高中物理模块综合检测二新人教版选修32.docx
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高中物理模块综合检测二新人教版选修32
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.如图所示,理想变压器的a、b端加上一交流电压(电压有效值保持不变),副线圈c、d端所接灯泡L恰好正常发光.此时滑动变阻器的滑片P位于图示位置.现将滑片下移(导线电阻不计),则以下说法中正确的是( )
A.灯仍能正常发光,原线圈输入电流变小
B.灯不能正常发光,原线圈输入功率变大
C.灯不能正常发光,原线圈输入电压变大
D.灯仍能正常发光,原线圈输入功率不变
解析:
变压器的原、副线圈的电压比等于匝数比,与负载无关,将滑片P下移,副线圈电压不变,灯仍能正常发光,电阻增大,流经电阻的电流减小,副线圈的电流减小,原线圈的电流也变小.
答案:
A
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880
W
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,边长为d的正方形线圈,从位置A开始向右运动,并穿过宽为L(L>d)的匀强磁场区域到达位置B,则( )
A.整个过程,线圈中始终有感应电流
B.整个过程,线圈中始终没有感应电流
C.线圈进入磁场和离开磁场的过程中,线圈中有感应电流,方向都是逆时针方向
D.线圈进入磁场过程中,感应电流的方向为逆时针方向;穿出磁场的过程中,感应电流的方向为顺时针方向
解析:
在线圈进入或离开磁场的过程中,穿过线圈的磁通量发生变化,有感应电流产生,线圈完全在磁场中时,穿过线圈的磁通量不变,没有感应电流产生;由右手定则可知,线圈进入磁场过程中,线圈中感应电流沿逆时针方向,线圈离开磁场时,电流沿顺时针方向,由以上分析可知,D正确,A、B、C错误.
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.如图所示,将条形磁铁插入闭合线圈,第一次用0.2s,第二次用0.4s,并且两次插入过程中磁铁相对于线圈的起始和终止位置相同,
则( )
A.第一次穿过线圈的磁通量的最大值比第二次的大
B.第一次穿过线圈的磁通量的变化比第二次的快
C.第一次线圈中产生的感应电流比第二次的大
D.第一次线圈中产生的感应电流比第二次的小
解析:
磁通量变化相同,第一次时间短,则第一次线圈中磁通量变化较快,而不是大.故A错误,B正确;感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比,磁通量的变化率大,感应电动势大,产生的感应电流大,故C正确,D错误.
答案:
BC
12.如图所示,在水平面上有一固定的U形光滑金属框架,框架上放置一金属杆ab.在垂直纸面方向有一匀强磁场,下列情况中可能的是( )
A.若磁场方向垂直纸面向外,并且磁感应强度增大时,杆ab将向右移动
B.若磁场方向垂直纸面向外,并且磁感应强度减小时,杆ab将向右移动
C.若磁场方向垂直纸面向里,并且磁感应强度减小时,杆ab将向右移动
D.若磁场方向垂直纸面向里,并且磁感应强度增
大时,杆ab将向右移动
解析:
若磁场方向垂直纸面向外,并且磁感应强度增大时,根据楞次定律,感应电流的方向为顺时针方向,根据左手定则,杆所受的安培力方向向左,将向左运动.故A错误;若磁场方向垂直纸面向外,并且磁感应强度减小时,根据楞次定律,感应电流的方向为逆时针方向,根据左手定则,杆所受的安培力方向向右,将向右
运动.故B正确;若磁场方向垂直纸面向里,并且磁感应强度减小时,根据楞次定律,感应电流的方向为顺时针方向,根据左手定则,杆所受的安培力方向向右,将向右运动,故C正确;若磁场方向垂直纸面向里,并且磁感应强度增大时,根据楞次定律,感应电流的方向为逆时针方向,根据左手定则,杆所受的安培力方向向左,将向左运动,故D错误.
