学年高二物理人教版选修32模块综合检测一.docx
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学年高二物理人教版选修32模块综合检测一
模块综合检测
(一)
(时间:
90分钟 满分:
100分)
一、单项选择题(本小题共10小题,每小题4分,共40分。
每小题只有一个选项正确)
1.目前金属探测器已经广泛应用于安检、高考及一些重要场所,关于金属探测器的下列有关论述正确的是( )
A.金属探测器可用于月饼生产中,用来防止细小的金属颗粒混入月饼馅中
B.金属探测器能帮助医生探测儿童吞食或扎到手脚中的金属物,是因为探测器的线圈中能产生涡流
C.使用金属探测器的时候,应该让探测器静止不动,探测效果会更好
D.能利用金属探测器检测考生是否携带手机等违禁物品,是因为探测器的线圈中通有直流电
解析:
选A 金属探测器是通过其通有交流电的探测线圈,能在隐藏金属中激起涡流,反射回探测线圈,改变原交流电的大小和相位,从而起到探测作用。
当探测器与被测金属发生相对移动时,探测器中的线圈的交流电产生的磁场相对变化较快,在金属中产生的涡流会更强,检测效果更好,综上所述,正确选项为A。
2.如图所示,电感L的电感很大,电源内阻不可忽略,A、B是完全相同的两只灯泡,当开关S闭合时,下列判断正确的是( )
A.灯A比灯B先亮,然后灯A熄灭
B.灯B比灯A先亮,然后灯B逐渐变暗
C.灯A与灯B一起亮,而后灯A熄灭
D.灯A与灯B一起亮,而后灯B熄灭
解析:
选B 开关S闭合时,B灯立即亮,A灯由于电感L的自感作用,将逐渐变亮,由于总电流逐渐变大,路端电压变小,B灯逐渐变暗,选项B正确。
3.法拉第通过精心设计的一系列实验,发现了电磁感应定律,将历史上认为各自独立的学科“电学”与“磁学”联系起来。
在下面几个典型的实验设计思想中,所作的推论后来被实验否定的是( )
A.既然磁铁可使近旁的铁块带磁,静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷,那么静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流
B.既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势,那么稳恒电流也可在近旁运动的线圈中感应出电流
C.既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流,那么静止的磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势
D.既然运动的磁铁可在近旁的导体中感应出电动势,那么运动导线上的稳恒电流也可在近旁的线圈中感应出电流
解析:
选A 静止的线圈放于通有稳恒电流的静止导线附近,线圈中的磁通量不变,故不会感应出电流,故A错误;通有恒定电流的导线只要与闭合线圈有相对运动,线圈中就会感应出电流,B、D正确;运动的导体在磁铁附近做切割磁感线运动时,会产生感应电动势,C正确。
4.(2017·浙江台州检测)图甲、图乙分别表示两种电压的波形,其中图甲所示电压按正弦规律变化,下列说法正确的是( )
A.图甲表示交流电,图乙表示直流电
B.电压的有效值是311V
C.电压的有效值图甲大于图乙
D.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=220sin100πtV
解析:
选C 由于题图中表示的电流方向都随时间变化,因此都为交流电,故A错误;两种电压的最大值是311V,有效值要小于311V,故B错误;由于对应相同时刻,题图甲电压比题图乙电压大,根据有效值的定义可知,题图甲有效值要比题图乙有效值大,故C正确;从题图甲可知,Em=311V,ω=
=100πrad/s,所以题图甲电压的瞬时值表达式为u=311sin100πtV,故D错误。
5.如图所示,三只完全相同的灯泡a、b、c分别与盒子Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的三种元件串联,再将三者并联,接在正弦交变电路中,三只灯泡亮度相同。
若保持电路两端电压有效值不变,将交变电流的频率增大,观察到灯a变暗、灯b变亮、灯c亮度不变。
则三个盒子中的元件可能是( )
A.Ⅰ为电阻,Ⅱ为电容器,Ⅲ为电感器
B.Ⅰ为电感器,Ⅱ为电阻,Ⅲ为电容器
C.Ⅰ为电感器,Ⅱ为电容器,Ⅲ为电阻
D.Ⅰ为电容器,Ⅱ为电感器,Ⅲ为电阻
解析:
选C 当交变电流的电压不变,频率增大时,线圈的感抗变大,电容器的容抗变小,由灯a变暗,灯b变亮可知,Ⅱ为电容器,Ⅰ为电感线圈,而电阻与交变电流的频率无关,故Ⅲ为电阻。
C正确。
