学年物理高二人教版选修32模块综合测评二.docx
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学年物理高二人教版选修32模块综合测评二
模块综合测评
(二) 高考水平测试卷
(时间:
90分钟 满分:
100分)
命题报告
知识点
简单
中等
较难
电磁感应现象及应用
1、4
6、8、12
10
交流电、变压器
3
5、9、11
14
传感器及应用
2
7、13
综合应用
15、16
一、选择题(本大题共10小题,每小题5分,共50分.在每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项符合题目要求,有的有多个选项符合题目要求,全部选对的得5分.选不全的得3分,有选错或不答的不得分)
1.一闭合线圈置于磁场中,若磁感应强度B随时间变化的规律如图1乙所示,则图丙中能正确反映线圈中感应电动势E随时间t变化的图象是( )
图1
【解析】 由E==·S可知,因磁感应强度B随时间变化的变化率是分段恒定的,因此电动势E随时间变化的规律也是分段恒定的,故D正确.
【答案】 D
图2
2.如图2所示,电源两端的电压恒定,L为小灯泡,R为光敏电阻,D为发光二极管(电流越大,发光越强),且R与D距离不变,下列说法中正确的是( )
A.当滑片向左移动时,L消耗的功率增大
B.当滑片向左移动时,L消耗的功率减小
C.当滑片向右移动时,L消耗的功率可能不变
D.无论怎样移动滑片,L消耗的功率都不变
【解析】 电源电压恒定,也就是说,并联电路两端的电压恒定,当滑片向左移动时,发光二极管发光变强,光敏电阻的电阻变小,所以该支路中电流变大,则L消耗的功率变大.
【答案】 A
3.(2014·咸阳高二检测)为了能安全对某一高电压U、大电流I的线路进行测定,图中接法可行的是(绕组匝数n1>n2)( )
【解析】 电流互感器是将大电流变成便于测量的小电流,由=知I2=I1,副线圈的匝数应大于原线圈的匝数且测量时应串联在被测电路中,A、C错误;电压互感器是将高电压变成低电压,由=知U2=U1,n1应大于n2,且测量时应并联在待测电路中,B正确,D错误.
【答案】 B
4.(2014·太原五中高二检测)两金属棒和三根电阻丝如图3连接,虚线框内存在均匀变化的匀强磁场,三根电阻丝的电阻大小之比R1∶R2∶R3=1∶2∶3,金属棒电阻不计.当S1、S2闭合,S3断开时,闭合的回路中感应电流为I,当S2、S3闭合,S1断开时,闭合的回路中感应电流为5I;当S1、S3闭合,S2断开时,闭合的回路中感应电流是( )
图3
A.0 B.3I
C.6ID.7I
【解析】 由R1∶R2∶R3=1∶2∶3得令R1=R,R2=2R,R3=3R.S1、S2闭合时R1,R2组成闭合回路,有E1=3IR;S2、S3闭合时R2,R3组成闭合回路,有E2=25IR;则S1、S3闭合时R1,R3组成闭合回路,有E1+E2=4IxR,所以Ix=7I.
【答案】 D
图4
5.(多选)如图4所示边长为L的正方形闭合线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中,以一条边为轴,以角速度ω匀速转动,转轴与B垂直,线圈总电阻为R,导线电阻不计,下列说法正确的是( )
A.电压表示数为BL2ω/8
B.电压表示数为BL2ω/8
C.线圈转一周产生热量为πB2L4ω/R
D.线圈转一周产生热量为2πB2L4ω/R
【解析】 由Em=BL2ω,U有==,电压表测量的为R上的电压,则U==,Q=·R·T=,故B、C正确.
【答案】 BC
图5
6.(2014·云浮高二检测)一个闭合线圈垂直置于匀强磁场中,若磁感应强度如图5所示,则线圈中的感应电流随时间变化的图线是下图中的( )
【解析】 由法拉第电磁感应定律得E=,当=k时,E=kS.在0~时间内,=k为一常量,故感应电动势为一常量,相应的感应电流也为一常量;在~T时间内,=k也为一常量,相应的感应电流也为一常量,前后两个半周期内电动势和感应电流仅仅是方向的不同,而数值相同.比较图中的四个图线,只有A图线是符合要求的.
【答案】 A
图6
7.某电容式话筒的原理示意图如图6所示,E为电源,R为电阻,薄片P和Q为两金属极板.对着话筒说话时,P振动而Q可视为不动.在P、Q间距增大过程中( )
A.P、Q构成的电容器的电容增大
B.P上电荷量保持不变
C.M点的电势比N点的低
D.M点的电势比N点的高
【解析】 由C=可知PQ间距离d增大时,电容C减小,A项错误.电源电压不变电容减小,由C=可知,电容器将放电,电荷量减少,故B项也错.放电时电流从M点经R到N点,则M点电势高于N点电势,所以C项错误,D项正确.故选D.
