矩形线圈竖直下落.如果线圈受到的磁场力总小于其重力,则它在1、2、3、4位置时的加速度关系为( )
图7
A.a1>a2>a3>a4
B.a1=a2=a3=a4
C.a1=a3>a2>a4
D.a1=a3>a2=a4
【解析】 线圈自由下落时,加速度为a1=g;线圈完全在磁场中时,磁通量不变,不产生感应电流,线圈不受安培力作用,只受重力,加速度为a3=g;线圈进入和穿出磁场过程中,切割磁感线产生感应电流,将受到向上的安培力,根据牛顿第二定律得知,a2<g,a4<g;线圈完全在磁场中时做匀加速运动,到达4处的速度大于2处的速度,则线圈在4处所受的安培力大于在2处所受的安培力,又知,磁场力总小于重力,则a2>a4,故a1=a3>a2>a4.所以本题选C.
【答案】 C
8.如图8所示,在圆形空间区域内存在关于直径ab对称、方向相反的两个匀强磁场,两磁场的磁感应强度大小相等,一金属导线制成的圆环刚好与磁场边界重合,下列说法中正确的是( )
【导学号:
68312134】
图8
A.若使圆环向右平动,感应电流先沿逆时针方向后沿顺时针方向
B.若使圆环竖直向上平动,感应电流始终沿逆时针方向
C.若圆环以ab为轴转动,a点的电势高于b点的电势
D.若圆环以ab为轴转动,b点的电势高于a点的电势
【解析】 若圆环向右平动,由楞次定律知感应电流先沿逆时针方向后沿顺时针方向,A选项正确;若圆环竖直向上平动,由于穿过圆环的磁通量未发生变化,所以圆环中无感应电流产生,B选项错误;若圆环以ab为轴转动,在0~90°内,由右手定则知b点的电势高于a点的电势,在90°~180°内,由右手定则知a点的电势高于b点的电势,以后a、b两点电势按此规律周期性变化,C、D选项错误.
【答案】 A
9.如图9所示,在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源,过了几分钟,杯内的水沸腾起来.若要缩短上述加热时间,下列措施可行的有( )
图9
A.增加线圈的匝数
B.提高交流电源的频率
C.将金属杯换为瓷杯
D.取走线圈中的铁心
【解析】 利用法拉第电磁感应定律和涡电流解题.
当电磁铁接通交流电源时,金属杯处在变化的磁场中产生涡电流发热,使水温升高.要缩短加热时间,需增大涡电流,即增大感应电动势或减小电阻.增加线圈匝数、提高交变电流的频率都是为了增大感应电动势.瓷杯不能产生涡电流,取走铁心会导致磁性减弱.所以选项A、B正确,选项C、D错误.
【答案】 AB
10.如图10(a),螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场,图中箭头所示方向为其正方向.螺线管与导线框abcd相连,导线框内有一小金属圆环L,圆环与导线框在同一平面内.当螺线管内的磁感应强度B随时间按图(b)所示规律变化时( )
【导学号:
68312135】
(a) (b)
图10
A.在t1~t2时间内,L有收缩趋势
B.在t2~t3时间内,L有扩张趋势
C.在t2~t3时间内,L内有逆时针方向的感应电流
D.在t3~t4时间内,L内有顺时针方向的感应电流
【解析】 在t1~t2时间内,穿过圆环的磁通量向上不是均匀增大,由愣次定律可以确定L必须减小面积以达到阻碍磁通量的增大,故有收缩的趋势,故A正确.在t2~t3时间内,穿过圆环的磁通量均匀变化,由法拉第电磁感应定律可知,L中磁通量不变,则L中没有感应电流,因此没有变化的趋势,故B、C错误.D项,在t3~t4时间内,向下的磁通量减小,根据楞次定律,在线圈中的电流方向c到b,根据右手螺旋定则,穿过圆环L的磁通量向里减小,则根据楞次定律,在金属圆环中产生顺时针方向的感应电流,故D正确.
【答案】 AD
11.一空间有垂直纸面向里的匀强磁场B,两条电阻不计的平行光滑导轨竖直放置在磁场内,如图11所示,磁感应强度B=0.5T,导体棒AB、CD长度均为0.2m,电阻均为0.1Ω,重力均为0.1N.现用力向上拉动导体棒AB,使之匀速上升(导体棒AB、CD与导轨接触良好),此时CD静止不动,则AB上升时,下列说法正确的是( )
【导学号:
68312136】
图11
A.AB受到的拉力大小为2N
B.AB向上运动的速度为2m/s
C.在2s内,拉力做功,有0.4J的机械能转化为电能
D.在2s内,拉力做功为0.6J
【解析】 对导体棒CD分析:
mg=BIl=
,得v=2m/s,故选项B正确;对导体棒AB分析:
F=mg+BIl=0.2N,选项A错误;在2s内拉力做功转化的电能等于克服安培力做的功,即W=F安vt=0.4J,选项C正确;在2s内拉力做的功为Fvt=0.8J,选项D错误.