6.(2016·浙师大二附中月考)如图所示,电源电压u=311sin100πtV,A、B间接有“220V 440W”的电暖宝、“220V 220W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝。
下列说法正确的是( )
A.交流电压表的示数为311V
B.电路要正常工作,保险丝的额定电流不能小于3
A
C.电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍
D.1min内抽油烟机消耗的电能为1.32×104J
解析:
选D 由u=311sin100πtV可知,交变电压的有效值为220V,故交流电压表的示数为220V,选项A错误;由两用电器总的额定功率为660W,根据P=UI可知,保险丝的额定电流应不小于3A,选项B错误;因抽油烟机220W的功率包括热功率及机械功率,故电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍还要多,选项C错误;根据W=Pt可得1min内抽油烟机消耗的电能为1.32×104J,选项D正确。
7.如图所示,水平桌面上一个面积为S的圆形金属框置于匀强磁场中,金属框平面与磁场垂直,磁感应强度B1随时间t的变化关系如图
(1)所示。
0到1s内磁场方向垂直线框平面向下。
圆形金属框与一个水平的平行金属导轨相连接,导轨上放置一根导体棒,导体棒的长为L,电阻为R,且与导轨接触良好,导体棒处于另一匀强磁场中,其磁感应强度恒为B2,方向垂直导轨平面向下,如图
(2)所示。
若导体棒始终保持静止,则其所受的静摩擦力Ff随时间变化的图象是选项图中的(设向右为静摩擦力的正方向)哪一个( )
解析:
选A 根据楞次定律、左手定则和平衡条件可知A项正确。
8.北半球地磁场的竖直分量方向向下。
如图所示,在某中学实验室的水平桌面上,放置边长为L的正方形闭合导体线圈abcd,线圈的ab边沿南北方向,ad边沿东西方向。
下列说法中正确的是( )
A.若使线圈向东平动,则a点的电势比b点的电势低
B.若使线圈向北平动,则a点的电势比b点的电势低
C.若以cd为轴将线圈向上翻转,则开始一段时间内线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a
D.若以ab为轴将线圈向上翻转,则开始一段时间内线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a
解析:
选A 线圈向东平动时,ba和cd两边切割磁感线,且两边切割磁感线产生的感应电动势大小相同,根据右手定则知,a点的电势比b点的电势低,故A正确;向北平动时,bc和ad两边切割磁感线,且两边切割磁感线产生的感应电动势大小相同,a、b两点的电势相等,故B错误;若以cd为轴线将线圈向上翻转,向下的磁通量减小,感应电流的磁场方向应该向下,则感应电流的方向为a→b→c→d→a,故C错误;若以ab为轴将线圈向上翻转,向下的磁通量减小,感应电流的磁场方向应该向下,则感应电流的方向为a→b→c→d→a,故D错误。
9.图甲所示电路中,A1、A2、A3为相同的电流表,C为电容器,电阻R1、R2、R3的阻值相同,线圈L的电阻不计。
在某段时间内理想变压器原线圈内磁场的变化如图乙所示,则在t1~t2时间内( )
A.电流表A1的示数比A2的小
B.电流表A2的示数比A3的小
C.电流表A1和A2的示数相同
D.电流表的示数都不为零
解析:
选C 磁场均匀变化,线圈中产生的感应电动势恒定,所以A1、A2、A3的示数都为零。
C正确。
10.为了减少输电线路中电能损失,发电厂发出的电通常是经过变电所升压后通过远距离输送,再经变电所将高压变为低压。
某变电所将电压u0=11000
sin100πtV的交流电降为220V供居民小区用电,则变电所变压器( )
A.原、副线圈匝数比为50∶1
B.副线圈中电流的频率是100Hz
C.原线圈的导线比副线圈的要粗
D.输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和
解析:
选A u0=11000
sin100πtV中的11000
V指的是电压的峰值,有效值为11000V,则原、副线圈之间的匝数之比等于两线圈的电压之比,即50∶1,A正确;由ω=100πrad/s可得频率为50Hz,变压器不改变电流的频率,因此,副线圈的频率也是50Hz,B错误;电流与匝数成反比,即原线圈的电流比副线圈电流要小,因此,副线圈的导线要比原线圈粗,C错误;居民小区各个用电器都是并联的,它们的电流总和等于副线圈中的电流,故D错误。
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。
