2020版高中物理 模块综合试卷 新人教版选修3-2 13页

模块综合试卷 ‎(时间：90分钟　满分：100分)‎ 一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共计48分.1～7题为单选题，8～12题为多选题，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)‎ ‎1．如图1所示，线圈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 (　　)‎ 图1‎ A．A灯比B灯先亮，然后A灯熄灭 B．B灯比A灯先亮，然后B灯逐渐变暗 C．A灯与B灯一起亮，而后A灯熄灭 D．A灯与B灯一起亮，而后B灯熄灭 答案　B ‎2.如图2所示，光滑水平面上存在有界匀强磁场，金属圆环直径与磁场宽度相同．若圆环以一定的初速度沿垂直于磁场边界的水平虚线，从位置1到位置2匀速通过磁场，在必要的时间段内施加必要的水平拉力保证其匀速前进，以下说法正确的是(　　)‎ 13‎ 图2‎ A．金属圆环内感应电流方向先顺时针再逆时针 B．金属圆环内感应电流经历两次先增大后减小 C．水平拉力的方向先向右后向左 D．金属圆环受到的安培力的方向先向左后向右 答案　B ‎3．如图3甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，A、V均为理想电表，R为光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)，L1和L2是两个完全相同的灯泡．原线圈接入如图乙所示的正弦交流电压u，下列说法正确的是(　　)‎ 图3‎ A．电压u的频率为100 Hz B．电压表V的示数为22 V C．当光强增大时，变压器的输入功率变大 D．当L1的灯丝烧断后，V示数变小 答案　C ‎4．如图4甲所示，矩形线圈abcd固定于方向相反的两个磁场中，两磁场的分界线OO′恰好把线圈分成对称的左右两部分，两磁场的磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示，规定磁场垂直纸面向内为正，线圈中感应电流逆时针方向为正．则线圈感应电流随时间的变化图象为(　　)‎ 图4‎ 13‎ 答案　A 解析　因磁场是均匀变化的，由法拉第电磁感应定律和欧姆定律知，感应电流的大小不变，故C、D项错误；在开始阶段OO′左侧磁场增强，OO′右侧磁场减弱，由楞次定律可知线圈中有逆时针方向的感应电流，A项正确，B项错误．‎ ‎5．用相同导线绕制的边长为L或‎2L的四个闭合导线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图5所示．在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是(　　)‎ 图5‎ A．Ua＜Ub＜Uc＜Ud　　　　　 B．Ua＜Ub＜Ud＜Uc C．Ua＝Ub＜Uc＝Ud D．Ub＜Ua＜Ud＜Uc 答案　B 解析　线框进入磁场后切割磁感线，a、b产生的感应电动势是c、d产生的感应电动势的一半，而不同的线框的电阻不同，设a线框电阻为4r，b、c、d线框的电阻分别为6r、8r、6r，则有：‎ Ua＝BLv·＝，Ub＝BLv·＝，Uc＝B·2Lv·＝，Ud＝B·2Lv·＝，故A、C、D错误，B正确．‎ ‎6．如图6所示，10匝矩形线框在磁感应强度B＝ T的匀强磁场中，绕垂直磁场的轴OO′以角速度ω＝100 rad/s匀速转动，线框电阻不计，面积为S＝‎0.3 m2‎，线框通过滑环与一理想变压器的原线圈相连，副线圈接有两只灯泡L1(规格为“0.3 W,30 Ω”)和L2，开关闭合时两灯泡正常发光，且原线圈中电流表示数为‎0.04 A，则下列说法不正确的是(　　)‎ 13‎ 图6‎ A．若从图示线框位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值为30cos (100t) V B．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1‎ C．灯泡L2的额定功率为0.9 W D．若开关S断开，电流表的示数将增大 答案　D 解析　变压器的输入电压的最大值为Um＝nBSω＝10××0.3×100 V＝30 V；从垂直中性面位置开始计时，故线框中感应电动势的瞬时值为u＝Umcos ωt＝30cos (100t) V，故A正确．变压器输入电压的有效值为U1＝＝30 V．开关闭合时两灯泡均正常发光，所以U2＝＝ V＝3 V，所以＝＝＝，故B正确．