【答案】 D
8.如图7所示,A是长直密绕通电螺线管.小线圈B与电流表连接,并沿A的轴线Ox从O点自左向右匀速穿过螺线管A.下面4个选项能正确反映通过电流表中电流I随x变化规律的是( )
图7
【解析】 通电螺线管产生稳定的磁场,磁场特征为:
两极附近最强且不均匀,管内场强近似匀强.当小线圈穿过两极时,因磁场不均匀,故穿过小线圈的磁通量发生变化,产生感应电流,且因磁场的变化不同,故在小线圈中感应出方向相反的电流,小线圈在螺线管内部运动时,因穿越区域的磁感应强度不变,小线圈中没有感应电流产生.
【答案】 C
9.正弦式交变电源与电阻R、交流电压表按照图8甲所示的方式连接,R=10Ω,交流电压表的示数是10V.图8乙是交变电源输出电压u随时间t变化的图象,则( )
图8
A.通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=cos100πtA
B.通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=cos50πtA
C.R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=5cos100πtV
D.R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=5cos50πtV
【解析】 交流电压表示数为10V,是有效值,电流是按正弦规律变化的,故Um=10V,电阻上的交变电流与交变电压的变化趋势相同,电阻R上电流的最大值为10/10A=A,从乙图可知交变电流的周期为0.02s,ω==100π,又因t=0时,u=Um,故iR=cos100πtA,uR=10cos100πtV,故选A.
【答案】 A
图9
10.如图9所示,ACD、EFG为两根相距L的足够长的金属直角导轨,它们被竖直固定在绝缘水平面上,CDGF面与水平面成θ角.两导轨所在空间存在垂直于CDGF平面向上的匀强磁场,磁感应强度大小为B.两根质量均为m、长度均为L的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路,杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ,两金属细杆的电阻均为R,导轨电阻不计.当ab以速度v1沿导轨向下匀速运动时,cd杆也正好以速度v2向下匀速运动.重力加速度为g.以下说法正确的是( )
A.回路中的电流强度为
B.ab杆所受摩擦力mgsinθ
C.cd杆所受摩擦力为μ
D.μ与v1大小的关系为μ=
【解析】 cd杆不切割磁感线,所以ab杆相当于电源,回路中的电流强度为I==,选项A错误;ab杆所受摩擦力为μmgcosθ,选项B错误;根据右手定则可知,闭合回路中的感应电流方向是abdca,根据左手定则可知,cd杆会受到垂直于AEFC导轨平面向下的安培力作用,cd杆所受摩擦力为μ(mgsinθ+BIL)=μ,选项C正确;根据ab杆的平衡条件有+μmgcosθ=mgsinθ,所以μ=tanθ-,选项D错误.本题答案为C.
【答案】 C
二、填空题(本题共3小题,共20分,把答案填在题中的横线上)
11.(6分)如图10所示为理想变压器,它的原线圈接在交流电源上,副线圈接在一个标有“12V 100W”的灯泡上.已知变压器原、副线圈匝数之比为18∶1,那么灯泡正常工作时,图中的电压表读数为________V,电流表读数为________A.
图10
【解析】 由公式U1/U2=n1/n2,得U1=U2n1/n2=216V;因理想变压器的输入功率和输出功率相等,所以I1=P1/U1=P2/U1≈0.46A,即电压表、电流表读数分别为216V、0.46A.
【答案】 216 0.46
图11
12.(6分)正方形导线框处于匀强磁场中,磁场方向垂直框平面,磁感应强度随时间均匀增加,变化率为k.导体框质量为m、边长为L,总电阻为R,在恒定外力F作用下由静止开始运动.导体框在磁场中的加速度大小为______,导体框中感应电流做功的功率为______.
【解析】 导体框在磁场中受到的合外力等于F,根据牛顿第二定律可知导体框的加速度为a=.由于导体框运动不产生感应电流,仅是磁感应强度增加产生感应电流,因而磁场变化产生的感应电动势为E=S=l2k,故导体框中的感应电流做功的功率为P==.
【答案】
13.(8分)(2014·泉州高二检测)图12为《研究电磁感应现象》实验中所用器材的示意图.试回答下列问题:
(1)在该实验中电流计G的作用是检测感应电流的________和________.
(2)请按实验要求在实物上连线.
图12
(3)在实验出现的电磁感应现象中,A、B线圈哪个相当于电源?
________(选填“A”或“B”)
【解析】
(1)电流计G的零刻度在表盘中央,电流流过时,指针偏转,既显示了电流的大小,也显示了电流的方向.
(2)电源、开关、滑动变阻器和小线圈构成一闭合回路;大线圈和电流计构成闭合回路.电路如图所示.
(3)B线圈与电流计相连,显示回路感应电流,即B线圈相当于电源.
【答案】
(1)大小 方向
(2)见解析 (3)B
三、计算题(本题共3小题,共30分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤,有数值计算的要注明单位)
图13
14.(8分)如图13所示为演示用的手摇发电机模型,匀强磁场磁感应强度B=0.5T,线圈匝数n=50匝,每匝线圈面积0.48m2,转速150r/min,在匀速转动过程中,从图示位置开始计时.
(1)写出交变感应电动势瞬时值的表达式;
(2)画出et图线.
【解析】
(1)线圈平面经过中性面开始计时,则线圈在时间t内转过角度ωt,于是感应电动势瞬时值e=Emsinωt,其中Em=nBSω.