选对但不全的得2分,错选不得分)
11.如图所示,边长为l的正方形闭合导线框置于磁感应强度为B的匀强磁场中,线框平面与磁感线的方向垂直。
用力将线框分别以速度v1和v2匀速拉出磁场,比较这两个过程,以下判断正确的是( )
A.若v1>v2,通过线框导线的电荷量q1>q2
B.若v1>v2,拉力F1>F2
C.若v1=2v2,拉力的功率P1=2P2
D.若v1=2v2,拉力所做的功W1=2W2
解析:
选BD 由于
=
,
=
,q=
Δt,所以q=
,由于ΔΦ及R一定,故q1=q2,所以A错误;由于F=F安,而F安=BIl,I=
,E=Blv,所以F=F安=
。
由此可看出,若v1>v2,则F1>F2,B正确;由P=Fv,F=F安=
,所以P=
。
由于v1=2v2,则P1=4P2,故C错误;由拉力做功W=Fl=F安l=
·l=
,又因v1=2v2,故W1=2W2,故D正确。
12.如图所示,通过水平绝缘传送带输送完全相同的铜线圈,线圈等距离排列,且与传送带以相同的速度匀速运动。
为了检测出个别未闭合的不合格线圈,让传送带通过一固定匀强磁场区域,磁场方向垂直于传送带,根据穿过磁场后线圈间的距离,就能够检测出不合格线圈,通过观察图形,判断下列说法正确的是( )
A.若线圈闭合,进入磁场时,线圈相对传送带向后滑动
B.若线圈不闭合,进入磁场时,线圈相对传送带向后滑动
C.从图中可以看出,第3个线圈是不合格线圈
D.从图中可以看出,第4个线圈是不合格线圈
解析:
选AC 若线圈闭合进入磁场时,由于产生电磁感应现象,根据楞次定律可判断线圈相对传送带向后滑动,故A正确;若线圈不闭合,进入磁场时,不会产生感应电流,故线圈相对传送带不发生滑动,故B错误;从图中可以看出,第3个线圈是不合格线圈,第4个线圈是合格线圈,C正确,D错误。
13.图甲为某燃气炉点火装置的原理图。
转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。
V为交流电压表。
当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。
以下判断正确的是( )
A.电压表的示数等于5V
B.电压表的示数等于
V
C.实现点火的条件是
>1000
D.实现点火的条件是
<1000
解析:
选BC 电压表的示数为有效值,即U1=
=
V,选项A错误,B正确;实现点火的条件是U2>5000V,所以
=
>1000,选项C正确,D错误。
14.实验室里的交流发电机可简化为如图所示的模型,正方形线圈(电阻不计)在水平匀强磁场中,绕垂直于磁感线的OO′轴匀速转动。
今在发电机的输出端接一个电阻R和一理想电压表,并让线圈每秒转25圈,读出电压表的示数为10V。
已知R=10Ω,下列说法正确的是( )
A.线圈位于图中位置时,线圈中的瞬时电流为零
B.从线圈经过中性面开始计时,线圈中电压瞬时值表达式为U=10sin50πtV
C.流过电阻R的电流的方向每秒改变50次
D.电阻R上的热功率等于10W
解析:
选CD 题图所示位置线圈与中性面垂直,此时产生的感应电流最大,故A错;产生的最大电压Um=
U=10
V,ω=2π×25rad/s=50πrad/s,从中性面开始计时的瞬时值表达式是U=Umsinωt=10
sin50πtV,故B错;交变电流在一个周期内方向改变2次,因此流过电阻R的电流每秒钟方向改变50次,故C对;P=
=10W,故D对。
三、非选择题(本题共5小题,共44分)
15.(8分)有一个教学用的可拆变压器,如图甲所示。
它有两个外观基本相同的线圈A、B,线圈外部还可以绕线。
(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了线圈A、B的电阻值,指针分别对应图乙中的a、b位置,由此可推断线圈________的匝数较多(选填“A”或“B”)。
(2)如果把它看成理想变压器,现要测量线圈A的匝数,提供的器材有,一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源。
请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量,并用字母表示)。
________________________________________________________________________
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线圈A的匝数为nA=________。
(用所测物理量符号表示)
解析:
(1)由图乙可知a位置的阻值大于b位置的阻值,由电阻定律可得线圈A的匝数多于线圈B的匝数。