原线圈的输入功率为P1＝U1I1＝30×0.04 W＝1.2 W．由于原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，所以PL2＝P1－PL1＝1.2 W－0.3 W＝0.9 W，故C正确．若开关S断开，输出电压不变，输出端电阻增大，输出电流减小，故输入电流也减小，电流表的示数减小，D错误．‎ ‎7．如图7甲所示的电路中，螺线管匝数n＝1 500，横截面积S＝‎20 cm2，螺线管导线电阻r＝1.0 Ω，其余导线电阻不计，R1＝4.0 Ω，R2＝5.0 Ω，电容器电容C＝30 μF.在一段时间内，穿过螺线管的磁场的磁感应强度B随时间t按图乙所示的规律变化．则下列说法中正确的是(　　)‎ 图7‎ A．螺线管中产生的感应电动势为1.5 V B．闭合开关，电路中的电流稳定后电容器上极板带正电 C．电路中的电流稳定后，电阻R1的电功率为5×10－2 W D．开关断开，流经电阻R2的电荷量为1.8×10－‎‎5 C 13‎ 答案　D 解析　根据法拉第电磁感应定律：E＝n＝nS，代入数据可求出：E＝1.2 V，故A错误；根据楞次定律可知，螺线管下端相当于电源正极，则电流稳定后电容器下极板带正电，故B错误；根据闭合电路欧姆定律，有：I＝＝‎0.12 A，P1＝I2R1＝5.76×10－2 W，故C错误；开关断开，流经R2的电荷量即为开关闭合时电容器上所带的电荷量Q，电容器两端的电压：U2＝IR2＝0.6 V，流经R2的电荷量Q＝CU2＝1.8×10－‎5 C，故D正确；故选D.‎ ‎8．如图8所示，在匀强磁场中匀速转动的圆形线圈周期为T，匝数为10匝，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈总电阻为2 Ω，从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，线圈转过30°时的电流为‎1 A，下列说法中正确的是(　　)‎ 图8‎ A．线圈中电流的最大值为 A B．线圈消耗的电功率为4 W C．任意时刻线圈中的感应电流为i＝2sin (t) A D．任意时刻线圈中的感应电流为i＝2cos (t) A 答案　BC 解析　从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，感应电动势的表达式为e＝Emsin ωt，则感应电流i＝＝sin ωt，由题给条件有：‎1 A＝×，解得Em＝4 V，则Im＝‎2 A，I有效＝ A，线圈消耗的电功率P＝IR＝4 W，选项A错误，选项B正确．i＝Imsin ωt＝2sin (t) A，故选项C正确，D错误．‎ ‎9．如图9甲所示是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，为交流电压表．当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V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(　　)‎ 13‎ 图9‎ A．电压表的示数等于5 V B．电压表的示数等于 V C．实现点火的条件是>1 000‎ D．实现点火的条件是<1 000‎ 答案　BC 解析　由U－t图象知，交变电压的最大值Um＝5 V，所以电压表的示数U＝＝ V，故选项A错误，B正确；根据＝得＝，变压器副线圈电压的最大值U‎2m＝5 000 V时，有效值U2＝＝2 500 V，所以点火的条件是>＝1 000，故选项C正确，D错误．‎ ‎10．两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直．边长为‎0.1 m、总电阻为0.005 Ω的正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场边界平行，如图10(a)所示．已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t＝0时刻进入磁场．线框中感应电动势随时间变化的图线如图(b)所示(感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正)．下列说法正确的是(　　)‎ 图10‎ A．磁感应强度的大小为0.5 T B．导线框运动速度的大小为‎0.5 m/s C．磁感应强度的方向垂直于纸面向外 D．