教科版高中物理选修32模块综合测评.docx
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教科版高中物理选修32模块综合测评
高中物理学习材料
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模块综合测评
(时间:
60分钟 满分:
100分)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分.在每小题给出的4个选项中,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题有多项符合题目要求.全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分.)
图1
1.如图1所示,把一条长约10m的电线的两端连接在一个灵敏电流表的两个接线柱上,形成闭合回路,让两个同学迅速摇动电线.当他们摇动的电线沿哪个方向时,灵敏电流表的示数最大( )
A.东西方向 B.东偏北45°
C.南北方向D.南偏东45°
【解析】 地磁场的方向是由南指向北,当电线垂直磁场方向运动,即当电线沿东西方向放置时,感应电流最大,灵敏电流表的示数最大,本题应选A.
【答案】 A
2.如图2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:
46042191】
图2
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
3.用电流传感器可以清楚地演示一些电学元件对电路中电流的影响,如图3所示,在A、B间分别接入电容器、电感线圈、定值电阻.闭合开关时,计算机显示的电流随时间变化的图像分别如图中a、b、c所示,则下列判断中正确的是( )
【导学号:
46042192】
图3
A.A、B间接入定值电阻显示图像a
B.A、B间接入电容器显示图像b
C.A、B间接入电感线圈显示图像c
D.A、B间接入电感线圈显示图像b
【解析】 a图像电流瞬间增大后恢复为零,这是接入了电容器,充电时有瞬间电流而后不再通电,故A错误;b图电流逐渐增大到某一数值,这是接入了电感线圈,闭合开关时对电流增大有阻碍作用但电流还是增大,只是时间上被延缓了,故B错误,D正确;c图电流瞬间增大后保持不变,这是接入了定值电阻,故C错误;所以正确答案为D.
【答案】 D
4.如图4所示为一正弦交变电压随时间变化的图像,由图可知( )
【导学号:
46042193】
图4
A.交流电的周期为2s
B.用电压表测量该交流电压时,读数为311V
C.交变电压的有效值为220V
D.将它加在电容器上时,电容器的耐压值必须等于311V
【解析】 交流电的周期为2×10-2s,即0.02s,选项A错误;电压表测量的是有效值,该正弦交流电的有效值为V=220V,选项B错误,C正确;电容器接在交流电路中,则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值,或者说电容器的耐压值必须大于或等于所加交流电压的最大值,选项D错误.
【答案】 C
5.在如图5所示的电路中,两个相同的电流表,零刻点在刻度盘的中央.当电流从“+”接线柱流入时,指针向右摆;当电流从“-”接线柱流入时,指针向左摆.在电路接通且稳定时再断开开关的瞬间,下列说法正确的是( )
图5
A.G1指针向右摆,G2指针向左摆
B.G1指针向左摆,G2指针向右摆
C.两指针都向右摆
D.两指针都向左摆
【解析】 电路稳定后断开,通过电阻这一支路的电流立即消失,由于电感器对电流的变化有阻碍作用,会阻碍其减小,通过电感器的电流,会流过电阻.所以含有电感器的支路的电流从“+”接线柱流入,G1指针向右摆.含有电阻的支路电流从“-”接线柱流入,G2指针向左摆.故A正确,B、C、D错误.
【答案】 A
6.如图6所示,abcd是由粗细均匀的电阻丝制成的长方形线框,导体棒MN有电阻,可在ad边与bc边上无摩擦滑动,且接触良好,线框处于垂直纸面向里的匀强磁场中,当MN棒由靠ab边处向cd边匀速移动的过程中,下列说法中正确的是( )
【导学号:
46042194】
图6
A.MN棒中电流先减小后增大
B.MN棒两端电压先增大后减小
C.MN棒上拉力的功率先增大后减小
D.矩形线框中消耗的电功率先减小后增大
【解析】 设MN左、右两侧电阻丝的并联阻值为R并,导体棒MN的电阻为r,则MN棒中的电流I=,MN棒两端电压UMN=BLv-I·r,因当导体棒MN在线框中点时R并最大,故MN棒运动过程中,电流I先减小后增大,而UMN先增大后减小,A、B均正确;MN棒上拉力的功率PF=BIL·v=,在MN棒运动过程中,PF先减小后增大,C错误;因不知R并与r的大小关系,矩形线框中消耗的电功率大小变化情况无法确定,D错误.
【答案】 AB
7.某物理兴趣小组设计了如图7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7
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,R2两端的电压变大,所以V2的示数要减小;
④R1两端的电压也要减小,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
8.如图8,M为半圆形导线框,圆心为OM;N是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为ON;两导线框在同一竖直面(纸面)内;两圆弧半径相等;过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面.现使线框M、N在t=0时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面、且过OM和ON的轴,以相同的周期T逆时针匀速转动,则( )
【导学号:
46042195】
图8
A.两导线框中均会产生正弦交流电
B.两导线框中感应电流的周期都等于T
C.在t=时,两导线框中产生的感应电动势相等
D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等
【解析】 两导线框匀速转动切割磁感线产生感应电动势的大小不变,选项A错误;导线框的转动周期为T,则感应电流的周期也为T,选项B正确;在t=时,切割磁感线的有效长度相同,两导线框中产生的感应电动势相等,选项C正确;M导线框中一直有感应电流,N导线框中只有一半时间内有感应电流,所以两导线框的电阻相等时,感应电流的有效值不相等,选项D错误.
【答案】 BC
二、非选择题(本题共4小题,共52分.按题目要求作答.)
9.(10分)
(1)按如图9所示连接好电路,合上S和S′,发现小灯泡不亮,用电吹风对热敏电阻吹一会儿,会发现小灯泡发光了,原因是________________________________________________________________.