(2)①用长导线绕一个n匝线圈,作为副线圈替代线圈A;②把低压电源接线圈B,测得线圈的输出电压U;③用线圈A换下绕制的线圈测得线圈A输出电压UA。
由变压器的变压比易得,nA=
n。
答案:
(1)A
(2)步骤见解析
n
16.(4分)在研究电磁感应现象的实验中:
(1)为了能明显地观察到实验现象,请在如图所示的实验器材中,选择必要的器材,在图中用实线连接成相应的实物电路图。
(2)将原线圈插入副线圈中,闭合开关,副线圈中感应电流与原线圈中电流的绕行方向________(选填“相同”或“相反”)。
(3)将原线圈拔出时,副线圈中的感应电流与原线圈中电流的绕行方向________(选填“相同”或“相反”)。
解析:
(1)实验电路如图所示。
(2)闭合开关,磁通量增大,由楞次定律可判断,感应电流的磁场阻碍原磁场的增加,即副线圈中感应电流与原线圈中电流的绕行方向相反。
(3)将原线圈拔出时,由楞次定律可判断,副线圈中的感应电流与原线圈中电流的绕行方向相同。
答案:
(1)见解析图
(2)相反 (3)相同
17.(10分)轻质细线吊着一质量为m=0.32kg、边长为L=0.8m、匝数n=10的正方形线圈,总电阻为r=1Ω。
边长为
的正方形磁场区域对称分布在线圈下边的两侧,如图甲所示,磁场方向垂直纸面向里,大小随时间变化关系如图乙所示,从t=0开始经t0时间细线开始松弛,取g=10m/s2。
求:
(1)在前t0时间内线圈中产生的电动势;
(2)在前t0时间内线圈的电功率;
(3)t0的值。
解析:
(1)由法拉第电磁感应定律得
E=n
=n×
×(
)2×
=10×
×(
)2×0.5V=0.4V。
(2)I=
=0.4A,P=I2r=0.16W。
(3)分析线圈受力可知,当细线松弛时有:
F安=nBt0I
=mg,I=
Bt0=
=2T
由题图乙知:
Bt0=1+0.5t0(T),
解得t0=2s。
答案:
(1)0.4V
(2)0.16W (3)2s
18.(10分)如图所示为交流发电机示意图,匝数为n=100的矩形线圈,边长分别为10cm和20cm,内阻为5Ω,在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中绕OO′轴以50
rad/s的角速度匀速转动,线圈外部和阻值为20Ω的电阻R相连接。
求:
(1)S断开时,电压表的示数;
(2)开关S合上时,电压表和电流表的示数;
(3)通过电阻R的电流最大值;电阻R上所消耗的电功率。
解析:
(1)感应电动势的最大值
Em=nBSω=100×0.5×0.1×0.2×50
V=50
V
S断开时,电压表示数为感应电动势的有效值
E=
=50V。
(2)当开关S合上时,由闭合电路欧姆定律得
I=
=
A=2A
U=IR=2×20V=40V
(3)通过R的电流最大值Im=
I=2
A。
电阻R上所消耗的电功率P=UI=40×2W=80W。
答案:
(1)50V
(2)40V 2A (3)2
A 80W
19.(12分)如图甲所示,光滑且足够长的金属导轨MN、PQ平行地固定在同一水平面上,两导轨间距L=0.2m,定值电阻R=0.4Ω,导轨上停放一质量m=0.1kg的金属杆ab,位于两导轨之间的金属杆的电阻r=0.1Ω,导轨电阻忽略不计。
整个装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下。
现用一水平外力F水平向右拉金属杆,使之由静止开始运动,在整个运动过程中金属杆始终与导轨垂直并接触良好,若理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图乙所示。
从金属杆开始运动至t=5s时,求:
(1)通过金属杆的感应电流的大小和方向;
(2)金属杆的速度大小;
(3)外力F的瞬时功率。
解析:
(1)由题图乙可知,t=5s时,U=0.4V
此时电路中的电流(即通过金属杆的电流)I=
=1A
用右手定则判断出,此时电流的方向为由b指向a。
(2)金属杆产生的感应电动势E=I(R+r)=0.5V
因E=BLv,所以t=5s时金属杆的速度大小
v=
=5m/s。
(3)金属杆速度为v时,电压表的示数为U=
BLv
由题图乙可知,U与t成正比,由于R、r、B及L均为不变量,所以v与t成正比,即金属杆应沿水平方向向右做初速度为零的匀加速直线运动。
金属杆运动的加速度a=
=1m/s2
根据牛顿第二定律,在t=5s末时对金属杆有
F-BIL=ma,解得F=0.2N
此时F的瞬时功率P=Fv=1W。
答案:
(1)1.0A b→a
(2)5m/s (3)1W
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