由题意知n=50,B=0.5T,ω=rad/s=5πrad/s,S=0.48m2,Em=nBSω=50×0.5×0.48×5πV≈188V,所以e=188sin(5πt)V.
(2)根据交流电的表达式画图线时,最大值是正弦图线的峰值,由纵轴上的刻度值标出,交流电的频率与正弦图线的周期相对应,ω=,而周期由时间轴上的刻度值
标出,T==0.4s,et图线如图所示.
【答案】
(1)e=188sin(5πt)V
(2)见解析图
图14
15.(10分)如图14所示,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距L=1.0m,导轨平面与水平面成θ=37°角,下端连接阻值为R=1.5Ω的电阻.匀强磁场大小B=0.4T、方向与导轨平面垂直.质量为m=0.2kg、电阻r=0.5Ω的金属棒ab放在两导轨上,棒与导轨垂直并保持良好接触,它们之间的动摩擦因数为0.25(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2).
(1)求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小;
(2)求金属棒稳定下滑时的速度大小及此时ab两端的电压Uab为多少;
(3)当金属棒下滑速度达到稳定时,机械能转化为电能的效率是多少.(保留两位有效数字)
【解析】
(1)金属棒开始下滑的初速度为零,根据牛顿第二定律:
mgsinθ-μmgcosθ=ma①
由①式解得a=10×(0.6-0.25×0.8)m/s2=4m/s2.②
(2)设金属棒运动达到稳定时速度为v,棒在沿导轨方向受力平衡mgsinθ-μmgcosθ-BIL=0③
由欧姆定律有I=④
Uab=IR⑤
由③④⑤代入数据解得v=10m/s Uab=3V.
(3)当金属棒下滑速度达到稳定时,装置的电功率P电=I2(R+r)⑥
装置的机械功率P机=mgvsinθ⑦
机械能转化为电能的效率η=⑧
由⑥⑦⑧代入数据解得η=≈0.67=67%.
【答案】
(1)4m/s2
(2)v=10m/s Uab=3V
(3)η=≈0.67=67%
图15
16.(12分)(2014·朝阳高二检测)如图15所示,光滑的平行金属导轨相距30cm,电阻不计.ab是电阻为0.3Ω的金属棒,可沿导轨滑动.与导轨相连的平行金属板A、B相距6cm,电阻R为0.1Ω.全部装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中.当ab以速度v向右匀速运动时,一带电粒子在A、B板间做半径为2cm的匀速圆周运动,速度也是v.试求速率v的大小.
【解析】 设磁感应强度为B,平行板AB间距为d,ab杆的有效长度为L,带电粒子质量为m,带电荷量为q,感应电动势为E=BLv,所以Uab=UAB===BLv.
带电粒子在A、B板间能做匀速圆周运动,则mg=qE=,
所以m=.
带电粒子做圆周运动的半径:
r===,
所以v==m/s=0.4m/s.
【答案】 0.4m/s
附加题(本题供学生拓展学习,不计入试卷总分)
17.(2014·安徽高考)如图16
(1)所示,匀强磁场的磁感应强度B为0.5T,其方向垂直于倾角θ为30°的斜面向上.绝缘斜面上固定有“∧”形状的光滑金属导轨MPN(电阻忽略不计),MP和NP长度均为2.5m,MN连线水平,长为3m.以MN中点O为原点,OP为x轴建立一维坐标系Ox.一根粗细均匀的金属杆CD,长度d为3m、质量m为1kg、电阻R为0.3Ω,在拉力F的作用下,从MN处以恒定速度v=1m/s在导轨上沿x轴正向运动(金属杆与导轨接触良好).g取10m/s2.
图16
(1)求金属杆CD运动过程中产生的感应电动势E及运动到x=0.8m处电势差UCD;
(2)推导金属杆CD从MN处运动到P点过程中拉力F与位置坐标x的关系式,并在图16
(2)中画出Fx关系图象;
(3)求金属杆CD从MN处运动到P点的全过程产生的焦耳热.
【解析】
(1)金属杆CD在匀速运动中产生的感应电动势
E=Blv(l=d) E=1.5V(D点电势高)
当x=0.8m时,金属杆在导轨间的电势差为零.设此时
杆在导轨外的长度为l外,则
l外=d-d OP==2m
得l外=1.2m
由楞次定律判断D点电势高,故CD两端电势差
UCD=-Bl外v UCD=-0.6V
(2)杆在导轨间的长度l与位置x的关系是
l=d=3-x
对应的电阻R1=R
电流I=
杆受的安培力为F安=BIl=7.5-3.75x
根据平衡条件得F=F安+mgsinθ
F=12.5-3.75x(0≤x≤2)
画出的Fx图象如图所示.
(3)外力F所做的功WF等于Fx图线下所围的面积.即
WF=×2J=17.5J
而杆的重力势能增加量
ΔEp=mgOPsinθ
故全过程产生的焦耳热Q=WF-ΔEp=7.5J
【答案】
(1)1.5V -0.6V
(2)F=12.5-3.75x(0≤x≤2) 图象见解析
(3)7.5J
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