金版学案学年人教版选修32模块综合检测二.docx
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金版学案学年人教版选修32模块综合检测二
模块综合检测
(二)
(时间:
90分钟 分值:
100分)
一、单项选择题(本大题共10小题,每小题3分,共30分.在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求)
1.如图所示,一个矩形线圈abcd放在垂直纸面向里的匀强磁场中,在进行下列操作时,整个线圈始终处于磁场之内,线圈中能产生感应电流的是( )
A.线圈沿纸面向右移动
B.线圈沿纸面向下移动
C.线圈垂直纸面向外移动
D.线圈以ab边为轴转动
解析:
产生感应电流的条件是:
穿过闭合回路的磁通量发生变化.因此无论线圈如何运动,关键是看其磁通量是否变化,从而判断出是否有感应电流产生.由于磁场是匀强磁场,把线圈向右拉动,或向上拉动,或垂直纸面向外运动,其磁通量均不变化,均无感应电流产生,故A、B、C错误;当线圈绕ab边转动时,其磁通量发生变化,有感应电流产生,故D正确.
答案:
D
2.一矩形线圈在匀强磁场中转动,产生交变电流的电动势为e=220
sin100πtV,关于这个交变电流的说法正确的是( )
A.交流电的频率为100Hz,周期为0.01s
B.此交变电流电动势的有效值为220V
C.此交变电流电动势的峰值约为380V
D.t=0时,线圈平面与中性面垂直,此时磁通量为零
解析:
由交流电的瞬时值表达式知最大值为220
V,故C错误;角速度ω=100πrad/s,由频率f=
=
Hz=50Hz,故A错误;t=0时瞬时值e=0知此时线圈与中性面重合,磁通量最大,故D错误.
答案:
B
3.如图所示,理想变压器的原线圈接u=11000
sin100πt(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100Hz
C.副线圈中电流的有效值为4A
D.变压器的输入功率为880W
解析:
输入电压的有效值为11000V,用电器的额定电压为220V,所以变压器的输出电压大于220V,原、副线圈的匝数比小于50∶1,故A错误;由输入电压的表达式知,f=
=50Hz,故B错误;副线圈中的电流与用电器中的电流相同,I=4A,故C正确;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880W,所以变压器的输入功率大于880W,故D错误.
答案:
C
4.如图所示,甲是闭合铜线框,乙是有缺口的铜线框,丙是闭合的塑料线框,它们的正下方都放置一薄强磁铁,现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放(各线框下落过程中不翻转),则以下说法正确的是( )
A.三者同时落地
B.甲、乙同时落地,丙后落地
C.甲、丙同时落地,乙后落地
D.乙、丙同时落地,甲后落地
解析:
甲是闭合铜线框,在下落过程中产生感应电流,所受的安培力阻碍它的下落,故所需的时间长;乙没有闭合回路,丙是塑料线框,故都不会产生感应电流,它们做自由落体运动,故D正确.
答案:
D
5.如图所示,在铁芯上、下分别绕有匝数n1=800和n2=200的两个线圈,上线圈两端与u=51sin314t(V)的交流电源相连,将下线圈两端接交流电压表,则交流电压表的读数可能是( )
A.2.0V B.9.0V
C.12.7VD.144.0V
解析:
根据u=51sin314t(V)可知交流电的最大值为Um=51V,则其有效值U1=
V=
V;由图可知线圈n1是原线圈,线圈n2是副线圈,如果变压器是理想变压器,那么输入电压和输出电压的关系有
=
可得U2=
U1=
×
V=
V≈9V,因为交流电压表指示的是有效值,故如果是理想变压器则B正确.但实际变压器存在漏磁现象,故通过原线圈的磁通量大于通过副线圈的磁通量,故实际副线圈的输出电压小于9V,故A正确.
答案:
A
6.如图所示,金属棒AB原来处于静止状态(悬挂).由于CD棒的运动,导致AB棒向右摆动,则CD棒( )
A.向右平动B.向左平动
C.向里平动D.向外平动
解析:
AB棒向右摆动,说明它受到的安培力方向向右,根据左手定则判断出AB中的电流方向为B→A.这说明CD棒的电流方向为D→C,再根据右手定则判断出CD棒的切割方向是向外,选项D正确.
答案:
D
7.如图所示甲、乙两电路中,当a、b两端与e、f两端分别加上220V的交流电压时,测得c、d间与g、h间的电压均为110V.若分别在c、d两端与g、h两端加上110V的交流电压,则a、b间与e、f间的电压分别为( )
A.220V,220VB.220V,110V
C.110V,110VD.220V,0V
解析:
首先要搞清楚变压器和分压器在改变电压原理上的本质不同.对于变压器,a、b间与c、d间的电压比总是等于它们间线圈的匝数比,与哪一个是原线圈无关,故a、b间接220V的交流电压,c、d间的电压为110V,c、d间改接110V的交流电压,则a、b间应输出电压为220V;而对于分压器,当e、f间接220V的电压时,电阻的e、g与f、g部分串联,g、h间电压仅是f、g部分电阻的电压,当g、h间接110V的电压时,由于e、g部分无电流,e、g两点等电势,故e、f间的电压等于g、h间的电压,故只有选项B正确.