图9
(2)若将热敏电阻换成光敏电阻,合上S和S′,发现小灯泡发光,用黑纸包住光敏电阻后,小灯泡熄灭,其原因是__________________________________
________________________________________________________________.
【解析】
(1)热敏电阻阻值较大,左侧电路电流较小,电磁铁磁性较弱,吸不住衔铁,小灯泡不亮;电吹风对热敏电阻加热,使其阻值变小,电路中电流增大,电磁铁磁性增强吸住衔铁,使上、下触点接触,小灯泡发光.
(2)用黑纸包住后,光敏电阻的阻值增大,左侧电路电流减小,电磁继电器触点断开,造成小灯泡熄灭.
【答案】 见解析
10.(12分)如图10所示,交流发电机电动势的有效值E=20V,内阻不计,它通过一个R=6Ω的指示灯连接变压器.变压器输出端并联24只彩色小灯泡,每只灯泡都是“6V 0.25W”,灯泡都正常发光,导线电阻不计.求:
【导学号:
46042196】
图10
(1)降压变压器原、副线圈匝数比;
(2)发电机的输出功率.
【解析】
(1)彩色小灯泡额定电流IL==A=A,副线圈总电流I2=24IL=1A.变压器输入功率等于P入=I1U1=I2U2=6W,变压器原线圈电路中,利用欧姆定律可得E=U1+I1R=+I1R,代入数值解得I1=A.(I′1=3A应舍去,据题意是降压变压器,应I1<I2=1A),所以==.
(2)发电机输出功率P=I1E≈6.67W.
【答案】
(1)3∶1
(2)6.67W
11.(15分)轻质细线吊着一质量为m=0.64kg、边长为l=0.8m、匝数n=10的正方形线圈ABCD,线圈总电阻为R=1Ω.边长为l/2的正方形磁场区域对称分布在线圈下边的两侧,如图11甲所示.磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小随时间变化如图乙所示,从t=0开始经t0时间细线开始松驰,g取10m/s2.
求:
甲 乙
图11
(1)在0~4s内,穿过线圈ABCD磁通量的变化ΔΦ及线圈中产生的感应电动势E;
(2)在前4s时间内线圈ABCD的电功率;
(3)求t0的值.
【解析】
(1)在0~4s内,穿过线圈ABCD磁通量的变化量为ΔΦ=ΔBS=(B2-B1)·=2××0.42Wb=0.16Wb.
由法拉第电磁感应定律E=n得,线圈中产生的感应电动势为E=0.4V.
(2)由闭合电路欧姆定律得I=,
线圈ABCD的电功率为P=I2R,
代入数据得P=0.16W.
(3)分析线圈受力可知,当细线松弛时由共点力平衡可得FA=nBt0I=mg,
Bt0==4T,
由题图乙可得B=1+0.5t,当Bt0=4T,解得t0=6s.
【答案】
(1)0.16Wb 0.4V
(2)0.16W (3)6s
12.(15分)电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置,其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度.电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论:
如图12所示,将形状相同的两根平行且足够长的铝条固定在光滑斜面上,斜面与水平方向夹角为θ,一质量为m的条形磁铁滑入两铝条间,恰好匀速穿过,穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定,其引起电磁感应的效果与磁铁不动、铝条相对磁铁运动相同.磁铁端面是边长为d的正方形,由于磁铁距离铝条很近,磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场,磁感应强度为B,铝条的高度大于d,电阻率为ρ.为研究问题方便,铝条中只考虑与磁铁正对部分的电阻和磁场,其他部分电阻和磁场可忽略不计,假设磁铁进入铝条间以后,减少的机械能完全转化为铝条的内能,重力加速度为g.
【导学号:
46042197】
图12
(1)求铝条中与磁铁正对部分的电流I;
(2)若两铝条的宽度均为b,推导磁铁匀速穿过铝条间时速度v的表达式;
(3)在其他条件不变的情况下,仅将两铝条更换为宽度b′>b的铝条,磁铁仍以速度v进入铝条间,试简要分析说明磁铁在铝条间运动时的加速度和速度如何变化.
【解析】
(1)磁铁在铝条间运动时,两根铝条受到的安培力大小相等均为F安,有
F安=IdB①
磁铁受到沿斜面向上的作用力为F,其大小有
F=2F安②
磁铁匀速运动时受力平衡,则有
F-mgsinθ=0③
联立①②③式可得
I=.④
(2)磁铁穿过铝条间时,在铝条中产生的感应电动势为E,有
E=Bdv⑤
铝条与磁铁正对部分的电阻为R,由电阻定律有
R=ρ⑥
由欧姆定律有
I=⑦
联立④⑤⑥⑦式可得
v=.⑧
(3)磁铁以速度v进入铝条间,恰好做匀速运动时,磁铁受到沿斜面向上的作用为F,联立①②⑤⑥⑦式可得
F=⑨
当铝条的宽度b′>b,磁铁以速度v进入铝条间时,磁铁受到的作用力变为F′,有
F′=⑩
可见,F′>F=mgsinθ,磁铁所受到的合力方向沿斜面向上,获得与运动方向相反的加速度,磁铁将减速下滑,此时加速度最大.之后,随着运动速度减小,F′也随着减小,磁铁所受的合力也减小,由于磁铁加速度与所受到的合力成正比,磁铁的加速度逐渐减小.综上所述,磁铁做加速度逐渐减小的减速运动,直到F′=mgsinθ时,磁铁重新达到平衡状态,将再次以较小的速度匀速下滑.
【答案】
(1)
(2)v= (3)磁铁做加速度逐渐减小的减速运动,直到F′=mgsinθ时,磁铁重新达到平衡状态,将以较小的速度匀速下滑.
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