【答案】 BC
12.某物理兴趣小组设计了如图12所示的火情报警系统,其中M是理想变压器,将a,b接在恒定电压的正弦交流电源上,RT为用半导体热敏材料制成的传感器(其电阻率随温度升高而减小),电流表A2为值班室的显示器,显示通过R1的电流,电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出),R2为定值电阻.若传感器RT所在处出现火警时,以下说法中正确的是( )
图12
A.电流表A1的示数不变,电流表A2的示数增大
B.电流表A1的示数增大,电流表A2的示数减小
C.电压表V1的示数增大,电压表V2的示数增大
D.电压表V1的示数不变,电压表V2的示数变小
【解析】 当传感器RT所在处出现火情时,RT的电阻减小,导致电路的总的电阻减小,所以电路中的总电流将会增加,A1测量的是原线圈中的总的电流,
①由于副线圈的电流增大了,所以原线圈的电流A1示数也要增加;
②由于电源的电压不变,匝数比不变,原副线圈的电压也不变,所以V1的示数不变;
③由于副线圈中电流增大,R2的电压变大,所以V2的示数要减小;
④R1的电压也要减小,所以A2的示数要减小;
由①④可知A错误,B正确;由②③可知C错误,D正确.
【答案】 BD
二、非选择题(本题共4小题,共52分.按题目要求作答.)
13.(10分)传感器担负着信息的采集任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),如热敏传感器,主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻将热学量转换为电学量.热敏电阻随温度变化的图像如图13甲所示,图乙是由热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器线路图.问:
【导学号:
68312137】
甲 乙
图13
(1)为了使温度过高时报警器铃响,c应接在________(选填“a”或“b”).
(2)若使启动报警的温度提高些,应将滑动变阻器滑片P向________(选填“左”或“右”)移动.
【解析】
(1)温度升高热敏电阻变小,控制左边电路电流变大,电磁铁磁性变强,要使温度过高时报警器报警,c应接在a处.
(2)滑片P向左移,滑动变阻器接入电路的阻值变大,在温度更高时控制电路才能有足够大的电流,使磁铁有足够大引力吸引开关,因此滑片向左移动可以提高报警器的报警温度.
【答案】
(1)a
(2)左
14.(12分)交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动.一小型发电机的线圈共220匝,线圈面积S=0.05m2,线圈转动的频率为50Hz,线圈内阻不计,磁场的磁感应强度B=
T.为了用此发电机发出的交流电带动两个标有“220V11kW”的电动机正常工作,需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器,电路如图14所示.求:
【导学号:
68312138】
图14
(1)发电机的输出电压;
(2)变压器原、副线圈的匝数比;
(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数.
【解析】
(1)最大电动势为
Em=NBSω=2πNBSf
=2π×220×
×0.05×50V=1100
V
发电机输出电压U1=
=1100V.
(2)变压器原、副线圈的匝数比为
=
=
=5∶1.
(3)由P=UI得副线圈的总电流为
I2=2
=2×
A=100A
由
=
得
I1=
I2=
×100A=20A.
【答案】
(1)1100V
(2)5∶1 (3)20A
15.(14分)如图15甲所示,正方形导线框abcd匀速穿过一匀强磁场区域.磁场区域的宽度为L、磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外;导线框的电阻为R,边长为2L,在穿过磁场的整个过程中,导线框ab、cd两边始终保持与磁场边界平行,导线框平面始终与磁场方向垂直;导线框的速度大小为v,方向垂直于cd边,规定电流沿a→b→c→d→a为正方向.
【导学号:
68312139】
甲 乙
图15
(1)请在图乙中作出cd边进入磁场到ab边离开磁场
的过程中,导线框中感应电流随位移变化的ix图像;
(2)求在上述过程中导线框所产生的焦耳热Q.
【解析】
(1)线框在进入磁场及离开磁场时,
E=2BLv
I=
=
由楞次定律,cd边在磁场中运动时,I为负方向,ab边在磁场中运动时,I为正方向.
ix图像如图所示:
(2)cd边或ab边切割磁感线时,线框产生的焦耳热为
Q=I2Rt
而t=t1+t2,t1=t2=
解得Q=
.
【答案】
(1)ix图像见解析
(2)
16.(16分)如图16所示,电阻可忽略的光滑平行金属导轨长x=1.15m,两导轨间距L=0.75m,导轨倾角为30°,导轨上端ab接一阻值R=1.5Ω的电阻,磁感应强度B=0.8T的匀强磁场垂直轨道平面向上.阻值r=0.5Ω、质量m=0.2kg的金属棒与轨道垂直且接触良好,从轨道上端ab处由静止开始下滑至底端,在此过程中金属棒产生的焦耳热Qr=0.1J.(g取10m/s2)求:
图16
(1)金属棒在此过程中克服安培力做的功W安;
(2)金属棒下滑速度v=2m/s时的加速度a的大小;
(3)为求金属棒下滑的最大速度vm的大小,有同学解答如下:
由动能定理,WG-W安=
mv
.由此所得结果是否正确?
若正确,说明理由并完成本小题;若不正确,给出正确的解答.
【导学号:
68312140】
【解析】
(1)下滑过程中安培力做的功即为电阻上产生的焦耳热,由于R=3r,
因此QR=3Qr=0.3J
所以W安=Q=QR+Qr=0.4J.
(2)金属棒下滑时受到重力和安培力作用
F安=BIL=
v
由牛顿第二定律得mgsin30°-
v=ma
所以a=gsin30°-
v
=[10×
-
]m/s2=3.2m/s2.
(3)此解法正确.
金属棒下滑时受到重力和安培力作用,满足
mgsin30°-
v=ma
上式表明,加速度随速度增大而减小,金属棒做加速度逐渐减小的加速运动.无论最终是否达到匀速,当金属棒到达斜面底端时速度一定为最大.由动能定理可以得到金属棒的最大速度,因此(3)中同学的解法正确.
mgxsin30°-Q=
mv
所以vm=
=
m/s≈2.74m/s.
【答案】
(1)0.4J
(2)3.2m/s2 (3)见解析
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