答案:
B
8.交变电流电压的有效值为6V,它和电阻R1、R2及电容器C、电压表一起连接成如图所示的电路,图中电压表的读数为U1,为了保证电容器C不被击穿,电容器的耐压值为U2,电容器在电路中正常工作,则( )
A.U1=6
V U2=6V
B.U1=6V U2=3
V
C.U1=6
V U2≥6V
D.U1=6V U2≥6
V
解析:
电压表读数为交流电压的有效值,所以电压表读数U1=6V,电容器耐压值应大于交流电压的最大值,U2≥6
V.
答案:
D
9.如图所示,垂直纸面向里的匀强磁场的区域宽度为2a,磁感应强度的大小为B.一边长为a、电阻为4R的正方形均匀导线框ABCD从图示位置开始沿水平向右方向以速度v匀速穿过磁场区域,在图乙中线框A、B两端电压UAB与线框移动距离的关系图象正确的是( )
解析:
进入磁场时,注意UAB是路端电压,应该是电动势的四分之三,此时E=Bav,所以UAB=
;完全进入后,没有感应电流,但有感应电动势,大小为Bav,穿出磁场时电压应该是电动势的四分之一,UAB=
,电势差方向始终相同,即ΦA>ΦB,由以上分析可知选D.
答案:
D
10.如图所示,甲、乙两图是两个与匀强磁场垂直放置的金属框架,乙图中除了一个电阻极小、自感系数为L的线圈外,两图其他条件均相同.如果两图中AB杆均以相同初速度、相同加速度向右运动相同的距离,外力对AB杆做功的情况是( )
A.甲图中外力做功多B.两图中外力做功相等
C.乙图中外力做功多D.无法比较
解析:
两图中AB杆均做加速运动,电流将增大,图乙中由于线圈自感的阻碍作用,感应电流较甲图小,安培阻力也较小,又加速度相同,则外力较甲图小,甲图中外力做功多,A正确.
答案:
A
二、多项选择题(本题共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项符合题目要求,全部选对得5分,漏选得3分,错选或不选得0分)
11.自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的,很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献.下列说法正确的是( )
A.奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系
B.欧姆发现了欧姆定律,说明了热现象和电现象之间存在联系
C.法拉第发现了电磁感应现象,揭示了磁现象和电现象之间的联系
D.焦耳发现了电流的热效应,定量给出了电能和热能之间的转换关系
解析:
奥斯特发现的电流的磁效应表明了电能生磁,A正确.欧姆定律描述了电流与电阻、电压与电动势之间的关系,焦耳定律才揭示了热现象与电现象间的联系,B错误,D正确.法拉第发现的电磁感应现象表明了磁能生电,C正确.
答案:
ACD
12.如图所示,光滑固定导轨M、N水平放置,两根导体棒P、Q平行放于导轨上,形成一个闭合回路.当一条形磁铁从高处下落接近回路时( )
A.P、Q将互相靠拢B.P、Q将互相远离
C.磁铁的加速度仍为gD.磁铁的加速度小于g
解析:
方法一 设磁铁下端为N极,如图所示,根据楞次定律可判断出P、Q中的感应电流方向,根据左手定则可判断P、Q所受安培力的方向.可见,P、Q将互相靠拢.由于回路所受安培力的合力向下,由牛顿第三定律,磁铁将受到向上的反作用力,从而加速度小于g.当磁铁下端为S极时,根据类似的分析可得到相同的结果.所以,本题应选AD
方法二 根据楞次定律的另一表述——感应电流的效果,总要反抗产生感应电流的原因,本题中“原因”是回路中磁通量的增加,归根结底是磁铁靠近回路,“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近,所以,P、Q将互相靠近且磁铁的加速度小于g.
答案:
AD
13.图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A为交流电流表.线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动.从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示.以下判断正确的是( )
A.电流表的示数为10A
B.线圈转动的角速度为100πrad/s
C.0.01s时线圈平面与磁场方向平行
D.0.02s时电阻R中电流的方向自右向左
解析:
由题图乙可知交流电电流的最大值是Im=10
A,周期T=0.02s,由于电流表的示数为有效值,故示数I=
=10A,选项A正确;角速度ω=
=100πrad/s,选项B正确;0.01s时线圈中的感应电流达到最大,感应电动势最大,则穿过线圈的磁通量变化最快,磁通量为0,故线圈平面与磁场方向平行,选项C正确;由楞次定律可判断出0.02s时流过电阻的电流方向自左向右,选项D错误.