在t＝0.4 s至t＝0.6 s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1 N 答案　BC 13‎ 解析　导线框运动的速度v＝＝ m/s＝‎0.5 m/s，根据E＝BLv＝0.01 V可知，B＝0.2 T，A错误，B正确；根据楞次定律可知，磁感应强度的方向垂直于纸面向外，C正确；在t＝0.4 s至t＝0.6 s这段时间内，导线框中的感应电流I＝＝ A＝‎2 A，安培力大小为F＝BIL＝0.04 N，D错误．‎ ‎11．一理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2＝55∶3，原线圈输入电压u随时间t的变化规律为u＝220sin (100πt) V．理想交流电压表V、理想交流电流表A按如图11所示方式连接，副线圈接入一个R＝6 Ω的电阻，则(　　)‎ 图11‎ A．经过1分钟电阻R产生的热量是1 440 J B．与电阻R并联的电压表的示数约为20 V C．电流表A的示数约为‎0.11 A D．当再将一个电阻与电阻R并联时，变压器的输出电压减小 答案　AC 解析　变压器原线圈电压有效值为220 V，则副线圈电压为U2＝U1＝×220 V＝12 V，则电压表读数为12 V，经过1分钟电阻R产生的焦耳热为：Q＝t＝×60 J＝1 440 J，选项A正确，B错误；电流表A的读数：I1＝I2＝× A＝A≈‎0.11 A，选项C正确；变压器输出电压只与原线圈电压和匝数比有关，与负载电阻无关，故选项D错误；故选A、C.‎ ‎12．如图12所示，两电阻可忽略不计的光滑平行长金属导轨相距为d，导轨与水平面的夹角为30°，上端ab处接有阻值为R的定值电阻，磁感应强度为B的匀强磁场垂直轨道平面向上．现有质量为m、电阻为R的金属杆从轨道上端ab处静止释放，向下运动的距离为x时达到最大速度，则下列说法正确的是(　　)‎ 图12‎ A．金属杆运动的最大速度为 13‎ B．金属杆从静止释放到达到最大速度过程中，通过电阻R的电荷量为 C．金属杆从静止释放到达到最大速度过程中，电阻R上产生的热量为－ D．金属杆运动的最大加速度为 答案　AD 解析　金属杆刚刚释放时只受重力和支持力，其加速度最大，由mgsin 30°＝ma得，a＝，D项正确；对金属杆受力分析可得，mgsin 30°－F安＝ma′，金属杆的加速度为零时，金属杆运动的速度最大，此时的感应电动势E＝Bdv，感应电流I＝，金属杆受到的安培力F安＝BId，则金属杆运动的最大速度v＝，A项正确；金属杆从静止释放到达到最大速度过程中，由法拉第电磁感应定律得，通过电阻R的电荷量为q＝＝，B项错误；金属杆从静止释放到达到最大速度过程中，由能量守恒可得，mgxsin 30°＝mv2＋2Q，解得，Q＝－，C项错误．‎ 13‎ ‎二、非选择题(本题共5小题，共计52分)‎ ‎13．(6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13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．‎ 图13‎ ‎(2)将原线圈插入副线圈中，闭合开关，副线圈中的感应电流方向与原线圈中电流的绕行方向________(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________(填“相同”或“相反”)．‎ 答案　(1)见解析图　(2)相反　(3)相同 解析　(1)实物电路图如图所示．‎ ‎(2)因闭合开关时，穿过副线圈的磁通量增大，由楞次定律知，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，故电流绕行方向相反．‎ ‎(3)将原线圈拔出时，穿过副线圈的磁通量减小，由楞次定律知，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，故电流绕行方向相同．‎ ‎14．(10分)如图14所示，质量m＝‎0.1 kg，电阻R1＝0.3 Ω，长度l＝‎0.4 m的导体棒ab横放在U形光滑金属框架上．框架固定在绝缘水平面上，相距‎0.4 m的MM′、NN′相互平行，电阻不计且足够长．电阻R2＝0.1 Ω的MN垂直于MM′.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝1.0 T．现垂直于ab施加F＝2 N的水平恒力，使棒ab从静止开始运动，棒始终与MM′、NN′保持良好接触．‎ 13‎ 图14‎ ‎(1)求棒ab能达到的最大速度的大小；‎ ‎(2)若棒ab从静止到刚好达到最大速度的过程中，导体棒ab上产生的热量QR1＝1.2 J，求该过程中棒ab的位移大小．