答案:
BC
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.传感器是能将感受到的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量量(一般是电学量)的一种元件,在自动控制中有相当广泛的应用,如图所示的装置是一种测定液面高度的电容式传感器,金属芯线与导电液体构成一个电容器,从电容C大小的变化情况就能反映出液面高度h的高低情况,则二者的关系是( )
A.C增大表示h增大B.C增大表示h减小
C.C减小表示h减小D.C减小表示h增大
解析:
金属芯线与导电液体形成一个电容器,液面高度h变化相当于正对面积变化,根据电容的决定式C=
分析电容的变化,当电容C增大时,根据电容的决定式C=
分析正对面积应增大,则知,液面高度h增大,当电容C减小时,则液面高度减小,故A、C正确,B、D错误.
答案:
AC
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,上海某校操场上,两同学相距L为10m左右,在东偏北、西偏南11°的沿垂直于地磁场方向的两个位置上,面对面将一并联铜芯双绞线,像甩跳绳一样摇动,并将线的两端分别接在灵敏电流计上,双绞线并联后的电阻R约为2Ω,绳摇动的频率配合节拍器的节奏,保持频率在2Hz左右.如果同学摇动绳子的最大圆半径h约为1m,电流计读
数的最大值I约为3mA.
(1)试估算地磁场的磁感应强度的数值约为________;数学表达式B=________(由R,I,L,f,h等已知量表示).
(2)将两人站立的位置,改为与刚才方向垂直的两点上,那么电流计计数约为________.
解析:
(1)摇动绳子的过程中,绳切割地磁场,当摆动速
度与地磁场垂直时,感应电动势最大,电流最大,由E=BLv,v=ωh,ω=2πf,E=IR,得B=
.代入题目中已知数据,得B≈5×10-5T.
(2)绳与磁均平行,不切割磁感线,电统计读数为0.
答案:
(1)5×10-5T
(2)0
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)在航天事业中要用角速度计测量航天器的自转角速度ω,结构如图所示,当系统绕轴OO′转动时,元件A在光滑杆上发生滑动,并输出电信号成为航天器的制导信号源,已知A质量为m,弹簧的劲度系数为k,原长为l0,电源电动势为E,内阻不计,滑动变阻器总长为l,电阻分布均匀,系统静止时滑动变阻器触头P在中点,与固定接头Q正对,当系统以角速度ω转动时,求:
(1)弹簧形变量x与ω的关系式;
(2)电压表示数U与角速度ω的关系式.
解析:
(1)由圆周运动规律知:
kx=mω2R=mω2(l0+x),
即kx-mω2x=mω2l0,
所以x
=
.
(2)由串联电路的规律知:
U=
E=
.
19.(15分)如图所示,a、b是两根平行直导轨,MN和OP是垂直跨在a、b上并可左右滑动的两根平行直导线,每根长为l,导轨上接入阻值分别为R和2R的两个电阻和一个板长为L′,间距为d的平行板电容器.整个装置放在磁感应强度为B、垂直导轨平面的匀强磁场中.当用外力使MN以速率2v向右匀速滑动、OP以速率v向左匀速滑动时,两板间正好能平衡一个质量为m的带电微粒,试问:
(1)微粒带何种电荷?
电荷量是多少?
(2)外力的功率和电路中的电功率各是多少?
解析:
(1)当MN向右滑动时,切割磁感线产生的感应电动势E1=2Blv,方向由N指向M.
OP向左滑动时产生的感应电动势E2=Blv,方向由O指向P.
两者同时滑动时,MN和OP可以看成两个顺向串联的电源,电路中总的电动势:
E=E1+E2=3Blv,方向沿NMOPN.
由全电路欧姆定律得电路中的电流强度I=
=
,方向沿NMOPN.
电容器两端的电压相当于把电阻R看做电源NM的内阻时的路端电压,即U=E1-IR=2Blv-
·R=Blv.
由于上板电势比下板高,故在两板间形成的匀强电场的方向竖直向下,可见悬浮于两板间的微粒必带负电.
设微粒的电荷量为q,由平衡条件mg=Eq=
q,得q=
=
.
(2)NM和OP两导线所受安培力均为F=BIl=B
l=
,其方向都与它们的运动方向相反.
两导线都匀速滑动,由平衡条件可知所加外力应满足
条件:
F外=F=
,
因此,外力做功的机械功率:
P外=F·2v+Fv=3Fv=
.
电路中产生感应电流总的电功率:
P电=IE=
·3Blv=
.
可见,P外=P电,这正是能量转化和守恒的必然结果.
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