答案:
ABC
14.(多选)如图所示,内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内,有一直径略小于圆环直径的带正电的小球,以速率v0沿逆时针方向匀速转动(俯视),若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场.设运动过程中小球带电荷量不变,那么( )
A.小球对玻璃圆环的压力一定不断增大
B.小球所受的磁场力一定不断增大
C.小球先沿逆时针方向减速运动,过一段时间后沿顺时针方向加速运动
D.磁场力对小球一直不做功
解析:
变化的磁场将产生感生电场,这种感生电场由于其电场线是闭合的,也称为涡旋电场,其电场强度方向可借助电磁感应现象中感应电流方向的判定方法,使用楞次定律判断.当磁场增强时,会产生顺时针方向的涡旋电场,电场力先对小球做负功使其速度减为零,后对小球做正功使其沿顺时针方向做加速运动,所以C正确;磁场力始终与小球运动方向垂直,因此始终对小球不做功,D正确;小球在水平面内沿半径方向受两个力作用:
环的压力FN和磁场的洛伦兹力f,这两个力的合力充当小球做圆周运动的向心力,其中f=Bqv,磁场在增强,球速先减小,后增大,所以洛伦兹力不一定总在增大;向心力F向=m
,其大小随速度先减小后增大,因此压力FN也不一定始终增大.故正确答案为C、D.
答案:
CD
三、实验题(本题共2小题,共15分)
15.(6分)在探究产生感应电流条件的实验中,实验室提供了下列器材:
电源、开关、电流表、大小螺线管、铁芯、滑动变阻器、导线若干,如图所示.请按照实验的要求连好实验电路.
解析:
大螺线管和电流表组成闭合电路;带铁芯的小螺线管、滑动变阻器、电源、开关组成闭合回路.如图所示.
16.(9分)如图所示,先后以速度v1和v2(v1=2v2),匀速地把同一线圈从同一位置拉出有界匀强磁场的过程中,在先后两种情况下:
(1)线圈中的感应电流之比I1∶I2=________.
(2)线圈中产生的热量之比Q1∶Q2=________.
(3)拉力做功的功率之比P1∶P2=________.
答案:
(1)2∶1
(2)2∶1 (3)4∶1
四、计算题(本题共3小题,共35分,解答时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,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
17.(8分)如图甲所示,在周期性变化的匀强磁场区域内有垂直于磁场的半径为r=1m、电阻为R=3.14Ω的金属圆形线框,当磁场按图乙所示规律变化时,线框中有感应电流产生.
(1)在图丙中画出感应电流随时间变化的i-t图象(以逆时针方向为正);
(2)求出线框中感应电流的有效值.
解析:
(1)如图所示.
(2)设电流的有效值为I,则有:
I2RT=I
R·
+I
R·
,
得I=
A.
18.(12分)如图所示,一小型发电机内有N=100匝的矩形线圈,线圈面积S=0.10m2,线圈电阻可忽略不计.在外力作用下矩形线圈在B=0.10T的匀强磁场中,以恒定的角速度ω=100πrad/s绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动,发电机线圈两端与R=100Ω的电阻构成闭合回路.求:
(1)线圈转动时产生感应电动势的最大值;
(2)从线圈平面通过中性面时开始,线圈转为90°角的过程中通过电阻R的电荷量;
(3)线圈匀速转动10s,电流通过电阻R产生的焦耳热.
解析:
(1)线圈中感应电动势的最大值Em=NBSω=3.14×102V(314V,100πV也同样得分).
(2)设从线圈平面通过中性面时开始,线圈转过90°角所用时间为Δt,线圈中的平均感应电动势
=n
,
通过电阻R的平均电流
=
=
,
在Δt时间内通过电阻的电荷量
Q=
Δt=
=1.0×10-2C.
(3)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦式交变电流,
电阻两端电压的有效值U=
Em,
经过t=10s,电流通过电阻产生的焦耳热Q热=
t,
解得Q热=4.9×103J.
19.(13分)如图(a)所示,平行长直金属导轨水平放置,间距L=0.4m.导轨右端接有阻值R=1Ω的电阻,导体棒垂直放置在导轨上,且接触良好,导体棒及导轨的电阻均不计,导轨间正方形区域abcd内有方向竖直向下的匀强磁场,bd连线与导轨垂直,长度也为L.从0时刻开始,磁感应强度B的大小随时间t变化,规律如图(b)所示;同一时刻,棒从导轨左端开始向右匀速运动,1s后刚好进入磁场,若使棒在导轨上始终以速度v=1m/s做直线运动,求:
(a) (b)
(1)棒进入磁场前,回路中的电动势E;
(2)棒在运动过程中受到的最大安培力F,以及棒通过三角形abd区域时电流i与时间t的关系式.
解析:
(1)正方形磁场的面积为S,则S=
=0.08m2.在棒进入磁场前,回路中的感应电动势是由于磁场的变化而产生的.由B-t图象可知
=0.5T/s,根据E=n
,得回路中的感应电动势E=
S=0.5×0.08V=0.04V.
(2)当导体棒通过bd位置时感应电动势、感应电流最大,导体棒受到的安培力最大.此时感应电动势E′=BLv=0.5×0.4×1V=0.2V;
回路中感应电流I′=
=
A=0.2A
导体棒受到的安培力F=BI′L=0.5×0.2×0.4N=0.04N
当导体棒通过三角形abd区域时,导体棒切割磁感线的有效长度l=2v(t-1) (1s≤t≤1.2s)
感应电动势e=Blv=2Bv2(t-1)=(t-1)V
感应电流i=
=(t-1)A(1s≤t≤1.2s)
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