‎ 答案　(1)‎5 m/s　(2)‎‎1.425 m 解析　(1)ab棒做加速度逐渐减小的加速运动，‎ 当a＝0时，达到最大速度vm F＝F安＝BIl I＝ E＝Blvm 得vm＝＝‎5 m/s.‎ ‎(2)棒ab从静止到刚好达到vm的过程中，设闭合电路产生的总热量为Q总，‎ ＝ 对整个电路由功能关系得 Fx＝Q总＋mv 解得x＝‎1.425 m.‎ ‎15．(10分)如图15所示，某小型水电站发电机的输出功率为10 kW，输出电压为400 V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用2 kV高压输电，最后用户得到220 V、9.5 kW的电力，变压器可视为理想变压器，求：‎ 图15‎ ‎(1)升压变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2；‎ ‎(2)输电线路导线的总电阻R；‎ ‎(3)降压变压器原、副线圈的匝数比n3∶n4.‎ 13‎ 答案　(1)1∶5　(2)20 Ω　(3)95∶11‎ 解析　(1)升压变压器原、副线圈的匝数比＝＝.‎ ‎(2)输电线损失的功率ΔP＝0.5 kW＝IR 又P1＝P2＝U2I2‎ 所以I2＝‎5 A，R＝20 Ω.‎ ‎(3)降压变压器原线圈电压U3＝U2－I2R 降压变压器原、副线圈匝数比＝ 解得＝.‎ ‎16.(12分)如图16所示是一个交流发电机的示意图，线圈abcd处于匀强磁场中，已知ab、bc边长都为l＝‎20 cm，匀强磁场的磁感应强度B＝ T，线圈的匝数N＝10，线圈的总电阻r＝5 Ω，外电路负载电阻R＝15 Ω，线圈以ω＝100 rad/s的角速度绕垂直磁场的轴匀速转动，电表是理想电表．求：‎ 图16‎ ‎(1)两个电表的示数；‎ ‎(2)从图示位置开始转过45°过程中通过R的电荷量；‎ ‎(3)线圈匀速转动一周外力所做的功．‎ 答案　(1)电压表示数为30 V，电流表示数为‎2 A (2)‎0.02 C　(3)5 J 解析　(1)设正弦交流电源的电压峰值为Em，有效值为E有 Em＝NBSω＝NBl2ω＝40 V E有＝＝40 V 由闭合电路欧姆定律得电流表示数 I＝＝‎‎2 A 电压表示数为U＝IR＝30 V.‎ ‎(2)设线圈在这一过程所用时间为Δt，流过R的电荷量为q q＝Δt ＝ 13‎ ＝N ΔΦ＝Φ2－Φ1＝BSsin 45°－0＝Bl2sin 45°‎ 由以上各式求得 q＝N＝N＝‎‎0.02 C ‎(3)转动一周所用时间为T＝＝ s 外力所做的功等于闭合电路一个周期内产生的热量 即W＝Q＝T.‎ 解得W≈5 J.‎ ‎17．(14分)如图17所示，两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ间距为l＝‎0.5 m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角．完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，两棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒的质量均为‎0.02 kg，电阻均为R＝0.1 Ω，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B＝0.2 T，棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能保持静止．取g＝‎10 m/s2，问：‎ 图17‎ ‎(1)通过cd棒的电流I是多少，方向如何？‎ ‎(2)棒ab受到的力F多大？‎ ‎(3)棒cd每产生Q＝0.1 J的热量，力F做的功W是多少？‎ 答案　(1)‎1 A　方向由d到c　(2)0.2 N　(3)0.4 J 解析　(1)棒cd受到的安培力Fcd＝IlB 棒cd在共点力作用下平衡，‎ 则Fcd＝mgsin 30°‎ 联立并代入数据解得I＝‎1 A，方向由d到c.‎ ‎(2)棒ab与棒cd受到的安培力大小相等Fab＝Fcd 对棒ab由共点力平衡有F＝mgsin 30°＋IlB 代入数据解得F＝0.2 N ‎(3)设在时间t内棒cd产生Q＝0.1 J热量，‎ 由焦耳定律可知Q＝I2Rt 13‎ 设ab棒匀速运动的速度大小为v，‎ 则产生的感应电动势E＝Blv 由闭合电路欧姆定律知I＝ 由运动学公式知，在时间t内，棒ab沿导轨的位移 x＝vt 力F做的功W＝Fx 综合上述各式，代入数据解得W＝0.4 J.‎ 13‎